автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Комплексное совершенствование технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката в условиях автоматизированного производства

Фомичев Андрей Борисович

8О460

375

Комплексное совершенствование технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката в условиях автоматизированного производства

004601375

и Борисович

Комплексное совершенствование технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката в условиях автоматизированного производства

Специальность 05.08.04 - «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре технологии судостроения ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет».

Научный руководитель

■ доктор технических наук, профессор Веселков Вячеслав Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Чистов Валентин Борисович

■ кандидат технических наук, доцент

Рогозин Владимир Алексеевич

Ведущая организация - ОАО «Центр технологии судостроения

и судоремонта»

Защита диссертации состоится «//? » /&&Х- 2010 г. в «14» часов на заседании диссертационного совета Д.212.228.05 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете, по адресу: 190008, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д.З, актовый зал

Автореферат разослан « 9 » ЙМ^-Ь)2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

Муравьев А. Н.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

В современных условиях конкуренция на рынке судостроения возможна только на основе сокращения сроков строительства, а также управления стоимостью и качеством строящихся судов. В борьбе за конкурентоспособность перед руководителями многих предприятий встают задачи внедрения новых организационных и технических решений по реконструкции своих производственных мощностей. Традиционно наиболее сложными являются направления, связанные с совершенствованием технологий изготовления корпусных конструкций. Однако именно они во многом определяют сроки и качество строительства судов.

В технологии производства листовых деталей отечественное судостроение близко по уровню к западным верфям. Что же касается способов изготовления деталей судового набора из профильного проката, то здесь мы уступаем по трудоемкости, качеству и по металлоемкости. Имеющиеся отечественные научные разработки в данной области не способны дать однозначные ответы на вопросы, возникающие у руководителей заводов при проведении модернизации своих предприятий. В то же время за рубежом появились новые разработки, позволяющие значительно снизить трудоемкость и повысить качество изготовления деталей из профильного проката. Созданы автоматизированные линии по вырезке прямолинейных деталей с использованием высокоточных роботов-резчиков. Для производства гнутых разными производителями выпускается гибочное оборудование с ЧПУ. Отечественные предприятия сегодня имеют возможность закупать любое оборудование у зарубежных производителей. Однако практика показала, что развитие производственных мощностей на основе закупки зарубежной техники предполагает обязательную адаптацию технологий выполнения работ с ее помощью к отечественным условиям и научно-обоснованное ее комплексирование. Необходимый эффект может быть получен только в случае, когда все новые решения будут сбалансированы относительно общей концепции совершенствования технологии, позволяющей заставить всех участников ее реализации одновременно работать по-новому.

В выполненной диссертации автор с единой позиции рассмотрел вариант совершенствования технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката и разработал научно обоснованные решения по ее совершенствованию, исходя из имеющегося научно-практического задела, опыта работы зарубежных и отечественных предприятий судостроения, а также результатов собственных исследований. Предлагаемые в работе практические разработки могут быть применимы на любом судостроительном предприятии при проведении работ, связанных с модернизацией производства деталей из профильного проката.

Цель работы: снижение трудоемкости, повышение сборочной точности и сокращение расхода металла при изготовлении деталей судового набора из профильного поката на основе комплексного использования средств автоматизации технологических процессов и комплексной технической подготовки производства.

Основное содержание работы. Для достижения поставленной цели в диссертации ряд задач, связанных с совершенствованием существующей технологии, в том числе:

- разработка мероприятий по увеличению объема применения в автоматизированной линии резки профильного проката без предварительной правки;

- разработка организационно-технических решений направленных на снижение отходов профильного проката;

- совершенствование содержания и методов выполнения подготовки производства;

разработка конструкторско-технологических предложений по совершенствованию технологии выполнения операции скругления острых кромок вырезанных деталей,

проработаны с инженерных позиций. Необходимость их включения в диссертационную работу была обусловлена невозможностью создания без них комплексного решения по модернизации технологии изготовления всех деталей судового набора (прямых и гнутых).

Научное содержание работы определили исследования, связанные с методами повышения точности изготовления гнутых деталей из профильного проката и снижением металлоемкости данной технологии. Основными направлениями выполненных исследований были:

- определение формы изогнутого участка профильной заготовки в зоне между опорами гибочного пресса и аналитическое обоснование значений гибочных припусков;

- методы повышения точности и надежности задания формы гнутых деталей на прямых заготовках с помощью графической информации;

- существующие способы выполнения и методы автоматического управления процессом гибки, применяемые в современном гибочном оборудовании;

критерии объединения технологий пошаговой гибки на горизонтальном прессе и гибки раскаткой методом локально-ротационного деформирования.

Выполненные исследования послужили основой разработанной в диссертации принципиальной технологии изготовления деталей из профильного проката в условиях комплексной автоматизации и необходимой для ее внедрения системы подготовки производства.

Методы выполнения исследований. При проведении исследований использовались теоретические модели и натурные эксперименты.

Теоретические модели базировались на классических положениях «теории упругости и пластичности» и «аналитической геометрии». Натурные эксперименты проводились на оборудовании завода ОАО «Северная верфь» с использованием самой современной лазерной измерительной системы API ТгаскегЗ. Полученные результаты обрабатывались с помощью компьютерных систем и математического аппарата.

Новые научные результаты. Ряд полученных в рамках проведенных исследований научных результатов являются новыми, в том числе:

- аналитический метод определения значений гибочных припусков для оборудования с постоянным расстоянием между опорами;

- метод задания формы обрезов гнутых деталей на прямой заготовке;

- метод определения оптимального количества точек и необходимого перекроя для расчета инверсных линий;

- схема автоматического управления процессом гибки методом контроля положения «плавающей» точки на профильной заготовке;

- критерии выполнения гибки профильных заготовок без припусков с использованием технологии локально-ротационной раскатки и пошаговой горизонтальной гибки на прессе;

Практическая ценность работы. Разработанный проект комплексно-автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката, пригоден для большинства отечественных верфей и заводов, выполняющих модернизацию своих производственных мощностей корпусостроения. При этом уровень автоматизации может быть адаптирован применительно к имеющемуся и намеченному к внедрению на предприятии оборудованию.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались на различных научно-технических конференциях, в том числе: в СПбГУВК, «МОРИНТЕХ» (г. Санкт-Петербург,2009), международной научно-технической конференции «Современные технологии создания конкурентоспособной морской и речной техники» (г. Казань, 2009 г.), на саммите «Arctic Shipping summit», 2009.

Реализация работы. Результаты диссертации в разных объемах внедрены в производственную деятельность заводов ОАО «Северная верфь», ОАО «Балтийский завод» и приняты к использованию ОАО Калининградским судостроительным заводом «Янтарь».

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК и 3 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, списка использованных литературных источников и приложений. Основное содержание работы изложено на 132 страницах текста, включая 54 рисунка и 12 таблиц. Приложения содержат 4 раздела, представленных на 36 страницах. Список использованных литературных источников включает 76 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении анализируется место отечественного судостроения на мировом рынке судов. Сделан обзор перспективных направлений его развития и особенностей выполнения работ, связанных с модернизацией производственных мощностей в современных условиях. Обоснована актуальность совершенствования технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката.

В первой главе работы выполнен анализ существующих в отечественном судостроении вариантов технологии изготовления деталей из профильного проката и определены основные задачи и направления исследований для обеспечения разработки конкурентоспособной технологии.

В рамках задач, связанных с совершенствованием существующих технологий, обоснована необходимость дополнительно разработать:

1. мероприятия, обеспечивающие возможность использования в автоматизированной линии резки профильного проката без предварительной правки;

2. решения по снижению отходов профильного проката на существующей линии вырезки деталей из профиля;

2. технологию вырезки заготовок деталей, гнущихся с одной и с двух сторон;

3. организационные решения по совершенствованию выполнения подготовки производства деталей из профильного проката;

4. конструктивно-технологические мероприятия по совершенствованию выполнения операции скругления острых кромок вырезов в условиях комплексной автоматизации.

