Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Р. Загацкий

ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ

Раздел: Корпусообрабатывающее производство и его подготовка

Утверждено Ученым советом университета в качестве конспекта

лекций для студентов высших учебных заведений специальности

180101.65 - Кораблестроение

Калининград

Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ»

2011

УДК 629.12.002

Загацкий В.Р. Технология судостроения. Раздел: Корпусообрабатывающее производство и его подготовка; конспект лекций по дисциплине «Технология судостроения» для спе­циальности 180101.65-Кораблестроение. - Калининград: ФГБОУ ВПО «КГТУ», с. 96.

Содержится информация по работе графического и аналитического плаза. Приводятся данные по существующей и перспективной технологии обработки корпусной стали. Рассмотрены основы технологической подготовки производства и материалы, используемые в судостроении.

Табл. 3, рис. 51, список литературы - 7 наименований

РЕЦЕНЗЕНТ -

Конспект лекций рассмотрен и рекомендован к изданию учебно-методическим советом факультета судостроения и энергетики ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» .___ ____

2011Года, протокол № __.

© ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет», 2011г.

© Загацкий В.Р. , 2011 г.

Загацкий Владимир Рувимович

Технология судостроения. Раздел: Корпусообрабатывающее производство и его подготовка.

Редактор________

Подписано в печать__ ____.2011 г. Формат 60x84 (1/16). Тираж 50 экз

Заказ_______Объем_______ п. л.,_______ уч.-изд. л.

Цена договорная

_______________________________________________________________

УОП ФГБОУ «КГТУ». Советский проспект, 1

Оглавление

Лекция 1 Графический и плазовое бюро	4
Лекция 2 Развертка деталей корпуса	10
Лекция 3 Плазовое обеспечение корпусообрабатывающего цеха	21
Лекция 4 Механизация и автоматизация плазовых работ	26
Лекция 5 Автоматизация плазовых работ	31
Лекция 6 Склад металла и предварительная его обработка	33
Лекция 7 Тепловая резка	44
Лекция 8 Механическая резка	49
Лекция 9 Гибка деталей	54
Лекция 10 Технология гибки металла	59
Лекция 11 Содержание технологической подготовки производства	67
Лекция 12 Основы нормирования технологических процессов	72
Лекция 13 Судостроительные стали	77
Лекция 14 Цветные металлы и сплавы	83
Лекция 15 Не металлические материалы	89
Литература	96

ЛЕКЦИЯ 1

Введение

Настоящее учебное пособие подготовлено для студентов специальности 180101.65 «Кораблестроение» на основании читаемого курса лекций по дисциплине «Технология судостроения» (раздел «Корпусообрабатывающее производство и его подготовка»).

Причиной написания пособия явилось более чем пятилетии с момента выхода учебника по дисциплине и, соответственно, трудности при подготовке у студентов из-за недостаточного количества книг в библиотеке.

В данном пособии рассмотрены три раздела дисциплины: судостроительный плаз и плазовые работы; изготовление металлических корпусных деталей; технологическая подготовка производства и судостроительные материалы. Материал по составу и объему соответствует требованиям Государственного стандарта.

Графический плаз и плазовое бюро

Плазовые работы выполняет бюро судостроительного завода, именуемое чаще всего «плазово-разметочное бюро». Территориально оно размещается в помещении, называемом «плазом», как и место, на котором рабочие-плазовщики производят чертежно-графические построения.

По традиции размеры натурного плаза позволяют вычерчивать теоретический чертеж корпуса судна в натуральную величину. С появлением в 1950-х гг. масштабного плаза, на котором этот чертеж вычерчивают в масштабе 1:10 (иногда1:5), площадь плаза, необходимая для вычерчивания теоретического чертежа, значительно сократилась.

В конструкторском бюро разрабатывают теоретический чертеж корпуса судна по 20 теоретическим шпангоутам, создают на его основе чертеж «практический корпус». Практический корпус строится с учетом всех конструктивных шпангоутов, батоксов и ватерлиний. На него наносят пазы и стыки наружной обшивки корпуса, а также теоретические линии продольных конструктивных связей: палуб, платформ, настила двойного дна, днищевых и бортовых стрингеров, ребер жесткости и т. п.

