автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Исследования и разработка технологических процессов ротационно-локальной гибки листовых деталей обшивок корпусов судов

Введение.

Глава 1. Процессы гибки листовых деталей корпусов судов и гибочное оборудование.

1.1 Листовые детали обшивок корпусов современных судов.

1.2. Традиционные и перспективные процессы гибки и гибочное оборудование.

1.3. Обзор существующих теорий холодной гибки.

1.4. Выводы и постановка задач исследований.

Глава 2. Теоретический анализ процессов ротационно- локального деформирования.

2.1. Процессы ротационно- локального деформирования листовых деталей обшивок корпусов судов.

2.2. Анализ напряженно- деформированного состояния листовых заготовок в процессе их ротационно- локального деформирования.

2.3. Определение расчетных зависимостей между основными технологическими параметрами процессов ротационно- локального деформирования.

2.4. Выводы.

Глава 3. Технологические процессы ротационно- локальной гибки листовых деталей.

3.1. Экспериментальные исследования процессов ротационно-локального деформирования.

3.2. Разработка технологических процессов ротационно- локальной гибки листовых деталей обшивок корпусов судов.

3.3. Анализ результатов внедрения.

3.4. Выводы.

Глава 4. Оборудование и оснастка для ротационно- локальной гибки

4.1. Анализ схемно- конструктивных решений оборудования для ротационно- локальной гибки.

4.2. Определение конструктивно- технологических параметров гибочного оборудования и оснастки.

4.3. Выбор оборудования для ротационно- локальной гибки и его применение на судостроительном предприятии.

4.4. Выводы.

В судостроении применяются разнообразные гнутые листовые детали толщиной от 2 до 200 мм цилиндрической, конической, парусовидной, седлообразной, веерообразной, волнообразной и других форм. Трудоемкость гибки листовых деталей составляет значительную часть общей трудоемкости изготовления корпусных деталей.

Традиционные технологии холодной гибки листового металлопроката требуют применения мощных листогибочных прессов и машин, что приводит к значительным размерам и металлоемкости, бо.р>шому энергопотреблению, длительности монтажа гибочного оборудования, а также необходимости установки глубоких фундаментов. К недостаткам традиционно применяемых процессов относится также потребность в большом количестве металлоемкой крупногабаритной штамповой оснастки (до нескольких десятков комплектов на один пресс). Кроме того, более 80 % традиционного оборудования для гибки листового проката на предприятиях России физически и морально устарело.

Перспективными в настоящее время являются процессы ротационно-локального деформирования, на базе которых в ГНЦ ЦНИИТС разрабатываются новые ресурсосберегающие технологии и оборудование нового поколения.

Локальный характер нагружения позволяет в несколько раз снизить необходимое усилие деформирования по сравнению с гибкой- штамповкой на прессах или гибкой- прокаткой на листогибочных машинах, что обеспечивает существенное ресурсосбережение процессов формообразования благодаря снижению массогабаритных характеристик гибочного оборудования, уменьшению необходимой мощности и энергопотребления, отсутствию необходимости в заглубленных фундаментах, значительному сокращению сроков монтажа и стоимости оборудования, а также возможности применения универсальной малогабаритной гибочной оснастки.

Процессы ротационно- локальной гибки до настоящего времени были недостаточно эффективны из- за отсутствия научно- обоснованных подходов к решению основных конструктивно- технологических вопросов.

Несмотря на то, что ротационно- локальная гибка уже более 40 лет осуществляется на листогибочных станках (ЛГС) при формообразовании листовых деталей обшивок корпусов малотоннажных судов, а также несколько лет на многофункциональных гибочно- правильных станках (МГПС), технологические рекомендации практически не содержали количественных показателей параметров гибки, не объясняли основных закономерностей и физической сущности процессов ротационно- локального деформирования, процесс формообразования в значительной мере зависел от квалификации гибщгоса.

В связи с этим ротационно- локальная гибка листовых деталей оставалась трудоемкой, малопроизводительной, не обеспечивала высокого качества изготовления листовых деталей, требовала от гибщиков высокой квалификации, наличия большого опыта работы и не получила широкого распространения [61, 62].

Кроме того, в настоящее время создалась ситуация, когда большинство опытных рабочих - гибщиков, знакомых с этими процессами, вышли на пенсию, а молодые рабочие не идут на столь непрестижную и тяжелую работу, вследствие чего имеющийся опыт утрачивается.

Указанное потребовало выполнения научных исследований, результаты которых позволили бы повысить эффективность технологических процессов ротационно- локальной гибки, создать гибочное оборудование нового поколения и снизить влияние человеческого фактора на результаты выполняемых работ.