В объеме вопросов, требующих научного обоснования определена необходимость выполнить исследования:

1. геометрических параметров формы зоны пластической деформации в районе между опорами гибочного оборудования на первом шаге гибки;

2. значений гибочных припусков на оборудовании для горизонтальной пошаговой гибки с постоянным расстоянием между опорами пресса;

3. точности методов задания и контроля формы гнутых деталей с помощью графической информации, генерируемой существующими CAD/CAM системами;

4. методов учета пружинения профильной заготовки при выполнении гибки на оборудовании с ЧПУ;

5. возможности и критериев совмещения пошаговой гибки и гибки раскаткой в рамках единой технологии.

Во второй главе работы рассмотрены вопросы, связанные с совершенствованием существующей автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката. За основу был взят опыт эксплуатации линии автоматизированной вырезки профильных деталей на «Балтийском заводе».

Первыми были проработаны вопросы, связанные с обеспечением возможности обработки на линии профильного проката без предварительной правки. Выполненный анализ показал, что основной причиной появления неточностей обработки концов деталей и вырезов является применяемый у робота-резчика принцип отработки управляющей программы. Робот работает в зоне 500 мм в теоретической системе координат, параллельной оси опорных роликов. Приняв средние значения непрямолинейности профильных полос в объеме 25-50 мм (данные статистики) возможные погрешности формы обреза концов деталей были определены исходя из схемы, приведенной на рисунке 1. Их количественная оценка показала, что максимальная погрешность обрезов концов (от 2 до 5 мм) имеет место при вырезке первых деталей (крайних на полосе). В случае применения технологии сборки на каркасе данную погрешность нельзя не учитывать. В качестве мер, позволяющих ее минимизировать, в работе предложено выполнять выборочную правку полос, из которых вырезается 4 и более деталей, перед их подачей на линию резки. Дополнительно рекомендовано при выполнении раскроя располагать детали таким образом, что бы первой вырезалась заготовка для изготовления гнутой детали. В этом случае наличие припусков по концам заготовки делает практически незначимыми возникающие погрешности резки.

Численная оценка погрешностей вскрытия вырезов показала, что они не имеют практического значения. Что же касается влияния непрямолинейности профильного проката на форму инверсных линий, то анализ схемы формирования в них возможного искажения (рис.2) показал, что оно может порождать погрешности формы в согнутых заготовках, превышающие допустимые. Поэтому в работе предложено, в случае использования неправленого проката, для управления гибкой и контроля формы согнутых деталей использовать метод перегиба — недогиба инверсных линий параллельно с применением гибочных шаблонов, изготавливаемых с помощью оборудования с ЧПУ.

В качестве самостоятельного вопроса в разделе были проработаны варианты снижения отходов профильного проката за счет применения новых подходов к способам определения гибочных припусков и выполнению раскроя. Проведенный анализ методов назначения гибочных припусков в случае гибки на прессах с регулируемым расстоянием между опорами (рис. 3) показал, что значение припуска может быть рассчитано по формуле:

№ 24 = 4 мм

Рис. 1 Схемы формирования погрешностей обрезов концов деталей (Доб) и вырезов(Дв).

стрелка прогиба, которую должна иметь деталь / отклонение от прямолинейности

^...... i ^хтрелка прогиба, которую деталь получит

мероприятия по уменьшению влияния погрешностей

машина с ЧПУ для вычерчивания гибочных шаблонов

метод перегиба - недогиба

Рис. 2 Схема формирования погрешности формы инверсных линий из-за непрямолинейности профильного проката.

радиус гибки форма /

Пгиб | заготовки на /' ^

Рис. 3 Метод определения гибочного припуска для прессов типа «Бульдозер».

8

пги6=

1,95RH . _J__L

KiR + KoH cos a "p'

(1)

где r - радиус кривизны детали на концах, мм;

Н - высота стенки профильного проката, мм;

Ki - коэффициент формы;

Ко - относительный модуль упрочнения материала.

Количественная оценка данного выражения для значений К]=1,7 (симметричный полособульб) и Ко = 11,6 (основная корпусная сталь) показала, что величины припусков даже при условии, что u=0, могут принимать значения от 150 до 250 мм. Это ниже, чем используемые сегодня на практике. В условиях традиционной подготовки производства аналитическое определение гибочных припусков практически не применялось. Использовался приближенный метод их расчета через высоту стенки профильного проката (1,5-2 Н). Существующий сегодня в современных АСТПП уровень подготовки производства позволяет не только сделать обязательным их расчетное определение, но и реализовать дополнительные возможности снижения величины Пги6 путем применения новых технологических мероприятий, предложенных в работе. В частности, в случае наличия на концах детали даже незначительных прямолинейных участков припуск может быть частично, а при значениях

I ^ о + ( \

1

(2)

полностью компенсирован.

Приняв данный вывод за основу, в работе разработан метод использования для сокращения значений гибочных припусков длины прямолинейного участка, формируемого малкой конца детали (рис. 4). Длина развертки (Ьрте(новая)) в предлагаемом варианте определяется между нормальными сечениями, проходящими через крайние точки лекальной кромки, привариваемой к обшивке. Данное решение хорошо согласуется и с разработанным в диссертации вариантом технологии изготовления деталей без припусков.

В качестве решений, направленных на сокращение расхода профильного проката на основе новых подходов к выполнению раскроя профильного проката, в диссертации предложено объединять в одну плеть детали правого и левого бортов и выделять гнутые детали в один запуск. Объединение деталей в одну плеть позволяет отказаться от

Рис. 4 Метод сокращения гибочных припусков

гибочных припусков с одной стороны у каждой детали, что в случае гибки на прессах с ручным управлением дает экономию около 800 мм проката для каждой плети, а применительно к прессу UFB-4000 объем сэкономленного металла может достигать 1500 мм. Кроме этого, для деталей гнущихся с одной стороны были разработаны технологические рекомендации, обеспечивающие возможность выполнения максимального объема их вырезки на линии автоматизированной резки. Внедрение данных решений потребовало директивного управления, так как связано с необходимостью пересмотра методики формирования запусков металла в обработку.

Помимо рассмотренных задач во второй главе разработано конструктивное решение, направленное на совершенствование операции скругления острых свободных кромок и предложен необходимый состав сопроводительной документации для фиксации результатов эксплуатации линии резки с целью накопления полученного опыта.

Третья глава работы посвящена аналитическому обоснованию значений гибочных припусков и исследованию методов повышения точности изготовления гнутых деталей из профильного проката.

В рамках обоснования значений гибочных припусков исследовалась зона пластической деформации между опорами на первом шаге гибки для прессов с нерегулируемым расстоянием между опорами. Величина недеформируемого участка данной зоны лежит в основе метода определения гибочных припусков у современных прессов с ЧПУ. Применительно к имеющемуся на «Северной верфи» прессу UFB-4000 припуски рассчитываются автоматически в процессе разработки управляющей программы гибки с помощью специального программного обеспечения, поставляемого вместе с прессом. При этом методика не известна. Выполненный анализ рассчитанных управляющих программ (приложение 1 к диссертации) показал, что значения гибочных припусков лежат в пределах от 490 до 810 мм. Процент отхода профильного проката за счет гибочных припусков колеблется (в зависимости от длины и формы детали) в пределах от 20 до 45 % от общего объема проката, используемого для изготовления гнутых деталей.

Для аналитического обоснования размера прямолинейного участка в зоне между опорами пресса в начале была разработана теоретическая модель формы зоны пластической деформации на первом шаге гибки (рис. 5). В данной модели геометрия формы деформируемого участка представлялась с учетом следующих допущений:

1. деформируемый участок изгибаемого профиля состоит из 3 зон:

- на участке I - пластический изгиб, кривизна профиля постоянна;

- на II участке - упруго пластический изгиб, кривизна профиля переменна, а в некоторых частях поперечного сечения напряжения превосходят предел текучести материала;

r:

i

Рис.5 Теоретическая модель формы деформируемого участка на первом шаге I - участок пластического изгиба; II - участок упруго-пластического изгиба;

III - участок упругого изгиба.

- на III участке балки имеет место только упругий изгиб, кривизна профиля переменна, а в поперечных сечениях нормальные напряжения меньше предела текучести материала.

