автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Технологическое обеспечение качества функционирования нефтегазохимической аппаратуры достижением принципов взаимозаменяемости в соединениях днищ

од

На правах рукописи

Абдеев Ринат Газизьянович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОЙ

АППАРАТУРЫ ДОСТИЖЕНИЕМ ПРИНЦИПОВ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ В СОЕДИНЕНИЯХ ДНИЩ

Специальность: 05.04.09 - Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа -1996

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный консультант:

член-корр. АН Республики Башкортостан , доктор технических наук, профессор Бакиев А. В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бубнов В. А.

доктор технических наук, профессор Никифоров А. Д.

доктор технических наук, профессор Загорский В. К.

Ведущее предприятие:

АООТ "ВНИИПТхимнефтеаппаратурьГ (г. Волгоград)

Защита состоится " 05 " июля 1996 г. в 10 час. на заседании диссертационного Совета Д 063.09.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу:

450062, Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ Автореферат разослан " " 1996 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук, профессор ^ П. Л. Ольков

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми._ Нефтегазоперерабатывающая и химическая ромышленности развиваются на базе технологического оборудования, роизводимого предприятиями нефтяного и химического аппаратостро-ния.

Объективно складывающиеся особенности и тенденции развития тих отраслей промышленности определили новые проблемы качествен-ого функционирования технологического оборудования. Ингенсифика-ня процессов нефтепереработки и нефтехимии за счет использования ысоких давлений и температур, повышения агрессивности рабочих ред значительно усложняет условия работы колонной, емкостной и еплообменной аппаратуры. Поэтому дальнейшее развитие нефтепере-абатывающей и химической отраслей промышленности тесно связано с роблемой обеспечения качества аппаратуры на стадии производства.

Возрастающая роль повышения качества аппаратуры, как объек-ивного требования интенсификации процессов нефтепереработки и не-техимии в условиях рьшочной экономики наряду с эксплуатационными сказателями в значительной степени определяется техническим уров-ем производства. Это выдвигает показатель технологичности произ-одства в число ватаейших при повышении качества аппаратуры.

Одним из путей повышения качества и снижения трудоемкости ;роизводства нефтегазохимической аппаратуры является обеспечение ринцшов полной взаимозаменяемости, повышением точности изготов-¡ения базовых деталей. Одним из основных базовых деталей, определяющих технический уровень производства и трудоемкость изготовле-;ия аппаратуры, является днище, замыкающее звено любого аппарата.

Низкий уровень изученности закономерностей технологичес-:их процессов производства днищ, особенно связанных'с высокотем-

пературной обработкой, несовершенство как самих технологий, та и средств технологического оснащения не позволяют изготовить вы сокоточные днища и организовать производство аппаратуры на прин ципах полной взаимозаменяемости с минимальными материальными трудовыми затратами.

Поэтому актуальной является проблема обеспечения точност изготовления днищ совершенствованием существующих и разработко новых перспективных технологических процессов и организация произ водства нефтегазохимической аппаратуры на принципах полной взаимо заменяемости без пригоночно-додедочных работ.

Работа выполнена в соответствии с темой 11-05-15/22 Коорди национного плана Министерства химического и нефтяного машинострое ния СССС (Минхиммаш) на 1983-90 годы "Обеспечение принципов взаи мозаменяемости в аппаратостроении". по заданию 1.2.4.1 "Совершен ствовать формоизменяющие операции при разработке высокоэффекти вной технологии изготовления оборудования и инструмента для нефтя кой и газовой промышленности". Целевой комплексной программы Сове та Министров СССР "Рациональное комплексное использование мине рально-сырьевых ресурсов в народном хозяйстве на 1987-1990 годы на период до 2000 года", по заданию 02.03.15 "Исследовать и раз работать технологию изготовления нефтехимической аппаратуры" свод ного плана НИОКР по сварочной науке и технике АН УССР на 1986-198' годы и научно-исследовательской темой 25-11-2096 "Комплексной про граммы научно-исследовательских, конструкторско-технологических ра бот, направленных на повышение качества, функционирования, долговечности и снижение трудоемкости изготовления машин и аппарата! нефтегазохимических производств" Минхиммаша на 1990-1994 годы.

Цель работы. Разработка комплекса научно-технических и тех-тологических мероприятий, направленных на повышение технического /ровня производства путем- достижения точности и взаимозаменяемости днищ в процессе их изготовления, обеспечивающее качество нефте-г'азохимической аппаратуры при эксплуатации.

Для реализации поставленной цели были сформулированы и ре-иены следующие задачи:

Изучено состояние точности и взаимозаменяемости днищ и его соединений с базовыми деталями;

Исследованы закономерности образования погрешностей гео-«етрических размеров днищ и факторов, порождающих их отклонения от шминальных размеров;

Разработаны технологические способы обеспечения точности шищ регулированием и стабилизацией температурно-временных, сило-зых и конструктивно-геометрических параметров штамповки;

Разработаны средства технологического оснащения производства высокоточных днищ и сборки его соединений.

Научная новизна. В диссертации получены следущие новые.ре->ультаты:

- предложены методы достижения принципов взаимозаменяемости ! соединениях нефтегазохимической аппаратуры обеспечением точности ¡нищ на стадии изготовления;

- выявлен механизм технологической наследственности и уста-ювлены закономерности образования и эволюции погрешностей геомет-1ических параметров днищ;

- найдены и теоретически обоснованы методы и условия обес-¡ечения точности днищ стабилизацией температуры штамповок оснастки ; регулированием температурными, силовыми и конструктивно-геомет-

рическими параметрами штамповки;

- на основе использования результатов теоретических решений разработаны способы и средства технологического оснащения, позволяющие обеспечить высокую точность и взаимозаменяемость горяче-штампованных днищ в условиях производства;

- установлены оптимальные значения конусности отбортовочной части пуансона для производства днищ повышенной точности различных типоразмеров и получен криволинейный профиль отбортовочной части пуансона, обеспечивающий точность днищ с различной толщиной стенки;

- разработано новое устройство, позволяющее уменьшить утонение стенки и ликвидировать гофры и выпучины, обеспечением устойчивости заготовки за счет регулирования усилия прижима фланцевой части заготовки в процессе горячей вытяжки.

Практическая ценность. Разработаны технологические способы изготовления высокоточных взаимозаменяемых днищ.

Достижение взаимозаменяемости днищ позволило обеспечить качество и снизить трудоемкость изготовления, повысить технический уровень и культуру производства нефтегазохимической аппаратуры за счет:

- организаций производства и ремонта аппаратуры на принципах полной взаимозаменяемости, осуществлением беспригонной сборки в соединениях днищ и сокращением трудоемкости сборочно-сварочных работ;

- обеспечения ритмичности работы аппаратостраительных (сборочно-сварочных) цехов и предприятий, поставкой взаимозаменяемых днищ гарантированной точности;

- повышения уровня метрологического обеспечения путем при-

менения специальных устройств (профилографов) для измерения и контроля нормируемых параметров днищ и его соединений;

- ликвидации метода селективного подбора днищ при ремонте аппаратуры.

Способы и разработки в виде запатентованных материализованных средств технологического оснащения утверждены руководящей технической документацией, стандартами предприятий и внедрены: -

- в отрасли: РД 24.202.05-92 "Обеспечение принципов полной взаимозаменяемости при сборке кожухотрубчатых теплообменников повышенной тепловой эффективности (1992г.); технологическая инструкция "Способ замера диаметров поперечных сечений кольцевых деталей нефтехимаппаратуры (1992г.)";

- в НПО "Салаватнефтемаш": стандарты предприятий - С-ТП 0387 -258-86 - "Технологический процесс изготовления взаимозаменяемых днищ с применением водоохлаждаемой) пуансона (1986г.)"; СТП 0387305-87 - "Конструкции и определение размеров водоохлаждаемой штам-посварной оснастки для изготовления эллиптических днищ повышенной точности (1987г.)"; СТП 0387-346-91 - "Конструкции и основные размеры штамповой оснастки для производства днищ повышенной точности из различных сталей (1991г)"; СТП 0387-529-94 - "Контрольно-измерительная управляющая система процесса сборки соединений днищ с базовыми деталями аппаратуры (1994г.)"; СТП 0387-530-94 - "Технологическое -обеспечение точности и взаимозаменяемости при сборке кожухотрубчатых теплообменников повышенной тепловой эффективности (1994г.)"; технологическая инструкция N 0262.012.000.000.70 "Технологический процесс изготовления высокоточных днищ диаметром 3000мм" (1995г.); опробированы и внедрены технологические процессы 1роизводства высокоточных днищ с применением водоохлаждаемой штам-

повой оснастки диаметром 1200, 1400, 2000 и 3000мм с применением универсальной водоохлаждаемой оснастки металлосварного исполнения.

