автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Исследование эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов

На правах рукописи

Чиеу Куанг Фи

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ УЗКОСТРУЙНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ

Специальность 05 08 04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург - 2008

003169085

Работа выполнена на кафедре Технологии судостроения Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Догадин Александр Владимирович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Чистов Валентин Борисович

кандидат технических наук Павлова Вера Ивановна

Ведущая организация ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения ЦНИИТС"

Защита состоится 27 05 2008 в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212 228 05 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу 190008, Санкт-Петербург, ул Лоцманская, д 3, актовый зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Ваши отзывы в двух экземплярах с подписями, заверенными печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета

Автореферат разослан « ^¿5>>апреля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета к т н , доцент

АН Муравьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Современные тенденции развития мирового судостроения характеризуются повышением требований к качеству продукций и снижению сроков постройки судов Резкадеталей является важным технологическим процессом, который в значительной степени определяет качество и сроки изготовления, как деталей, так и сварных конструкций В настоящее время объем применения алюминиевых сплавов для постройки различных судов постоянно увеличивается Обработка алюминиевых сплавов по традиционной технологии плазменной резки имеет большой недостаток-плохое качество кромокреза Появление технологии узкоструйной плазменной резки позволяет существенно повысить как производительность, так и качество резки по сравнению с существующей традиционной технологией плазменной резки Однако, достоверные результаты по применению технологии узкоструйной плазменной резки, оообенно для резки алюминиевых сплавов, в настоящее время отсутствуют Поэтому работа, посвященная исследованию вопросов, связанных с технологией узкоструйной плазменной резки при вырезке деталей из алюминиевых сплаюв и ее влиянием на последующую сварку представляет несомненный научный и практический интерес

Цель и задачи исследования.

Целью работы является анализ параметров эффективности (скорости резки, качество реза, точности резки) технологии узкоструйной плазменной резки по сравнению с традиционной технологией плазменной резки

Для достижения поставленной цели требуется рассмотреть совокупность вопросов, которые могутбьпь сформулированы, как задачи исследования

1) Определение эффективности технологии узкоструйной плазменной резки по сравнению с традиционной технологией плазменной резки

2) Разработка модели процесса плазменной резки с использованием метода конечных элементов и применением программного обеспечения Апбуб для расчета температурных полей в разрезаемом металле и в окружающих областях воздуха.

3) Уточнение формулы для определения скорости плазменной резки при использовании технологии узко струйной плазменной резки

4) Экспериментальная оценка качества сварных соединений алюминиевых деталей, вырезаемых с использованием технологии узюструйной плазменной резки

5) Разработка вариантов повышения пропускной способности участка тепловой резки для судостроительного завода ХонгХа во Вьетнаме

Методы исследования Дтя решения задач, поставленных в работе, потребовалось привлечение следующих методов исследования метод конечных элементов, метод наименьших квадратов, экспериментальный метод

Моделирование процесса плазменной резки и расчет температурных полей по методу нэнечных элементов реализовано с использованием программы Ап-

Л

1 )

sys Программное обеспечение для обработки экспериментальных данных п методу наименьших квадратов реализовано с использованием специальной раз работанной автором программы в среде FoxPro

Научная новизна работы состоит в следующем

1) Определение эффективности технологии узкоструйной плазменной рез ки по скорости резки, качеств/ реза, точности резки по сравнению с трацици онной технологией плазменной резки

2) Разработка модели процесса плазменной резки с использованием метод конечных элементов и применением программного обеспечения Ansys для ра чета температурных полей в разрезаемом металле и в 01фужающих облает воздухапри резке в различных плазмообразующих средах

3) Уточнение формулы для определения скорости плазменной резки при резке металлов по технологии узко струйной плазменной резки

4) Экспер и ментальная оценка качества сварных соединений алюминиевых деталей, вырезаемых с использованием технологии узюструйной плазменной резки

5) Разработка вариантов повышения пропускной способности участка тепловой резки для судостроительного заводаХонг Ха во Вьетнаме

Практическая ценность работы определ яется

1) выполненным в работе анализом эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов по сравнению с традиционной технологией плазменной резки

2) уточнением аналитически формулы для определения скорости резки в зависимости от основных параметров при использовании технологии узкоструйной плазменной резки

3) разработкой алгоритма расчета температурных полей для оценки влияния различных плазмообразующих сред на процесс плазменной резки

4) обоснованием вариантов повышения пропускной способности участка тепловойрезки вусловиях вьетнамского судостроительного заводаХонгХа

Апробация работы Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях 1) «Научно-техническая конференция с международным участием- кораблестроительное образование и наука», СПб, СПбГМТУ, 2005г, 2) «Четвертая международная конференция молодых ученых и специалистов по морским интеллектуальным технологиям-МОРИНТЕХ-ЮНИОР», СПб, 2006г

Публикации По теме диссертации опублишваны 4 научно-технические работы из них 3 статьи, выполненные в соавторстве (доля автора 80%) и 1 доклад В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК 1 статья в соавторстве (доля автора 80%)

Объем и структура работы Работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 141 страниц основного текста (включая 40 рисунков и 61 таблиц),! страницаоглавления, списоклитературыиз 51 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации и краткое описание рассмотренных вопросов

В первой главе выполнен анализ области применения алюминиевых сплавов в судостроении Показано, что широкое применение алюминиевых сплавов связанно с определенными их преимуществами по сравнению со сталью Преимущества алюминиевых сплавов позволяют с успехом заменять конструкции из средне- и низколегированных сталей равнопрочными конструкциями из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, экономия в весе может достигать до 50% Из всего разнообразия алюминиевых сплавов наиболее широко в настоящее время при постройке высокоскоростных судов малого и среднего водоизмещения от 50 до 500 т, больших судов на подводных крылах, амфибийных судов на воздушной подушке и экранопланов используются алюминие-во-магниевые сплавы марки 1561 (АМг61)

В целом потребление алюминиевых сплавов в различных областях промышленности в мире постоянно растет Для увеличения объема применения алюминиевых сплавов в судостроении требуются разработка и применение эффективных технологий их обработки, в том числе, и тепловой резки

В работе выполнен анализ особенностей резки алюминиевых сплавов по разным способам механический, плазменный, лазерный и способ резки водой под высоким давлением Из всех способов резки технология узкоструйной плазменной резки имеет ряд преимуществ и может быть рекомендована для широкого применения на производстве

В отличие от сталей, алюминиевые сплавы обладают рядом особенностей, затрудняющих их сварку и требующих при ее выполнении применения специальных приемов Высокая теплопроводность и теплоемкость алюминия и его сплавов требует обеспечение достаточно интенсивного и концентрированного нагрева при сварке и выбора соответствующих источников нагрева При проведении сварки плавлением дуга должна быть надежно защищена инертным газом Показано, что в настоящее время для сварки алюминиевых сплавов, вырезаемых по традиционной технологии плазменной резки, требуется большая трудоемкость на механическую обработку кромок деталей, так как, качество реза плохое При применении технологии узиэструйной плазменной резки качество кромок деталей существенно улучшается, что позволяет либо значительно уменьшить трудоемкость на механическую обработку кромок, либо исключить совсем механическую обработку перед сваркой Поэтому целесообразно было исследовать качество сварных швов алюминиевых деталей, вырезанных по технологии узкоструйной плазменной резки и свариваемых без механической обработки 1фОМОК.