2. Связь между напряжениями и деформацией подчиняется законам, соответствующим упруго пластическому материалу без упрочнения.

Очевидно, что у реальной изогнутой оси кривизна будет меняться от максимального значения в середине пролета до «О» в зоне около опор.

Для определения формы изогнутого участка профиля между опорами в работе использовался графоаналитический метод определения перемещений в балках. За основу была принята фиктивная балка с фиктивной нагрузкой, равной изменяющейся по длине балки кривизне (рис. 6).

44

-^ттггПТГ

1/2

а/2

■ТТТГГГггт~г^

r

ф

JX

Рис.6 Фиктивная балка и фиктивная нагрузка.

Прогиб в середине пролета реальной балки в этом случае равен изгибающему моменту от фиктивной нагрузки:

12 12 24

где /' = /+у - расчетный ход пуансона, равный сумме перемещения пунсона, и расстояние от края профиля до нейтральной оси. В приведенном виде данное уравнение будет иметь вид:

а2 -21а + ^~--212 =0. (4)

ЯФ

С помощью данного уравнения размер среднего пластического участка определяется как:

а = 1

-Ц

8 КГ 12

(5)

а длина каждого из участков за пределами участка с постоянной кривизной будет соответствовать аналитическому выражению:

(6)

2 2 2 V I2

Учитывая, что выражение для значения кривизны на среднем участке не может быть отрицательным, объем недеформируемого участка определяется исходя из условия:

или —. (7)

¡2 « 8/,

После разгрузки, в случае, когда у изгибаемого профиля имеется пластический участок, облекающий нажимной пуансон (а>0), длина упругого участка определиться как:

, /V3 I, 8Л' /' , I /о оч

Ь =--.1--, а в варианте отсутствия такового Ь = —. (а,У)

2п V г 2п

В данных зависимостях п - коэффициент совершенства изгибаемого профиля, равный отношению пластического момента сопротивления профиля Мт к упругому моменту сопротивления 1¥упр.

Для подтверждения выводов, полученных с помощью теоретической модели, в работе был выполнен комплекс экспериментальных измерений геометрии зоны пластической деформации на первом шаге гибки с помощью современной измерительной системы АР1 ТгаскегЗ. Такое оборудование пока не используется на заводе, поэтому измерения проводила специализированная фирма ООО «Нева Технолоджи» по хозяйственному договору. В состав измерительной системы входил лазерный трекер (ТгаскегЗ) - высокотехнологичный измерительный прибор (рис. 7 а), принцип работы которого основан на слежении за специальным уголковым отражателем (рис. 7 б) с помощью лазерного луча.

Рис. 7. Лазерная измерительная система, используемая в натурном эксперименте а) - лазерный трекер (ТгаскегЗ); б) - уголковый отражатель

Натурный эксперимент выполнялся на прессе типа «Бульдозер», однако расстояние между опорами для всех номеров изгибаемых профилей было постоянным -1000 мм (рис. 8). Данный пресс был выбран, исходя из условия необходимости визуализации зоны пластической деформации в процессе проведения эксперимента. В тоже время условие постоянства опорного расстояния позволяло

смоделировать особенности гибочного оборудования с ЧПУ, в частности, пресса ОТВ - 4000, у которого расстояние между опорами (1250 мм) не изменяется при гибке любого номера профиля.

Для проведения исследования были подготовлены профильные заготовки различных номеров (№12, № 14, № 16, № 18, № 22, №24) и длины, которые не являлись штатными деталями. Концы данных заготовок гнулись последовательно на разные стрелки прогиба - /г; , соответственно: 5, 10, 15, мм. В процессе гибки с помощью трекера измерялись положения свободного прямого конца (координаты х,у,г) заготовки при наличии нагрузки и после ее снятия. Особенности конструкции использованного пресса не позволяли сохранять в статическом положении форму заготовки до и после пружинения для каждого значения стрелки прогиба, поэтому при измерениях использовались динамические возможности прибора. Измеренные данные сначала записывались в таблицу, а затем пересчитывались в угол поворота конца заготовки относительно базы станка (таблица 1).

Профиль №12

Таблица 1.

Параметры Ь=0 Ь=5 (1=10 Ь=15

Хнагр 2838,43 2838,55 2836,26 2830,53

Унагр -12,19 -62,20 -95,19 -126,60

анагр 1,145 1,718 2,1906

Хпруж 2838,62 2837,33 2831,37

Упруж -32,93 -60,10 -87,87

апруж 0,401 0,973 1,489

ПрофильКа 14

Параметры 11-0 Ь=5 Ь= 10 11=15

Хнагр 2856,48 2856,07 2853,55 2849,32

Унагр -25,69 -69,38 -92,24 -126,23

онагр 0,859 1,317 2,004

Хпруж 2855,89 2853,98 2849,04

Упруж -42,14 -63,15 -96,49

апруж 0,286 0,744 1,374

Прос зиль № 18

Параметры Ь-0 Ь=5 Ь-10 Ь-15

Хнагр 2796,67 2813,90 2814,64 2810,69

Унагр -29,94 -73,51 -99,39 -130,71

анаф 0,882 1,409 2,050

Хпруж 2813,87 2814,49 2811,45

Упруж -56,28 -79,15 -107,95

апруж 0,532 0,996 1,586

Ьпр

Профиль №; 22

Параметры Ь=Ю Ь=5 Ь=10 11=15

Хнагр 2838,23 2839,31 2838,27 2835,09

Унагр -35,87 -66,25 -90,70 -118 ДО

анагр 0,613 0,6073 1,1056 1,6611

Хпруж 2838,75 2837,51 2834,82

Упруж -52Д2 -78,72 -102,45

апруж 0,3265 0,8651 1,3404

Полученные данные позволили рассчитать значения длин прямолинейных участков зон деформации для каждого варианта экспериментальной гибки с помощью аналитических зависимостей, выведенных с использованием разработанной в работе графической модели (рис. 9). В частности, в соответствии с данной моделью длину прямолинейного участка 1пр после снятия изгибающей нагрузки с достаточной долей точности можно определить как:

— Я&а.

(Ю)

Тогда, учитывая, что значение -/?!, для каждого измерения можно определить как

(11)

1-С05 0;

где а^

-к

введя в формулу параметр Ьмо=-

(12)

после преобразований

зависимость для расчета Ьпр будет иметь вид:

сова 1— соэгэг

Рис.9 Графическая модель зоны пластической деформации на первом шаге гибки

Результаты выполненных расчетов (рис. 10) подтвердили выводы, полученные с помощью теоретической модели и позволили предложить аналитический метод расчета значений гибочных припусков, дополнив выражение для длины прямолинейного участка в зоне пластической деформации конструктивными параметрами зажимных колодок пресса.

—-Ряд! —Ряд2 РядЗ Ряд4

Рис. 10 Расчетные значения прямолинейных участков зоны пластической деформации

Следующим направлением исследования в третьей главе было определение формы линий разметки обрезов концов деталей на прямой заготовке. Во всех существующих CAD/CAM системах данные для разметки обрезов выдаются как для прямого участка - значением малки. Однако существующая для разработки управляющих программ линии резки система MOSES не позволяет включать в программу работы маркировочного устройства прямые отрезки. Линия обреза может быть представлена только в виде дуги окружности. Данное требование соответствует требованиям теории, так как для того, чтобы после гибки линия обреза была прямой, размечаться она должна с обратным выгибом относительно будущих деформаций. Для исследования геометрии линии обратного выгиба в работе была разработана графическая модель изменения формы линии обреза после гибки, начерченной в виде прямого отрезка на прямой заготовке (рис. 11 а).

Рис. 11 Исследование формы линии обреза детали на прямой заготовке

а) — модель изменения формы линии обреза;

б) - параметры линии обреза на прямой заготовке;

в) - вид размеченного обреза детали.