На Октябрьском заводе нефтеаппаратуры внедрен технологический процесс изготовления высокоточных днищ диаметром 377 и 720 мм с отбортованными горловинами.

Применение конструкций водоохлаждаемых пуансонов штампосва-рного исполнения позволяет уменьшить их металлоемкость, повысить долговечность и ремонтопригодность.

Унификация штамповой оснастки за счет использования универсальных конструкций пуансонов с регулируемыми конструктивными размерами позволяет повысить дола полезных площадей за счет сокращения складских помещений.

Разработанная методика расчета конструктивных размеров во-доохлаждаемой штампосварной оснастки с учетом функциональных допусков на точность диаметров и интенсивности охлаждения заготово! днищ различных типоразмеров позволила модернизировать существуют® линии горячей штамповки днищ.

Разработанные устройства механизации трудоемких операцм технологического процесса штамповки позволили повысить технически] Уровень и культуру производства днищ.

Применение универсальных конструкций водоохлаждаемых пуан сонов с регулируемыми размерами формообразующих поверхностей поз волило унифицировать штамповую оснастку и обеспечить:

- уменьшение металлоемкости штамповой оснастки за счет со кращения сменных деталей на 50-60%;

- увеличение коэффициента использования производственны площадей за счет сокращения площадей для хранения штамповой оснас тки на 10-15%;

- повышение долговечности штамповой оснастки из-за высокой ремонтопригодности конструкций штампосварного исполнения по сравнению с литыми.

Предложенная методика расчета конструктивных размеров штамповой оснастки с регулируемыми размерами формообразующей поверхности позволяет уменьшить номенклатуру оснастки ее унификацией и может быть использована при проектировании новых я модернизации существующих конструкций штамповой оснастки.

Разработанная контрольно-измерительная система со средствами измерения уменьшает трудоемкость измерения, позволяет оперативно оценивать погрешности размеров и взаимного расположения кольцевых деталей и соединений и повышает технический уровень метрологического обеспечения производства аппаратуры.

Фактический экономический эффект от организации производства высокоточных взаимозаменяемых днищ составил до 1990 г. 1512319 эублей. в масштабах цен 1990г. и до 1994г. 1099122 тыс.рублей, в масштабе цен 19Я4г.

На защиту выносится совокупность установленных закономерностей, технологических способов и средств технологического оснаще-шя повышения точности и уровня взаимозаменяемости днищ нефтёхнм-шпаратуры.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось [ обсуждалось на Всесоюзном научно-техническом совещании Главного •ехнкческого управления Министерства химического и нефтяного маши-:остроения "Прогрессивная технология изготовления высокоточных [тампованных днищ" (г. Салават. 1986г.), Всесоюзной научно-техниче-кой конференции "Экономия материальных, энергетических и трудовых есурсов в сварочном производстве (г.Челябинск, 1986г.), Всесоюз-

ной научно-технической конференции "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии (г.Сумы, 1986г.), 1-й Всесоюзной научно-технической конференции "Надежность оборудования, производств и автоматизированных систем в химических отраслях промышленности" (г.Уфа, 1987г.}, на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Повышение качества базовых деталей, машин и аппаратов методами пластического деформирования" (г.Курган, 1989г.). Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России" (г.Уфа, 1995 г.), на республиканских научно-технических конференциях - Резервы повышения надежности оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (г.Уфа, 1982г.); Наука в борьбе за рациональное использование' сырьевых ресурсов (г.Уфа, 1983г.); Проблемы нефтей и сернистых конденсатов (г. Уфа, 1984г.); Научно-техническое творчество ВУЗа в помощь производству '(г.Уфа, 1986г.), Вузовская наука научно-техническому прогрессу (г.Уфа, 1986г.), республиканских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, заседаниях, научно-технических семинарах кафедры "Технология нефтяного аппаратостроения" Уфимского государственного нефтяного технического университета (1982-1995г.г.).

Публикации, основное содержание диссертации отражено в 5с печатных работах, в том числе 4 монографиях и брошюрах, 1 учебно? пособии, 5 авторских свидетельствах и 1 патенте на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, б глав, выводов, приложений и содержит 280 страниц машино писного текста, 139 рисунков, 33 таблицы, список литературы из 18 наименований.

- 11 -

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введениии дана общая характеристика выполненной работы и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе сформулированы методология и основные задачи исследований.

Объектом исследования работы является днище и его соединения с базовыми деталями аппаратуры такими, как обечайки,' фланцы, корпуса и штуцера (рис.1).

В качестве нормируемых параметров, характеризующих точность и уровень взаимозаменяемости, в работе приняты смещение кромок ззаимостыкуемых кромок и зазоры в соединениях обхватывающих и обхватываемых деталей.

Из совокупности показателей качества аппаратуры в работе рассмотрены эксплуатационные показатели (надежность, назначение) и технологичность.

Влияние погрешностей нормируемых геометрических параметров соединений днищ на эксплуатационные показатели в работе изучаются в соответствии с принципами управления качеством, в котором взаимозаменяемость рассматривается как одно из главных свойств.

В аппаратостроении работа по теории сборки, методам расчета точности и обеспечению принципов взаимозаменяемости начали выполняться сравнительно недавно и нашли отражение в работах Никифорова А.Д., Бакиева A.B. и др.

Объектом взаимозаменяемости является днище и его соединения.

Реализация принципов взаимозаменяемости связана с соблюдением определенной степени точности рабочих и операционных размеров

ПОКАЗАТЕЛИ

технический уровеь производства

СВОЙСТВ^ Д

/

точность собираемость взаимозаменяемость

ПАРАМЕТРЫ -

допуски на зазор

размеры

X /

смещение кромок допуски на размеры

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИИ

1 С С Л

днище и его соединения

Рис. 1

деталей и их соединений.

Погрешности нормируемых геометрических параметров днищ и исследуемых деталей'подразделены на следующие виды:отклонения размеров и отклонения формы (овальность, волнистость, гофры, выпучины и т.д.).

Пригоночно-доделочные работы при изготовлении и ремонте аппаратуры в основном выполняются для достижения установленных допусков на смещение кромок в стыковых и зазоров в цилиндрических соединениях типа "вал-отверстие" о обхватывающими и обхватываемыми деталями, путем пригонки сопрягаемых поверхностей. Доля пригоноч-но-доделочных работ в общих трудозатратах изготовления аппаратуры сохраняются на высоком уровне.

Объем пригоночно-доделочных работ в соединениях днищ с базовыми деталями составляет 30-65% от общей трудоемкости сборочных работ. Так, пригоночно-доделочные работы при сборке кольцевых стыковых соединений "днище-обечайка" и "днище-корпус" в несколько раз выше, чем в соединении обечайки с обечайкой (рис.2). Это обусловлено низкой точностью днищ и низким 'уровнем собираемости его соединений.

Погрешности размеров днищ и его соединений закладываются на стадии проектирования, назначением функциональных допусков (разрешенных погрешностей) на основные параметры,названные в работе нормируемыми.

Функциональные допуски на нормируемые параметры рассматриваемых в работе соединений назначаются исходя из условия обеспечения качественного функционирования аппаратуры. Назначение допусков на отклонения размеров и формы и других базовых деталей назначаются исходя из технического уровня производства.- Технологические до-

пуски нормируемых параметров (действительные величины погрешностей) возникают на стадии изготовления и сборки.

Степенью согласованности технологических допусков с функциональными определяется технический уровень производства и,в конечном счете, качество функционирования аппаратуры.

В такой последовательности изучается в работе состояние точности и взаимозаменяемости днищ и его соединений и обеспечивается качество функционирования аппаратуры.

Вторая глава посвящена исследованию точности и взаимозаменяемости днищ в соединениях с базовыми деталями аппаратуры.

Применяя методологию системного подхода в работе вначале выполняется анализ влияние погрешностей нормируемых параметров соединений днищ на эксплуатационные показатели аппаратуры.

Проведенный комплекс исследований, с натурными испытаниями цилиндрических сосудов со смещением кромок в соединениях днищ с корпусами позволил расширить представление о роли смещения кромок в соединениях деталей, изготовленных разнородными технологическими процессами. Установлено, что наряду с другими дефектами, смещение кромок в соединениях днищ с корпусами является опасным технологическим дефектом, от величины которого зависят служебные свойства соединения и, в конечном счете, нормальное функционирование аппарата в процессе эксплуатации, его прочностная надежность. Показано, что превышение смещения кромок в соединениях днищ установленных допусков вызывает преждевременное разрушение аппаратов.

В работе проанализированы допускаемые отклонения размеров днищ базовых деталей, предусмотренных отраслевыми, государственными стандартами, строительными нормами и правилами.