По теоретическому чертежу и практическому корпусу составляют таблицы ординат и разрабатывают чертеж «растяжка наружной обшивки». На чертеже растяжки вычерчивают линии пазов, внутри- и межсекционных (монтажных) стыков, продольного и поперечного набора, проставляют значения толщины листов наружной обшивки днища и борта.

Чертеж растяжки наружной обшивки представляет собой условную развертку поверхности корпуса на плоскость. Для ее построения на перпендикулярах к основной линии в точках практических шпангоутов откладывают длины растяжек шпангоутов между пазами, линии которых нанесены на практическом корпусе. Удобно снимать истинные размеры шпангоутов с блок-модели (рис. 1.1). Полученные точки пересечения пазов со шпангоутами соединяют плавными кривыми, которые разделяют наружную обшивку на поясья листов. Пазами называют линии сварных соединений продольных кромок листов между собой. Линии соединений кромок листов поперек корпуса называют стыками.

В связи с уменьшением полноты обводов в оконечностях два смежных пояса листов сужаются и переходят в один новый пояс. Образуется так называемый «потеряй»: вместо двух поясьев в нос или в корму продолжается только один пояс, вместо трех – два.

Рис. 1.1 Блок-модель.

1 – линии притыкания набора к наружной обшивке; 2 – липни пазов;

3 – линии стыков.

Плазовые построения обводов корпуса судна, их окончательное согласование называют плазовой разбивкой. Так же именуют и вычерченный на плазе чертеж, который в дальнейшем используют для выполнения плазовых работ и построений с целью передачи корпусным и некоторым другим цехам завода информации о контурах и размерах деталей корпуса, положении в пространстве различных связей и кон­струкций корпуса судна.

Плазовые работы включают:

• вычерчивание плазовой разбивки;

• определение контуров и размеров деталей корпуса;

• вычерчивание эскизов деталей с указанием размеров, необходимых для их изготовления;

• изготовление разнообразных деревянных шаблонов, требуемых для выполнения разметки, резки, гибки деталей корпуса, а также для проверки обводов корпуса и сборочной технологической оснастки;

• составление таблиц размеров, расположения деталей, набора секций, корпуса в целом, штевней, оси валопровода и т. п.

Масштабную плазовую разбивку начинают, как и натурную, с построения и согласования сетки теоретического чертежа. Затем наносят точки линий обводов корпуса, прочерчивают их карандашом, согласовывают и сглаживают. Под согласованными понимают обводы, координаты точек которых на разных проекциях равны между собой, а под сглаженными – плавные, не имеющие волнистости кривые. Плавность обводов проверяется не только в сечениях по шпангоутам, ватерлиниям и батоксам, но и построением рыбин. Рыбиной называют линию пересечения поверхности корпуса плоскостью, перпендикулярной к одной из плоскостей проекций судна и не параллельной двум другим. О плавности обводов судят по плавности растяжки рыбины. На согласованную плазовую разбивку (рис. 1, 2) наносят теоретические линии продольного и поперечного набора корпуса, пазов и стыков наружной обшивки, продольных ребер жесткости, поперечные сечения фундаментных балок и другие линии, необходимые для определения размеров деталей корпуса; надписывают номера шпангоутов, связей, обозначения пазов и стыков, показывают толщину листов и номера профилей, из которых изготовят металлические конструкции. Все линии фиксируют краской различных цветов. Толщина линий не должна быть более 0,1 мм. толщина линий контролируется 24-х кратным микроскопом.

Для нанесения и снятия размеров применяют штриховой метр с ценой деления шкалы 0,2 мм. Метр снабжен двумя лупами семикратного увеличения. Применяют также стальные рулетки с ценой деления 0,5 мм.

Правила нанесения толщины листов и профилей относительно основных плоскостей проекций (ОП, ДП, ПМШ) регламентированы. Теоретическая линия проходит по той стороне листа, которая ближе к соответствующей основной плоскости. Теоретическая линия листов наружной обшивки проходит по их внутренней поверхности. Теоретические линии вертикального киля и продольной переборки, расположенной в ДП, находятся в ДП. Теоретическая линия сим­метричных замкнутых профилей совпадает с их осью. Теоретические линии вырезов люков и шахт проходят по внутренней поверхности их комингсов.