В главе выполнен анализ требования к точности резки деталей корпусов судов Показано, что точность резки по технологии узиэструйной плазменной резки достигает 0,1 мм, а точность резки по традиционной технологии плазменной резки достигает максимума 0рмм Поэтому при хорошо отлаженных машинах плазменной резки и строгом соблюдении технологии узиэструйной

плазменной резки точность вырезаемых деталей достаточна для их последую щей сборки под свар1у без пригонки

Анализ путей повышения эффективности плазменной резки показан, ч применение новых плазменных технологий, как технологии узкоструйно плазменной резки, является одним из основных путей повышения эффективно сти плазменной резки Кроме того, в современных производствах можно по вы сить эффективность плазменной резки за счет автоматизации управления ма шиной плазменной резки в составе поточной линии Для автоматического заца ния машине плазменной резки необходимой скорости резки нужна математиче екая зависимость скорости резки от основных параметров режима резки В Ра боте показано, что существующие фор\^лы определения скорости рези „ 1,5 + 0,06/ с

V - -—^— - при использовании плазмообразующего газа воздуха .. 2 + 0,07/ ,

V ■=-\— - при использовании плазмообразующего газа кислорода, гд

«5*

( / у,г

АГ = 1 —I , /- силатока [А], V - скорость плазменной резки [м/мин],

5 - толщина разрезаемого металла [мм], не адекватны при резке по технологии узюструйной плазменной резки (средняя погрешность для резки сталей -14%, для резки алюминиевых сплавов - 70%), поэтому требуется уточнение формулы определения скорости резки при использовании технологии узкоструйной плазменной резки

Одной из особенностей технологии узкоструйной плазменной резки является применение различных плазмообразующих фея воздух, кислород, смесь аргона с юдородом, смесь азота с водородом (для резки алюминиевых сплавов рекомендуется смесь аргона с водородом) По данным экспериментов применение различных плазмообразующих фея приводит к изменению скорости резки и качества реза, которые в значительной степени связываются с темпфатурным полем разрезаемого металла Анализ рада решений по расчету темпфатурных полей при тепловой обработке металлов показал, что существующие решения имеют довольно сложный математический вид и по ним трудно получить численные результаты. В настоящее время для решения задачи расчета темпфатурных полей при плазменной резке возможно использование численных методов, напримф, метода конечных элементов и автоматизированной профаммы АпэуБ Такой подход позволяет получить численные результаты для различных вариантов Поэтому в данной работе расчет темпфатурных полей при плазменной резке с использованием различных плазмообразующих фед выполнялся методом конечных элементов

Др окончания войны в 1975 году судостроение как отрасли промышленности ю Вьетнаме не существовало После войны лишь отдельные заводы в разных концах страны строили дфевянные или небольшие стальные суда В 1996 году была создана Вьетнамская судостроительная корпорация УпазЬш по программе развития промышленности правительства Вьетнама В настоящее

время на небольших заводах строят судна с грузоподъемностью до 3500 тонн, а на крупных заводах строят судна с дедвейтом до 53000 тонн По данным прогноза развитие флота Вьетнама с 2010 г по 2020 г увеличится на 30% по сравнению с пфиодом с 2000 г по 2010 г Кроме того, количество зарубежных заказов постоянно увеличивается Для обеспечения выполнения внутренних и зарубежных заказов в ближайшие годы наряду с постройкой новых судостроительных заюдов необходимо повысить эффективность существующих судостроительных заводов Вьетнама

В итоге в первой главе сформулированы основные задачи исследований

Во второй главе выполнено исследование технологии узкоструйной плазменной резки К основным особенностям технологии узкоструйной плазменной резки относятся специальная конструкция плазмотрона (см рис 1), применение различных плазмообразующих сред и дополнительных вихревых газов, ин-верторные источники питания с микропроцессорным управлением, обеспечивающие плавное регулирование силытока дуги отЗО А

Рис 1 Схема плазмотрона а, для традиционной технологии плазменной резки

б, для технологии узкоструйной плазменной резки 1 - циркуляция воды вперед, 2 - циркуляция воды назад, 3 - плазмообразующая среда, 4 - вихревой газ В традиционной технологии плазменной резки используется один газ, а в технологии узкоструйной плазменной резки, кроме основного плазмообразую-щего газа, используется дополнительный "вихревой" газ, который обжимает и стабилизирует плазменную струю Разработка оптимальной конструкции плазмотрона с использованием дополнительного газа позволяет повысить стабильность плазменной дуги, качество поверхности реза и скорости резки, повысить срок службы сопел и электродов

По материалам фирмы Kjellberg (ФРГ) точность резки в соответствии с нормами DIN EN ISO 9013 относится к области, к которой относится и точ-

ность при лазерной резке (см. рис. 2). Стоимость же погонного метра реза пр

Рис. 2: Сравнение достигаемой точности при лазерной и плазменной резке.

Применяемые различные газы для плазмообразующей среды и для вихре-1 вого газа и схема типовой машиной установки для технологии узкоструйной плазменной резки показаны на рис.3.

Рис. 3: Схема типовой машиной установки для технологам узюструйной плазменной резки. 1 - вихревые газы; 2 - плазмообразующие среды; 3 - газовая консоль; 4 - устройство промежуточного поджига, 5 - устройство подключения плазматрона, б - источник тока; 7 - кабель заземления,

8 - разрезаемый лист, 9 - плазматрон, 10 - рабочий стол Диапазон эффективного применения технологии узкоструйной плазменной резки металлов составляет в настоящее время от 0,5 до 25,0 мм, а возможный

диапазон резки может достигать 160 мм При оптимальном режиме резки данная технология обеспечивает отсутствие грата на кромках, узкий рез, малый угол скоса кромок, резку на малых токах и уменьшение тепловых деформаций, качественную вырезку деталей с острыми кромками, вырезку отверстий с малыми диаметрами, возможно нанесение на детали разметки и маркировки

В работе выполнено сравнение скоростей резки по данным экспериментов при двух вариантах технологии традиционная технология и технология узкоструйной плазменной резки Показано, что для резки алюминиевых сплавов технология узкоструйной плазменной резки обеспечит повышение скорости резки в 1,7 раза при использовании смеси аргона с водородом

Рекомендуемые скорости резки по различным технологиям узкоструйной плазменной резки алюминиевых сплавов в смеси аргона с водородом показаны на рис 4

—Технология НуЭреес!, режущий ток 200А —•—Технология Н^осиэ, режущий ток 130А —*—Технология РтеРосиэ, режущий ток 130А

4500 т-

1 4000 ■-

| 3500 -

5 3000 -

1 2500 -со

о. 2000 -

£ 1500 -

° 1000 -

° 500 -О

о -о

Рис 4 Зависимости скорости резки при резке в смеси аргона с водородом

В работе выполнена оценка качества поверхности реза алюминиевого сплава марки 1561 внешним осмотром образцов, выполненных резкой в воздухе по традиционной технологии (рис 5 а) и по технологии узкоструйной плазменной резки (рис 5 б) При резке в воздухе по традиционной плазменной технологии качество поверхности реза очень плохое (грат, заусенец) В отличие от образца, выполненного резкой в воздухе по традиционной технологии, поверхность реза, выполненного резкой по технологии узкоструйной плазменной резки, не имеет гратов и заусенцев, неровностей кромок и наплывов, что свидетельствует о более качественном формировании поверхностного слоя обрабатываемого материала и об отсутствии необходимости в дополнительной механической обработке кромок после резки При резке по технологии узкоструйной плазменной резки с использованием смеси аргона с водородом качество реза еще лучше, чем качество реза при резке с использованием воздуха

Толщина разрезаемого листа, мм

а, Резка по традиционной технологии; б, Резка по узкоструйной технологии Рис. 5: Сравнение качества реза по двум вариантам технологии.