Подробно рассмотрена взаимная увязка функциональных допус-

- 15 -

Зависимость трудоемкости и коэффициента собираемости кольцевых стыковых соединений днищ аппаратуры от диаметра (а) и толщины стенки (б)

Тс.

чел час 5

к

3

2

Й

г 0/ гГП

Ф- р г .£.Тсг — Е(Тсс*ЪЦ

VI

Кс 0,5

0,4

0.3

02

иоо

О)

2000 27А-

¿8оо пи ¡600

чм уде к б

5

3

2

1 О

1 т

— — _

*

I

16 го

$> —

¿4 пл 32

Кс 0,5

0,4

0,5

10 /?

5)

1,2,3 - коэффициент собираемости (Кс) соединений "обечайка-обечайка", "днище-обечайка" и "днище-корпус" соответственно; 4,5,6 - трудоемкость собираемости (Тс) соединений "днище-обечайка", "корпус-днище" и "обечайка-обечайка" соответственно.

Рис. 2

ков в кольцевых стыковых соединениях "днище-обечайка", "днище-фланец", днищ с корпусами колонной и теплообменной аппаратуры, в кольцевом соединении "днище-опора" и разъемном цилиндрическом соединении "кокух-перегородка" теплообменной аппаратуры. В этих соединениях основное влияние на смещение кромок и зазор оказывают отклонения размеров диаметра сопрягаемых деталей от номинального и формы поперечного сечения от круглости. Поэтому максимальное значение смещения кромок и зазоров в соединениях будет определяться суммированием указанных выше отклонений диаметров днищ с предельно допустимыми отклонениями диаметров стыкуемых базовых деталей.

Расчетными исследованиями установлено, предельные отклонения штампованных днищ, начиная с самых малых диаметров, не укладываются в рамки установленных норм на смещение кромок и зазоры. С увеличением диаметров днищ неувязка функциональных допусков возрастает и для дниш, изготовленных горячей штамповкой, с предельными отклонениями по диаметру ± 1,0% Dhom становится еще существенней. Так, если неувязка функциональных допусков в соединении дниша с обечайкой с Он - 377 т составляет 1-3 мм,то с Db = 800 мм достигает 3-8 мм. Максимально-возможные величины зазоров в соединениг днища с опорой колонной аппаратуры, превышающие допустимые значения, составляют соответственно 3-4 мм и 6-8 мм. Таким образом, функциональные допуски на отклонения диаметров днищ, смещения кромок в кольцевых стыках и зазоры в цилиндрических соединениях ке-взаимоувязаны. Это является следствием назначения допусков на отклонения днищ исходя из технологических возможностей предприятий -изготовителей.

Проведен комплекс исследований действительных отклонена размеров базовых деталей, замеренных в условиях производства, i

течение последних 10-12 лет, НПО "Салаватнефтемаш", Курганском заводе химического машиностроения, Октябрьском заводе нефтеаппаратуры и Бугульминском механическом заводе. Сопоставлением их с допускаемыми значениями проанализирована согласованность технологических допусков с функциональными. Сведения об отклонениях базового диаметра и формы поперечного сечения от круглости получены определением реального профиля днищ, обечаек и корпусов, с помощью специально сконструированных профилографов. Используя профилограммы, определяли насколько действительные размеры диаметров отличаются от номинальных. Примерно 15-30% днищ находятся за пределами допускаемых отклонений от круглости.

Исследованы также отклонения периметров днищ из различных сталей и сплавов. Результаты исследования показывают (рис.3), что практически нет ни одного типоразмера днищ, отклонения диаметра которого не выходило бы за пределы функциональных допусков на смещение кромок. Отклонения диаметров днищ некоторых типоразмеров из высоколегированных сталей не удовлетворяют даже допускам 1% Св. Таким образом, горячеитампованные днища как по отклонениям поперечного сечения от круглости, так и по размерам диаметра (периметра) являются невзаимозаменяемыми. Это вызывает несогласованность технологических допусков с функциональными и приводит к нерациональным методам организации процесса сборки при изготовлении и ремонте шпаратуры по следующим схемам:

- изготовление обечаек по обмеренным периметрам днищ с пос-тедущей сборкой корпуса (по формуляру);

- самостоятельное изготовление базовых деталей и сборка ко-шуса с применением калибровки днищ (под собранный корпус);

- самостоятельное изготовление базовых деталей с последую-

Согласованность технологических допусков днищ с функциональными

22 мм

20

лБь 16 12

8 4

О

-Ц

-б

-18

Функциональные допуски: I.II - взаимозаменяемых днищ.Б < 22 и S > 22 мм соответственно; III - невзаимозаменяемых днищ, 1%Db;

Технологические допуски: 1-6 - из высоколегированных сталей; DbxS - из углеродистых и низколегированных сталей

Рис.3

/ г п

п ■(800*1 2 4 00»! 20 do* 20 п

М У 1 4 зч оо ■20

/ 10 DO ¥ ) 00 Я0 - 2 3 1 500«1б 300 46

•

-гТу .Г -рС

I

r(l)cs 1С оо flf оо т TT 0 —Г 000 500 л IM ъчоо

т л1л. •CT)

\l 5

\ ч 1Г) э

щей сборкой корпуса с днищем при помощи промежуточных конических обечаек;

- самостоятельное "изготовление корпуса и селективный подбор

днищ под собранный корпус.

Существующие способы повышения точности днищ примением различных видов горячей и холодной калибровки не нашли широкого применения на предприятиях химического и нефтяного машиностроения из-за необходимости большего количества громоздкой и дорогостоящей оснастки, резкого увеличения трудоемкости изготовления днищ, сложности настройки оборудования и необходимости последующей термообработки днищ после холодного пластического деформирования.

Поэтому решение проблемы повышения точности и достижения взаимозаменяемости .днищ совершенствованием существующих и разработкой новых технологических процессов горячей штамповки является актуальной и имеет в&тшое.народно-хозяйственное значение.

В третьей главе приведены обобщенные результаты исследований температурно-временных, силовых и конструктивно-геометрических параметров штамповки. Систематизацией имеющихся и выполнением собственных расчетно-теоретических- и экспериментальных исследований, основанных на методологии управления качеством продукции и системного подхода, выявлен механизм технологической наследственности и установлены закономерности образования и роста геометрических погрешностей днищ. Опытно-промышленные исследования технологического процесса изготовления днищ проведены на двух, наиболее распространенных в настоящее время, линиях горячей штамповки с гидравлическими прессами усилием 800 и 2000 тс с проходными конвейерными печами.

Разработан граф технологического наследования, предусматривающий как последовательность операций процесса изготовления, так

и основные технологические и конструктивные параметры горячей вытяжки и штамповой оснастки..

Он позволил установить операции, на которых зарождаются и развиваются погрешности размеров днищ. Графовая интерпретация многофакторного анализа технологического процесса горячей вытяжки днищ позволила выяснить структуру образования отклонений базового внутреннего диаметра днищ.

Установлено, что основными факторами, оказывающими влияние на формирование размеров днищ, являются температурно-временные, силовые и конструктивно-геометрические, характеризующиеся множеством параметров.-

Таким образом, точность днищ является многопараметрической функцией, определяющейся следующим соотношением:

Гт = Т (I. Т , Р, й. Г, К) где: I - температурный фактор, характеризующий температуру заготовки и штамповой оснастки;

X - временной фактор, характеризующий продолжительность операций штамповки;

Р,0 - силовые параметры, характеризующие усилие вытяжки и прижима;

Г - геометрический фактор, характеризующий геометрические параметры штамповой оснастки;

К - конструктивный фактор, характеризующий основные размерь заготовки и днища.

Так, например, нестабильность температуры заготовки, возникающая на операции нагрева заготовки в печи, изменяется практически на всех операциях термического цикла штамповки (ТЦШ), вызывая отклонения диаметров днищ. На операции вытяжки происходит разогрей

штамповой оснастки, обусловленный многократным теплообменом с горячими заготовками.

Установлено, что определяющими внутренние диаметры днищ являются размеры формообразующей поверхности пуансона итамповой оснастки, а фактором, порождающим их отклонения от номинальных значений - нестабильность температурно-временных и силовых параметров режимов штамповки, объединенных в работе под названием - параметры термического цикла штамповки (ТЦШ).

Форма днищ определяется оптимальностью как силовых параметров штамповки, так к геометрических параметров штамповой оснастки.

Отклонения формы днищ возникают вследствие потери устойчивости заготовки в процессе вытяжки и неравномерного охлаждения после штамповки. Устойчивость заготовки при вытяжке зависит от оптимальности геометрических параметров штамповой оснастки и силовых параметров штамповки.

Составлены системы уравнений и выведены соотношения для определения коэффициентов передач, позволяющие оценить количественные изменения температурно-временных параметров и геометрических размеров днищ в каждой операции ТЦШ.