В основу ее построения был положен фактически обратный алгоритм определения формы инверсных линий - для любой точки линии обреза значение К и XI в соответствующем плоском сечении равны до и после гибки. Учитывая, что у деформированной линии обреза неизменной остается точка, в которой она пересекает нейтральный слой профильной полосы, для определения параметров линии обратного выгиба формы линии обреза была разработана теоретическая модель

определения ее стрелки в зависимости от отношения малки к высоте профиля и радиуса изгиба на конце профильной заготовки (рис.11,6).

Применительно к разработанной модели малка М для каждого радиуса нейтрального слоя r„ca определяет угол зоны деформации а по закону:

18 0-М ж М . я ....

а=-----, т.к. 1 градус = — рад. (14)

лЛисл 180 Rucn У J 180

Для численного анализа изменения формы линии обреза в работе использовались следующее соотношения:

Lpcn= (Янсл + -Я)-а = (ähc.7 + -Я) —— длина верхнего растянутого слоя, 3 3 Riic.i

Дрсл= (Ннсл + -Н)а- Янсл-а = -Н а = -Н• ——величина его удлинения. 3 3 3 Rhc.1

Ьсжст = (Янсл-~Н)-а = (Янсл--Н)-^— - длина нижнего сжатого слоя; 3 3 Янся

Дсжсл= Янсл ■ а - (Янсл - - Н)а = -Н а = - Я • ——величина его укорочения. 3 3 3 Кнсл

С учетом того, что средняя точка не меняет своего положения и остается на месте, отклонение верхней точки Дрт от прямой после гибки в случае, если на несогнутой заготовке линия обреза размечена в виде прямого отрезка, составит

Аот=-Дрсл = ~Н--^—, (15)

р 3 9 Rhoi

а нижней - сжатой точки

Дсжт~ ~ А сжсл = -Н- ^ . (16)

3 9 RhcЛ У '

Для количественной оценки данных отклонений формы линии обреза от прямой величины Дрт и Дсжг были выражены через высоту стенки профильного проката (Н), значение малки (М) и радиус изгиба заготовки на конце RHCJ1. Дополнительно в анализе использовался приведенный параметр = М/Н, т.е. М задавалась через отношение к высоте стенки профиля Н значениями от 0,1 до 1,0, а для оценки значений Я„ся в рамках исследования автор исходил из того, что R„CJ1 min = 6Н, а R-нсл max S 40Н.

С учетом данных положений аналитические зависимости для расчета минимальных и максимальных значений смещения растянутой и сжатой точек для различных значений параметра приведения рпр были определены в виде:

А,

крт 1Т11П

1рт тах

\_н М__ М_ . Н-Рпр 9 ' 6Я ~ 54 ' 54 I М = М . Н-Рпр 9 40Н~ 360 ' 360

9Я 6Я 27 ' 27 4 и и н ■ Рпр

4 М _ 2М . 2Н ■ Рпр

ли и н ■ Рпр 90 '

а значение стрелки дуги приведения ( /гди) как:

Иди = Дрт + 0,66 (Дсжсл - Дрт).

(17)

Выполненная с их помощью количественная оценка смещений показала, что минимальная стрелка линии обратного выгиба (Иди ) лежит в пределах от 0,1 до 1,22 мм, а максимальная от 0,5 до 8 мм. Это позволило сделать вывод, что линия обратного выгиба может воспроизводиться в виде дуги окружности, заданной тремя точками, для определения которых возможно использование зависимостей, полученных для Дрт и Дсжт.

Проверка данного вывода была выполнена с помощью натурного эксперимента. В качестве экспериментальной базы была принята та же основа, что и в случае исследования формы зоны пластической деформации (рис. 12 а).

Рис. 12 Экспериментальное исследование изменения формы линий разметки обрезов профильных деталей в процессе гибки а) - пресс «Бульдозер»; б) - принцип разметки линий обрезов На прямой заготовке в районе середины зоны пластической деформации для каждого номера профиля наносилось семейство прямых (рис. 12 б), определяющих форму обреза с разными малками. Затем после изгиба заготовки на разные стрелки прогиба измерялось изменение формы прямых линий. Полученные данные совпали с теоретическими положениями для определения объемов деформации линий разметки.

В рамках обоснования оптимального шага для расчета формоопределяющих точек инверсных линий в работе была предложена модель задания геометрии зоны пластической деформации в виде трех окружностей - Т[, Тг, Тз; 1Ъ - Тг, Тз, Т4,; Яз - Тз, Т4, Тз) (рис. 13).

Ti. Т2 Тз Т4 Т5

Рис. 13 Принцип определения оптимального шага для расчета формы инверсных линий.

Данный вывод соответствует сформулированной в п. 3.1. модели зоны пластической деформации. Учитывая, что максимальная зона пластической деформации по длине приблизительно равна 400 мм для пресса UFB - 4000 расстояние между опорными точками для окружностной аппроксимации - Шоп должно быть не более 100 мм. Данный шаг позволяет с предельной точностью задавать геометрию инверсных линий для деталей любой формы и длины. Задание предлагаемого шага в исходных данных для расчета геометрии инверсных кривых средствами CAD/CAM систем практически не влияет на продолжительность счета и не требует переработки существующего программного обеспечения. Поэтому реализация предлагаемого решения требует только организационных решений.

В рамках научного обоснования величины перекроя инверсных линий в работе за основу была принята аналитическая зависимость для определения перекроя спрямляемых линий в графических шаблонах:

Ii = (Ah*k*L22)/((2 - Ah)*L, + 2*k*L2) = ((Ah*k)/(2 - Ah + 2k))*L2. (18)

Данная зависимость определяет величину перекроя для известных значений длин спрямляемых линий - Li и L2. и коэффициента k = Li/L2. Выполненный в работе численный анализ величины перекроя для различных вариантов деталей набора показал, что фактическое значение Ii близко к величине, равной половине первой спрямляемой линии (Li), и отличается в сторону уменьшения на величину, определяемую коэффициентом к. Применительно к ситуации, которая имеет место сегодня на заводах, изменять как-либо алгоритм расчета инверсных линий нет возможности. Поэтому в работе предложен вариант использования данной аналитической зависимости для определения величины перекроя инверсных линий в существующих CAD/CAM

системах на основе итерационного метода решения задачи. Суть его состоит в том, что если значения перекроя задавать с точностью до одного шага формоопределяющих точек инверсных линий (Шоп = 100 мм), то оно может быть принято равным половине длины первой инверсной линии. Поэтому в предлагаемом варианте решения на первом шаге перекрой задается стандартно - в объеме одной точки. Затем, после получения расчетных данных, количество точек перекроя и меняется до тех пор, пока не станет равным значению

п = ПОЛ[1зп/Шоп]. (19)

В случае, если в процессе расчета для контроля формы достаточно двух инверсных линий, процедура может быть сведена к двум итерациям.

С целью обоснования критериев выбора системы автоматического управления гибочным оборудованием с ЧПУ в третьей главе работы выполнено исследование механизма формирования погрешностей формы в согнутой заготовке для двух схем управления процессом гибки: путем контроля очага деформации в зоне между опорами пресса и методом отслеживания конца заготовки. Выбор данных схем был связан с тем, что первый вариант схемы управления используется в настоящее время в прессе иИВ-4000 на заводе «Северная верфь», а второй, использовался в прессе МГ-400, применяемом на «Балтийском заводе».

В случае использования любой из схем управления на каждом шаге гибки после снятия нагрузки происходит изменение формы деформируемой зоны, вследствие пружинения. Величина угла пружинения Дф( определяется как

Д<р, = С(г, К,+К2)а,; С=£т., (20)

Е

где К| - коэффициент формы поперечного сечения профиля; К2 - модуль упрочнения материала полосы; г( - относительный радиус изгиба; а; - угол загиба.