В работе выполнена экспериментальная оценка качества сварных стыковых соединений алюминиевых деталей, вырезаемых по технологии узкоструйной плазменной резки в воздухе и в смеси аргона с водородом, и свариваемых после резки ручным способом и полуавтоматом без механической обработки кромок. Последовательность выполнения экспериментов выбиралась по требованиям Российского Морского Регистра судоходства, включая подготовку проб для испытания, контроль внешним осмотром, рентгеновский контроль, изготовление образцов и проведение разрушающих испытаний, оценку полученных результатов.

Для испытаний был выбран алюминиевый сплав марки 1561 (АМг61), который широко используется в судостроении. Для изготовления проб выбраны толщины 4 мм и 6 мм. Кромки деталей после резки на установке НЦ-осиБ 130, подготовлены в соответствии с ГОСТ 14806 "Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры". На рис. 6 и 7. показана подготовка кромок деталей толщины 4 мм и 6 мм для сварки.

I

ШПШй7

УЛУЛУЛЧЛГ

г-н

Г

<о

м - Ь-^

шдпшп:

шхшшзи

Рис. 6: Подготовка кромок для сварки по ГОСТ]4806 С7 для толщины 4 мм

55°^°

ч Г--Л-

"М

1 1 - ^

Рис. 7: Подготовка кромок для сварки по ГОСТ 14806 С21 для толщины 6 мм

После сварки деталей ручным способом с использованием присадочного материала марки СвАМгб! и полуавтоматом с использованием присадочного

материала марки Ок АШгос! 1822 в защитном газе аргона полученные пробы поступали на контроль внешним осмотром и рентгеновский контроль

В результате контроля поверхности сварных соединений внешним осмотром недопустимых наружных дефектов, как-то трещин в шве и околошовной зоне, прожогов, свищей, брызг расплавленного металла, не обнаружено

Рентгеновский контроль образцов осуществлен в соответствии с ГОСТ 7512 на рентгеновским аппарате "МХЕ", требуемая чувствительность рентгеновской пленки не ниже 0,2 мм Результаты контроля показали, что выполненный рез по предполагаемой технологии узкоструйной плазменной резки в смеси аргона с водородом обеспечивает более высокое по сравнению с воздухом качество швов, соответствующее высшему (Ш) баллу по нормативной технической документации Российского морского регистра судоходства Такие сварные соединения алюминиевого сплава могут быть рекомендованы для шготовления ответственных расчетных конструкций судостроительного назначения

После рентгеновского контроля выбраны образцы толщиной 4 мм для проведения испытании на растяжение и изгиб в соответствии с ГОСТ6996

Сварные образцы для испытаний на растяжение шготовлены в соответствии с типом ХШ по ГОСТ 6996 с усилением и со снятым усилением шва По результатам испытаний определяли место разрушения образна и предел временного сопротивления наиболее слабого участка сварного соединения, который по нормативно-техническим требованиям Регистра судоходства для сварных соединений из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов средней прочности должен быть не менее 90% от прочности основного металла, то есть, не менее 305 МПа Результаты испытаний на растяжение показаны в таблице 1

Таблица 1

№ Варианты плазменной резки Способ сварки Тип образца Растяжение

Временное сопротивление, МПа Место разрушения

1 Воздух Ручная сварка Без усиления 323 Шов

2 385 Основной металл

3 С усилением 391 Основной металл

4 Смесь аргона с водородом Без усиления 367 Шов

5 376 Шов

6 С усилением 374 Основной металл

7 Воздух Полуавтоматическая сварка Без усиления 366 Шов

8 393 Шов

9 Смесь аргона с водородом Без усиления 373 Шов

10 362 Шов

11 С усилением 384 Граница сплавления

Сварные образцы ддя испытаний на югиб соответствовали типу XXVII и были выполнены со снятым усилением шва Испытания проводили по двум схемам 1 - растянутой зоной являлась лицевая сторона шва, 2 - корень шва Испытания проводили на оправке диаметром 8 мм, соответствующим двум

толщинам основного свариваемого металла, с определением угла шгиба, при котором возникает в растянутой зоне образна в процессе нагружения трещина длиной более 20%его ширины. Нормативно-техническими требованиями судостроения эта величина для сварных соединений И5 алюминиевых сплавов средней прочности рекомендована быть не менее 9(Р.

Результаты испытаний на изгиб показаны в таблице 2.

__Таблица 2

№ Варианты Способ Зона растяжения Угол Место

плазменной сварки в шве загиба, разрушения

резки градус

1 Воздух Ручная Лицевая сторона 180 Без разрушения

2 сварка Обратная сторона 98 Металл шва

3 Смесь аргона с Лицевая сторона 107 Металл шва

4 водородом Обратная сторона 103 Граница сплавления

5 Воздух Полу- Лицевая сторона 136 Металл шва

6 автома- Обратная сторона 129 Металл шва

7 Смесь аргона с тиче- Лицевая сторона 107 Металл шва

8 водородом ская сварка Обратная сторона 109 Металл шва

|

Полученные результаты испытаний и характер разрушения сварных образцов подтверждают высокий уровень свойств и качества сварных соединений. Форма образцов для испытаний и характер разрушения показаны на рис. 8.

а, растяжение с усилением шва, б, растяжение с усилением шва

разрушение в основном металле разрушение на границе сплавления

в, растяжение без усиления шва разрушение в шве

г, статический изгиб без усиления шва разрушение в шве

Рис. 8: Форма образцов и характер разрушения при испытании

В третьей главе выполнена разработка модели процесса плазменной резки металлов Дня моделирования процесса плазменной резки разработана функциональная модель, представленная нарис 9

Качественные параметры Ко шчественные параметры

процесса резки процесса резки

Рис 9 Функциональная модель процесса плазменной резки

Из функциональной модели видно, что скорость резки и качество реза зависят от различных параметров, затрудняющих создание общей математической модели, которая могла бы описать полный процесс плазменной резки Поэтому при моделировании процесса плазменной резки в работе были рассмотрены отдельные параметры, аостальные принимались заданными в конкретных условиях производства

На первой стадии моделировании процесса плазменной резки в работе бьь ло рассмотрено влияние плазмообразующих сред на процесс резки Для оценки влияния плазмообразующих сред на процесс плазменной резки выполнен расчет температурных полей Показано, что существующие аналитические расчеты имеют сложный математический вид, что затрудняет получать по ним чис-л енн ые р езул ьтаты

В настоящее время в технике широко используется для решения различных задач метод конечных элементов (МКЭ), который с успехом применяется на основе компьютерной техники для решения задачи механики, гидромеханики, теплопроводности, гравитации и тп В методе конечных элементов исследуемый объект разбивается наотдельные части, называемые подструктурами В

свою очередь каждая из подструктур разбивается на составные элементы Это процесс последовательного деления объекта на часта - подструктуры - про должается до тех пор, пока не образуются настолько геометрически простые и малые по своим размерам (для обеспечения требуемого приближения решени конечно-элементной модели к точному решению) подструктуры, что их можно принять в качестве базовых - конечных элементов

