АЛГОРИТМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ, ВОЗНИКАЮЩЕЙ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ФЛАНЦЕВ К ТОРЦУ ОТЛИВКИ КОРПУСА КЛАПАНА СТЫКОВОЙ СВАРКОЙ ИЛИ СВАРКОЙ ВРАСТРУБ
ALGORITHM FOR PREDICTING WELDING DEFORMATION RESULTING FROM CONNECTING FLANGES TO THE END FACE OF VALVE BODY CASTING BY BUTT WELDING OR SOCKET WELDING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение в целом относится к аддитивному промышленному производству и, более конкретно, к присоединению фланцев к торцам корпуса клапана с использованием алгоритмов прогнозирования сварочной деформации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Отрасль промышленного производства клапанов отличается чрезвычайно высоким разнообразием вариантов готовых изделий и относительно низким количеством произведенной продукции. Один уровень сложности обусловлен разнообразием конфигураций впускного и выпускного торцевого соединения, которые требуются каждому заказчику. Например, для первого заказчика может потребоваться конфигурация соединительного фланца кольцевого типа для впускных и выпускных торцевых соединений на каждом клапане, тогда как второму заказчику может потребоваться конфигурация сварного соединения враструб для впускных и выпускных торцевых соединений на каждом клапане. Поскольку впускные и выпускные торцевые соединения на каждом из клапанов первого заказчика физически отличаются от впускных и выпускных торцевых соединений на каждом из клапанов второго заказчика, первому заказчику могут быть проданы только первые клапаны, специально изготовленные для первого заказчика, а второму заказчику могут быть проданы только клапаны, специально изготовленные для второго заказчика. Соответственно, прогнозирование продаж основывается на оценке количества каждого из клапанов первого и второго заказчика, которые должны быть произведены для удовлетворения ожидаемого спроса этого конкретного заказчика. Если для любого заказчика производится слишком много клапанов, эти избыточные клапаны впустую растрачивают производственные мощности, чтобы оказаться в складских запасах (и занимать ценное пространство) до тех пор, пока не будет получен последующий заказ. Если изготовлено слишком мало клапанов, для удовлетворения заказа клиента может потребоваться срочный заказ. Поскольку каждый корпус клапана обычно получают в песчаной форме в удаленном литейном цехе, процесс изготовления каждого корпуса клапана может занять слишком много времени, чтобы удовлетворить таким коротким временным рамкам, и доставка может быть запоздалой. Соответственно, было бы желательно снизить уровни складских запасов ориентированных на конкретных заказчиков конфигураций впускных и выпускных торцевое соединений, снизить зависимость прогнозирования продаж от клапанов, которые используют такие ориентированные на конкретного заказчика конфигурации торцевых соединений, и сократить длительность производственного цикла клапанов, которые используют такие ориентированные на конкретного заказчика конфигурации торцевых соединений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Первый типовой аспект настоящего изобретения включает в себя реализованный с использованием компьютерных технологий способ отложенной адаптации в соответствии с требованиями заказчика корпуса клапана посредством процесса автоматической сварки, причем способ включает в себя: получение выбранного варианта типового корпуса клапана, который имеет начальную конфигурацию первого торца и начальную конфигурацию второго торца; получение выбранного варианта первого торцевого соединения, отличного от начальной конфигурации первого торца; получение выбранного варианта второго торцевого соединения, отличного от начальной конфигурации второго торца; присоединение выбранного первого торцевого соединения к корпусу клапана на начальном первом торцевом соединении посредством: (i) выполнения технологической операции на основе начального смещения, (ii) сравнения фактических результатов технологической операции с прогнозируемыми результатами технологической операции, (iii) корректировки начального смещения на основе сравнения фактических результатов и прогнозируемых результатов, и (iv) повторения этапов (i) - (iii) до тех пор, пока первое торцевое соединение не будет удовлетворительно прилегать к корпусу клапана на начальном первом торцевом соединении, причем этапы (i) - (iv) определяют процесс повторяющейся сварки; и присоединения выбранного второго торцевого соединения к корпусу клапана на начальном втором торцевом соединении с использованием процесса повторяющейся сварки.
[0004] Другой типовой аспект настоящего изобретения включает в себя реализованный с использованием компьютерных технологий способ отложенной адаптации в соответствии с требованиями заказчика корпуса клапана посредством процесса автоматической сварки, способ включает в себя: получение выбранного варианта типового корпуса клапана, который имеет начальную конфигурацию первого торца и начальную конфигурацию второго торца; получение выбранного варианта первого торцевого соединения, отличного от начальной конфигурации первого торца; получение выбранного варианта второго торцевого соединения, отличного от начальной конфигурации второго торца; присоединение выбранного первого торцевого соединения к корпусу клапана на начальном первом торцевом соединении с использованием процесса повторяющейся сварки; и присоединение выбранного второго торцевого соединения к корпусу клапана на начальном втором торцевом соединении с использованием процесса повторяющейся сварки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0005] На описанных ниже Фигурах показаны различные аспекты системы и раскрытых в ней способов. Следует понимать, что на каждой Фигуре изображен вариант осуществления конкретного аспекта описанной системы и способов и что каждая из Фигур предполагает соответствие его возможному воплощению. Кроме того, там, где это возможно, нижеследующее описание ссылается на ссылочные номера, которые содержатся на нижеследующих Фигурах, на которых конструктивные особенности, изображенные на нескольких Фигурах, обозначены постоянными ссылочными номерами.