Для компенсации пружинения необходимо на каждом шаге перегибать заготовку на угол Дф'1 . При этом значение перегиба Дер'; определяется зависимостью:

дф', = дф! (—!—). (21)

\ — К2 — Е

Учитывая, что в формулу расчета угла перегиба входит модуль упрочнения материала, при расчете управляющей программы гибки всегда возникает возможность формирования вероятностной погрешности. Поэтому, в рамках выполнения оценки различных схем управления гибкой в работе было исследовано влияние вероятностной погрешности в расчете угла перегиба на результирующее отклонение

формы согнутой заготовки от требуемой. Результаты исследования показали, что в случае управления гибкой путем контроля объема деформации в зоне между опорами, точность гибки полностью зависит от точности расчета угла перегиба. В то же время исследование схемы управления гибкой методом слежения за концом согнутой заготовки, выполненное с помощью разработанной теоретической модели накопления погрешности в форме согнутой заготовки, показало, что:

1. погрешность, возникающая в согнутой заготовке за счет неточностей учета пружинения, уменьшается с увеличением координаты управляющей точки;

2. изменение погрешности формы в зоне между опорами носит знакопеременный характер, т.е. недогиб на первом шаге вызывает перегиб на втором, который в свою очередь сформирует недогиб на третьем и т. д.;

3. с увеличением длины выходного (управляющего) конца заготовки абсолютное значение знакопеременной погрешности уменьшается.

С учетом данных выводов были сформулированы новые требования к восстановлению схемы автоматического управления станком МГ-400. В частности, вместо механической контактной схемы контроля положения управляющего конца профильной заготовки было обосновано решение о возможности разработки системы управления, работающей на основе принципа контроля «плавающей» точки с помощью лазерного измерительного устройства. Для определения положения данной точки в работе было доказано, что если принять отношение полярной координаты управляющей точки рп к полярной координате предшествующего шага как рпУ р„ = 0,9, то погрешность учета пружинения не будет выводить погрешность формы согнутой заготовки за допускаемые отклонения. Данный вывод позволил определить диапазон задания «плавающей» точки в размере 3000 мм.

В четвертой главе на основе созданных инженерных решений и результатов выполненных научных исследований разработан вариант принципиальной технологии изготовления деталей из профильного проката применительно к условиям комплексной автоматизации и основные решения по совершенствованию автоматизированной системы подготовки производства в обеспечение ее реализации (рис.14).

В основу концепции создания новой технологии были заложены следующие требования:

обеспечение максимального уровня автоматизации всех операций, связанных с изготовлением деталей из профильного проката;

Заготовка с подогнутыми концами переходит на гибочное оборудование для завершения процесса гибки. Вскрытие вырезов вдоль кромки производится вручную на смежной позиции.

Робот-резчик вырезает прямую заготовку с полной обработкой концов и размечает выреза по кромке, после чего передает заготовку на разметочную машину «Стрела»

С помощью машины «Стрела» на деталь наносятся инверсные линии

Размеченная л заготовка / и передается на N. станок МГПС \| для подгибки концов

Рис. 14 Комплексно-автоматизированная технология изготовления гнутых деталей из

профильного проката.

- возможность отказа от использования гибочных шаблонов для контроля формы гнутых деталей;

- изготовления гнутых деталей без гибочных припусков;

С учетом данных требований за была взята существующая роботизированная лини я вырезки деталей, имеющаяся на «Балтийском заводе». Данная линия обеспечивает современные требования по точности и уровню автоматизации всего технологического процесса, связанного с изготовлением прямолинейных деталей из профильного проката. Однако применительно к технологии изготовления гнутых деталей в новый вариант ее использования внесены существенные изменения.

Так, в рамках технологии изготовления гнутых деталей непосредственно на линии решено выполнять только операции резки, маркирования и разметки мест положения вырезов на прямых заготовках. Операция по нанесению инверсных линий на заготовки в предложенном варианте технологии полностью исключена.

Принципиально новым решением в данном варианте технологии изготовления гнутых деталей стало то, что заготовки для них вырезаются на линии резки с полной обработкой концов без гибочных припусков, а разметка инверсных линий для контроля формы согнутой детали выполняется непосредственно перед гибкой с помощью отечественной разметочной машины с ЧПУ «Стрела» (разработка ФГУП ЦНИИТС).

Технология вырезки заготовок для изготовления гнутых деталей с полной обработкой концов (без припусков) стала возможной за счет разработанного в диссертации варианта их гибки с использованием двух принципов деформирования:

1) подгибки концов методом ротационно-локальной гибки на отечественном прессе МГПС-50;

2) последующей гибки на любом виде гибочного оборудования.

Возможность реализации такой технологии просчитана с

использованием компьютерной модели локально-ротационного деформирования профильного проката.' В варианте предложенной технологии подогутый конец фактически заменяет гибочный припуск.

Использование в разработанной технологии разметочной машины «Стрела» дает возможность (в отличие от варианта разметки инверсных линий с помощью маркировочного устройства на линии резки) отслеживать имеющуюся кривизну профильной заготовки и вносить соответствующие корректировки в форму инверсных линий. Это позволяет использовать для изготовления деталей на линии резки как правленого, так и неправленого проката. Кроме того, реализация разработанных в диссертации методов задания шага для

формоопределяющих точек инверсных линий и аналитически обоснованных величин перекроя в существующих средствах расчета инверсных линий позволяют значительно повысить надежность контроля с их помощью формы согнутых заготовок и, как следствие, отказаться от использования гибочных шаблонов, заменив их дополнительными контрольными замерами с помощью стандартного мерительного инструмента.

Для реализации разработанной технологии в четвертой главе диссертации проработаны необходимые изменения в составе подготовки производства. В частности, рассмотрен вариант решения задач:

- выполнения раскроя;

- расчета УП для линии резки;

-расчета УП для разметки инверсных линий на машине «Стрела»; Для возможности управления уровнем автоматизации данной технологии в главе сделана оценка экономических критериев ее реализации в зависимости от объемов производства.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Полученные в рамках выполненных исследований результаты позволили сделать следующие выводы:

1. В качестве основы для создания современной технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката может быть принят вариант опробованной на ОАО «Балтийский завод» автоматизированной линии вырезки прямых деталей и заготовок. Дополнительно к имеющимся решениям необходимо реализовать разработанные в диссертации предложения по выполнению на этапе подготовки производства новых вариантов формирования запусков металла в обработку и раскроя профильных полос. При этом, внедрение расчетного метода определения припусков, предложенного в работе, и разработанной технологии изготовления деталей, гнущихся с одной стороны, даст возможность сократить отход профильного проката, а замена наждачных машинок на метод фрезерования острых кромок обеспечит новый уровень качества готовых деталей.

2. Для изготовления гнутых деталей целесообразно совместить в

одном процессе технологию раскатки концов и дальнейшей горизонтальной пошаговой или роликовой гибки. Научной основой определения параметров выполнения данной технологии могут стать впервые разработанные в диссертации критерии выполнения гибки без припусков. Это позволит выполнять полную обработку концов гнутых деталей на линии автоматизированной

резки, существенно повысить качество обработки концов деталей, значительно снизить расход профильного проката и существенно повысить уровень автоматизации данной технологии.

3.В варианте использования традиционной технологии гибки на оборудовании с ЧПУ (совмещенная технология не исключает полностью таковую) необходимо выполнять разметку обрезов концов на линии автоматизированной резки с учетом метода коррекции их формы разработанного в диссертации.

4. Для деталей с общей стрелкой погиби в пределах 5Н (Н-высота

стенки профиля, а количество инверсных линий не более трех) имеет смысл полностью отказаться от использования для контроля формы гибочных шаблонов. Однако на этапе подготовки производства инверсные линии должны рассчитываться с учетом шага формоопределяющих точек и величины перекроя впервые обоснованных в данной работе. Нанесение инверсных линий на заготовки для изготовления таких деталей необходимо выполнять не с помощью маркировочного устройства, а на отдельной технологической позиции с применением разметочной машины «Стрела». Данное решение позволит использовать для изготовления деталей прокат без предварительной правки.

5. Для деталей сложной формы (количество инверсных линий более

трех, или имеющих двоякую кривизну) целесообразно сохранить применение для контроля формы гибочных шаблонов. Однако, их производство необходимо организовать с использованием для вычерчивания заготовок шаблонов техники с ЧПУ (аналогично варианту, применяемому на ОАО «Балтийский завод»). Это даст возможность отказаться от использования плаза и перенести данные работы с плаза на деревообрабатывающий участок. Организационно методические решения по обеспечению такой технологии (включая вид документации) разработаны в диссертации.