Основная характерная черта МКЭ состоит в том, что это сеточно - вариационный метод с одной стороны, возможна разбивка области на конечные элементы и, с другой стороны, - непосредственно вариационное решение задачи внутри области Именно с этим связаны преимущества МКЭ как прямого метода математической физики

Большим достоинством МКЭ является его исключительная индифферентность по отношению к характеру закона распределения тепла и изменения внешних граничных условий При использовании МКЭ для перехода к другим граничным условиям на границах исследуемого объекта требуется лишь соответственно изменить исходные данные задачи

Широкое распространение метода конечных элементов в значительной мере объясняется наличием компьютерных программ, которые обладают высокой степенью автоматизации трудоемких операций составления и решения систем алгебраических уравнений, сеточного представления области, предъявляют минном требований к исходной информации и позволяют получать результаты в удобной для анализа форме Одной из эффективных компьютерных программ, реализующих метод конечных элементов в задачах исследования распределения температурного поля является программа АпБув, лицензионная версия которой для учебной цели имеется в ОТбГМТУ на кафедре строительной механики Поэтому в данной работе выбран метод конечных элементов и использована программа Апэуз для расчета температурных полей при оценке влияния различных плазмообразующих сред на процесс плазменной резки

Исходными данными для моделирования и для расчета температурных полей процесса плазменной резки являются

1 Марка разрезаемо го металла алюминиевый сплав марки 1561(АМг61),

2 Толщинаразрезаемого металла 4 мм и б мм,

3 Плазмообразующая среда воздух, смесь аргона с водородом,

4 Давлениеплазмообразующего газа 6 бар,

5 Диаметр сопла 1,6 мм

6 Высота плазмотрона над металлом 4 мм,

7 Скорость резки с использованием технологии Н^осиэ 130 (см таб 3)

Таблица3

Толщина металла, мм Скоростьрезки V, мм/мин

плазмообразующая среда- воздух плазмообразующая среда- смесь аргона с водородом

4 1500 2600

6 1300 2400

8 Граничные условия

- температура в центре плазменной струи 25 000° С

- температура на границах областей А1, А2, АЗ, А4, А5, А7 25°С

- температура на границе области А6 80°С

- температура плавления алюминиевого сплаваб58°Си температура плавления окислов алюминия 2060°С

9 Значения плотности, теплоемкости и теплопроводности алюминиевого сплавай газов приняты при комнатной температуре

В работе предложенарасчетная модель, котораяпоказананарис 10

300

I- Разрезаемый металл 2 - Плазмотрон 3-Направление резки, Я-топщиш металла 4 - Исследуемая область длярасчетатемперащррта гспгй

I = гоо

1Ю

© У | © з

Рис 10 Расчетная модель для исследования температурных полей

Модель представляет собой исследование процесса плазменной резки в вертикальной плоскости, перпенди^лярной к плоскости разрезаемого метал-

лопроката В расчетную модель включено 7 областей, основные характеристики иэторых показаны в таблице 4 _Таблица4

Области Габаритные размеры, мм Области Габаритные размеры, мм

А1 воздух 150х148 А5 Плазмотрон Зх 146

А2 Алюминиевые сплавы 150x4 А6 Сгруя плазмы 3x58

150x6 3x60

A3 Воздух 150x50 А4 Воздух 147x204

А7 Стру я газа 150x2 147 х 206

Для дальнейшей разбивки исследуемых областей на конечные элементы в программе Ansys использован элемент типа55 (PLANE 55), который может использоваться как плоский элемент для задачи теплопроводности После разбивки исследуемых областей на конечные элементы размером 1мм х 1мм получено всего 78321 конечных элементов

Основные параметрами, которые влияют на процесс распространения тепла в любой сплошной среде, являются коэффициент теплопроводности, плотность и теплоемкость, граничныеусловия, скорость перемещения,

С учетом перемещения струи плазмы со скоростью резки Урезки в направлении резки и движения потока газов со скоростью V^,, задача расчета температурных полей становится нестационарной, решение которой в настоящее время имеет большую сложность даже с помощью ЭВМ Поэтому в работе выполнено преобразование нестационарной задачи в стационарную задачу для облегчения расчета

Для учета влияния скорости перемещения струи плазмы на температурные поля рассматривался процесс распространения тепла в разрезаемом металле по продольному направлению резки В продольном направлении резки струя плазмы все время воздействует на разрезаемый металл и тепло постоянно передается от струи плазмы в разрезаемый металл С учетом большой теплопроводностью алюминиевых сплавов и высокой температуры струи плазмы (от 10 тысяч до 50 тысяч °Q при постоянной передаче тепла от струи плазмы температура в разрезаемом металле превышает температуру плавления (658°С для алю-миниево-магниевых сплавов) не только в зонереза, но и на некотором удалении от струи плазмы, то есть металл расплавляется не только в зоне реза, но и на удаленных расстояниях от струи плазмы Однако в реальности металл расплавляется только в зоне реза Это противоречие объясняется тем, что скорость распространения тепла в металле меньше скорости перемещения струи плазмы (скорость резки), в результате чего разрезаемый металл расплавляется только в зоне реза, а на удаленном расстоянии от струи плазмы металл не успевает наг греваться до температуры плавления и не расплавляется В стационарном представлении тепло, переданное из струи плазмы в разрезаемый металл плохо рао пространяется в разрезаемом металле и значительная часть тепла накапливается в зоне реза Это явление накопления тепла можно моделировать более низкой

теплопроводностью металла По мере удаления от струи плазмы (по мере уменьшения температуры) теплопроводность металла увеличивается и достигает значения теплопроводности данного металла при комнатной температуре.

Результат исследований показал, что теплопроводность газа меняется в зависимости от температуры Кроме того, при резке плазмообразующие и защитные газы двшкутся со скоростью Угаз и оказывают влияние на теплопроводность газов

В работе сделаны следующие допущения

1 Влияние скорости резки на температурное поле разрезаемого металла заменено приведенным коэффициентом к, теплопроводности металла, который принимает минимальное значение в зоне реза при температуре расплавления окислов алюминия 2060'"'С и увеличивается по мере уменьшения температуры до комнатной температуры

2 Для учета изменения теплопроводности газа от температуры и от движения потока газа применен приведенный коэффициент к2 теплопроводности, который принимает минимальное значение при комнатной температуре и увеличивается по мере увеличения температуры

Введение этих допущений позволяет расчет температурного поля при плазменной резке свести к стационарной задаче

При подборе приведенных коэффициентов к] и к2 учитывались теплопроводности алюминиевого сплава, воздуха, смеси аргона с водородом при комнатной температуре и условия для осуществления процесса резки* температура в полости реза должна быть больше температуры плавления алюминия -658°С при резке в смеси аргона с водородом и больше температуры плавления окислов алюминия - 2060РС при резке в воздухе Кроме того, для четырех случаев расчета при различных скоростях резки приведенный коэффициент к! свя-

« , Р'^р'Урезки «

зан со скоростью следующей зависимостью к[ = а.—-—-—, полученной из

г

теории размерностей, где а - коэффициент пропорциональности, р - плотность [кг/м3], ср -удельная теплоемкость [Дж/кг°С], Урезки - скорость резки [м/с], g -ускорение свободного падения [м/с2]

Результаты расчетов представлены на рис 11,12,13,14

Рис. 11: Температурное поле при резке металла толщины 4 мм в смеси аргона с

водородом

Рис. 12: Температурное поле при резке металла толщины 4 мм в воздухе.

