Введение к работе
Актуальность темы. Особое место в настоящее время отводится безот-эдным,ресурсе-,энерго- и природосберегающим технологиям,обеспечиваю-т снижение материалоемкости изделий,повышение производительности руда и требуемые показатели качества продукции.
Важным фактором в народном хозяйстве Республики Беларусь является се возрастающий дефицит меди,олова и свинца,которые широко использу-гся в производстве тешюобыенной аппаратура.Снижение трудоемкости и ебестоимости изготовления теплообменников,устранение вредностей ус-овий труда,обеспечение защиты и охрана окружающей среды при их про-зводстве предполагают дальнейшее повышение эффективности тепловой ппаратуры,уменьшение ее массы и габаритных размеров,увеличение ка-ежности в эксплуатации.
Традиционные методы оребрения,такие как пайка ребер или их полу-ение методом пластического деформирования,не могут обеспечить дсста-очно большую тенлопередачу.отличаются высокой трудоемкостью язготов-ения,требуют значительных энергозатрат и специального оборудования, е удовлетворяют требованиям экологии .В настоящее время накоплен оп-еделенный опыт получения оребреюшх поверхностей на алюминиевых де-алях теплообменников путем полрезания и отгиба, тонких.слоев металла ри сохранении их прочной связи с основой.Эти способы нарезания рёбер озволяют изготавливать различные по форма и размерам развитые воверх-:ости теплообмена.Теплопередающие свойства таких поверхностей повышайся на 60 - 70 % по сравнению с полученными традиционными методами, 'акиз результаты свидетельствуют,что на основе указанной технологии юзмояно создание принципиально новых конструкций теплообменников,соответствующих лучшим мировым образцам и превышающих их.Это направле-ше получения развитых поверхностей теплообмена обусловливает необхо-[имость исследования процесса оребрения также и внутренних поверхнос-.ей алюминиевых груб,что актуально для дальнейшего .расширения нсполь-ювакия метода подрезания н отгиба ребер без нарушения их цельности ! основой.
Работа являлась частью комплекса исследований,проведенных кафедрой 'Металлорежущие станки и инструменты" совместно о НИЛ "Теплообменныв' тпараты" БША в 1989-1992 гг. по теме "Разработка технологии получе-шя оребрения на алюминиевых элементах из АДІ с различным характером
расположение ребер" в рамках ХД № 2122 и по теме "Разработка высокоэффективных теплообменных аппаратов и технологии их изготовления из индивидуально оребренных труб методом резания стружки" в рамках ГБ №86-17 ( Лгос.рег. 01.86.0135053 ).
Цель работы. Теоретически и экспериментально обосновать процесс получения развитых внутренних поверхностей теплообмена методом подрезания и отгиба тонких слоев металла лезвийным инструментом,установить закономерности формирования ребер на внутренней поверхности круглых труб и разработать рекомендации для использования метода внутреннего оребрения.
Задачи исследования.Основываясь на учении о резании металлов и достижениях в области технологии машиностроения теоретически обосновать и разработать метод оребрения внутренних поверхностей круглых груб резанием, для чего получить математические модели режущей части инструмента и траекторий его рекущей кромки,аналитически исследовать особенности настройки и установки инструмента,изучить влияние этих факторов на форму; и размеры ребер;, предложить приспособления,позволяющие реализовать метод; экспериментально исследовать процесс стружкообразования при формировании внутреннего оребрения,установить зависимости,характеризующие влияние определяющих факторов на силы резания и деформацию подрезаемого слоя; обосновать принципиальные схемы конструкций перспективных приспособлений для оребрения резанием и теплообменников из алюминиевых труб,внутреннее.оребрение которых получено методом подрезания и отгиба ребер; разработать рекомендации для практического использования метода внутреннего оребрения алюминиевых труб. .
Методы исследования.В работе основное внимание уделено качественным и количественным закономерностям процесса внутреннего оребрения алюминиевых труб методом подрезания и отгиба ребер лезвийным инструментом. Эти закономерности базируются на фундаментальных исследованиях в области.теории резания.При рассмотрении вопросов взаимодействия явлений и факторов в реальных процессах оребрения поверхностей,разробот-ке моделей и методов решения,отражающих объект исследования,использованы достижения науки и практики в области резания металлов.Методика исследований включала комплексный подход к выбору оптимального варианта технологии получения внутреннего оребрения,включая оборудование, приспособления и режущий инструменте основу теоретических исследований положено математическое моделирование с применением ЭВ!Д.Опыты выполнены с использованием современной измерительно-регистрирующей аппаратуры .традиционных методов исследований и планируемого эксперимента. Для обработки результатов опытов использованы статистические и регрессионные методы анализа с привлечением средств вычислительной техники.