Поэтому целью диссертации является существенное повышение уровня ресурсосбережения процессов формообразования листовых деталей обшивок корпусов судов путем разработки и внедрения прогрессивных технологических процессов ротационно- локальной гибки и гибочно- правильного оборудования нового поколения, что позволяет повысить конкурентоспособность отечественных судостроительных предприятий на мировом рынке.

По результатам выполненных исследований на защиту выносятся следующие новые научные положения:

- определение условий и особенностей протекания процессов ротаци-онно- локального деформирования, выявившее существенное влияние продольных напряжений и концентрации очага пластических деформаций в области приложения нагрузки на параметры напряженно- деформированного состояния;

- расчетные зависимости для определения необходимых и допускаемых перемещений гибочной оснастки и усилий деформирования от механических характеристик материала, геометрических параметров листовой детали и рабочих поверхностей гибочной оснастки, полученные в результате решения задач упругопластического изгиба пластин при локальном приложении деформирующей нагрузки;

- научное обоснование методики определения положений линий гиба, необходимой последовательности и степени деформирования при формообразовании листовых деталей заданной формы, а также расчета параметров гибочно- правильного оборудования и оснастки.

Практическая ценность работы заключается в разработке:

- методов расчета параметров и режимов технологических процессов ротационно- локальной гибки листовых деталей;

- методик сравнения и выбора конструктивно- технологических решений, а также методов расчета параметров гибочного оборудования и оснастки;

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

- выявлены основные особенности процессов ротационно- локального деформирования;

- на основании теорий упругости, пластичности, а также с использованием решений некоторых известных задач проанализировано напряженно-деформированное состояние листовых заготовок в процессе их ротационно-локального деформирования;

- разработаны методы расчета технологических параметров и их допускаемые значения, методы расчета режимов ротационно- локальной гибки, в том числе положения линий гиба и необходимого силового воздействия на листовую заготовку при гибке листовых деталей заданной сложной формы;

- выполнены экспериментальные исследования, результаты которых подтвердили основные теоретические положения, лежащие в основе методик расчета параметров и режимов ротационно- локальной гибки;

- разработаны технологические процессы ротационно- локальной гибки листовых деталей и определены геометрические параметры гибочной оснастки, позволяющие повысить эффективность процессов деформирования;

- в результате внедрения разработанных технологических процессов выявлена возможность значительного снижения трудоемкости и повышения производительности ротационно- локальной гибки с обеспечением требуемой точности и качества формообразования листовых деталей, а также возможность обучения рабочих- гибщиков в сжатые сроки;

- разработана многоаспектная классификация вариантов и даны рекомендации по рациональному выбору схемно- конструктивных решений комплекса гибочного оборудования, удовлетворяющего потребностям заказчи

189 ков, а также сформулированы основные требования к гибочно- правильному оборудованию нового поколения;

- разработаны расчетные зависимости для определения конструктивно- технологических параметров гибочного оборудования и оснастки;

- определены области эффективного применения процессов ротационно- локального деформирования в условиях судостроительного производства;

- теоретически обоснована возможность значительного (в несколько раз) снижения необходимых усилий деформирования при ротационно- локальной гибке по сравнению с гибкой- штамповкой на мощных гибочных прессах или гибкой - прокаткой на валковых листогибочных машинах;

- в целом результаты диссертационной работы позволяют повысить эффективность применения существующего оборудования, создают предпосылки для широкого внедрения процессов ротационно- локальной гибки, позволяют правильно определить пути дальнейших исследований, а также совершенствования гибочного оборудования в целях качественного повышения ресурсосбережения процессов формообразования и обеспечения конкурентоспособности отечественных судостроительных и судоремонтных предприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Александров A.B., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Металлургия, 1981.

2. Александров В.Л., Горбач В.Д., Куклин О.С., Шабаршин В.П. Высокие и прорывные технологии гибки и правки // Вестник технологии судостроения. 1998. №4.

3. Александров В.Л., Изаренков О.В., Роганов A.C., Соколов В.Ф. Совершенствование проверочных работ в судовом корпусостроении // Вестник технологии судостроения. 1998. №4.

4. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1968.

5. Бельчук Г.А., Готовский K.M., Кох Б.А. Сварка судовых конструкций. Л. Судостроение, 1980.

6. Беляев Н.М. Сопротивление материалов М.: Физматгиз, 1962.

7. Бойцов Г.В., Палий О.М., Постнов В.А., Чувиковский B.C. Справочник по строительной механике корабля. Л.: Судостроение, 1982.

8. Бронштейн И.Н. Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Изд. физико- математической литературы, 1959.

