Введение к работе
1. Актуальность работы
Одной из важнейших проблем современного судостроения является повышение точности, производительности, снижение себестоимости изготовления деталей из профильного проката сложного сечения. Большое количество гнутых деталей из профильного проката, отличающихся разнообразием геометрии и размеров, входят в состав корпуса подводной лодки.
В судостроении на протяжении многих лет выполнялись работы по комплексной механизации производства изготовления корпусных конструкций из профильного проката, в результате чего использовалась гамма гибочно-правильных машин, включая оборудование на базе ТВЧ. Однако осталось много задач, по изготовлению профильных деталей сложного геометрического сечения, которые не нашли эффективного решения. Одна из них - разработка технологии и создание нового оборудования отвечающего современным требования по точности изготовления для холодного формообразования профильного проката сложной формы с наклонной осью инерции из новых высокопрочных марок стали. Теория упрутопластического изгиба при больших деформациях разработана, в основном, для прямоугольного сечения изгибаемых элементов. Пластический изгиб сложного сечения с наклонной осью инерции изучен значительно меньше, а его исследования в настоящее время далеко не завершены. Холодная гибка профильного проката сложного геометрического сечения реализуется на пределах возможностей физико-механических свойств материала, что вызывает необходимость выявления особенностей его поведения при формообразовании, влияния гибки на изменение анизотропии механические свойств, распределение напряжений и деформаций в заготовке, точность и качество получаемых изделий.
В разработке и совершенствовании математической модели деформирования материала при использовании ЭВМ нового поколения одним из
1 рйЙеИйскАЯ
5П00
из важных аспектов является учет начальной и развивающейся в ходе формообразования упругопластаческой и пластической деформации, особенно в связи с расширением применения в судостроении профилей сложного сечения из высокопрочных марок стали. Математическая модель процесса гибки становится важным элементом автоматизации операций формообразования и позволяет на ранней стадии разработки оптимизировать схему нагружения, предотвратить нежелательные побочные деформации, снизить трудоемкость и металлоемкость оснастки, существенно сократить сроки её проектирования и изготовления, повысить точность и качество изготавливаемых деталей, исключить гибочные припуски.
Исследованию процессов гибки посвящены работы отечественных ученых А.А. Ильюшина, Е.Н. Мошнина, М.И. Лысова, А.Е. Попова и других. Много интересных результатов в этой области получено учеными зарубежных стран, из которых можно выделить работы А. Вибека и Р. Постель (Германия). Имеющиеся публикации П.М. Силилина, О.С. Куклина, В.В. Веселкова, посвященные исследованию вопросов процесса гибки профилей стандартного сечения, уже свидетельствуют о сложности даже их решения, и носят незавершенный характер.
Сказанное выше свидетельствует об актуальности и перспективности поставленной проблемы - холодной гибки несимметричных профилей сложного поперечного сечения с наклонной осью инерции, включая профили ЭШП.
Цель и задачи исследований
Повышение качества и эксплуатационной надежности ответственных деталей судокорпусных конструкций, разработка и научное обоснование способов и технологии формообразования профилей сложного поперечного сечения с наклонной осью инерции с заданной точностью путем перехода на холодную гибку для любых типоразмеров профилей с ликвидацией тяжелого физического труда рабочих.
4 Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Разработка технологии холодной гибки кольцевых шпангоутов прочных корпусов подводных лодок из профилей сложного поперечного сечения с наклонной осью инерции методом локального поэлементного изгиба с учетом аксиальным и радиальным стеснением для перехода от горячей гибки и гибки с использованием ТВЧ к холодному формообразованию.
-
Разработка математической модели процесса гибки профильного проката с наклонной осью инерции поперечного сечения с использованием метода конечных элементов на базе программного комплекса ANSYS с разработкой рекомендаций для гарантированного предупреждения нежелательных побочных деформаций.
3. Экспериментальная проверка результатов теоретического исследования
и их пригодности для холодного формообразования профильных заготовок, в
том числе ЭШП, сложного геометрического сечения с наклонной осью инерции
и апробация универсальной оснастки, обеспечивающей требуемую точность,
производительность и надежность работы в производственных условиях.