[0006] На графических материалах показаны расположения, которые обсуждаются в данном документе, однако при этом понимается, что настоящие варианты осуществления изобретения не ограничиваются определенными показанными расположениями и техническими средствами, при этом:
[0007] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в разрезе одного варианта осуществления корпуса клапана, который имеет начальную конфигурацию корпуса клапана с первым торцевым соединением, которое имеет начальную конфигурацию первого торца, и вторым торцевым соединением, которое имеет начальную конфигурацию второго торца;
[0008] Фиг. 2 представляет собой вид сбоку в разрезе другого варианта осуществления корпуса клапана с первым торцевым соединением, которое имеет конфигурацию первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика, и вторым торцевым соединением, которое имеет конфигурацию второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика;
[0009] Фиг. 3 представляет собой вид сбоку в разрезе дополнительного варианта осуществления корпуса клапана с первым торцевым соединением, которое имеет конфигурацию первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика, и вторым торцевым соединением, которое имеет конфигурацию второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика;
[0010] Фиг. 4 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую типовой способ использования алгоритма прогнозирования сварочной деформации для присоединения первого и второго торцевых соединений к корпусу клапана.
[0011] На Фигурах, лишь с целью иллюстрации, показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. Из нижеследующего рассмотрения специалист в данной области техники легко поймет, что альтернативные варианты осуществления систем и способов, проиллюстрированных в данном документе, могут быть использованы без отступления от принципов изобретения, описанных в данном документе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В зависимости от потребностей заказчиков производителям может потребоваться изготовление клапанов с разнообразием технологических подготовок впускных и выпускных фланцев. Однако большое количество комбинаций фланцев вызывает проблемы администрирования изобретателей и другие связанные с этим проблемы. Чтобы частично решить эту проблему, было бы полезно уменьшить количество складских запасов до небольшого числа типовых корпусов клапанов, которые впоследствии могут быть адаптированы в соответствии с требованиями заказчика таким образом, что будут включать в себя требуемые торцевые соединения (посредством сварки и/или других технологий промышленного производства).
[0013] Однако обычные сварочные процессы могут сделать такую «отложенную адаптацию в соответствии с требованиями заказчика» нецелесообразной. Даже известные процессы автоматической сварки могут испытывать негативные последствия от сварочной деформации. Например, размещение фланцев с креплением на болтах на наружный диаметр отливки с торцом со стыковым сварочным швом может приводить к образованию окружных напряжений в результате охлаждения сварной конструкции, которые могут заслонять внутренний диаметр исходного впускного и выпускного отверстия клапана. Последующие технологические операции расточки для восстановления исходных диаметров потока могут привести к тому, что толщина стенок будет меньше, чем минимальные значения, указанные в промышленно-отраслевых правилах ASME для котлов и сосудов под давлением (ASME Boiler and Pressure Vessel Code) или в европейской директиве по оборудованию под давлением (European Pressure Equipment Directive). Дополнительный сварочный материал, нанесенный на наружный диаметр впускного и выпускного отверстий клапана для восстановления толщины стенки, создаст дополнительное окружное напряжение в результате охлаждения и воссоздаст исходное состояние. Кроме того, дополнительные напряжения, возникающие в процессе сварки, могут ортогонально искажать фланцы. Таким образом, для правильной реализации системы автоматической сварки, текущее изобретение относится к алгоритм прогнозирования сварочной деформации для анализа и настройки процесса сварки. Алгоритм прогнозирования сварочной деформации может устранить недостатки, вызванные типичными процессами сварки, и сделать возможным использование типовых корпусов клапанов и отложенную адаптацию в соответствии с требованиями заказчика.
[0014] Предложен способ производства корпуса 10 клапана в соответствии с требованиями заказчика, при этом корпус 10 клапана имеет начальную конфигурацию 12 корпуса клапана (проиллюстрировано на Фиг. 1) с первым торцевым соединением 14 и вторым торцевым соединением 16. Первое торцевое соединение 14 имеет начальную конфигурацию 18 первого торца, а второе торцевое соединение 16 имеет начальную конфигурацию 20 второго торца. Способ включает в себя добавление материала к первому торцевому соединению 14 с использованием первого процесса аддитивного промышленного производства (например, процесс осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии или процесс трехмерной печати) для создания по меньшей мере части конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика (как проиллюстрировано на Фиг. 2), и конфигурация 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика отличается от начальной конфигурации 18 первого торца. Способ также включает в себя добавление материала к второму торцевому соединению 16 с использованием второго процесса аддитивного промышленного производства (например, процесс осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии или процесс трехмерной печати) для создания по меньшей мере части конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика (как проиллюстрировано на Фиг. 2), и конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика отличается от начальной конфигурации 20 второго торца.
