Способ моделирования индуктора для наплавки плоской поверхности дисков
Изобретение может быть использовано для индукционной наплавки внешним полем крупногабаритных изделий, имеющих плоские поверхности вращения, типа дисков. В соответствии с параметрами наплавляемого изделия определяют длину и ширину индуктора. Учитывают условия равномерного распределения энергии по поверхности изделия. Производят построение осевой линии индуктора. Последовательно поворачивают радиус из начального положения на заданный угол . Определяют на нем положение точки. Расстояние из центра до точки рассчитывают по формуле где - расстояние от центра вращения радиуса до точки, мм; А - ширина индуктора, мм; Rn - радиус нагреваемого диска, мм; S - площадь индуктора, мм2; - угол поворота радиуса, град. Соединяют центр круга и полученные точки плавной кривой. Позволяет повысить КПД индуктора. 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к индукционно-металлургической наплавке, и может быть использовано для индукционной наплавки внешним полем крупногабаритных изделий, имеющих плоские поверхности вращения, типа дисков.
Из уровня техники не известен источник информации, содержащий сведения о способе, совпадающем с заявленным изобретением по назначению. Задача изобретения - повышение коэффициента полезного действия индукторов, эксплуатируемых при наплавке плоских поверхностей изделий сложной конфигурации. Поставленная задача достигается тем, что в соответствии с параметрами наплавляемого изделия определяют длину и ширину индуктора, исходя из условия равномерного распределения энергии на поверхности изделия, и производят построение осевой линии индуктора, при этом последовательно поворачивают радиус из начального положения на заданный угол , определяют на нем положение точки, расстояние из центра до которой рассчитывают по формуле где - расстояние от центра вращения радиуса до точки кривой, мм; A - ширина индуктора, мм;Rn - радиуса нагреваемого диска, мм;
S - площадь индуктора, мм2;
- угол поворота радиуса, град,
а затем соединяют центр круга и полученные точки плавной кривой. Сущность предложенного способа поясняется чертежом, где на
фиг. 1 изображен первый этап моделирования площадей будущего индуктора;
фиг. 2 - второй этап - моделирование осевой линии индуктора и его конфигурации;
фиг. 3 - схема моделирования индуктора в соответствии с приведенным примером. В таблице приведены расчетные данные при моделировании индуктора. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Упрочняемую поверхность диска разбивают на ряд концентрических колец шириной A (см. фиг. 1), равной ширине будущего индуктора, т.е. R1 = A; R2 - R1 = A; R3 - R2 - R1 = A и т.д. Средний радиус каждого из колец будет соответствовать:
и т.д. Исходя из определения мощности P индуктора, необходимой для обеспечения удельного энерговложения на всей площади под неподвижным индуктором, по формуле
P = SP,
где P - мощность, отдаваемая индуктором в деталь, кВт;
S - площадь индуктора или площадь детали, находящейся под неподвижным индуктором, мм2;
P - необходимая для техпроцесса удельная мощность нагрева поверхности, кВт/мм2. Затем выделяют на неподвижном диске радиуса Rn сектор, равный площади будущего индуктора (см. фиг. 1)
где S - площадь сектора, мм2;
Rn - радиус нагреваемого круга;
- центральный угол, град;
Сравнивают изменение площадей концентрических колец S1, S2, S3 ..., ограниченных центральным углом , а также значение 1, 2, 3 и длины дуг по среднему радиусу, где
Площади сектора кольца определяют по формуле
где R - большой радиус сектора;
r - меньший радиус сектора;
- центральный угол, град. (Все формулы для расчета выбраны из справочника, И.М.Фейгин, Росткнигиздат., 1961 г., стр. 22 - 23). Данные расчеты представлены в таблице (см. фиг. 3). Из приведенных в таблице расчетов видно, что площади секторов S и длины их средних дуг l при переходе от центрального сектора кольца к последующим увеличиваются пропорционально увеличению средних радиусов в пропорции 1, 3, 5, 7 ..., т.е. (2n - 1) раз. Таким образом, делают вывод, что общая длина индуктора по осевой будет складываться из длин дуг секторов. Lинд =l1 + l2 + l3 + l4 + ... + ln