9. Бронштейн С.И., Зеличенко А.Я. Гибка листовой стали на станках типа ЛГС. Л.: Речной транспорт, 1956.

10. Быков В.А. Пластичность, прочность и разрушение металлических судостроительных материалов. Л.: Судостроение, 1974.

11. Варданян Г.С., Андреев В.И. и др. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности. М.: АСВ, 1995.

12. Васильева В .И., Куклин О.С., Шабаршин В.П., Ширшов В.Г. Технология и оборудование для изготовления корпусных деталей из алюминиевых сплавов. Л.: ЦНИИ «Румб», 1983.

13. Васильев В.И., Рощин М.Б., Товстых Е.В. Судостроительные материалы. Л.: Судостроение, 1971.

14. Горбач В.Д., Куклин О.С., Брук М.Б., Попов В.И., Соколов О.В., Шуньгин В.Ю. Многофункциональная гибочно- правильная машина / Описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2129929.

15. Гудьер Дж. Н., Ходж Ф.Г. Упругость и пластичность. М.: Изд-во иностранной литературы, 1960.

16. Журавлев В.И., Николаева О.И. Машиностроительные стали. М.: Машиностроение, 1981.

17. Короткин Я.И., Локшин А.З., Сивере Н.Л. Изгиб и устойчивость пластин и круговых цилиндрических оболочек. Л.: Судпромгиз, 1995.

18. Кочетков А.В., Бржозовский Б.М., Челпанов И.Б. Формообразование еложнопрофильных деталей на технологических роботах гибки с растяжением. Саратов: СГТУ, 1996.

19. Краткий справочник технолога судостроителя. М.: ЦНИИТС, 1963.

20. Куклин О.С., Брук М.Б. Гибочно- правильный станок / Описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2102170.

21. Куклин О.С., Брук М.Б., Попов В.И., Шуньгин В.Ю. Перспективные процессы холодной гибки листовых деталей // Вестник технологии судостроения. 1998. № 4.

22. Куклин О.С., Брук М.Б. Технология и оборудование для формообразования толстостенных оболочек и их элементов. Л.: ЦНИИ "Румб", 1996.

23. Куклин О.С., Быков В.А. Деформируемость и работоспособность корпусных сталей. Л.: ЦНИИ "Румб", 1989.

24. Куклин О.С., Левшаков В.М. Прорывные технологии гибки и правки // Труды второй международной конференции по морским интеллектуальным технологиям. 1997.

25. Куклин О.С., Михайлов В.С., Ширшов И.Г. Проблемы повышения качества изготовления корпусных конструкций. Л.: ЦНИИ "Румб", 1988.

26. Куклин О.С., Попов В.И., Брук М.Б., Шульгин В.Ю. Новое поколение гибочно- правильного оборудования // Судостроение. 1997. № 3.

27. Куклин О.С. Теория и расчет процессов холодной гибки высокопрочных сталей и легких сплавов. Л.: ЦНИИ «Румб», 1982.

28. Куклин О.С., Стогов И.Н. Влияние точности изготовления деталей на пригоночные работы при сборке корпусных конструкций. Л.: ЦНИИ «Румб», 1979.

29. Куклин О.С., Ширшов И.Г., Шабаршин В.П. Пути автоматизации гибки листовых деталей судового корпуса // Судостроение. 1980. №1.

30. Лысов М.И., Закиров И.М. Пластическое формообразование тонкостенных деталей авиатехники. М.: Машиностроение, 1983.

31. Лысов М.И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. М.: Машиностроение, 1966.

32. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975.

33. Малинин H.H., Романов К.И., Ширшов A.A. Сборник задач по прикладной теории пластичности и ползучести. М.: Высшая школаД984.

34. Мацкевич В.Д., Ганов Э.В. и др. Основы технологии судостроения. Л.: Судостроение, 1980.

35. Микляев П.Г., Дуденков В.М. Сопротивление деформации и пластичность алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979.

36. Москалев А.Т., Никонов С.Н. Судовой гибщик. Л.: Судостроение, 1968.

37. Мошнин E.H. Гибка и правка на ротационных машинах. М.: Машиностроение, 1967.

38. Мошнин E.H. Гибка, обтяжка и правка на прессах. М.: Машиностроение,1959.

39. Мошнин E.H. Технология штамповки крупногабаритных деталей. М.: Машиностроение, 1973.

40. Огибалов П.М., Колтунов М.А. Оболочки и пластины. М.: Изд-во МГУ,1969.

41. Писаренко Г.С., Можаровский Н.С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести. Киев: Наукова думка, 1981.

42. Пластическая деформация легких и специальных сплавов / Под ред. Ко-рягина Н.И., Белова А.Ф. и др. М.: Металлургия, 1978.

43. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение,1977.

44. Прагер П., Ходж Ф.Г. Теория идеально пластических тел. М.: Изд-во иностранной литературы, 1956.

45. Рвачев В.Л., Проценко B.C. Контактные задачи теории упругости для неклассических областей. Киев: Наукова думка, 1977.

46. Рогалев И.А., Трескунов П.И. Гибочные работы в судостроении. Л.: Судпромгиз, 1953.

47. Рогалев И.А. Холодная гибка стальных листов под прессом. Л.: Судпромгиз, 1951.

48. Родионов A.A., Упырев В.М., Шульгин В.Ю. Математическое моделирование процессов упругопластического формообразования листов судовой поверхности // Труды Второй международной конференции по морским интеллектуальным технологиям. СПб, 1997.

49. Романовский В.П. Справочник по листовой штамповке. Л.: Машгиз,1959.

50. Сиденко В.М., Грушко И.М. Основы научных исследований. Харьков: Вшца школа, 1977.

51. Сипилин П.М., Зефиров И.В. Обработка корпусной стали. Л.: Судостроение, 1972.

52. Слоним А.З., Сонин А.Л. Правка листового и сортового металла. М.: Металлургия, 1981.

53. Смирнов Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. М.: Машиностроение, 1972.

54. Смирнов Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Л.: Машиностроение, 1972.

55. Смирнов B.C. Сборник задач по обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1973.

56. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969.

57. Степанов В.Г., Брук М.Б. и др. Штамповка элементов корпусных конструкций. Л.: Судостроение, 1972.

58. Сырков А.К. Справочник по технологическому проектированию судостроительных верфей и цехов. Л.: Судостроение, 1980.

59. Тарновский И.Я., Леванов А.И., Поксеваткин М.И. Контактные напряжения при пластической деформации. М.: Металлургия, 1966.

60. Телянер Б.Е., Турмов Г.П., Финкель Г.Н. Технология ремонта корпуса судна. Л.: Судостроение, 1984.

61. Технология судостроения / Под ред. В.Д. Мацкевича. Л.: Судостроение,1971.

62. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. Киев: Наукова думка, 1972.

63. Томленов А.Д. Теория пластичности деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972.

64. Требушко О.И. Основы теории упругости и пластичности. М.: Наука,1984.

65. Третьяков A.B. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании. М.: Машиностроение, 1971.

66. Унксов ЕЛ. Джонсон У., Колмогоров В.Л. и др. Теория пластических деформаций металлов. М.: Машиностроение, 1983.

67. Фокин Ю.В. Опыт гибочных работ в корпусостроении Л.: Судостроение,1963.

68. Холодная гибка листов сложной кривизны под гидравлическими прессами. Руководящие материалы. Л.: ЦНИИТС, 1951.

69. Шабаршин В.П., Ширшов И.Г., Куклин О.С. Современные средства технологического оснащения корпусообрабатывающих цехов. Л.: ЦНИИ «Румб», 1985.

70. Шавров И.А. Специальные методы штамповки. Л.: ЦНИИ «Румб», 1981.

71. Ширшов И.Г. Технология и оборудование для правки листовой корпусной стали. Л.: ЦНИИ «Румб», 1982.

72. Ширшов И.Г. Установление оптимальных параметров правильно- гибочного оборудования для судостроения // Технология судостроения. 1972. №6.

73. Шульгин В.Ю., Брук М.Б., Попов В.И. .Анализ силовых и энергетических параметров гибочно- правильного оборудования // Труды Второй международной конференции по морским интеллектуальным технологиям. СПб., 1997.

74. Chang Doo Jang, Senng II Seo and Dae Eun Ко. A Study on the Prediction of Deformations of Plates Due to Line Heating a Simplified Thermal Elasto- Plastic Analysis // Journal of Ship Production. 1997. №1.

75. Jong Gye Shin and Won Don Kim. Kinematic Analysis of the Process Planning for Compounding // Journal of Ship Production. 1997. №1.

76. Hardt D., Wright A., Constantine E., A Design- Oriented Model of Plate Forming for Shipbuilding // Journal of Ship Production. 1990. №4.

77. Проспекты фирм Volkswerft Cmbh Strolsund IBM, MTW Schiffswerft, Nieland, Colly Bombled.

78. Утверждаю" авный инженер "Алмаз"

79. А.Е. Комулайнен »?6" О2 1998г1. АКТ

80. Суммарный экономический эффект внедрения составил более 6 тыс. рублей (в ценах 1998г.)и.О.главного инженера начальник ту1. И.В. МАТВЕЕВ1. АКТо результатах внедрения

81. Зам. начальника отделения верфи