Разработана методика оценки температурных параметров ТЦШ. Для теоретико-расчетного исследования температурных полей системы "заготовка-штамповая оснастка" применен численный метод анализа -метод конечных разностей (МКР), который является сравнительно простым с точки зрения, программной реализации на ЭВМ и позволяет учесть множество факторов, влияющих на тепловые процессы горячей вытяжки днищ.

Получены ур. внения нестационарной теплопроводности в цилиндрических, сферических, конических и тороидальных координатах и

конечно-разностной формулировке, а также зависимости для температур граничных точек на поверхности заготовки и штамповой оснастки с учетом различных граничных условий. Разработана программа и алгоритм расчета температурных полей системы "заготовка-штамповая оснастка", позволяющие оценить кинетику изменения температуры по сечению заготовки и штамповой оснастки в любой момент времени.

Разогрев пуансона, температура которого повышается из цикла в цикл (рис.4.), приводит к увеличению исполнительных размеров за счет термического расширения пуансона при штамповке.

Результаты замеров, приведенные на рис.4, показывают,что за 30-35 циклов штамповки днищ с Db = 1400 мм и S = 10 мм, температура пуансона достигает определенного максимального значения и стремится принять установившийся режим. Максимальные отклонения диаметров днищ вследствие разогрева цилиндрической части пуансона составляют 7-8 мм. Если допуск на отклонения диаметров днищ по 1-му ряду точности 4 мм, то отклонения от разогрева пуансона превосходят функциональный допуск в 2 раза.

Результаты расчетов показывают наличие значительных градиентов температур по образующей заготовки, что приводит к потере устойчивости заготовки в процессе вытяжки и появлению выпучин.гофр и утонений стенок днищ.

На основании экспериментальных и опытно-промышленных исследований выявлено, что тешературно-временные параметры ТЦШ находятся в следующей зависимости от конструктивных размеров днищ: t,T = ас+а( 0в+ад3+а5 0в3+а<,0в/3+а50в

min.

где: t - температурные параметры (средние Шги предельные traü и тах

txui значения температуры конца штамповки). С:-'г - временный параметр ( Т тр - транспортировки, X. в - вытяжки, X с - съема), с;

Экспериментальные и расчетные значения температуры пуансона и кинетика его разогрева

а)

б)

1,2,3 - точка замера

■ Рис.4

значения коэффициентов регрессии ас... а5, определяются опы тнш путем.

На основании результатов исследований получены зависимости для оценки продолжительности ГЦШ Z и интенсивности охлаждения заготовки At.

Для первой линии штамповки

Т п = 1,6+7,3-10 DB-7, 6-10 S+8,4-10 DbS; &t = 196,0-1,33DB-2,177-10^ S+0,157DBS-11, 8DB/S+ + 4,73-10 Db;

Для второй линии штамповки

Г п = 5, 8+0,367-10 Db+O, 426S-0,146-10 DbS; At = 328,2+0, lllDB+8,47S-4,8-ю"3 DBS.

Установлено, что зависимость д t от S и временных параметров ТЦШ имеет следующий вид:

""¿Г

At = (Во+В^Гтр+БгГЦ+ВзХНД+В^Тв+В^-Тс) J>-S , где: и (р - постоянные, учитывающие теплофизические свойства материала днищ. Например, для днищ с Db = 1400 мм, постоянные и коэффициенты данного уравнения имеют следующие значения:

fi = 7, 5; # = 0,75; Ьс = 197; Ь, = 0,15; Ъ2 = 0,16 Ь3 = 0,07; hj = 0,17; by = 0,20

Из экспериментальных и расчетных исследований температурно-временных параметров ТЦШ можно сделать вывод, что ТЦШ днищ носит нестабильный нестационарный и вероятностный характер.

Разброс.значений температурных параметров на разных стадиях процесса штамповки днищ обусловлен множеством факторов: колебанием температуры в печи, продолжительностью различных операций вытяжки, силовыми факторами процесса штамповки, теплофизическими параметра-

Оптимальные значения углов конусности

отбсрговочных частей пуансонов

1 - £ = 158+03 2 - {Ъ= 24, 8-51п0в; 3 - Ъ = 8,8+3,31пБз;

J

4 - £ = 0,01+0в ' .

Рис. 5

ми материалов заготовки и штамповой оснастки, состоянием поверхности заготовки и оснастки, конструктивными размерами днищ.

Наибольшие отклонения температуры заготовки от средних значений происходят на операциях транспортировки, центровки и съема отштампованного днища с пуансона. Наиболее высокую температуру в конце вытлаки имеет переходная зона днища, а наиболее низкую - торец днища.

Таким образом, используя полученные зависимости, представляется возможность оценить температурно-временные параметры ТЦШ в зависимости от конструктивных размеров днищ. Оценка и контроль временных параметров осуществляются построением циклограмм продолжительности операций штамповки. Достоверность полученных данных проверяется расчетами по разработанной программе на ЭВМ.

Наряду с силовыми параметрами штамповки (усилие вытяжки и прижима фланцевой части заготовки) на появление утонения стенок, складок (гофры, выпучины) существенное влияние оказывают конструктивно-геометрические параметры (относительный ход пуансона, профили формообразующих поверхностей пуансона и матрицы, зазор между пуансоном и матрицей) и температурные параметры ТЦШ(нестабильность

температуры заготовки и штамповой оснастки, неравномерность темпе»

ратуры.по площади заготовки).

Экспериментальными и опытно-промышленными исследованиями установлено, что причиной потери устойчивости заготовки з процессе вытяжки является нестабильность температурных параметров заготовки и штамповой оснастки. Так, разогрев пуансона уменьшает величину зазора между пуансоном и матрицей и способствует утонению стенки днища.

Разогрев и износ матрицы способствует появлению гофр и вы-

пучин.

На устойчивость заготовки в процессе вытяжки, кроме вышеназванных факторов, оказывают влияние размеры формообразующих поверхностей штамповой оснастки и конструктивные размеры днищ.

В литературных источниках при расчете основных размеров штамповой оснастки не учитываются как температурные параметры, так и допуски на отклонения формы и размеров днищ (овальность, отклонение периметра, угловатость и т.д.).

Как показали тепловые расчеты и результаты натурных испытаний Ъкш зависит от толщины стенки штампуемого днища. При одинаковой температуре нагрева перед вытяжкой заготовки с большей толщиной стенки имеют более высокую Ши.

Установлено, что значения ъки в зависимости от толщины заготовки могут быть определены из следующего соотношения:

-а1

Ькш = № - А^гЗ где: ин - температура нагрева заготовки;

А - опытный коэффициент, характеризующий уровень механизации операций штамповки; ^ и ¿р - коэффициенты, характеризующие тэплофизические сзойстза материала заготовки.

Разработана методика расчета оптимальных углов конусности отбортовочных частей пуансонов из условий обеспечения точности и облегчения съема отштампованного днища с пуансона.

На рис.5 приведены оптимальные значения конусности отборто-зочных частей пуансонов, обеспечивающие точность и облегчающие зъем отштампованных днищ с пуансонов.

Четвертая глава посвящена разработке способов повышения точности днищ стабилизацией и регулированием температурно-временных,

силовых и конструктивно-геометрических параметров штамповки.

Предложены пять рядов точности научнс-обоснозанных функциональных допусков на базовые диаметры горячештампованных днищ, позволяющие организовать рациональное изготовление и сборку днищ с базовыми деталями на принципах полной взаимозаменяемости и с учетом экономической целесообразности производства того или иного вида оборудования.

Ка основе теоретико-экспериментальных исследований и натурных испытаний сформулировано условие обеспечения точности базовых диаметров днищ регулированием температурно-временными и конструктивно-геометрическими параметрами штамповки:

£ Оз = (а + Шр - с ) Опк - Бв, где: Эпк - диаметр пуансона на уровне кромки днища; а,Ь,с - коэффициенты, учитывающие теплофизические свойства материала пуансона и днища, температуру окруающей среды. Они определяются из следующих соотношений:

а = 1 + (О^ -о(п ~ °<п^ср)% ; Ь = с</?(1 + о(д ъср)\

с = сХА (1 - сх^ 1ср).

где: сХд. - среднее значение коэффициента термического сжатия материала днища для интервала температур Хкш- с<п- среднее значение коэффициента теплового расширения материала пуансона для интервала температур 1ср - 1р ; 1ср - температура окружающей среды.

Данная математическая модель позволяет:

- прогнозировать точность внутренних диаметров днищ в зави-

1

симости от формообразующих размеров и материала пуансонов при известных значениях температуры конца штамповки \кш и температуры

разогрева пуансона Ьр ;

- определять оптимальные значения одного из температурных параметров ТЦШ, регулируя другим, для изготовления днищ с заданной точностью.