[0015] Сконфигурированные таким образом, множество «типовых» корпусов 10 клапанов (идентичных тому, что проиллюстрирован на Фиг. 1), которые имеют идентичные начальные конфигурации 18 первого торца и начальные конфигурации 20 второго торца могут быть «впоследствии доработаны согласно требованиям заказчика» на основе конкретных требований заказчика в отношении торцевых конфигураций. Хотя повсюду показан один «типовой» корпус 10 клапана, возможно одно или несколько изменений «типового» корпуса клапана, которые могут быть дополнительно изменены с помощью рассмотренных в данном документе способов отложенной адаптации в соответствии с требованиями заказчика.
[0016] Благодаря использованию процессов аддитивного промышленного производства, первый корпус 10 клапана может иметь начальные конфигурации 18 первого торца (например, конфигурацию сварного шва стыкового соединения), модифицированную в конфигурацию 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика (например, конфигурацию первого фланца, который имеет первый диаметр и первую толщину), такую, как проиллюстрировано на Фиг. 2. Кроме того, благодаря использованию тех же (или отличающихся) процессов аддитивного промышленного производства второй корпус 10 клапана может иметь начальную конфигурацию 18 первого торца (например, конфигурацию сварного шва стыкового соединения корпуса 10a первого клапана), модифицированную в другую конфигурацию 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика (например, конфигурацию вторую фланца, который имеет второй диаметр и вторую толщину), такую, как проиллюстрировано на Фиг. 3. Аналогично, конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика для каждого из корпусов 10 первого и второго клапанов может быть создана из начальной конфигурации 20 второго торца на корпусе 10 типового клапана. Соответственно, вместо того, чтобы отливать два законченных и обработанных корпуса клапана для каждой конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпусов первого и второго клапанов, типовые корпуса 10 клапана могут быть изменены - быстро и на основе каждого заказа - в нужную конфигурацию 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика. Таким образом, поддержание точно определенных складских запасов готовых корпусов клапанов, имеющих соответствующие конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика (и/или конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика), больше не требуется, так как клапаны согласно требованиям заказчика могут быть созданы по мере необходимости из корпусов 10 типового клапана.
[0017] Обращаясь к способу более подробно, Фиг. 1 иллюстрирует начальную конфигурацию 12 корпуса 10 клапана, которая включает в себя первое торцевое соединение 14 и второе торцевое соединение 16. Первое торцевое соединение 14 может быть впускным торцевым соединением, а второе торцевое соединение 16 может быть выпускным торцевым соединением. Однако первое торцевое соединение 14 может быть выпускным торцевым соединением, а второе торцевое соединение 16 может быть впускным торцевым соединением. В некоторых вариантах осуществления изобретения начальная конфигурация 12 корпуса 10 клапана также может иметь третье торцевое соединение (не показано) или дополнительные торцевые соединения. Корпус 10 клапана может иметь множество внутренних поверхностей 26, которые взаимодействуют, чтобы образовать впускное отверстие 28 и выпускное отверстие 30, и седло 32 клапана, расположенное между впускным отверстием 28 и выпускным отверстием 30. Седло 32 клапана может быть выполнено с возможностью выборочного контакта с запирающим элементом клапана (не показан), который известным образом перемещается между закрытым положением (при этом запирающий элемент клапана герметично контактирует с седлом 32 клапана) и открытым положением (при этом запирающий элемент клапана не контактирует герметично с седлом 32 клапана).
[0018] Первое торцевое соединение 14 имеет начальную конфигурацию 18 первого торца, а второе торцевое соединение 16 имеет начальную конфигурацию 20 второго торца. Каждая из - начальной конфигурации 18 первого торца и начальной конфигурации 20 второго торца - может быть любой конфигурацией торца, которая может быть впоследствии модифицирована в подходящую конфигурацию 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика и конфигурацию 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика, соответственно. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 1, одна или обе из - начальной конфигурации 18 первого торца и начальной конфигурации 20 второго торца - могут представлять собой торцевое соединение стыкового сварного шва или могут представлять собой кольцевую торцевую конфигурацию. Тем не менее, предполагается любое подходящее торцевое соединение, что включает в себя резьбовые торцы, торцы сварного соединения враструб, соединительные фланцы типа плоской выступающей поверхности и кольца, а также стыковочные фланцы Graloc, например. Начальная конфигурация 12 корпуса 10 клапана может быть сделана, изготовлена и/или произведена любым подходящим способом, например, путем литья (например, отливки в песчаной форме) начальной конфигурации 12 корпуса 10 клапана. Начальная конфигурация 12 корпуса 10 клапана может быть сделана, изготовлена и/или произведена в любом подходящем месторасположении, и данное месторасположение может не находиться на тех же производственных мощностях, на которых происходит первый процесс аддитивного промышленного производства и/или первый (должно быть - второй?) процесс аддитивного промышленного производства. Начальная конфигурация 12 корпуса 10 клапана может быть сделана, изготовлена и/или произведена из любого подходящего материала или комбинации материалов. Например, начальная конфигурация 12 корпуса 10 клапана может быть сделана, изготовлена и/или произведена из первого материала, который может быть металлом, таким как стальной материал (например, углеродистая сталь).