4. Разработка оптимальных вариантов организации технологического
процесса гибки кольцевых шпангоутов прочных корпусов подводных лодок в
корпусообрабатывающих цехах судостроительных предприятий.
Методы исследований
При решении поставленных задач использовались аналитические методы теории упругости и пластичности с применением научных основ локального холодного формообразования на базе современных представлений механики деформируемого тела. Расчетно-экспериментальная методика обеспечивает более высокую точность определения параметров напряженно-деформированного состояния изгибаемой заготовки по сравнению с существующими. Предельные возможности процесса формообразования оценивали с использованием методов математического моделирования.
Экспериментальные исследования проводились на опытно-штатных деталях н предприятиях судостроительной отрасли и в лаборатории ЦНИИТС.
Достоверность результатов
Достоверность полученных результатов подтверждается проведенным экспериментами и внедрением технологии формообразования профилей универсальной гибочной оснастки на предприятиях судостроения.
Научная новизна и научные результаты
Установлены типы и зависимости объемных напряженно-деформироваї ньгх состояний и изменение исходных механических свойств материал кольцевых шпангоутов подводных лодок сложного поперечного сечения наклонной осью инерции из высокопрочных марок стали при холодной гибке.
Создана математическая модель упругопластического деформирована профилей с применением МКЭ, позволяющая выявить изменение форм сечения.
Определены аналитические зависимости для определения основны параметров процессов с учетом действия радиальных и аксиальных нагрузої
минимально-допустимый радиус гибки;
смещение нейтральной линии и шага подачи профиля;
усилий гибки и минимального расстояния между опорами.
- Установлены технологические и конструктивные параметры универсальнс
гибочной оснастки, при этом разработано более 20 типов штампов, защищенны
патентами России.
- Разработаны основы создания технологических схем функционировав
поточных линий изготовления кольцевых шпангоутов подводных
использованием программы ACAD, определены параметры линии.
- Разработаны более 15 новых способов изготовления деталей і
профильного проката, защищенных патентами России.
Практическая ценность работы
Практические рекомендации, полученные в результате исследований, вошли в отраслевые руководящие материалы и ОСТы, которые использованы при проектировании и изготовлении ответственных конструкций отечественного судостроения и у инозаказчика.
Внедрена на предприятиях судостроительной промышленности технология изготовления в холодном состоянии кольцевых шпангоутов подводных лодок сложного профиля с наклонной осью инерции.
Предложены более 15 новых способов, защищенных Патентами России, формообразования, на основе которых разработана промышленная технология гибки деталей из профильного проката, обеспечивающая получение изделий в холодном состоянии с требуемой точностью и качеством.
Использование разработанной инженерной методики расчета и проектирования штамповой оснастки в системе компьютерного моделирования позволило исключить пробные эксперименты и доводку технологии и оснастки, термообработку на ряде профилей, сократить сроки технологической подготовки производства, повысить производительность труда и точность изготовления деталей, снизить себестоимость продукции.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
- V национальном молодежном симпозиуме по судостроению в Болгарии в 1989 г.;
-XX международном молодежном симпозиуме по судостроению, С.-Петербург, 1991г.;
-Отраслевом совещании главных специалистов судостроительных предприятий. «Новые технологии и оборудование корпусообрабатывающего цеха», С- Петербург, 1996 г.;
-Первой городской научно-технической конференции военных учебных и научных учреждений, С- Петербург, 1997 г.;
-Второй международной конференции по морским интеллектуальным технологиям «Моринтекс-97», С- Петербург, 1997 г.;
-Научно-практической конференции по сварке, С- Петербург, 1997 г.;
-Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 200-летию образования высшего военно-морского инженерного училища им. Ф.Э. Дзержинского, С.-Петербург, 1998 г.;
Публикации
Основное содержание работы за период 1984-1999 гг. опубликовано в 48 печатных работах, включая 35 авторских свидетельств и патентов.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений. Общий объем работы составляет 1S6 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 12 таблиц и 4 приложения.
Список использованных источников содержит 97 наименований.