NODAL SOLUTION AN APR 9 2008 01:01:05

А=30 0

С=583.333 MX Ы

Е = 866. 667 jß- \ь 1 f 1 f

Л Г Л,

1 1=1433 К=1717 £ 'Ь 1 1 К

s

ТЕЕ>=1 UB =999999 ХМЕ=1 ГЕМР (AVG) K3Y3=0 3MN =24.75

Рис. 13: Температурное поле при резке металла толщины 6 мм в смеси аргона с

водородом

NODAL SOLUTION AN APR 7 2008 11:15:31

A=15 9.256

1в=415.519

pC=671.781 SD=92 8. 04 4 / ЧХ _

I i

' F=14 41 1

•H=1953 rjr

¡1=2209 Ii'

|J=2 4 66 1 • I" 1* X

STEP-1 SUB =999999 TIME=1 TEMP (AVG) RSY3=0 3MN =31.125

Рис. 14: Температурное поле при резке металла толщины 6 мм в воздухе.

Для оценки влияния типов плазмообразующих сред на распределение температуры на верхней поверхности разрезаемого проката были построены графики на рис 15 и 16 Графики построены по результатам расчетов, приведенных на рис 11, 12, 13, 14 и проходят через 3 точки центр плазменной струи (25000°), на расстоянии около 1 мм от кромки металла и на кромке металла

ГС

У///А///Л

Разрезав мыи металл

25 ООО

при резке в воздухе

---при резке в смеса аргона с водородом

1 2090 1757

1362 1146

У////////Л

В 1 ММ

Рис 15 Распределение температуры на верхней поверхности разрезаемого проката (для толщины 4 мм)

ГС

А

У///^///Л

Разрезав иый металл

25 ООО

при резке в воздухе

— — — при резке в смеси аргона с водородом

2209 1717

1184 867

У////////Х

Рис 16 Распределение температуры на верхней поверхности разрезаемого проката (для толщины 6 мм)

Результаты расчетов на рис 11-16 показали, что

- тип плазмообразующей среды существенно влияет на температурные поля при плазменной резке При резке в смеси аргона с водородом тепловая энергия струи плазмы больше сконцентрирована в полости реза

- при резке в воздухе температура в полости реза больше температуры при резке в смеси аргона с водородом Это связано с тем, что при резке в воздухе происходит соединение кислорода с алюминием, и образование окислов алюминия с температурой плавления порядка 2060°С Для их расплавления темпе-

ратуравзонерезадолжнабыть выше 2060° При резке в смеси аргонас водородом в полости реза практически не происходит соединение кислорода с алюминием и для расплавления алюминиевого сплава достаточно, чтобы температура в зонерезапревышалатемпературу плавления алюминиевого сплава(658°)

При выполненных расчетах не учитывались фазовый переход и энтальпия расплавления металла Результаты расчетов сильно зависят и от принятых коэффициентов kj и к2, которые учитывают влияния скорости резки, скэроста потока газа, изменения теплопроводности от температуры, на температурные поля Однако для сравнительной оценки влияния типов плазмообразующих сред на температурные поля данный алгоритм и методика расчета могут быть использованы

На второй стадии моделирования процесса плазменной резки была рассмотрена математическая зависимость скорости резки от основных параметров режима резки Для уточнения существующих формул предложена следующая математическая модель определения скорости плазменной резки

V= (1)

ga2(l+a3 ln(I/75)) v '

где V - скорость плазменной резки

U - напряжение, I - реяущий ток, S - толщинаразрезаемого металла ад.а^с^схз - неизвестные коэффициенты, которыеопределисьпо данным экспериментов

При резке металлов по технологии узкоструйной плазменной резки на основании обработки экспериментальных данных по методу наименьших квадратов установлены следующие аналитические формулы для определения скорости плазменной резки HaycraHOBKeHiFocus 130

- при резке углеродистых сталей в воздухе

„-29 спт-И

у = е (Ц1>__(2)

g0 63 (1+2,6 !n(I/75)) к '

- при резке углеродистых сталей в кислороде

V = (3)

gO 75 (1+0,28 Infi/75)) v '

- при резке алюминиевых сплавов(АМг61) в воздухе

-0 4 /тт0.95

v= e(Ul) (4)

0,49 1+0,005 In—

S ^ 75j

- при резке алюминиевых сплавов(АМг61) всмеси аргонас водородом

у- е^ОЛ)^

g-l,9(1-2,93 In 1/75) У J

Адекватность формул (2), (3), (4), (5) определялась по средней погрешности между экспериментальными и теоретическими данными Средняя погрешность составляла менее 5%

Для обработки экспериментальных данных методом наименьших квадр товпо математической модели (1) разработана специальная программа на язык FoxPro Программа имеет удобные интерфейсы, которые позволяли вводи входные данные с клавиатуры компьютера и автоматически вычислять неиз вестные коэффициенты математической модели а0,а1,а2,а3, что оченьудоб но в применении

В главе 4 выполнен анализ состояния юрпусообрабатывающего произ водства на судостроительном заводе Хонг Ха Анализ показал, что участок теп ловой резки металлопроката имеет большую загруз^ Коэффициент загруз участка тепловой резки металлопроката при двухсменной работе в 2007 го, > составляет 90% и в ближайшие годы с учетом увеличения производственно программы (примерно 7% в год), существующий участок тепловой резки н сможет выполнять планируемый объем резки Поэтому ставится задача модер низации участка тепловой резки металлопроката для повышения его пропуск ной способности до 2015 года. В таблице 5 показаны объем обработки металло проката в 2007 году и планируемый объем обработки металлопроката в 2015 г

Таблица 5

Годы Масса проката, тонн Толщина проката, мм Доля плазменной резки Доля кислородной резки

минимальная средняя максимальная

2007 7 040 3 10 40 90% 10%

2015 10 560 3 10 40 90% 10%

Анализ участка тепловой резки металлопроката на заводе Хонг Ха показал, что в настоящее время на участке тепловой резки имеется одна двухместная портальная машина тепловой резки с ЧПУ, которая может резать одновременно 2 листа кислородной или плазменной резкой Разметка местустановки набораи гибки, маркирование выполняются вручную, подача листов для резки и снятие деталей после их вырезки выполняются вручную с помощью цехового крана Участок имеет запас площади для размещения второго рабочего стола

Опыт производства показал, что фактическое время работы машины тепловой резки не превышает 50% времени рабочей смены Остальное время - вынужденный простой машины во время выполнения операций маркирования и комплектации вырезанных деталей и подачи нарезку очередного листа

Разработка вариантов повышения пропускной способности участка тепловой резки осуществлялась на следующих основных принципах

- масштаб и уровень механизации и автоматизации должен соответствовать объему выпускаемой продукции и обеспечивать необходимый экономический эффект,

-уровень оснащения производства средствами механизации и автоматизации должен обеспечить значительное повышение качества выпускаемой продукции, уменьшение объема тяжелых физических работ на всех этапах по-

стройки судна, уменьшение до минимума ручного труда и работ, вредных для здоровья человека,

-механизация и автоматизация производственных процессов осуществляется на основе прогрессивных технологических процессов,

- проведение рекэнстру кции осуществляется без остановки действующего производства,

- минимизация затрат на реконструкцию за счет использования существующих производственных зданий и части существующего технологического оборудования,отвечающего требованиям современного производства,