[0019] По любой подходящей причине в исходной конфигурации корпуса 12 корпуса 10 клапана может быть выполнена модификация согласно требованиям заказчика. Например, первый заказчик может иметь первый набор требований для конфигурации первого торцевого соединения 14 и второго торцевого соединения 16, для которого требуется модификация начальной конфигурации 18 первого торца и начальной конфигурации 20 второго торца. Соответственно, начальная конфигурация 18 первого торца может быть модифицирована с помощью первого процесса аддитивного промышленного производства для создания по меньшей мере части конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана, представленном на Фиг. 2, а начальная конфигурация 20 второго торца может быть модифицированный с помощью второго процесса аддитивного промышленного производства, чтобы создать по меньшей мере часть конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана, представленном на Фиг. 2. Конфигурация 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика может отличаться от начальной конфигурации 18 первого торца, а конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика может отличаться от начальной конфигурации 20 второго торца.
[0020] Первый процесс аддитивного промышленного производства может быть таким же, как и второй процесс аддитивного промышленного производства. Однако в некоторых вариантах осуществления изобретения первый процесс аддитивного промышленного производства может отличаться от второго процесса аддитивного промышленного производства. Первым процессом аддитивного промышленного производства может быть любой производственный процесс или технология, которая создает трехмерные объекты путем добавления последовательных слоев материала на материал. Первый процесс аддитивного промышленного производства (и/или второй процесс аддитивного промышленного производства) может быть выполнен любым подходящим агрегатом или комбинацией агрегатов. Первый процесс аддитивного промышленного производства обычно может включать в себя или использовать компьютер, программное обеспечение трехмерного моделирования (например, программное обеспечение Системы Автоматизированного Проектирования, или САПР), машинное оборудование и материал для послойной укладки. После создания модели САПР машинное оборудование может считывать данные из файла САПР и наслаивать или добавлять последовательные слои жидкого, порошкового, листового материала (например) слой-за-слоем для изготовления трехмерного объекта. Первый процесс аддитивного промышленного производства (и/или второй процесс аддитивного промышленного производства) может включать в себя любой из нескольких процессов, таких как, лишь для примера, процесс стереолитографии («SLA»), процесс моделирования осаждения наплавки («FDM»), процесс многоструйного моделирования («MJM») и процесс селективного лазерного спекания («SLS»). В некоторых вариантах осуществления изобретения первый процесс аддитивного промышленного производства (и/или второй процесс аддитивного промышленного производства) может включать в себя процесс осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии. Такой процесс осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии может выполняться многоосевым токарным станком с числовым программным управлением («ЧПУ») с возможностями осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии.
[0021] Как ранее объяснялось, материал может быть добавлен к первому торцевому соединению 14 корпуса 10 клапана с использованием первого процесса аддитивного промышленного производства для создания по меньшей мере части конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика одного варианта осуществления корпуса 50 клапана, проиллюстрированного на Фиг. 2. Добавленный материал может представлять собой тот же материал, что и материал, который был использован для того, чтобы сделать, изготовить и/или произвести корпус 10 клапана (например, материал может представлять собой первый материал). Однако добавленный материал может представлять собой другой материала, нежели материал, используемый для того, чтобы сделать, изготовить и/или произвести корпус 10 клапана (например, материал может представлять собой второй материал, который отличается от первого материала).
[0022] В некоторых вариантах осуществления изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 1, начальная конфигурация 18 первого торца может представлять собой стыковое сварное соединение, которое может быть пригодно для стыковой сварки к соответствующему стыковому сварному соединению на смежном конце впускной трубы ниже по потоку. Однако заказчику может потребоваться конфигурация 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика, которая представляет собой конфигурацию фланца, имеющую определенную толщину и внешний диаметр, и, следовательно, корпус 10 клапана, который имеет начальную конфигурацию 12 корпуса клапана, может быть механически обработан или преобразован (с использованием первого процесса аддитивного промышленного производства) таким образом, чтобы добавить материал к начальной конфигурации 18 первого торца, чтобы создать по меньшей мере часть конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана, которая может быть первым торцевым фланцем 34, имеющим толщину t1A и наружный диаметр OD1A. Конфигурация 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана может быть любым подходящим торцевым соединением, которое отличается от начальной конфигурации 18 первого торца, и предполагается любое подходящее торцевое соединение, такое как резьбовые торцы, торцы сварного соединения враструб, соединительные фланцы типа плоской выступающей поверхности и кольца, а также стыковочные фланцы Graloc, например.
[0023] Создание, промышленное производство или изготовление конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика может также потребовать удаления материала из первого торцевого соединения 14 (например, в начальной конфигурации 18 первого торца) с использованием первого процесса удаления материала для создания по меньшей мере части конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика. Первый процесс удаления материала может быть выполнен любым подходящим агрегатом или комбинацией агрегатов, и первый процесс удаления материала может быть выполнен до, после или во время первого процесса аддитивного промышленного производства. Например, первый процесс удаления материала может быть процессом обработки резанием, выполняемым с помощью токарного станка и/или процессом обработки высверливанием, выполняемым с помощью сверлильного устройства. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый процесс удаления материала может выполняться одним и тем же оборудованием (например, агрегатом или комбинацией агрегатов), которое выполняет первый процесс аддитивного промышленного производства. Например, первый процесс удаления материала может выполняться многоосевым токарным станком с числовым программным управлением («ЧПУ») с возможностями осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии.