Установленные закономерности изменения 1кш ДНИ1Ч различных типоразмеров позволили теоретически обосновать и предложить для практического использования следующие зависимости для определения допустимых интервалов температуры конца штамповки -при изготовлении

днищ с различной точностью:

для нулевого ряда точности

1К1и= к + ш гр + (2,787 + 0,5-10 Вв +• 0,'1093)п/Бпк; для пеового ряда точности

-3 -2

иш = ^ + шЬ/! £ (Ь,66 + 1,06-10 Вв 4,47-10 З)п/Т)пк;

для второго ряда точности

-3 -2

1КШ =-• к + (13.66 + 4,5-10 Вв 3,52-10 3)пЛ)ПК,

где:

1 + [С(д - с(р + аСА о(п Ьср) t

к -------------------------------;

Ыд (1 - С(л1ср)

Ыо{\ + С<д1ср)

т ----------------;

°С?( 1 - о{п1ср]

1

п = ---------------.

с{А{ 1 - о(пир)

В случае произвольного выбора допуска диаметра днищ ( л Вв) оптимальные и предельно-допустимые значения ^^рассчитываются по следующей формуле:

1 Г Ив ± л Вв 7 / 1 + °(п{1р ~ ----------/ + и.

<21 в опк ■>

Как показывают результаты исследований, при нагреве пуансо-

на до высоких температур (более 200°С) практически.не представляется возможным обеспечить оптимальные значения Поэтому целесообразно с целью обеспечения размеров днищ стабилизировать температуру пуансона принудительным охлаждением.

Разработан способ обеспечения точности днищ стабилизацией температуры пуансона применением новых оригинальных конструкций пуансонов с охлаждающей рубашкой и спиралевидным каналом для циркуляции хладоагента, позволяющих повысить точность диаметров в 4-5 раз и достижения взаимозаменяемости днищ. Штампосварное исполнение пуансонов обеспечивает также повышение их работоспособности, ремонтопригодности и снижение металлоемкости (пат.И 1336261).

Разработан способ обеспечения точности и взаимозаменяемости днищ из различных сталей и сплавов регулированием исполнительными размерами пуансонов с учетом различия термических усадок различных материалов. Разработаны новые конструкции пуансонов, позволяющих регулировать наружные размеры их формообразующих' поверхностей (а.с. 1530300).

Перед вытяжкой днищ из определенного материала на корпус пуансона устанавливается сменная накладка, толщина которой определяется по выражению

Бв

Бнк = 0,5 (-------------Бпк)

1 ~

где: ~ коэффициент термического сжатия материала днища для интервала температур - Iср\ где Ъкш - температура конца штамповки; 1ср - температура окружающей среды; й\>кш = ^кш- Ъср: Бпк - наружный диаметр пуансона на уровне кромки. •

Разработан способ уменьшения утонения, гофрообразования и

выпучин при изготовлении тонкостенных и особотонкостенных днищ регулированием силовыми и геометрическими параметрами штамповки и оснастки.

Устойчивость заготовки в процессе вытяжки достигается созданием оптимального усилия прижима фланцевой части заготовки в течении всего процесса горячего пластического деформирования специальным устройством (а. с. 1247127). Равномерность усилия пружин по всей площади фланцевой части заготовки создается комбинированным прижимным устройством с тарельчатыми пружинами. Необходимое усилие пружин фланцевой части обеспечивается оптимизацией рабочей поверхности кулачка прижимного устройства с помощью специально разработанных номограмм.

Стабилизация значений зазора между пуансоном и матрицей осуществляется охлаждением пуансона и матрицы, для чего разработаны водоохлаждаемые конструкции матриц.

Оптимизация профилей формообразующих поверхностей пуансона и матрицы осуществлялась на основании результатов исследований совокупности параметров штамповки.

Так, установленные закономерности изменения Х.Кш днищ различных типоразмеров позволили получить модель профиля формообразующей поверхности пуансона, позволяющего обеспечить точность днищ различной толщины стенки, которая описывается следующим соотношением:

ш

= Еп(к - -т), при ¡ъ- > йк 1И

где: - текущий радиус отбортовочной части пуансона;

Ип - радиус перехода конического участка отбортовочной части в криволинейный;

h£ - текущая высота отбортовочной части пуансона; 1зд. высота конического участка, равная минимальной высоте

отбортовки днищ данного диаметра; k, m - постоянные гиперболической кривой, зависящие от термической усадки штампуемого материала.

Оптимальный профиль формообразующей поверхности представляет из себя сложную транцендентную кривую, которая строится по методу секущих и касательных.

Разработанный способ перспективной конструкцией штамповой оснастки (а.с. 1706751) позволяет обеспечить точность тонкостенных и особотонкостенных днищ с разной толщиной стенки, без гофр, выпу-чин и утонений, превышающих 0.05S.

Результаты исследований по улучшению механических свойств низколегированных сталей типа 09Г2С публикуются на протяжении последних 10-20 лет.

В трудах отечественных ученых и исследователей Гуляева А. П. Бернштейн A.C., Хакимова А.Н., Голованенко С.А. и др. широко освещены вопросы изготовления и применения термоупрочненных сталей. Применение термоупрочненното проката для изготовления днищ аппаратуры не нашло широкого применения вследствие производства их способом горячей вытяжки, в процессе которой ликвидируется эффект улучшения механических свойств. Поэтому производство высокоточных днищ с улучшенными механическими свойствами остается актуальной проблемой.

Исследованиями установлено, что представляется возможность улучшения механических свойств низколегированных сталей типа 09Г2С в процессе изготовления регулированием и стабилизацией параметров ТЦШ. Разработан способ производства высокоточных днищ с улучшенны-

т механическими свойствами, основанный на ускоренном охлаждении : межкритического интервала температур (МКИ). Проведен полный цикл лабораторных и натурных исследований по оценке точности и механических свойств штампуемой стали по разработанной методике.

Сущность способа заключается в оптимизации температуры нагрева и улучшения механических свойств при ускоренном охлаждении с ЖИ (закалка или нормализация). Закалка производится непосредственно после окончания вытяжки фиксацией днища на формообразующей поверхности пуансона за счет использования тепла нагрева под штамповку. Реализация данного способа осуществляется применением новых конструкций штамповой оснастки с разборными пуансонами, облегчающими съем упрочненных днищ с формообразующих поверхностей пуансонов.

Натурные испытания проводились с помощью штамповой оснастки для производства днищ с диаметром 100 мм и толщиной стенки 4 мм.

С целью сравнительной оценки эффективности разработанного способа были изготовлены по 3 днища с Эв = 1400 мм и Б = 16 и 20мм из стали 09Г2С по ГОСТ 5520 следующими способами:

- типовому, когда отштампованные днища подвергаются нормализации при температуре окружающей среды,(без специального нагрева под нормализацию); .

- свободной закалкой, когда отштампованное днище 4 повторно нагревается под закалку, затем закаляется в закалочном баке;

- разработанному, когда закалка днища осуществляется в закалочном баке в зафиксированном на формообразующей части пуансона виде.

Анализ результатов замеров показывает, что овальность диаметров днищ, изготовленных данным способом, уменьшилась в 30-50

раз, отсутствуют гофры и выпучины также повысилась точность по диаметру в 4-5 раз, так как съем днищ-с разъемного пуансона осуществляется в охлажденном виде, практически подвергаясь горячей калибровке.

Проведенный комплекс исследований показывает, что механические свойства металла днищ, изготовленных данным способом, выше показателей нормативно-технических документов и подтверждает возможность изготовления взаимозаменяемых днищ разработанным способом с регулированием и стабилизацией параметров ТЦШ.

Стабильность достигается применением специальных устройств доставки и центровки заготовки на стол пресса, позволяющих также снизить металлоемкость днищ за счет уменьшения припуска на механическую обработку кромок заготовок и реализовать принципы полной механизации процесса штамповки.

Таким образом,, разработанные способы и конструкции штампо-вой оснастки позволяют обеспечить точность днищ различных типоразмеров и толщин, из различных сталей и сплавов с улучшенными механическими свойствами.

Пятая глава посвящена вопросам технологического обеспечения точности и взаимозаменяемости в соединениях днищ механизацией операций изготовления и сборки.

Разработана контрольно-измерительная управляющая система (КИС) в соединениях днищ с базовыми деталями (обечайка, фланец, корпус), которая позволяет оперативно оценивать и устранять геометрические неоднородности в соединениях (зазоры, смещение кромок).

Система основана на принципе совмещения контроля и- управления и позволяет совместить требования к высокой производительности процессов изготовления с повышенными требованиями к качеству аппа-

ратуры, их точности и взаимозаменяемости.

Осуществлено два вида воздействия технологического обеспечения на точность размеров соединений на основе принципа инверсии: расчет и регулирование (компенсация).