Графически преобразование конфигурации индуктора осуществляют совмещением начала последующего сектора с концом предыдущего при сдвиге сектора по соответствующему концентрическому кольцу (см. фиг. 2). Для графического построения формы осевой индуктора соединяют центр вращения диска (точка 0) плавной кривой с общими точками смещенных секторов. Ее форма определяет форму изгиба токопровода индуктора, отстоящего от осевой на расстоянии 0,5 А и показанного на фиг. 2 пунктирной линией. Таким образом, построенную осевую индуктора можно рассматривать как траекторию точки, равномерно движущейся по радиусу со скоростью А м/с, при этом радиус равномерно проворачивается вокруг точки (C) с равномерной угловой скоростью
В полярной системе координат уравнение кривой представляют в виде
= a,
где - расстояние точки на радиусе от точки вращения;
- угол поворота радиуса;
a - коэффициент увеличения радиуса при повороте на одинаковый угол. При этом
где V - скорость движения точки по радиусу;
- равномерная угловая скорость. Подставляют в общую формулу ( = a) V = A мм/с;
получим
где - расстояние от центра вращения радиуса до точки кривой, мм;
A - ширина индуктора, мм;
Rn - радиус нагреваемого диска, мм;
S - площадь индуктора, мм2;
- угол поворота радиуса, град. Исходя из вышеизложенного полученное уравнение кривой формы осевой линии индуктора представляет собой уравнение спирали Архимеда, описанной в полярной системе координат. Если в центре диска имеется отверстие, форма и ее размеры рассчитывают как для сплошного диска, исключают лишь часть индуктора, приходящуюся на отверстие. Пример. Необходимо провести наплавку подпятника. Исходные данные: радиус диска подпятника Pn = 150 мм; мощность, непрерывно передаваемая в деталь индуктором (Генератором мощностью 60 кВт, КПД = 15%), удельная работа, необходимая для выполнения техпроцесса наплавки на 1 м2 поверхности детали, ширина индуктора обеспечивает эффективный нагрев на заданной высоте A = 30 мм. Первоначально, для моделирования необходимого индуктора, определяют наибольшую площадь индуктора, способную обеспечить выполнение техпроцесса за 1 минуту на соответствующей поверхности детали, т.е.
где P = 9 кВт мин - мощность, поступаемая на поверхность детали от индуктора в течение 1 мин:
мощность, приходящаяся на 1 мм2 поверхности детали в течение 1 мин.
Затем определяют длину индуктора по осевой:
После этого производят расчет длин для графического построения формы осевой линии при: = 0o; 45o; 90o и т.д., 0 = 0, 45 = 23,5 мм, 90 = 46,98 мм, 135 = 70,47 мм, 180 = 93,96 мм, 225 = 117,45 мм, 270 = 140,94 мм, 315 = 164,43 мм, а это более Pn = 150 мм. Определяют , при котором = 150;
В соответствии с расчетными данными строят осевую линию криволинейного индуктора и сам индуктор (см. фиг. 3). Ветви индуктора отстоят на расстоянии 0,5 А от осевой (см. индукторную линию). Использование предлагаемого изобретения позволяет моделировать криволинейные индукторы, посредством которых возможно осуществлять равномерный нагрев рабочих поверхностей изделий типа дисков, колец и других сложных поверхностей вращения, где линейные скорости изменяются в зависимости от удаления из центра. В результате правильно рассчитанной конфигурации осевой линии индуктора он обеспечивает пропорциональную передачу энергии по всей поверхности нагреваемой заготовки, обеспечивая высокий КПД индуктора.
Формула изобретения
где - расстояние от центра вращения радиуса до точки, мм;
А - площадь индуктора, мм2;
Rn - ширина индуктора, мм;
S - радиус нагреваемого диска, мм;
- угол поворота радиуса, град,
а затем соединяют центр круга и полученные точки плавной кривой.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4