[0024] В некоторых вариантах осуществления изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 1, начальная конфигурация 20 второго торца может быть идентична начальной конфигурации 18 первого торца, а также начальная конфигурация 20 второго торца может представлять собой стыковое сварное соединение. Соответственно, заказчику может потребоваться конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана, которая может быть идентична конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика, и конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика может представлять собой второй торцевой фланец 36 с толщиной t1B и наружным диаметром OD1B, и толщина t1B и наружный диаметр OD1B могут быть идентичны толщине t1A и наружному диаметру OD1A первого торцевого фланца 34. Однако конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика может быть любым подходящим торцевым соединением, которое отличается от начальной конфигурации 20 второго торца, и предполагается любое подходящее торцевое соединение, такое как резьбовые торцы, торцы сварного соединения враструб, соединительные фланцы типа плоской выступающей поверхности и кольца, а также стыковочные фланцы Graloc, например.
[0025] Следовательно, корпус 10 клапана, который имеет начальную конфигурацию 12 корпуса клапана, может быть механически обработан или преобразован (с использованием второго процесса аддитивного промышленного производства) таким образом, чтобы добавить материал к начальной конфигурации 20 второго торца для создания по меньшей мере части конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика варианта осуществления 50 корпуса клапана. Второй процесс аддитивного промышленного производства может быть таким же, как первый процесс аддитивного промышленного производства, описанный со ссылкой на создание по меньшей мере части конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика. Добавленный материал может представлять собой тот же материал, что и материал, который был использован для того, чтобы сделать, изготовить и/или произвести корпус 10 клапана (например, материал может представлять собой первый материал) и/или тот же материал, добавленный к первому торцевому соединению 14 корпуса 10 клапана с использованием первого процесса аддитивного промышленного производства. Однако материал, добавленный в течение второго процесса аддитивного промышленного производства, может отличаться от первого материала и материала, добавленного во время первого процесса аддитивного промышленного производства (например, материал может представлять собой третий материал, который отличается от первого материала и второго материала). В других вариантах осуществления изобретения материал, добавленный в течение второго процесса аддитивного промышленного производства, может отличаться от первого материала, но быть таким же, что материал, добавленный во время первого процесса аддитивного промышленного производства (например, материал может представлять собой второй материал).
[0026] Создание, промышленное производство или изготовление конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана также может потребовать удаления материала из второго торцевого соединения 16 (например, в начальной конфигурации 20 второго торца) с использованием второго процесса удаления материала для создания по меньшей мере части конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика. Второй процесс удаления материала может быть выполнен любым подходящим агрегатом или комбинацией агрегатов, и второй процесс удаления материала может быть аналогичен первому процессу удаления материала, описанному в обсуждении конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика. В частности, второй процесс удаления материала может быть выполнен до, после или во время второго процесса аддитивного промышленного производства, и второй процесс удаления материала может быть процессом обработки резанием, выполняемым с помощью токарного станка и/или процессом обработки высверливанием, выполняемым с помощью сверлильного устройства. В некоторых вариантах осуществления изобретения второй процесс удаления материала может выполняться одним и тем же оборудованием (например, агрегатом или комбинацией агрегатов), которое выполняет первый процесс аддитивного промышленного производства, и/или второй процесс аддитивного промышленного производства, и/или первый процесс удаления материала. Например, второй процесс удаления материала может выполняться многоосевым токарным станком с числовым программным управлением («ЧПУ») с возможностями осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии.
[0027] Как было объяснено ранее, начальная конфигурация 12 корпуса 10 клапана может быть «типовой» по меньшей мере в двух различных конфигурациях торцов. Следовательно, начальная конфигурация 12 корпуса клапана другого корпуса 100 клапана (см. Фиг. 3) может быть модифицирована в соответствии с другим набором требований заказчика описанным выше способом (например, может быть изменена иначе, чем вариант осуществления корпуса 50 клапана, представленного на Фиг. 2). То есть начальная конфигурация 18 первого торца корпуса 10 клапана может быть модифицирована с помощью первого процесса аддитивного промышленного производства, который ранее был описан для создания по меньшей мере части конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана, а начальная конфигурация 20 второго торца корпуса 100 клапана может быть модифицирована с помощью второго процесса аддитивного промышленного производства для создания по меньшей мере части конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана.
[0028] Конфигурация 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана может отличаться от конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана (проиллюстрировано на Фиг. 2), а конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана может отличаться от конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана (проиллюстрировано на Фиг. 2). Например, как проиллюстрировано на Фиг. 3, конфигурация 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана может иметь определенную толщину и внешний диаметр, и материал может быть добавлен или удален, как описано выше, для того, чтобы создать по меньшей мере часть конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана, который может представлять собой первый торцевой фланец 34 с толщиной t2A и наружным диаметром OD2A.