Предложенная в диссертации технология изготовления деталей из профильного проката является основой для построения любых вариантов ее реализации применительно к различным уровням автоматизации.

Если вместо робота резка будет выполняться вручную, то предложения по совершенствованию подготовки производства все равно имеет смысл сохранить.

В случае невозможности использования автоматизированного оборудования для гибки профильных заготовок разработанные решения по бесшаблонным методам контроля и сокращению гибочных припусков не теряют своей актуальности.

Наиболее обязательными для совершенствования технологии производства деталей из профильного проката являются решения,

связанные с разметкой графических шаблонов с помощью машины «Стрела» и технологией изготовления гибочных шаблонов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК:

1. Фомичев А. Б. Совершенствование технологии изготовления гнутых деталей набора корпусов судов на «Северной верфи» (статья) // Морской вестник. Вып. 2(30), СПб.: 2009.

2. Фомичев А.Б., Игошин Е. В. Основные задачи совершенствования технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката (статья) // Судостроение, №4, СПб, 2009. -Автор - 70%.

3. Веселков В. В., Фомичев А. Б. Разработка схемы автоматического управления оборудованием для гибки профильного проката, (статья) // Морской вестник. Вып. 4(32), СПб.: 2009. Автор - 45%.

В других изданиях:

1. Фомичев А.Б. Универсальный состав информации, генерируемый CAD/CAM системами в обеспечение технологии изготовления гнутых деталей судового набора (доклад) // «МОРИНТЕХ», 2009 г.

2. Фомичев А. Б., Веселков В. В. Комплексное совершенствование технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката, (тезисы доклада) // Сборник тезисов докладов конференции «Современные технологии создания конкурентоспособной морской и речной техники», секция «Современные технологии создания, освоения, производства и ремонта судов», Казань, ноябрь, 2009 г.

3. Фомичев А. Б. Автоматический контроль формы профильной заготовки в процессе гибки путем измерения положения ее конца с помощью лазерного сканера, (тезисы доклада) // Сборник тезисов докладов конференции «Современные технологии создания конкурентоспособной морской и речной техники», секция «Современные технологии создания, освоения, производства и ремонта судов», Казань, ноябрь, 2009 г.

Введение.

1. Анализ существующих вариантов технологий изготовления деталей из профильного проката и определение основных задач по их совершенствованию.

1.1. Номенклатура деталей из профильного проката, входящих в 9 состав корпуса судна.

1.2. Современные требования к оценке технологий изготовления деталей судового набора и определению направлений их совершенствования.

1.3. Анализ технологии изготовления прямолинейных деталей судового набора в условиях автоматизированного ^ производства.

1.4. Анализ существующих технологий изготовления гнутых деталей судового набора и определение задач по их совершенствованию применительно к условиям. •„ автоматизированного производства.

1.5. Выводы и постановка задач для исследования и разработки инженерных решений.

2. Разработка решений направленных на совершенствование существующей автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката.

2.1. Разработка решений направленных на увеличение объема применения на автоматизированной линии резки профильного проката без предварительной правки.

2.2. Разработка решений направленных на снижение отходов профильного проката при производстве деталей.

2.3. Определение состава организационно-технических мероприятий по совершенствованию подготовки производства деталей из профильного проката.

2.4. Разработка конструкторско-технологических решений по совершенствованию операции скругления острых свободных кромок вырезаемых деталей.

2.5. Определение состава и содержания сопроводительной документации для повышения качества эксплуатации автоматизированной линии изготовления деталей из профильного проката.

2.6. Выводы по результатам выполненных разработок.

3. Исследование методов совершенствования технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката.

3.1. Исследование формы изогнутого участка профильной заготовки в зоне между опорами пресса и определение теоретического значения величины гибочного припуска.

3.1.1. Теоретическая модель деформации профильной полосы в зоне между опорами горизонтального пресса на первом шаге гибки.

3.1.2. Экспериментальное обоснование геометрических параметров формы участка в зоне между опорами пресса и разработка метода определения значений гибочных припусков у профильных заготовок.

3.2. Исследование способов повышения точности задания формы гнутых деталей на прямых заготовках с помощью графической информации.

3.2.1. Исследование методов разметки обрезов концов гнутых деталей на прямых заготовках.

3.2.2. Определение оптимального количества точек для задания формы инверсных линий.

3.2.3. Исследование значений оптимального перекроя инверсных линий.—

3.3. Исследование существующих схем выполнения процесса гибки, применяемых в современном гибочном оборудовании.

3.4. Выводы по результатам выполненных исследований.

4. Работка проекта комплексно-автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката. AUJ

4.1. Концепция интеграции производственных мощностей в рамках проведения работ по модернизации судостроительных предприятий.

4.2. Принципиальная технология изготовления деталей из профильного проката применительно к условиям комплексной автоматизации. ^

4.3. Разработка предложений по разработке схем автоматического) управления существующим гибочным оборудованием ОАО «Балтийский завод». ^ ^

4.3.1. Схема управления процессом гибки методом контроля за «плавающей» точкой. * ^

4.3.2. Совмещенная схема гибки на станке МГПС-25 и прессе

Pels».

4.4. Разработка содержания автоматизированной подготовки производства деталей судового набора из профильного проката.

4.5. Расчет экономической эффективности от внедрения технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката без припусков. ^^

Отечественное судостроение за последние 20 лет потеряло свое место на мировом рынке судов. Основными лидерами сегодня являются Япония и Южная Корея [8], [41] (рис. 1).

Япония

Корея

Кятай

Германия

Польша

Тайвань

Дания

Италия

Россия

И другие страны 1

Рис. 1, Распределение объемов строительства судов между основными производителями

В результате, даже при наличии большой внутренней потребности России в судах, в настоящее время суда для российских потребителей часто заказываются на зарубежных верфях.

Среди основных причин, породивших сложившееся состояние, можно отметить следующие [31]:

- на всех предприятиях отрасли основные производственные фонды устарели морально и физически. Производственное оборудование, возраст которого свыше 10 лет, составляет в общем парке оборудования около 65%. Большинство цехов и сооружений не соответствует требованиям современной технологии и организации производства. Все это привело к тому, что трудозатраты при строительстве судов и кораблей на отечественных верфях сегодня в 4-5 раз выше, а сроки строительства в 1,5-2 раза больше, чем на лучших зарубежных верфях; низкая рентабельность производства вследствие высокой доли накладных расходов в себестоимости выпускаемой продукции.

Сегодня достижение мировой цены на суда удается получить только за счет того, что оплата труда на отечественных судостроительных предприятиях в 5-6 раз ниже, чем за рубежом [31]. Однако анализ развития мирового рынка показывает, что все судостроительные предприятия, которые еще выигрывают за счет использования дешевой рабочей силы, постепенно будут терять свое преимущество в связи с неизбежными требованиями повышения уровня жизни.

В условиях рыночной экономики конкурентоспособность судостроения в значительной степени определяют стоимость и качество строящихся судов. Основу формирования стоимости составляют трудоемкость выполнения техпроцессов в рамках строительства судов и стоимость материалов. Поэтому борьба за их снижение является одной из главных задач совершенствования отечественного судостроительного производства. Сегодня руководители многих предприятий решают данную задачу путем внедрения новых организационных и технических решений в рамках реконструкции своих производственных мощностей. Одними из наиболее сложных с точки зрения уровня принимаемых инженерных решений традиционно являются технологии изготовления корпусных конструкций. Именно они во многом определяют сроки, материалоемкость и качество строительства судов. Имеющиеся отечественные научные достижения в данной области не во всех случаях способны дать однозначные ответы на вопросы, возникающие у руководителей заводов при проведении масштабной модернизации своих предприятий. Особенно это касается заводов, строящих как гражданскую, так и военную продукцию.