В таблице 6 предложено 4 варианта повышения пропускной способности участка теплоюй резки, которые направлены на сокращение времени простоя машины для выполнения сопутствующих операций за счет второго рабочего столаили за счет применения средств механизации

Таблица 6

Варианты Степень механизации Количество

подача мар кирование снятие дета- рабочих

листа для деталей и лей после их мест

резки разметка вырезки

1 0 0 0 2

2 0 0 1 1

3 1 0 1 1

4 1 1 1 1

0 - соответствует немеханизированному выполнению

1 - соответствует механизированному выполнению Схемаучастка теплоюй резки сдвумя рабочих мест по казана на рис 17

Рис 17 Схемаучастка теплоюй резки с двумя рабочих мест 1 - цеховой кран, 2 - склад металлопроката, 3 - машина теплоюй резки, 4 - зона складирования вырезаемых деталей

Для определения производительности участка по кавдому варианту у дернизации выполнен расчет штучного времени обработки проката, и расч годовой программы. Результаты расчетов приведены в таблице 7. Годовая пр грамма обработки металлопроката научастке определяется по формуле:

(6)

т

ср

где: 4015 - расчетный годоюй фонд времени работыучасткапри двухсменной работе, ч. О - годовая программа, т.; Т-штучное время обработки двух листов, ч

М

ср

; 435 т. - федняя масса двух листа.

Таблица7

Варианты Степень механизации Число рабо- Штучное —------—:-1 Годовая

подача маркирова- снятие де- чих позиции время об- программа

проката ние деталей талей по- работки е.

для резки и разметка сле их вырезки двух листов Т, час тонн

1 0 0 0 2 1,6 11 000

2 0 0 1 1 1,8 9 700

3 1 0 1 1 1,5 11 600

4 1 1 1 1 1£6 13 800

По данным таблицы 7 для фавнения производительности участка тепло вой резки металлопроката при разных вариантах механизации с планируемое годоюй профаммой в период до 2015 г. построенадиафамманарис. 18

"1.5,8

ЕЯ Производительность участка при разных вариантах механизации -^Объем обработки металлопроката в периоде с 2007 г. до 2015 г.

14

12 |-11 10

10,56

6 4 2 0

Вариант. 1

Вариант 2

Вариант 3

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 год Рис. 18: Производительность участка при разных вариантах механизации.

Дпя обеспечения выполнения планируемой годовой программы на участке теплоюй резки металлопроката до 2015 года можно выбрать вариант 1 или вариант 3 Вариант 4 обеспечит слишком большую производительность и не рекомендуется Для выбора оптимального варианта необходимо выполнять технико-экономический расчет вариантов В таблице 8 приведены результаты рас-четаудельных затрат изготовления деталей

Таблица8

Варианты Су мма капитал ьных вложений, $ США Сумма текших затратна7 лет, $ США Суммарные Затраты, $ США Суммарный объем обработки металлов с 2009 г по 2015 году,т Удельные затраты на изготовление деталей, $/т

Вариант 1 120 ООО 348 645 468 645 64 680 72

ВариантЗ 270 000 298 800 568 800 64 680 8,8

Вариант4 325 000 248 880 573 880 64 680 85

Сумма капитальных вложений учитывает стоимость оборудования и монтажных работ, а сумма текущих затрат учитывает затраты на зарплату с учетом роста в ближайшие годы, на электроэнергию, на страхование

В условиях судостроительного завода Хонг Ха для обеспечения выполнения планируемой годовой программы обработки металлопроката до 2015 г рекомендуется вариант 1 реконструкции участка теплоюй резки Эта рекомендация сделана исходя из следующих соображений

- вариант 1 обеспечит выполнение планируемой годовой программы до 2015 г с минимальными удельными затратами наизготовлениедеталей

- по сравнению с другими первый вариант занимает большую производственную площадь, однако на заводе имеется запас площади для решения по этому варианту

- по сравнению с другими первый вариант использует большое число рабочих Однако, средняя зарплата рабочих ю Вьетнаме с учетом роста зарплаты в ближайшие годы не высокая (по сравнению со странами Европы), поэтому по канет необходимости обращения численности рабочих научастке

- не требуется обучения персонала и обеспечения дополнительного сервиса для обслуживания средств механизации

- меньше потребляется электроэнергия

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В 3 аключении сформулирован ы о сно вные р езул ьтаты р аботы

1) Выполнен аналитический обзор состояния проблемы и постановка задач исследований

2) Выполнен анализ особенностей и определение эффективности технологии узгоструйной плазменной резки в сравнении с традиционной технологией плазменной резки

3) Выполнена экспериментальная оценка по требованиям Российского Р гистра судоходства качества сварных соединений алюминиевых деталей, выр заемых по технологии узко струйной плазменной резки

4) Предложена модель процесса плазменной резки с использованием ме да конечных элементов и разработан алгоритм расчета температурных полей использованием программного обеспечения АпэуБ

5) Предложена математическая модель для уточнения формулы скоро резки по технологии узко струйной плазменной резки

6) Выполнен анализ состояния корпу(»обрабатывающего производства н судостроительном заводе Хонг Ха и предложены варианты повышения про скной способности участка тепловой резки металлопроката Выполнено техн ко-энэномическое сравнение предложенных вариантов и определен оптимал ный вариант в у ело виях производства на заводе

Основное содержание диссертации изложено в работах

В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК

1 Чиеу Куанг Фи Аналитическое определение скорости узиэструйно плазменной резки (статья) / Дргадин А В , Чиеу Куанг Фи // Обработка метал лов (технология, оборудование, инструменты) по машиностроению-2007 -4(37)-С 8- 11-Автор- 80%

В других изданиях

2 Чиеу Куанг Фи Возможности современной плазменной резки для изго товления деталей из алюминиевых сплавов (статья) / Дэгадин А В, Чиеу Куан Фи // Материалы регионально-технической конференции с международнь участием "Кораблестроительное образование и Наука" - СПбГМТУ 2005 -81-83 - Автор-80%

3 Чиеу Куанг Фи Анализ путей повышения эффективности плазменно резки (доклад) / Чиеу Куанг Фи // Сборник докладов 4-ой международно конференции молодых ученых и специалистов по морским интеллеетуальнь технологиям «МОРИНТЕХ-ЮНИОР 2006» СПб изд-во НИЦ «Мэринтех» 2006 - С 59-61 - Аетор - 100%

4 Чиеу Куанг Фи Плазменная резка - современные технологии (статья) Догадин А В, Чиеу Куанг Фи // Материалычетвертой международной научно технической конференции «Наука - образованию, производству, экономике» БНГУ - Минск2006 - С 421-424 - Аетор- 80%

СПбГМТУ, Лоцманская 10 Подписано в печать 22 04 2008, Заказ № , Тираж 80 экз

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ области применения алюминиевых сплавов в судостроении

1.2 Анализ особенностей резки и сварки алюминиевых сплавов.

1.3 Требования к точности резки деталей корпусов судов.

1.4 Пути повышения эффективности плазменной резки.

1.5 Постановка задач исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УЗКОСТРУЙНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ

РЕЗКИ.

2.1 Анализ особенностей технологии узкоструйной плазменной резки

2.2 Технические характеристики современных установок для технологии узкоструйной плазменной резки и режимы резки.

2.3 Сравнение скорости резки и качества реза при резке алюминиевых сплавов по двум плазменным технологиям.

2.4 Экспериментальная оценка качества сварных соединений алюминиевых деталей.

