способ моделирования индуктора для наплавки плоской поверхности дисков

Формула изобретения

Способ моделирования индуктора для наплавки плоской поверхности дисков, заключающийся в том, что в соответствии с параметрами наплавляемого изделия определяют длину и ширину индуктора, исходя из условия равномерного распределения энергии по 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, мм;

А - площадь индуктора, мм²;

R_n - ширина индуктора, мм;

S - радиус нагреваемого диска, мм;

- угол поворота радиуса, град,

а затем соединяют центр круга и полученные точки плавной кривой.

Описание изобретения к патенту

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;

R_n - 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 R_n сектор, равный площади будущего индуктора (см. фиг. 1)



где S - площадь сектора, мм²;

R_n - 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.

L_инд =l₁ + l₂ + l₃ + l₄ + ... + l_n

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;

R_n - 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 P_n = 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: = 0^o; 45^o; 90^o 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 P_n = 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.