В настоящее время наибольших успехов отечественной науке удалось достичь в области совершенствования технологии вырезки деталей из листового металлопроката [8]. Еще в 70-е годы прошлого столетия были созданы первые отечественные машины с ЧПУ. Их внедрение позволило не только существенно сократить трудоемкость вырезки деталей, но и значительно снизило объем потребляемого листового металлопроката. Высокая точность резки положительно отразилась на качестве собираемых конструкций. Одновременно, использование МТР с ЧПУ открыло новое направление в совершенствовании подготовки производства, связанное с использованием информационных технологий и доказало целесообразность только комплексной автоматизации. В настоящее время проектирование судов и подготовка производства повсеместно ведется с использованием CAD/CAM систем. Сегодня заводы используют как отечественные, так и зарубежные разработки в области производства деталей из листового проката. Однако успех применения зарубежного оборудования и зарубежных CAD/CAM систем обусловлен прежде всего наличием большого отечественного опыта.

Несколько иная ситуация сложилась в вопросах совершенствования технологии изготовления деталей из профильного проката. Попытки создания оборудования для механизации и автоматизации изготовления таких деталей предпринимались[69], [39], но законченных комплексных решений так и не было получено. В частности, еще в 70-е годы в ЦНИИ ТС была разработана комплексно-механизированная линия изготовления деталей из профильного проката «Профиль» [69]. Для данной линии были созданы средства механизации всех операций по производству прямолинейных деталей судового набора. Одновременно, впервые была реализована технология изготовления гнутых деталей из профильного проката с использованием для задания и контроля формы вместо плазовых гибочных шаблонов так называемых графических шаблонов. Для их нанесения на профильные заготовки в составе линии использовалась специальная разметочная машина с ЧПУ «Стрела» (разработка ЦНИИТС). Данная линия была успешно апробирована на заводе «Северная верфь» (в то время завод им. А. А. Жданова), однако реализованные решения в дальнейшем не поддерживались. В те же годы предпринимались попытки создания и отечественного оборудования для автоматизированной гибки профильного проката [39]. Пресс МГ-400 был спроектирован ЦНИИТС по прототипу английского пресса «Хью Смит» [23]. Единственный экземпляр пресса был изготовлен и поставлен на Балтийский судостроительный завод. Однако из-за целого ряда причин в автоматическом режиме данный пресс так и не заработал. Решения по машине «Стрела» и прессу МГ-400 были заброшены и сегодня ни на одном заводе нет законченной отечественной технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката без использования гибочных шаблонов. Необходимость производства шаблонов в условиях практического отсутствия плаза заставляла заводы самостоятельно придумывать новые способы производства гибочной оснастки. В результате накопились различные решения как в технологии изготовления деталей судового набора, так и в области выполнения подготовки производства.

С переходом на рыночные отношения заводы получили доступ к зарубежным технологиям и оборудованию. Это позволило Балтийскому заводу создать у себя с помощью немецкой фирмы IMG комплексно-автоматизированную линию по изготовлению прямолинейных деталей из профильного проката [23] (рис. 2). Завод «Северная верфь» закупил у немецкой фирмы IMG станок с ЧПУ - UFB 4000 для гибки профильного проката и сварных балок [62] (рис. 3). Однако опыт Балтийского завода и завода Северная верфь показал, что внедрение зарубежных технологий и оборудования не возможно без серьезной их адаптации к специфике российского судостроения. Основной производитель научных решений в области технологии строительства судов — ЦНИИТС в настоящее время практически не занимается технологиями изготовления деталей судового

Рис.2. Комплексно-автоматизированная Рис. 3. Станок с ЧПУ для линия изготовления деталей из автоматической гибки заготовок из профильного проката профильного проката набора. Поэтому, дан н ые вопросы совершенствования производства предприятия вынуждены решать на основе собственных разработок и зарубежных решений. В качестве первоочередного направления для реализации ОАО «Северная верфь» в настоящее время выбрало технологию изготовления гнутых деталей из профильного проката. Причиной стала необходимость сокращения расхода металла, повышения точности изготовления гнутых деталей набора для увеличения объемов сборки корпусных конструкций методом «на каркасе» и снижения трудоемкости гибочных работ. Первые же попытки показали, что главной проблемой совершенствования технологий такого типа является то, что в ее реализации участвует достаточно большое число участников. При этом для каждого отдельного подпроцесса могут использоваться различные способы совершенствования. Однако оптимальное решение требует сбалансированности относительно общего подхода. Погрешности каждого передела не несут явной ошибки, но отрицательно сказываются на технологии в целом.

Идея данного диссертационного исследования состоит в том, что автор позволил себе с единой позиции посмотреть на возможный вариант совершенствования каждой из составляющих технологии изготовления деталей из профильного проката и разработать научно обоснованные предложения по их совершенствованию, исходя из имеющегося научно-практического задела и опыта работы зарубежных верфей и предприятий отечественного судостроения. На основе выполненных исследований и разработок в диссертации обоснован организационно-технологический процесс изготовления всех деталей корпусов судов из профильного проката, ориентированный на использование самых современных решений из области автоматизации производства, и определены направления его дальнейшего совершенствования, исключающие необходимость пересмотра базовой концепции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в рамках выполненных исследований результаты позволили сделать следующие выводы:

1. В качестве основы для создания современной технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката может быть принят вариант опробованной на ОАО «Балтийский завод» автоматизированной линии вырезки прямых деталей и заготовок. Дополнительно к имеющимся решениям необходимо реализовать разработанные в диссертации предложения по выполнению на этапе подготовки производства новых вариантов формирования запусков металла в обработку и раскроя профильных полос. При этом, внедрение расчетного метода определения припусков, предложенного в работе, и разработанной технологии изготовления деталей, гнущихся с одной стороны, даст возможность сократить отход профильного проката, а замена наждачных машинок на метод фрезерования острых кромок обеспечит новый уровень качества готовых деталей.

2. Для изготовления гнутых деталей целесообразно совместить в одном процессе технологию раскатки концов и дальнейшей горизонтальной пошаговой или роликовой гибки. Научной основой определения параметров выполнения данной технологии могут стать впервые разработанные в диссертации критерии выполнения гибки без припусков. Это позволит выполнять полную обработку концов гнутых деталей на линии автоматизированной резки, существенно повысить качество обработки концов деталей, значительно снизить расход профильного проката и существенно повысить уровень автоматизации данной технологии.

3.В варианте использования традиционной технологии гибки на оборудовании с ЧПУ (совмещенная технология не исключает полностью таковую) необходимо выполнять разметку обрезов концов на линии автоматизированной резки с учетом метода коррекции их формы разработанного в диссертации.

4. Для деталей с общей стрелкой погиби в пределах 5Н (Н-высота стенки профиля, а количество инверсных линий не более трех) имеет смысл полностью отказаться от использования для контроля формы гибочных шаблонов. Однако на этапе подготовки производства инверсные линии должны рассчитываться с учетом шага формоопределяющих точек и величины перекроя впервые обоснованных в данной работе. Нанесение инверсных линий на заготовки для изготовления таких деталей необходимо выполнять не с помощью маркировочного устройства, а на отдельной технологической позиции с применением разметочной машины

Стрела». Данное решение позволит использовать для изготовления деталей прокат без предварительной правки.

5. Для деталей сложной формы (количество инверсных линий более трех, или имеющих двоякую кривизну) целесообразно сохранить применение для контроля формы гибочных шаблонов. Однако, их производство необходимо организовать с использованием для вычерчивания заготовок шаблонов техники с ЧПУ (аналогично варианту, применяемому на ОАО «Балтийский завод»). Это даст возможность отказаться от использования плаза и перенести данные работы с плаза на деревообрабатывающий участок. Организационно методические решения по обеспечению такой технологии (включая вид документации) разработаны в диссертации.

Предложенная в диссертации технология изготовления деталей из профильного проката является основой для построения любых вариантов ее реализации применительно к различным уровням автоматизации.

Если вместо робота резка будет выполняться вручную, то предложения по совершенствованию подготовки производства все равно имеет смысл сохранить.

В случае невозможности использования автоматизированного оборудования для гибки профильных заготовок разработанные решения по бесшаблонным методам контроля и сокращению гибочных припусков не теряют своей актуальности.

Наиболее обязательными для совершенствования технологии производства деталей из профильного проката являются решения, связанные с разметкой графических шаблонов с помощью машины «Стрела» и технологией изготовления гибочных шаблонов.