Проведены анализ и синтез точности корпусов сепараторов с внутренними устройствами. С целью расчета базовых диаметров и получения полного представления о законах распределения погрешностей формы для технологического обеспечения точности присоединительных размеров з соединениях "днище-обечайка", "днище-корпус", "днище-фланец" проводились экспериментальные исследования.

При комплексной оценке точности соединений для измерения отклонений формы с помощью КИС, оснащенных профилографами и ЭВМ, за базовые приняты вписанные и описанные окружности к реальной поверхности, позволяющие обеспечить эффективную работоспособность и собираемость соединений.

Регулирование смещения кромок и зазоров в соединениях (компенсация некруглости) осуществляется с помощью средств технологического обеспечения, когда активный контроль осуществляется пр'офи-гюграфами, сопровождается местной калибровкой сопрягаемых поверх-юстей соединений.

Для ведения активного контроля отклонений формы соединяемых деталей применяются профилографы различных конструкций, разработанные автором.

Технологическое воздействие на сопрягаемое соединение осуществляется различными СТО с алгоритмо-программным обеспечением шределения максимально-допустимых значений овальности сопрягаемых . щищ и корпусов и оптимальных значений усилий местной калибровки.

Калибровка корпусов теплообменников и другой аппаратуры

осуществлялась гидроскребками, центросварами и другими устройствами и стендами не целиком по всему периметру и длине, а местны уменьшением овальности за счет холодного пластического деформирования вдоль оси максимального значения диаметра.

При информационном обеспечении сборка деталей осуществляется оптимизацией взаимного расположения собираемых поверхносте{ днищ и других базовых деталей с программно-алгоритмическим обеспечением их собираемости по принципу минимизации смещения кромов и зазоров.

Для обеспечения соединений днищ с корпусами аппаратуры пс принципу полной взаимозаменяемости необходимо уменьшить технологическую овальность, появляющуюся на стадии сборки соединений "днище-штуцер", "корпус-штуцер".

Перспективным в этом направлении является замена вваренньи штуцеров с укрепляющими кольцами на штуцеры с отбортовкой,осуществляемые по разработанным способам и СТО отбортовки горловин е днищах и корпусах.

Комбинированный штамп для изготовления днищ с отбортованными горловинами (а. с. 1819710) снабжен двумя пуансонами и матрицам*: 1-го и 2-го переходов. Достоинством его является компактность у низкая металлоемкость.

Применение данного штампа повышает производительность и уменьшает трудоемкость за счет горячей вытяжки днища за один технологический переход.

Штамп для отбортовки горловин в обечайках состоит из пуансона, крепящегося и фиксирующегося на пуансонодержателе,закрепленном на верхней плите. Матрица.штампа вместе с матрицедержателем и фиксатором крепится к нижней плите.

Достоинством разработанной конструкции штампа является возможность использования имеющихся на аппаратосгроительных заводах одноколонных прессов вместо дорогостоящего специального оборудования, а также обеспечение четкой фиксации системы "пуансон-матрица-фиксатор". Немаловажным достоинством данного СТО является возможность. отбортовки горловин методом холодней пластической деформации обечаек практически любых толщин стенок ввиду достаточной мощности прессов.

Замена вваренных патрубков с укрепляющими кольцами на приварные встык к отбортованной горловине осуществлена Октябрьским заводом нефтеаппаратуры при производстве газозамерных установок типа "Спутник", что позволило умекьзить трудоемкость сборки соединений "днище-штуцер" практически в 2 раза. Новая технология позволила уменьшить трудоемкость изготовления и повысить производительность за счет ликвидации укреплявших колец и связанных с ним сварочных работ.Данное конструктивное решение позволило обеспечить проведение сплошного контроля единственного кольцевого сварного шва. гарантируя тем самым прочность я надежность соединения.

'С целью обеспечения полной механизации процесса производства днищ разработана и внедрена дробеструйная камера для очистки от окалины, позволяющая очтовления днищ и его соединений.

Технологические процессы изготовления высокоточных взаимозаменяемых днищ с регулированием ТЦЩ рекомендованы к внедрению в отрасли решением Всесоюзного научно-технического совещания Глазного технического управления Минхиммаша "Прогрессивная технология изготовления высокоточных штампованных днищ"(1986г.).

Реализация разработок диссертации в отрасли осуществлялась внедрением следующих руководящих технических материалов: ТУ "Тех-

нология изготовления взаимозаменяемых днищ регулированием ТЦШ" РД "Обеспечение принципов полной взаимозаменяемости при сборке к( ухотрубчатых теплообменников повышенной тепловой эффективное^ (1992г. ).

В течение 1986-95 г.г. в НПО "Салаватнефтемаш" освоены те} нологические процессы производства высокоточных днищ диаметре 1200, 1400, 2000 и 3000 мм, с разработкой соответствующей научно технической и конструкторской документации и стандартов предпрш тий, а также СТО. Способ изготовления горловин в днищах с СТО диг метром 720 мм и 377 мм освоен в Октябрьском заводе нефтеаппарату]: (1990г.).

Внедрение механизированной дробеструйной камеры для очистр днищ от окалины в НПО "Салаватнефтемаш" в 1991 году позволила noj ностью механизировать линию для горячей штамповки днищ.

Технологический процесс изготовления высокоточных днищ ре гулированием и стабилизацией ТЦШ и СТО приняты к внедрению ПО "Уралхиммаш", Курганском заводе "Химмаш", Омском заводе "Крис генмаш", Бугульминском механическом заводе и других предприяти? РФ и СНГ.

Высокоточные днища диаметром 3000 мм в настоящее время ис пользуются при производстве железнодороных цистерн на Рузаевскс заводе "Химмаш" и позволяют организовать сборку корпусов цистер на принципах полной взаимозаменяемости.

Фактический экономический эффект от внедрения разработс составил до 1990 года - 1512819 руб., в масштабах цен 1990 года и до 1994 года - 1099122 тыс.руб., в масштабах цен 1994 года.

- 39 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Установлено, что функциональные допуски на отклонения диаметров днищ, смещение кромок в кольцевых стыковых и зазоры в цилиндрических соединениях невзаимоувязаны вследствие назначения допусков на отклонения днищ исходя из технологических возможностей предприятий-изготовителей.Действительные отклонения диаметров днищ не согласованы с функциональными допусками, что приводит к отходу от принципов полной взаимозаменяемости и нерациональным методам организации процесса сборки с большим объемом пригоночно-доделоч-ных работ в соединениях базовых деталей с днищами, составляющим 30-65% от общей трудоемкости сборочных работ.

2. Выявлен механизм технологической наследственности и установлены закономерности образования и эволюции погрешностей геометрических параметров днищ. Показано, что нестабильность температурно-временных, силовых и конструктивно-геометрических параметров штамповки приводит к потере устойчивости заготовки в процессе вы-тянки, появлению гофр, выпучин, утонения стенки днищ,- низкой точности диаметров. Установлено, что определяющими величины внутренних диаметров днищ являются размеры формообразующей поверхности пуансона штамповой оснастки, а фактором, порождающим их отклонения от номинальных значений - разогрев пуансона и нестабильность температуры заготовки. Получены количественные зависимости для оценки температурно-временных параметров термических циклов штамповки.

3. Найдены и теоретически обоснованы методы и условия обеспечения точности диаметров .днищ регулированием и стабилизацией температурно-временных, силовых и констчуктивно-геометрических параметров штамповки. Разработаны и реализованы технологические способы обеспечения точности днищ стабилизацией температуры пуансона и температуры заготовки в конце штамповки, применением новых ори-

гинальных конструкций водоохлаждаемых пуансонов и матриц штамт сварного исполнения и устройств доставки и центровки заготов( на столе пресса. Разработан и внедрен способ повышения точное изготовления горячештампованных днищ из различных сталей и сплг вов регулированием исполнительными размерами штамповой оснастки зависимости от термической усадки штампуемого материала. Разраб( таны универсальные водоохлаадаемые пуансоны с регулируемыми раб( чими размерами с различными конструкциями крепления сменных наг ладок. Установлены оптимальные значения конусности отбортовочш части пуансона для производства днищ повышенной точности разли1 ных типоразмеров. Получен оптимальный профиль отбортовочной часч пуансона в виде гиперболической кривой, учитывающей различие те{ мических усадок днищ с разной толщиной стенки и позволяющей шта! повать точные по диаметру днища. Разработан способ и устройст! для уменьшения утонения, гофрообразования и выпучин достижение устойчивости заготовки в процессе вытяжки за счет регулирован} усилия'прижима фланцевой части заготовки и конструктивно-геометр* ческих параметров штамповой оснастки.