[0029] Кроме того, конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана может иметь определенную толщину и внешний диаметр, и материал может быть добавлен или удален, как описано выше, для того, чтобы создать по меньшей мере часть конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана, который может представлять собой второй торцевой фланец 36 с толщиной t2B и наружным диаметром OD2B. Толщина t2B и наружный диаметр OD2B могут быть идентичны толщине t2A и наружному диаметру OD2A первого торцевого фланца 34 корпуса 100 клапана. Однако любые или все толщины t2A и t2B и/или наружные диаметры OD2A, OD2B корпуса 100 клапана (представленного на Фиг. 3) могут отличаться от любых или всех соответствующих толщин t2A и t2B и/или соответствующих внешних диаметров OD2A, OD2B корпуса 50 клапана (представленного на Фиг. 2). Первый материал, второй материал и/или третий материал, который используют в конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика и/или конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 100 клапана, представленного на Фиг. 3, могут быть такими же, как (или любыми или все могут отличаться) первый материал, второй материал и/или третий материал, который используют в конфигурация 22 первого торцевого соединения согласно требованиям заказчика и/или конфигурация 24 второго торцевого соединения согласно требованиям заказчика корпуса 50 клапана, представленного на Фиг. 2.
[0030] С использованием «типового» корпуса 10 клапана, который имеет начальную конфигурацию 12 корпуса клапана, проиллюстрированную на Фиг. 1, возможно любое количество конфигураций первого и второго торца. Например, множество «типовых» корпусов 10 клапанов, которые имеют начальную конфигурацию 12 корпуса клапана (и начальную конфигурацию 18 первого торца и начальную конфигурация 20 второго торца), могут быть заказаны у поставщика и храниться в соответствующем месте складирования. Когда клапан в соответствии с требованиями заказчика заказывается первым заказчиком, «типовой» корпус 10 клапана перемещается из места складирования в первое производственное месторасположение. В первом производственном месторасположении начальная конфигурация 12 корпуса клапана может быть механически обработана или преобразована (с использованием первого процесса аддитивного промышленного производства) таким образом, чтобы добавить материал к начальной конфигурации 18 первого торца для создания по меньшей мере части конфигурации 22 первого торца согласно требованиям первого заказчика, как описано выше (например, как проиллюстрировано на Фиг. 2). Также в первом производственном месторасположении начальная конфигурация 12 корпуса клапана может быть механически обработана или преобразована (с использованием второго процесса аддитивного промышленного производства) таким образом, чтобы добавить материал к начальной конфигурации 20 второго торца для создания по меньшей мере части конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям первого заказчика, как описано выше (например, как проиллюстрировано на Фиг. 2). Затем корпус 50 (представлен на Фиг. 2) в соответствии с требованиями заказчика готов к отправке первому заказчику.
[0031] Когда клапан в соответствии с требованиями заказчика заказывается вторым заказчиком, другой «типовой» корпус 10 клапана перемещается из соответствующего места складирования в первое (второго) производственное положение. В первом (или втором) производственном месторасположении начальная конфигурация 12 корпуса 10 клапана может быть механически обработана или преобразована (с использованием первого процесса аддитивного промышленного производства) таким образом, чтобы добавить материал к начальной конфигурации 18 первого торца для создания по меньшей мере части конфигурации 22 первого торцевого соединения согласно требованиям второго заказчика, как описано выше (например, как проиллюстрировано на Фиг. 3). Также в первом (или втором) производственном месторасположении начальная конфигурация 12 корпуса клапана может быть механически обработана или преобразована (с использованием второго процесса аддитивного промышленного производства) таким образом, чтобы добавить материал к начальной конфигурации 20 второго торца для создания по меньшей мере части конфигурации 24 второго торцевого соединения согласно требованиям второго заказчика, как описано выше (например, как проиллюстрировано на Фиг. 3). Затем корпус 100 (представлен на Фиг. 3) в соответствии с требованиями заказчика готов к отправке второму заказчику. Специалист в данной области техники должен признать, что хранение множества «типовых» корпусов 10 клапанов и использование «отложенной адаптации в соответствии с требованиями заказчика» для того, чтобы внести модификации в соответствии с требованиями заказчика, на основе каждого заказа, уменьшает зависимость от прогнозов продаж, а также требует меньшего времени для выполнения заказов.
[0032] Теперь, ссылаясь на Фиг. 4, в способе 400 для того, чтобы добавлять торцевые соединения согласно требованиям заказчика к типовому корпусу клапана, может быть использована реализованная с использованием компьютерных технологий система. Способ 400 может быть реализован с использованием одной или нескольких функций и/или подпрограмм в виде долговременных исполняемых компьютером команд, которые хранятся на материальном считываемом компьютером носителе данных и/или выполняются с использованием процессора вычислительного устройства. Подпрограммы могут быть реализованы в автоматизированном и управляемом сварочном оборудовании, таком как осаждение с использованием лазерной системы направленной передачи энергии, оборудовании для трехмерной печати и т.д.
[0033] Способ 400 может осуществляться после того, как система получает выбранный вариант типового корпуса клапана (блок 402). Как описано выше, типовой корпус клапана может включать в себя одну или несколько начальных торцевых конфигураций, которые предполагается адаптировать в соответствии с требованиями заказчика способами, описанными в данном документе. Выбранный клапан может соответствовать корпусу 10 клапана с конфигурацией 12 корпуса клапана, как описано со ссылкой на Фиг. 1-3. Например, выбранный клапан может быть фланцевым клапаном, запорно-регулирующим клапаном и/или клапаном с поворотной заслонкой. Вышеприведенные примеры не предназначены для ограничения, и типовой корпус клапана может иметь любой подходящий размер, форму и/или конфигурацию, которые должны использоваться согласно способу по настоящему изобретению. Кроме того, начальные торцевые конфигурации выбранного типового корпуса клапана также могут быть любого подходящего размера, формы и/или конфигурации, которые должны использоваться согласно способу по настоящему изобретению.