3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЙ ПРОЦЕССА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ.

3.1 Разработка функциональной модели процесса плазменной резки.

3.2 Оценка влияния плазмообразующих сред на процесс плазменной резки.

3.3 Уточнение формулы определения скорости резки для технологии узкоструйной плазменной резки.

4. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ

СПОСОБНОСТИ УЧАСТКА ТЕПЛОВОЙ РЕЗКИ.

4.1 Анализ состояния корпусообрабатывающего производства на судостроительном заводе Хонг Ха (Вьетнам).

4.2 Разработка вариантов повышения пропускной способности участка тепловой резки на заводе Хонг Ха.

4.3 Технико-экономический расчет и рекомендация.

В последнее время в судостроении и других областях промышленности широкое применение наряду с углеродистыми и легированными сталями находят алюминиевые сплавы. В ряде случаев они вытесняют сталь, обеспечивая сохранение прочности конструкции при значительной экономии в массе (до 50%) [11]. Особенно это эффективно для скоростных судов.

В настоящее время алюминиевые сплавы используются для изготовления корпусов быстроходных судов, надстроек пассажирских лайнеров, мелкосидящих буксиров, катеров, яхт, а также для изготовления алюминиевых танков судов, перевозящих сжиженные природные газы, переборок и выгородок, мачт, дельных вещей.

В отличие от стали обработка алюминиевых сплавов имеет ряд особенностей, в том числе, тепловая резка и сварка. Тепловая резка определяет в значительной степени трудоемкость и качество изготовления сварных конструкций. Поэтому для снижения трудоемкости и сроков изготовления конструкций, повышения качества продукций необходимо использовать эффективные технологии тепловой резки.

Среди различных способов тепловой резки металлов плазменная резка обеспечивает высокую скорость резки и качество реза. Поэтому в судостроении плазменная резка получает все больше распространение (примерно от 80% до 90% объема металлов режется плазменной резкой). у • , ^

В настоящее время технологию плазменной резки можно разделит на традиционную технологию и технологию узкоструйной плазменной резки. По сравнению с традиционной технологией технология узкоструйной плазменной резки имеет ряд преимуществ, особенно для алюминиевых сплавов: а именно повышение скорости резки, повышение качества реза и повышение точности вырезаемых деталей. Однако, достоверные результаты по применению технологии узкоструйной плазменной резки, особенно для резки алюминиевых сплавов, в настоящее время отсутствуют. Поэтому работа, посвященная исследованию вопросов, связанных с технологией узкоструйной плазменной резки при вырезке деталей из алюминиевых сплавов и ее влиянием на последующую сварку представляет несомненный научный и практический интерес.

В современных производствах можно повысить эффективность плазменной резки за счет автоматизации управления машиной плазменной резки в составе поточной линии. Для автоматического задания машине плазменной резки необходимой скорости резки нужна математическая зависимость скорости резки от основных параметров процесса резки. Поэтому в диссертации исследуется математическая зависимость скорости резки для технологии узкоструйной плазменной резки.

Одной из особенностей технологии узкоструйной плазменной резки является 3 применение различных плазмообразующих сред: воздух, кислород, смесь аргона с водородом, смесь азота с водородом (для резки алюминиевых сплавов рекомендуется смесь аргона с водородом). По данным экспериментов применение различных плазмообразующих сред приводит к изменению скорости резки и качества реза, которые в значительной степени связываются с температурным полем разрезаемого металла. Для теоретического уточнения влияния плазмообразующих сред на» процесс плазменной резки в диссертации исследуется влияние плазмообразующих сред на температурные поля.

До окончания войны в 1975 году судостроение как отрасли промышленности во Вьетнаме не существовало. После войны лишь отдельные заводы в разных концах страны строили деревянные или небольшие стальные суда. В 1996 году была создана Вьетнамская судостроительная корпорация Vinashin по программе развития промышленности Вьетнама. В настоящее время на небольших заводах строят судна с грузоподъемностью до 3500 тонн, а на крупных заводах строят судна с дедвейтом до 53000 тонн. По данным прогноза развитие флота Вьетнама с 2010 г. по 2020 г. увеличится на 30% по сравнению с периодом с 2000 г. по 2010 г. Кроме того, количество зарубежных заказов постоянно увеличивается. Для обеспечения^выполнения внутренних и зарубежных заказов в ближайшие годы наряду с постройкой новых судостроительных заводов необходимо повысить эффективность существующих

L * судостроительных заводов Вьетнама. Поэтому в диссертации исследуется ожидаемый объем обрабатываемых металлов на судостроительных заводах и соответственно предложены различные варианты повышения пропускной способности для обеспечения ожидаемой годовой программы обработки металла.

Вывод:

1. Для обеспечения выполнения планируемой годовой программы на участке тепловой резки металлопроката до 2015 года можно выбрать вариант 1 или вариант 3. Вариант 4 обеспечит слишком большую производительность и не рекомендуется, а вариант 2 не обеспечит необходимую производительность.

2. Для выбора более целесообразного варианта между вариантом 1 и вариантом 3 необходимо проводить технико-экономическое сравнение и определять оптимальный вариант.

4.3. Технико-экономический расчет и рекомендации.

Конечная цель проектирования любого сооружения - это обеспечение выполнения планируемой технической задачи при минимальной себестоимости продукции и наименьших капитальных затратах.

Разработка и обоснование наилучшего варианта реконструкции в соответствующих рыночных условиях предполагает правильный выбор критерия экономической эффективности и оценку затрат и результатов.

Одним из возможных критериев экономической эффективности вариантов автоматизации участка тепловой резки является минимальные затраты на изготовление одной тонны деталей, то есть, минимальные удельные затраты изготовления деталей.

Удельные затраты на изготовление деталей могут быть определены по формуле

Уз =3^п.+3текуший? [$/тонн] (4 5)

Где: Зкап - Сумма капитальных вложений на оборудование и их монтаж (в том числе фундамент, реконструкция энергетических сетей, демонтаж существующего оборудование, изготовление и монтаж вспомогательного оборудования), [доллары США];

3текущий " Текущие затраты в процессе производства (электроэнергии, зарплаты персоналов, страхование), [доллары США];

Q - Годовая программа обработки металла, [тонн]. .

Сумма капитального вложения.

В таблице 4.12 приведены суммы затрат на приобретение необходимого оборудования для вариантов механизации и автоматизации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Заключении сформулированы основные результаты работы:

1) Выполнен аналитический обзор состояния проблемы и постановка задач исследований.

2) Выполнен анализ особенностей и определение эффективности технологии узкоструйной плазменной резки в сравнении с традиционной технологией плазменной резки. Выполнен металлографический анализ качества поверхности реза деталей, вырезаемых из алюминиевых сплавов по технологии узкоструйной плазменной резки в смеси аргона с водородом.

3) Выполнена экспериментальная оценка по требованиям Российского морского Регистра судоходства качества сварных соединений алюминиевых деталей, вырезаемых по технологии узкоструйной плазменной резки.

4) Предложена модель процесса плазменной резки с использованием метода конечных элементов и разработан алгоритм расчета температурных полей с использованием программного обеспечения Ansys. t

5) Предложена математическая модель для уточнения формулы скорости резки по технологии узкоструйной плазменной резки.

6) Выполнен анализ состояния корпусообрабатывающего производства на судостроительном заводе Хонг Ха и предложены варианты повышения пропускной способности участка тепловой резки металлопроката. Выполнено техникоf экономическое сравнение предложенных вариантов и определен оптимальный вариант в условиях производства на заводе.