Применение универсальных конструкций водоохлаждаемых пуаь сонов с регулируемыми размерами формообразующих-поверхностей по; волило унифицировать штамповую оснастку и обеспечить:

- уменьшение металлоемкости штамповой оснастки за счет сс кращения сменных деталей на 50-60%;

- увеличение коэффициента использования производственнь площадей за счет сокращения площадей для хранения штамповой оснас тки на 10-15%;

- повышение долговечности штамповой оснастки из-за высоко ремонтопригодности конструкций штампосварного исполнения.

4. Доказана возможность обеспечения точности и улучшения ;еханических свойств днищ из низколегированных сталей типа 0ЭГ2С химизацией температурно-временных параметров штамповки. Разрабо-■ан способ производства высокоточных днищ улучшением механических войств регулированием температурно-временными параметрами ТШ1 и ■птимизацией нагрева внутри МКИ, применением новых конструкций ггамповой оснастки с разборными пуансонами.

Применение универсальных конструкций водоохлаждаемых пуан-онов с регулируемыми размерами формообразующих поверхностей поз-олило унифицировать штамповую оснастку и обеспечить:

- уменьшение металлоемкости штамповой оснастки за счет со-ращения сменных деталей

- увеличение коэффициента использования производственных лощадей за счет сокращения площадей для хранения штамповой оснас-ки

- повыиение долговечности штамповой оснастки из-за высокой емонтопригодности конструкций штампосварного исполнения.

5. Предложены пять рядов точности днищ, позволяющих органи-овать производство аппаратуры по принципу полной и неполной взаи-озаменяемости с различным уровнем взаимозаменяемости базовых де-алей, исходя из вида аппаратуры и экономической целесообразности.

Разработана и внедрена контрольно-измерительная управляющая истема в соединениях днищ с базовыми деталями, позволяющая опера-ивно оценивать и устранять погрешности нормируемых параметров в ольцевых соединениях днищ. Разработаны новые конструкции штампо-ой оснастки для вытяжки горловин на днищах и корпусах аппаратуры, озволяюшде уменьшить их овальность на стадии изготовления.

Предложен способ сборки соединений днищ с оптимизацией вза-

имного располоения стыкуемых кромок кольцевых деталей с днища!) местной калибровкой и оптимизацией величин овальности и усилий кг либровки.

6. В результате проведенных исследований доказана возмол ность обеспечения качества функционирования нефтегазохимическс аппаратуры достижением взаимозаменяемости днищ.

Технологические способы повышения точности днищ и практа ческие разработки в виде запатентованных материализованных средст технологического оснащения утверждены руководящей технической дс кументацией и стандартами предприятий, реализованы в промышленное ти, способствуют уменьшению трудоемкости изготовления и беспригон ной сборки, соединений днищ на принципах полной взаимозаменяемости

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абдеев Р.Г., Бакиев A.B., Ларцев A.B., Шенкнехт А.И., др. Технология горячей вытяжки днищ повышенной точности с регули рованием термических циклов штамповки. - М.: ЦИНТИхимнефтемап. 1993. - 37с.

2. Абдеев Р. Г., Ларцев А. В., Шенкнехт А. И. и др. Перепек тивные конструкции и расчет штамповой оснастки для изготовлени высокоточных днищ. - М.: ЦИНТЙхимнефтемаш, 1993. - 53с.

3. Абдеев Р.Г. Напряженно-деформированное состояние при го рячей вытяжке днищ. - Уфа, Баштехинформ, 1995. - 33с.

4. Зайнуллин P.C., Надршин A.C., Абдеев Р.Г. Проблемы обе спечения работоспособности экологически опасных технических обьек тов. - Уфа, Баштехинформ. 1996. - 173с.

5. Бакиев A.B., Абдеев Р.Г., Мотус Е.П. Технология . изго товления штампованных деталей и деталей из неметаллических матери

алов. Горячая вытяжка днищ: Учебное пособие. - Уфа: - Изд. Уфимск. нефт.ин-та, 1969. - С. 110.

6. Абдеев Р. Г.. Ризванов Р. Г.. Шенкнехт А. И., Оськин Ю. В. Прогрессивная технология изготовления высокоточных горячештампо-ванных днищ // Экспресс информ. Сер. ХМ-9 / ЦЙНТИхимнефтемаш. -М., 1987. - N 8. - 8с.

7. Бакиез A.B., Абдеев Р.Г., Ризванов Р.Г. Расчет размеров штамповой оснастки для горячей вытяжки днищ: Метод, указания.- Уфа: Изд-во Уфимск.нефт.ин-та, 1989. - 34с.

8. Бакиев A.B., Абдеез Р.Г., Мингажева А.Х. Анализ согласованности функциональных допусков в сопряжении "днище-обечайка". В кн.: Резервы повышения надежности оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / Материалы Межотраслевой науч. -практ. конф. - Уфа, 1982. - С. 239-242.

9. Бакиев A.B., Тальвинский В.И., Мингажева А.Х..Абдеев Р.Г. и др. Исследование влияния температуры штамповой оснастки на точность днищ. В кн.: Наука в борьбе за рациональное использование сырьевых ресурсов // Доклады республ.науч.-техн. конф. - Уфа, 1'983. - С. 91-94.

10. Бакиев A.B., Абдеев Р.Г. Повышение надежности колонных аппаратов нефтепереработки на стадии изготовления. В кн.: Проблемы глубокой переработки остатков сернистых и высокосернистых нефтей и сернистых газовых конденсатов / Доклады и сообщения республ. науч. -техн. конф. - Уфа, 1984, С. 215-219.

11. Бакиев А. В., Зайнуллин P.C. .Арсланова Ф.К., Абдеев Р. Г. Напряженное состояние сварных .стыков "обечайка-днище" нефтепромыслового оборудования оболочкового типа при наличии смещения кромок. В кн.: Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики. -

Уфа, 1986, С. 158-163.

12. Бакиев A.B., Абдеев Р.Г., Зайнуллин P.C. и др.Штамповаз оснастка для горячей вытяжки днищ больших диаметров //Информ. листок БашЦНТИ. - Уфа, 1986. - N 86-51. - 4 с.

13. Абдеев Р. Г..Ризванов Р.Г., Колесников-В.Т. Исследован» температуры конца штамповки днищ, изготовляющихся горячей вытяжко! на гидравлических прессах двойного действия. В кн.: Научно-техническое творчество ВУЗа в помощь производству / Доклады респ, науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа, 1986. - С.54-56.

14. Зайнуллин P.C., Абдеев Р.Г. Уменьшение металлоемкост! штампосварных днищ. В кн.: Экономия материальных, энергетических i трудовых ресурсов в сварочном производстве / Труды Всесоюзн.науч. -техн. конф. - Челябинск, 1986. - С.83-85.

15. Бакиев A.B., Абдеев Р.Г., Зайнуллин P.C. и др. Технологический процесс изготовления днищ с регулированием термически: циклов штамповки //Информ.листок БашЦНТИ. - Уфа, 1986. - N 508-86. - 4 с.

16. Бакиев A.B., Абдеев Р.Г., Арсланова Ф.К. и др.Повышенш прочности и долговечности сварных соединений нефтехимаппаратурЕ нормированием точности днищ. В кн.: Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии / Труды Всесоюз. научн.-техн. конф. - Сумы, 1986. - С.70-74.

17. Бакиев А.В., Абдеев Р.Г., Ризванов Р.Г. UlTaMnocBapHaj оснастка для изготовления днищ. - В кн.: Экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов в сварочном производстве. / доклады и сообщения всесоюзн. науч.-техн. конф. - Челябинск, 1986, С. 60-63.

18. Зайнуллин Р. С., Арсланов Ф.К., Абдеев Р.Г. Повышение прочности и долговечности сварных соединений химических' аппаратов при наличии смещения кромок. - В кн.: Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии. / Труды Всесоюзн. науч.-техн. конф. - Сумы, 1986, С. 69-72.

19. Бакиез A.B., Зайнуллин P.C., Арсланова Ф.К. Абдеез Р.Г. и др. Устройство для прижима фланцевой части заготовки при горячей вытяжке днищ //Химическое и нефтяное машиностроение,- 1987,- N 10. - С. 30-31.

20. Рахматуллин Т.Ш., Хасанов И.Ю., Абдеев Р. Г., Оськин Ю. В. Пути повышения износостойкости рабочих поверхностей штамповок оснастки // Экспресс-информ. Сер.ХМ-9 / ЦИНТИхимнефтемаш.- М.,1987,-М 8. - С. 6-7.

21. Бакиев A.B., Абдеез Р.Г., Ризванов Р.Г. Пуансон для горячей вытяжки днищ повышенной точности //Информ. листок БашЦНТИ. -Уфа, 1987. - N 317-87. - 4с.