[0034] Затем система может получать выбранный вариант первого и второго торцевых соединений (блок 404). Например, первое и второе торцевые соединения могут представлять собой любую подходящую комбинацию резьбовых торцов, торцов сварного соединения враструб, соединительных фланцев типа плоской выступающей поверхности и кольца, а также стыковочных фланцев Graloc. В одном варианте осуществления изобретения первое и второе торцевые соединения будут одинаковыми, тогда как в других вариантах осуществления изобретения первое и второе торцевые соединения отличаются друг от друга. Использование первого и второго торцевых соединений не предназначено для ограничения, и система может получать выбранный вариант любого количества торцевых соединений, соответствующих количеству начальных торцевых конфигураций, содержащихся в выбранном типовом корпусе клапана.
[0035] Кроме того, для системы также может быть получен выбранный вариант одного или нескольких характерных признаков, таких как материал, размер, форма, внутренний диаметр, внешний диаметр и т.д., соответствующих каждому полученному торцевому соединению. Как обсуждалось выше, полученные первое и второе торцевые соединения могут быть идентичными или варьироваться в зависимости от выбираемых характерных признаков.
[0036] Затем система может начать присоединение первого торцевого соединения к корпусу клапана (блок 406). В одном варианте осуществления система может реализовывать пятиосевые токарные станки с числовым программным управлением («ЧПУ») с возможностями осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии для того, чтобы присоединить первое торцевое соединение к корпусу клапана с использованием как аддитивных, так и субтрактивные процессы промышленного производства. В другом варианте осуществления изобретения система может реализовать трехмерный принтер или другое подобное автоматизированное устройство промышленного производства для сварки и/или присоединения первого торцевого соединения к корпусу клапана. В одном варианте осуществления изобретения первое торцевое соединение может быть приварено к корпусу клапана прежде чем будет произведена чистовая обработка и сборка. В другом варианте осуществления изобретения отливка корпуса клапана может быть уже отполирована/обработана до того, как система присоединяет первое торцевое соединение.
[0037] В одном варианте осуществления изобретения система реализует алгоритм прогнозирования сварочной деформации для того, чтобы итерационно регулировать и/или непрерывно смещать машину автоматической сварки через каждый последовательный проход и/или технологическую операцию. Система может начинаться с присоединения первого торцевого соединения к корпусу клапана (при соответствующем начальном торцевом соединении) посредством технологической операции, основанной на начальном смещении, соответствующем свойствам корпуса клапана и выбранному первому торцевому соединению. Начальное смещение может быть определено эмпирически посредством экспериментальных данных на основе выбранного типового корпуса клапана, выбранного первого торцевого соединения, и одного или нескольких параметров из: (i) коэффициенты теплового расширения отливки и/или кованого материала-основы и/или сварочного материала, (ii) предел текучести отливки и/или кованого материала-основы и/или сварочного материала, (iii) исходная толщина стенки начального торцевого соединения, (iv) требуемый окончательный наружный диаметр первого торцевого соединения, (v) требуемая окончательная толщина первого торцевого соединения (vi) скорость изменения входного воздействия сварочной температуры и температура между проходами, (vii) производительность наплавки металла сварочного шва и/или (viii) сварочное положение (вертикальное, горизонтальное и т.д.).
[0038] После технологической операции, основанной на начальном смещении, система может анализировать фактические физические результаты первой технологической операции, чтобы определить, следует ли корректировать начальное смещение. Например, система может сравнивать прогнозные результаты технологической операции с одним или несколькими результатами измерений фактических результатов, такими как температура, вес, смещение первого торцевого соединения и/или любой другой фактор, который может указывать на результат первой технологической операции. Если прогнозные результаты отличаются от фактических результатов, система может корректировать смещение и, следовательно, технологическую операцию.
[0039] В течение каждой технологической операции система может выполнять любое количество функций. Например, система может сваривать, растачивать, разрезать, шлифовать, делать насечку, сверлить, поворачивать и/или выполнять любую другую необходимую функцию для того, чтобы присоединять первое торцевое соединению к корпусу клапана. В течение каждой технологической операции может выполняться любая комбинация функций, при этом комбинация функций основана, по меньшей мере частично, на определенном смещении.
[0040] Вышеуказанный цикл (технологическая операция -> сравнение результатов -> регулировка смещения) будет продолжаться до тех пор, пока первое торцевое соединение не будет удовлетворительно присоединено к корпусу клапана на начальном торцевом соединении. Другими словами, система может продолжать сваривать, растачивать, разрезать, шлифовать, делать насечку, сверлить, поворачивать и/или выполнять любую другую необходимую функцию для того, чтобы присоединить первое торцевое соединению к корпусу клапана до тех пор, пока соединение не удовлетворит ряд требований. Например, система может предусматривать необходимость достижения требуемого внутреннего диаметра, требуемого наружного диаметра, требуемой конфигурации (например, первое торцевое соединение должно быть ортогонально впускному/выпускному отверстию, определяемому корпусом клапана) и т.д.