1. Плазменно-дуговая резка в машиностроении. ВНИИАВТОГЕНМАШ, Руководящие материалы, выпуск 24, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва. 1967.2. Плазменная резка.

2. Новости науки и техники. //Отделение ВНИИЭМ по научно-технической информации, стандартизации и нормализации в электротехнике. (ИНФ ОРМСТ АН ДАР ТЭ JIEKTP О), Москва, 1968.3. Арцимович Л.А.

3. Элементарная физика плазмы. //Атомиздат., Москва, 1966.4. Д. Г. Быховский.

4. Плазменная резка.// Издательство "Машиностроение", Ленинград, 1972.

5. Судостроительные материалы и технология их изготовления за рубежом.// Современное судостроение (обзор)., ЦНИИ "РУМБ", 1975.

6. B.C. Головченко, В.П. Доброленский, И.П. Мисюров.

7. Тепловая резка металлов в судостроении.// Судостроение, Ленинград, 1975.

8. В.Д. Горбач, А.А. Васильев, В.М. Левшаков, Р.С. Нисенбаум. Технологическое проектирование корпусообрабатывающих цехов судостроительных предприятий. //Санкт Петербург, ФГУП "ЦНИИ ТС", 2005.

9. Технология судостроения. v . Под общ. ред. А.Д. Гармашева, Санкт Петербург, 2003.

10. Сайты www.kjellberg.de; www.hypertherm.com

11. В.Л.Александров, Л.Ц. Адлерштейн, В.В. Макаров, В.Ф.Соколов, Н.Я.Титов. Точность в судовом корпусостроении.// Судостроение, 1994.

12. В.Д. Мацкевич, А.Д. Гармашев. Судостроительные материалы.// Ленинград, 1983.

13. Л.Ц. Адлерштейн, С.В. Васюнин, В.Ф. Соколов.

14. Точность изготовления и монтажа корпусных конструкций судов. //Судостроение, 1978.13.Карпушкина Н.Г.

15. Совершенствование подготовки числовых программ вырезки корпусных деталей на машинах с ЧПУ на основе оптимизации технологии и маршрута.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук., Санкт Петербург, 1995.

16. Г.Б. Крыжевич, С.Д. Кноринг, В.М. Шапошников.

17. Перспективы применения сварных алюминиевых конструкций в морском транспорте. // Судостроение, 2005.15. Фам Куанг Тиен.

18. Основы технологического проектирования судостроительных верфей и цехов.//Ленинград, 1970.17.Кабаева Г. Д.

19. Повышение эффективности плазменной резки путем интенсификации теплообмена в полости реза. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук., Москва, 1993.

20. Л.Ц. Адлерштейн, М.И. Крестов, Л.А. Нахамкин, Е.С. Панков, В.Ф. Соколов. Механизация и автоматизация судостроительного производства.// Ленинград, 1988.19. Горбач В.Д

21. Повышение точности изготовления плоскостных корпусных конструкций// Судостроение, 1996, №2-3.20. Стив Хидцен.

22. Плазменная резка: технические советы, как лучше ее выполнить.//Сварочные технологии и оборудования.// Беларусь, январь февраль, 2004.21.Плисов Б.В.

23. Технологический проект корпусообрабатывающего цеха.// Ленинград, 1981.

24. Журнал "Schweissen und schneiden".// 05 2007. f:23. Павлов А. И., Потинг Е.Л.

25. Применение алюминиевых сплавов в судостроении. // Судпромгиз, 1961.

26. Клаус Декер (Klaus Decker).

27. Современные машины термической резки и технология резки.// Сварочная технология, 2004., С.37- 41.25.Изаренков О.В.

28. Совершенствование методов проверочных работ на основе применения оптико-электронных измерительных приборов.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук., Санкт Петербург, 1999.

29. Григорьянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная резка металлов.// Москва, 1988.27. Стогов И.Н.

30. Влияние точности изготовления деталей на объем пригоночных работ при сборке корпусных конструкций.// Технология судостроения, 1982., №9, С. 37-45.28. Буланов Р.Д.

31. Исследование процессов и повышение эффективности автоматизированной плазменной резки на судостроительном предприятии.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук., Санкт Петербург, 2000.

32. И. Г. Ширшов, В. Н. Котиков.

33. Плазменная резка.//Издательство "Машиностроение", 1987.30.Беляев В.М.

34. Исследование процесса плазменной сварки алюминиевых сплавов на постоянном токе обратной полярности.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук., Ленинград, 1973.

35. Кобелева Н.К., Дроздов A.JI., Жикол В:М;

36. Предотвращение: пор присварке деталей и корпусных сталей.// Сварочное производство, 1975., №3, С. 33-35.32. Андреев С.Б.

37. Исследование температурных полей и напряженного состояния в плоско стных сталеалюминиевых конструкциях.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук., Ленинград, 1973.

38. Ю. М. Голубьсв. Л Шероховатость поверхности и методы ее оценки: Учебное пособие для студентов.//НГУ, Новосибирск, 1977.,

39. А. Н. Мартынов, Г. Ф. Тютиков. ' V Методы экспериментального1 изучения технологических процессов в машиностроении.,.Пенза^ 1979; ,

40. Применение алюминиевых сплавов и сталей повышенной прочности в гражданском судостроении;// Информационный сборник по обобщению опыта отечественной и зарубежной науки и техники. Выпуск; 6, Издательство "Морской транспорт", Л., 1956.36.В. Л. Руссо.

41. Сварка алюминиевых сплавов в среде инертных газов.// Л., 1962.

42. Применение прогрессивной технологии и оборудования для повышения точности, тепловой резки > заготовок без последующей механической обработки перед сваркой// Методические рекомендации, Москва; 1979.38.B.JI. Руссо.

43. Сварка алюминия и>его сплавов//Судпромгиз, 1956;

44. Ю. П. Солнцев, Е.И. Пряхин, Ф. Войткун. Материаловедение.//Санкт Петербург, Химиздат., 2002.

45. Facts About. Plasmatechnik.// Linde Gas, 2007.41. Казмина Л.Д.

46. Динамика температурных полей, возникающих при различных видах обработки конструкционных материалов.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук., Киев, 1986.42. Фирма Esprit.

47. Узкоструйная плазменная резка закрывает пробел между лазерной и плазменной резкой.// Сварочные технологии и оборудования., Беларусь, ноябрь декабрь, 2004.43. сайт www.vinashin.com.vn.

48. Журнал судостроения Вьетнама №6/2006.45. Деклу Ж.

49. Метод конечных элементов.// М.: Мир, 1976.46. Зенкевич О.

50. Метод конечных элементов в технике.// Пер. с англ. М.: Мир, 1975.47.Постнов В.А.

51. Метод суперэлементов в расчетах инженерных сооружений.// Ленинград, 1986.48. Лащенко Г.И.

52. Плазменная резка металлов и сплавов.// Киев "Экотехнология", 2003.49.Кайдалов А.А.

53. Современные технологии термической и дистанционной резки конструкционных материалов// Киев "Экотехнология", 2007.50. Кононенко В.Я.

54. Газовая сварка и резка// Киев "Экотехнология", 2005.

55. Ищенко А.Я., Лабур Т.М., Вернадский В .Н.

56. Алюминий и его сплавы в современных сварных конструкциях// Киев "Экотехнология", 2006.