Основные положения.выносимые на защиту. I. Из экспериментально-теоретических разработок - обоснование метода оребрения внутренних поверхностей труб; математические модели режущей, части инструмента и траекторий движения его режущей кромки при внутреннем оребрении; результаты аналитического исследования и компьютерного эксперимента по решению задач настройки и установки режущего инструїлента,характера его движения и влияния этих факторов на форму и размеры ребер; основные закономерности процесса стружкообразования при формировании ребер.на внутренней поверхности алюминиевых труб; обобщенные математические зависимости для оценки влияния определяющих факторов на силовое взаимодействие инструмента и заготовки в зоне резания.
-
Из научно-методических разработок - методика определения параметров режущей части лезвийного инструмента и траектории движения его режущей кромки с использованием разработанных вычислительных программ F1N и CORNER ; аналитические зависимости для расчета координат установки режущего инструїлента,обеспечивающих заданную форму и размеры ребер; расчетные формулы для определения сил резания при подрезании и отгибе тонких слоев металла (ребер) яа внутренней поверхности алюминиевых труб; рекомендации по использованию прехтоженного метода для получения развитых поверхностей теплообмена.
-
Из научно-технических разработок - новые решения при создании конструкций инструмента и приспособлений, позволяющих реализовать метод внутреннего оребрения теплообмэнкых труб; принцвпиальннэ схемы новых конструкций теплообменных устройств,в которых использованы трубы с внутренним оребрением; пакет вычислительных програш и результаты решения- задач оптимизации формы и размеров ребер; углы заточки инструмента и режимы резания при. оребрениа внутренних поверхностей аишнл-евых труб методом подрезания и отгиба ребер.
Научная новизна. Выполненные исследования позволила дать новое решение актуальной задачи по обоснованию и разработке эффективного процесса изготовления развитых внутренних поверхностей теплообмена резанием.
На основании предложенных математических моделей режущей части лезвийного инструмента и траекторий ее движения при реализации внутреннего оребрения получены новые результаты по формированию ребер заданных размеров и форш .Выявлены стадии процесса и его физическая сущ>-ность.Выведены аналитические зависимости для определения координат установки и настройки режущего инструмента,дано математическое описание его движения.Изучен процесс стружкообразования при формировании ребер, выполнена количественная оценка утолщения ребер у основания при их подрезании и отгиба на внутренних поверхностях алюминиевых труб,впервые
установлена лредели изменения величин углов действия и наклона условно! плоскости сдвига,среднего коэффициента трения,относительного сдвига,интенсивности деформащй и напряжений.Получены формулы для определения удельных сил резания,предложена обобщенная зависимость окружной силы резания от определяющих факторов,оценена степень их влияния.на силовое взаимодействие инструмента и обрабатываемого материала в зоне резания.
Практическая ценность. Предложена безотходная экологически чистая технология изготовления теплообменшх алюминиевых труб с внутренним пр< дольным оребрением.Выбрано оборудование и разработаны конструкции прис-пособлений для реализации метода формирования ребер на внутренних поверхностях круглых труб.Обоснованы рекомендации по назначению параметров установки инструмента и режимов резания при изготовлении ребер заданны; размеров и формы. На базе труб с внутренним оребрєнием предложены новы конструкции теплообменников.
Разработанный метод внутреннего оребрения обеспечивает повышение производительности при изготовлении теплообменных элементов,улучшает и качество и рабочие свойства,являєгея экологически безвредным.
Полученные результаты и предложенные рекомендации использованы при разработке и внедрении конструкций систем терморегуляции изделий,выпус каемых НЮ "Салют" (Москва).
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались н 'научно-практической конференции "Новое поколение компактных теплообмен ников" (Брянск,Г990 г.) , научно-технических конференциях БІЛА (Минск, 1988-1993 гг.) и семинаре "Изготовление теплообменной аппаратуры"(Мос-ква,1993 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 статьи,полз чеко 3 авторских свидетельства и 2 положительных решения по заявкам не изобретения.
Объем работы. Диссертация объемом 298 страниц состоит из введения, пяти глав,обидах выводов,библиографического списка из 104 названий и приложения. Основной текст работы изложен на 166 стр.