[0041] После того, как первое торцевое соединение удовлетворительно присоединено к корпусу клапана, затем система может начать присоединение второго торцевого соединения к корпусу клапана (блок 406). В одном варианте осуществления система может реализовывать пятиосевые токарные станки с числовым программным управлением («ЧПУ») с возможностями осаждения с использованием лазерной системы направленной передачи энергии для того, чтобы приваривать второе торцевое соединение к корпусу клапана с использованием как аддитивных, так и субтрактивные процессы промышленного производства. В другом варианте осуществления изобретения система может реализовать трехмерный принтер или другое подобное автоматизированное устройство промышленного производства для сварки и/или присоединения второго торцевого соединения к корпусу клапана. В одном варианте осуществления изобретения второе торцевое соединение может быть приварено к корпусу клапана прежде чем будет произведена чистовая обработка и сборка. В другом варианте осуществления изобретения корпуса клапана может быть уже отлит и отполирован до того, как система присоединяет второе торцевое соединение.
[0042] В одном варианте осуществления изобретения система реализует алгоритм прогнозирования сварочной деформации для того, чтобы итерационно регулировать и/или непрерывно смещать машину автоматической сварки через каждый последовательный проход и/или технологическую операцию. Система может начинаться с присоединения второго торцевого соединения к корпусу клапана (при соответствующем начальном торцевом соединении) посредством технологической операции, основанной на начальном смещении, соответствующем свойствам корпуса клапана и выбранному второму торцевому соединению. Начальное смещение может быть определено эмпирически посредством экспериментальных данных на основе выбранного типового корпуса клапана, выбранного первого торцевого соединения, и одного или нескольких параметров из: (i) коэффициенты теплового расширения отливки и/или кованого материала-основы и/или сварочного материала, (ii) предел текучести отливки и/или кованого материала-основы и/или сварочного материала, (iii) исходная толщина стенки начального торцевого соединения, (iv) требуемый окончательный наружный диаметр первого торцевого соединения, (v) требуемая окончательная толщина первого торцевого соединения (vi) скорость изменения входного воздействия сварочной температуры и температура между проходами, (vii) производительность наплавки металла сварочного шва и/или (viii) сварочное положение (вертикальное, горизонтальное и т.д.).
[0043] После технологической операции, основанной на начальном смещении, система может анализировать фактические физические результаты первой технологической операции, чтобы определить, следует ли корректировать начальное смещение. Например, система может сравнивать прогнозные результаты технологической операции с одним или несколькими результатами измерений фактических результатов, такими как температура, вес, смещение первого торцевого соединения и/или любой другой фактор, который может указывать на результат первой технологической операции. Если прогнозные результаты отличаются от фактических результатов, система может корректировать смещение и, следовательно, технологическую операцию.
[0044] В течение каждой технологической операции система может выполнять любое количество функций. Например, система может сваривать, растачивать, разрезать, шлифовать, делать насечку, сверлить, поворачивать и/или выполнять любую другую необходимую функцию для того, чтобы присоединять второе торцевое соединению к корпусу клапана. В течение каждой технологической операции может выполняться любая комбинация функций, при этом комбинация функций основана, по меньшей мере частично, на определенном смещении.
[0045] Вышеуказанный цикл (технологическая операция -> сравнение результатов -> регулировка смещения) будет продолжаться до тех пор, пока второе торцевое соединение не будет удовлетворительно присоединено к корпусу клапана на соответствующем начальном торцевом соединении. Другими словами, система может продолжать сваривать, растачивать, разрезать, шлифовать, делать насечку, сверлить, поворачивать и/или выполнять любую другую необходимую функцию для того, чтобы присоединить второе торцевое соединение к корпусу клапана до тех пор, пока соединение не удовлетворит ряд требований. Например, система может предусматривать необходимость достижения требуемого внутреннего диаметра, требуемого наружного диаметра, требуемой конфигурации (например, второе торцевое соединение должно быть ортогонально впускному/выпускному отверстию, определяемому корпусом клапана) и т.д.
[0046] Соответственно, способ 400 предусматривает отложенную адаптацию в соответствии с требованиями заказчика конфигураций типовых фланцев множества типовых корпусов клапана в желаемую (в соответствии с требованиями заказчика) конфигурацию фланца непосредственно на типовом корпусе клапана с использованием технологий аддитивного промышленного производства, таких как осаждение с использованием лазерной системы направленной передачи энергии. Следовательно, может быть создано значительные количество отливок типовых корпусов клапана, которые впоследствии будут адаптированы в соответствии с требованиями заказчика в необходимые фланцевые или торцевые конфигурации согласно требованиям, тем самым уменьшая количество складских запасов конфигураций фланцев в соответствии с требованиями заказчика, снижая зависимость от прогнозирования продаж и сокращая время производства.
[0047] Хотя различные варианты реализации изобретения были описаны выше, это описание не предназначено для ограничения изобретения. В описанные варианты реализации изобретения могут быть внесены изменения, что по прежнему будет включаться в объем прилагаемой формулы изобретения.