22. Бакиев A.B., Абдеев Р.Г., Ризванов Р.Г.,Афанасенко Е.А. Технологическое обеспечение точности горячештампованных днищ неф-гехимаппаратуры //Экспресс информ. Сер. ХМ-9 /ЦИНТИхимнефтемаш. -i., 1987. - N 8. - С.4-6.

23. Абдеев Р.Г., Ризванов Р.Г. Применение системного анализа при математическом моделировании термического цикла процесса зрячей вытяжки днищ нефтехимаппаратуры. В кн.: Надежность оборудования, производств и автоматизированных систем в химических от-заслях промышленности / Труды 1 Всесоюзн. науч.-техн.конф. - Уфа,

L987. - С.109-112.

24. Парфенов Ю.В., Абдеев Р.Г., Фирсов А.И. Устройство для "■орячей штамповки днищ с регулированием усилия прижима фланцевой

части заготовки //Экспресс информ. Сер.ХМ-9 /ЦИНТЙхимнефтемаш. ■ М., 1987. - N 8. - С. 2-4.

25. Абдеев Р.Г., Ризванов Р. Г., Шарафиев Р. Г. Анализ трудоемкости пригоночно-доделочных работ кольцевых стыков нефтехимаппа-ратуры. В кн.: Надежность оборудовании, производств и автоматизированных систем в химических отраслях промышленности / Труд 1 Всесоюзн. науч.-техн.конф. - Уфа, 1987. - С.162-163.

26. Рахматуллин Т.М., Хасанов И.Ю., Абдеев Р. Г. .Оськин Ю. В Пути повышения износостойкости рабочих поверхностей штамповой ос настки //Экспресс информ. Сер.ХМ-9 /ЦИНТИхимнефтемаш. - М., 1987. N 8. - С. 6-7.

27. Абдеев Р. Г., Ризванов Р. Г., Шарафиев Р. Г. Обеспечени точности днищ из различных сталей и сплавов применением универ сальной штамповой оснастки. В кн.: Повышение качества базовых де талей машин и аппаратов методами пластического деформирования Труды Всесоюзн. науч.-техн. семинара. - Курган, 1989. - С. 11-16.

28. Абдеев Р.Г., Оськин Ю.В., Ризванов Р.Г. Расчет основны технологических параметров производства штампованных заготовок Методические указания. - Уфа: Изд-во Уфим.нефт.ин-та, 1989. -33с

29. Бакиев A.B., Рахматуллин Т.Ш., Абдеев Р.Г. ,Кутлуев И.М Восстановление изношенных рабочих поверхностей штамповой оснастк плазменной наплавкой, совмещенной с термомеханическим упрочнение и плазменно-механической обработкой резанием. В кн.: Повышение ка чества базовых деталей машин и аппаратов методами пластическог деформирования / Труды Всесоюзн.науч.-техн. семинара. - Курган, 1989 С. 60-63.

30. Абдеев Р.Г., Ризванов Р.Г., Ларцев A.B. и др. Прогрес сивный технологический процесс горячей вытяжки днищ повышенной тс

шости с регулированием термических циклов штамповки // Передовой гооизводственный и научный опыт рекомендуемый для внедрения, - М..: ЩНТИхимнефтемаш, 1991, N 2 - С.8-10.

31. Ризванов Р.Г., Абдеев Р.Г., Минниахметов М.М. Пуансон с гиперболическим профилем отбортовочной части для .горячей вытянки щищ нефтехимаппаратуры //.Материалы Всероссийск.науч.-техн.конф.-гфа, 1990. - С. 60-62.

32. Баки ев A.B., Абдеев Р. Г., Ларцев .А. В. Обеспечение прин-глпов полной взаимозаменяемости при изготовлении днищ аппаратов '/Передовой производственный (научный) опыт, рекомендуемый для ¡недрения. - И.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1991. - N 2 - С. 16-20.

33. Ризванов Р. Г., Абдеев Р. Г., Ларцев A.B. Универсальная ггамповая оснастка для горячей вытяжки днищ повышенной точности из различных сталей и сплавов //Передовой производственный (научный) пыт. рекомендуемый для внедрения. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш. 1991. -'3. С. 19-21.

34. Абдеев Р.Г., Бакиев A.B., Ларцев A.B., Головачев В.Д., арголин Г.А. Повышение тепловой эффективности кожухо трубчатых" те-лообменных аппаратов совершенствованием конструкции. Передовой роизводственный и научный опыт. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1992,

2, С. 7-10.

35. Шенкнехт А.И., Абдеев Р.Г. Способ изготовления горяче-тампованных высокоточных днищ с улучшенными механическими свойст-ами. В кн.: Вклад молодежи Башкирии в решение комплексных проблем ефти и газа / Доклады респ.науч.-техн.конф. Уфа, 1993. - С. 66-67.

36. Шенкнехт А.И., Воронин А. И., Абдеев Р. Г. Исследование еханических свойств стали 09Г2С при различных схемах термообрабо-

тки и пластической деформации в межкритическом интервале темпера тур // Материалы респ. науч.-техн. конф. - Уфа, 1994. - С. 53.

37. Абдеев Р.Г. Обеспечение работоспособности нефтегазохи мической аппаратуры управлением качества на стадий изготовления. В сб.: Проблемы нефтегазового комплекса России. - Уфа, 1995. С. 53-61.

38. Абдеев Р.Г., Ризванов Р.Г. Штамповочная оснастка дл вытяжки днищ//Каталог научно-технических разработок. - Уфа: Изд-в УГНТУ, 1995, С. 84.

39. Абдеев Р. Г., Голубев Н.М., Каримов М. А. и др. Ксследова ние взаимной увязки функциональных допусков в соединениях днищ базовыми деталями нефтехимической аппаратур^//Материалы респ.на техн.конф. - Уфа, 1995. - С. 131-132.

40. Абдеев Р.Г. Технологический процесс изготовления взаи мозаменяемых днищ //Каталог научно-технических разработок. - Уфа ИЗД-в0 УГНТУ, 1995, С.82.

41. Абдеев Р.Г., Сагинбаев Р.Х., Акшенцев И.А. Процесс про изводства днищ с отбортованными горловинами // Каталог науч. -техн разработок. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995, С.83.

42. Абдеев Р.Г. Технологическое обеспечение качества изго товления нефтеперерабатывающей и химической аппаратуры повышение точности и взаимозаменяемости днищ с РТИ штамповки. - В кн.: Проб лемы нефтегазового комплекса России / Труды Всероссийск. науч. техн. конф. - Уфа, 1995. - С. 94-96.

43. Абдеев Р.Г., Шенкнехт А.И., Воронин А.И. Процесс произ водства высокоточных днищ // Каталог науч.-техн. разработок. - Уфа Изд-во УГНТУ, 1995, С. 84.

44. Патент РФ N 1336261. Устройство для горячей вытяжк

,нищ /Абдеев Р.Г., Бакиев A.B. - 1995.

45. A.c. 1247127 СССР МКИ В21 Д22/20. Устройство для горя-ей вытяжки днищ / Бакиев A.B., Зайкуллин P.C., Абдеев Р.Г., Пар-8Н0В Ю.В. // Открытия. Изобретения. - 1986. - W 28.

46. A.c. 1530300 СССР, МКИ В21 Д22/20, 37/16. Пуансон для орячей вытяжки днищ/ A.B.Бакиев, Р.Г. Абдеев, Р.Г.Ризванов и др.// ткрытия. Изобретения. - 1989. - К 47.

47. A.c. 1625552 СССР МКИ В21 Д22/20, 39/16. Пуансон для орячей вытяжки днищ/ A.B. Бакиев, Р.Г. Абдеев, Р. Г. Ризванов // Отк-атия. Изобретения. - 1991. - N 5.

48. A.c. 1706751 СССР, МКИ -В21 Д 22/20, 37/16. Пуансон для орячей вытяжки днищ/А.В.Бакиев, Р.Г.Ризванов, Р.Г.Абдеев и др. /Открытия, изобретения. - 1992. - й 3.

49. A.c. 1819710 СССР, МКИ В 21 Д 22/06. Штамп для изготовления полых изделий /Абдеев Р.Г., Ризванов Р.Г., Бакиев А.В.и др. 'Открытия. Изобретения. - 1993. - M 21.

Автор выражает благодарность за постоянное внимание к рабо-; своему учители член-корреспонденту АН РБ Бакиеву А. В. и коллек-iBy кафедры технологии нефтяного аппаратостроения УГНТУ за помощь ценные замечания при подготовке работы.

Соискатель

Р. Г. Абдеев

Подписано к печати 05.08.96. Формат бумага 6Gx84 I/I6. Тираж IOQ экз. Заказ 451. Печ. ластое 2,0.

Ротапринт УГНТ7. 450062, Уфа, Космонавтов,!