بهینه سازی فرآیند و طراحی ابزار سوراخکاری صفحه لوله مبدل حرارتی (tube sheet)

امروزه بسیاری از واحدهای تولیدی به ویژه کارخانجات مرتبط با فرآیند ماشینکاری فلزات، بدلیل پیشرفت سریع در صنایع تولیدی و افزایش رقابت در تولید قطعات با کیفیت بالاتر و هزینه کمتر، جهت باقی ماندن در بازار رقابت از روش های بهینه سازی در فرآیند ماشینکاری استفاده می کنند. روش-های بهینه سازی یک ابزار حیاتی برای بهبود پیوسته کیفیت محصولات خروجی با در نظر گرفتن محدودیت های محیطی از قبیل میزان مصرف انرژی و یا توان مصرفی مورد نیاز برای تولید قطعه، نیروهای ماشینکاری و ... می باشد. این موضوع بدون ایجاد رابطه بین متغیرهای ورودی و خروجی در حین فرآیند میسر نمی باشد. بنابراین مدلسازی و یا به عبارتی ساده تر ایجاد رابطه بین پارمترهای ورودی و متغییرهای خروجی به عنوان امری ضروری قبل از یافتن شرایط بهینه برای تولید قطعات با کیفیت و هزینه ی بهینه، تلقی می شود. قطعه ی tube sheet یکی از اجزای سازنده ی مبدل های حرارتی بوده که با توجه به نوع ساختار خاص خود (تعداد سوراخ ، قطر و عمق سوراخکاری زیاد)، نیاز به بهینه سازی در فرآیند تولید دارد. لزوم دست یافتن به صافی سطح و تلرانس های ابعادی و هندسی مطلوب، مراحل تولید این قطعه را به لحاظ اقتصادی با مشکل مواجه نموده است. بنابراین لازم است که کل فرآیند به صورت بهینه درآمده، تا ضمن افزایش کیفیت، زمان و هزینه ی سوراخکاری نیز کمینه شود. به عبارت دیگر فرآیند باید به گونه ای طراحی و یا اصلاح شود تا بیشترین بازده در فرآیند فراهم شود و تولید قطعه از لحاظ اقتصادی، مقرون به صرفه باشد؛ و گر نه تولید آن جز اینکه هزینه ی سرباری را به واحد تولیدی تحمیل کند، سود دیگری ندارد. بهینه سازی فرآیند سوراخکاری در دو مرحله انجام گردیده است؛ در مرحله ی اول با تعریف دو تابع ناهمواری سطح و هزینه ، به عنوان دو تابع هدف، پارامترهای سوراخکاری (سرعت برشی، نرخ پیشروی و زاویه ی راس ابزار) توسط الگوریتم ژنتیک بهینه گردیده است. مقایسه ی نتایج بدست آمده توسط الگوریتم ژنتیک با نتایج عملی مطابقت کامل داشته و این امر بر صحت نتایج نهایی دلالت می کند. در این مرحله محدوده ی بهینه ی زاویه ی راس مته، با اندازه گیری نیروی عمودی سوراخکاری بدست آمد. در مرحله ی دوم با طراحی و ساخت یک ابزار مخصوص و بهینه که تمامی مراحل سوراخکاری، از مته مرغک زنی تا برقوکاری را به صورت یکپارچه انجام می دهد، فرآیند بهینه سازی تکمیل می شود. البته در طراحی این ابزار شرایط بهینه مرحله ی قبل نیز تا حد امکان، اعمال شده است. در نهایت نیز به مقایسه ی هزینه ی تمام شده ی ایجاد یک سوراخ در دو روش قدیمی و روش بهینه شده پرداخته می-شود.در روش بهینه، کارایی بالای ابزار طراحی شده در کاهش زمان و هزینه ی سوراخکاری، مشهود است. زمان غیر ماشینکاری حدود 40 و هزینه سوراخکاری هر سوراخ تا 25 درصد کاهش داشته است.