1. 74-0505-19-84. Оценка и планирование технического уровня производства.

2. Автоматизация производства на базе ЭВМ как часть системы «Стирбиа» // Компьютер-верфь-корабль/ Пер. с англ. Л.Я.Попилова, О.С.Потехина. Л.: Судостроение, 1981 г.

3. Адлерштейн Л.Ц., Крестов М.И., Нахамкин Л.А., Панков Е.С.,

4. Соколов В.Ф. В.Ф. Механизация и автоматизация судостроительного производства. // Ленинград, 1988 г.

5. Александров В.Л. «Совершенствование судостроительного производства и повышение его эффективности в новых экономических условиях», диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 2000 г.

6. Александров В.Л., Матлах А.П., Нечаев Ю.И., Поляков В.И., Ростовцев Д.М., «Интеллектуальные системы в морских исследованиях и технологиях», СП6ГМТУ, 2001 г .

7. Александров В.Л., Адлерштейн Л.Ц., Макаров В.В., Соколов В.Ф., Титов Н.Я. Точность в судовом судостроении. // Судостроение, 1994 г.

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

9. Александров В.Л. Судостроительное предприятие в условиях рынка. Проблемы адаптации и развития / Александров В.Л., Перелыгин A.B., Соколов В.Ф. СПБ.: Судостроение, 2003 г.

10. Арью А.Р. «Комплексная подготовка производства в судостроении», Судостроение, 1988 г.

11. A.C. №603180 «Способ изготовления гнутых профилей проката», опубл. Б.И.№ 18, 1979 г.

12. М.Байер, Д.Гревен, Ю.Деске Создание автоматизированной системы контроля формы при гибке шпангоутов. Сб. докладов на междун. симпозиуме «Проблемы механизации, автоматизации и применения промышленных роботов», 1986 г.

13. Беленький Л.М. Расчет судовых конструкций в пластической стадии. Л., Судостроение, 1983 г.

14. Боброва И.В., Челищев Б.Е., «Автоматизация проектирования технологии в машиностроении», М., Машиностроение, 1987 г.

15. Бреслав Л.Б. «Экономические модели в судостроительном производстве», Л: Судостроение, 1986 г.

16. Брехов, A.M. Организация судостроительного производства в условиях рынка / А.М.Брехов, В.В.Волков. СПб.: Судостроение, 1992 г.

17. Брехов A.M., Волков В.В. Организация судостроительного производства в условиях рынка. С-Пб, Судостроение, 1992 г.

18. Веселков В.В. Использование графической информации для задания размеров и контроля формы лекальной кромки профильных деталей// Технология судостроения, 1978, №1

19. Веселков В.В., Ситников А.Н. Современное направление развития систем конструкторско-технологической подготовки производства в судостроении // Технология и организация судоремонта: Сб. науч. Тр. ГУВК/ГУВК.-СПб., 1994.

20. Веселков В.В., Ситников А.Н., Куклин О.С. Компьютерное моделирование и экспериментальная проверка процесса ротационно-локальной гибки // Судостроение.- 1999,- № 6.

21. Веселков В.В., Игошин Е.В. Совершенствование технологии изготовления гнутых деталей судового набора // Судостроение.- 2002г.

22. Веселков В.В., Вексляр В.Я., Зайнуллин О.Ф. Методика геометрического моделирования поверхностей подводных лодок при проектировании и подготовке производства.

23. Веселков В.В., Ситников А.Н. Современное направление развития систем конструкторско-технологической подготовки производства в судостроении. / Технология и организация судоремонта: Сб. науч.тр. -СПб.: СПбГУВК, 1994 г.

24. Веселков В. В., Фомичев А. Б. Разработка схемы автоматического управления оборудованием для гибки профильного проката, (статья) // Морской вестник. Вып. 4(32), СПб.: 2009 г.

25. Веселков В.В. Расчетный метод определения припусков на гибку и длину заготовок для изготовления деталей судового набора из профильного проката //Вопросы судостроения. Сер. Технология судостроения, 1978, вып.19.

26. Гибочно-правильный станок. Патент РФ №2102170, кл. В21Д7/02, ЦНИИТС. Авторы: Куклин О.С., Брук М.Б., 20.01.98, Бюл. №2.

27. ГКЛИ-0502-182-92. Справочные таблицы по технико-экономическим показателям постройки судов. Часть 1. Танкеры, сухогрузные суда, баржи.

28. Горбач В.Д. Основные направления совершенствования российской технологии строительства судов на пороге XXI века: материалы междунар. конф. «Моринтех-97». СПб., 1997 г.

29. Карпов Г.И. Разработка метода автоматизированного определения трудоемкости работ в судостроении и судоремонте: дисс. кд. техн. наук, 1986 г.

30. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике; Издание 2; М. Наука 1970. Куклин О.С, Быков В.А. Деформируемость и работоспособность корпусных сталей. JL, ЦНИИ «Румб», 1989 г.

31. Куклин О.С, Рыманов В.Ф., Васильева В.И. Особенности технологии гибки листов, профилей и панелей из алюминиевых сплавов. / Вопросы судостроения. Сер. «Судоверфь. Технология и организация производства», вып.2, 1984 г.

32. Куклин О.С. «Теория и расчет процессов холодной гибки высокопрочных сталей и сплавов». ЦНИИ «Румб», 1982 г.

33. Куклин О.С, Шабаршин В.П., Ширшов И.Г. Современные средства технологического оснащения корпусообрабатывающих цехов. СП-б, ЦНИИ «Румб», 1985 г.

34. Кулик Ю.Г., Сумеркин Ю.В. «Технология судостроения и судоремонта», М: Транспорт, 1988 г.

35. Логачев СИ., Чугунов В.В. «Мировое судостроение. Современное состояние и перспективы». Судостроение. 2000 г.

36. Лысов М.И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки.-М., 1966 г.

37. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. 1-е изд., М., Машиностроение, 1968; 2-е изд., переработано и дополнено, 1975.

38. Способ гибки длинномерных заготовок. Патент Р.Ф. №1664440, кл. В21Д5/06. ЦНИИТС. Авторы: Куклин О.С., Попов В.И., Богданов И.П., Брук М.Б, 30.12.90, Бюл. №48.

39. Многофункциональная гибочно-правильная машина. Патент РФ №2129929, кл. В21Д 3/02, 5/01, 7/02. Авторы: Горбач В.Д., Куклин О.С., Брук М.Б., Попов В.И., Соколов О.В., Шуньгин В.Ю. 10.05.99, Бюл. №13.

40. Нил Б.Г. Расчет конструкций с учетом пластических свойств материалов. М, Госстройиздат, 1961 г.

41. Е.Н.Мошин. Гибка, обтяжка и правка на прессах. М., 1959.

42. ОСТ5.0378-84 Технологические документы судостроительной верфи. Виды документов, правила разработки, согласования и утверждения.

43. ОСТ5Р.0732-2000 Правила компьютерной разработки, оформления и сопровождения ведомостей технологических комплектов и бригадокомплектов судостроительной верфи.

44. ОСТ5Р.0733-2000 Правила компьютерной разработки, оформления и сопровождения комплекта документов технологического графика постройки судна.

45. Отраслевой руководящий материал по созданию автоматизированных систем управления на судостроительных предприятиях. Подсистема. Оперативное управление основным производством. 299054-04-ОРМ-74. ЦНИИ «Румб», 1975 г.

46. Плисов Б.В. Технологический проект корпусообрабатывающего цеха. // Ленинград, 1981 г.

47. Постнов В.А. «Теория пластичности и ползучести». Л., ЛКИ, 1975 г.

48. Разработка научных основ локальной упругопластической деформации металлов. Построение физических моделей сложных поверхностей с постепенно меняющейся геометрией в процессе ротационного формообразования. Отчет о НИР, ГКЛИ-3210-007-98.

49. РД5.03 69-94 Технологическая подготовка производства судостроительной верфи. Термины и определения.

50. РД5.0693-92 Технологические документы судостроительной верфи.58