Разбивку отдельных конструкций выполняют так, чтобы по ней можно было определить размеры входящих в них деталей. На рис. 1.3 приведена разбивка на проекции «корпус» второго дна и продольного набора. Листы и профили, перпендикулярные к ПМШ, изображают одной линией (например, 1-й стрингер, настил второго дна на участке 14-20-го шпангоутов); наклонные к ПМШ конструкции, – следами сечения плоскостью каждого шпангоута (настил второго дна на участке 10-13-го шпангоутов, 2-й стрингер и др.), ребра жесткости задают только их теоретической линией.

Поворотные шпангоуты. Для обеспечения большей жесткости кормовой оконечности на некоторых судах устанавливают поворотные шпангоуты. Разбивку поворотных шпангоутов и согласование размеров проводят па проекциях бок и полуширота, истинную форму поворотных шпангоутов вычерчивают па специальной проекции (рис. 1.4). Плоскости поворотных шпангоутов стараются пробить по нормалям к обводам наружной обшивки.

На проекции бок пробивают дополнительные ватерлинии и переносят их на проекцию полуширота. На последней пробивают направление плоскостей поворотных шпангоутов. Точки пересечения каждого поворотного шпангоута с ватерлиниями переносят на проекцию бок и соединяют плавными линиями, получая след поворотного шпангоута на наружной обшивке. После согласования точек на обеих проекциях строят истинную форму каждого поворотного шпангоута, разворачивая их на диаметральную плоскость. Для этого сетку проекции бок удлиняют в корму и от плоскости отсчета (плоскость

Рис. 1.2. Проекция «корпус» (носовая часть) масштабной плазовой разбивки.

$ – обозначение стыков наружной обшивки.

шпангоута, от которого начинаются поворотные шпангоуты) снимают по ватерлиниям размеры до наружной обшивки. Отложив эти размеры на удлиненной сетке, получают точки притыкаиия поворотных шпангоутов к наружной обшивке, а соединив их плавными кривыми, получают истинную форму поворотных шпангоутов.

В случаях, когда с помощью геометрических построений трудно определить окончательную форму конструкции, на плазе изготавливают макеты из досок и фанеры. Например, для уточнения формы якорных клюзов изготавливают макет части носовой оконечностии масштабе 1:10, 1:5 или в натуральную величину, проверяя на нем воз­можность самовываливания якоря под действием его силы тяжести. По макету кормовой оконечности уточняют окончательную форму кронштейнов гребных валов, мортир и дейдвуда.

После нанесения линий всех конструктивных элементов нлазовая р.ибивка считается законченной. Разбивку плазового корпуса принимает комиссия, составленная из представителей органов наблюдения (Регистр), заказчика и представителей завода.

Рис,1.3. Разбивка второго дна, стрингеров и ребер жесткости

1 — бортовой стрингер; 2 — бортовая линия скулового стрингера;

3 — теоретическая линия ребра жесткости

Рис. 1.4. Разбивка поворотных шпангоутов: развертки поворотных шпангоутов и вид проекции бок и полуширота.

1, 2, 3 – линии притыкаиия поворотных шпангоутов к наружной обшивке;

р – размеры, переносимые с проекции полуширота на развертку.

Проверке подлежат:

• прямолинейность и перпендикулярность всех линий сеток. Перпендикулярность линий сеток проверяют, измеряя длину диагоналей прямоугольников, выделенных из этих сеток. Равенство диагоналей свидетельствует о перпендикулярности липни сеток. Допускаемая разность между их длинами 2 мм (в натурном размере);

• расстояние между шпангоутами, ватерлиниями и батоксами;

• сохранение основных размерений, погиби бимсов, очертания штевней;

• согласование обводов в трех проекциях при соблюдении плавности линий. Допускаемая разность в одноименных размерах на трех проекциях не должна превышать 2,0 мм в пересчете па натуру; отклонение размеров конструкций на плазе от чертежных размеров должно быть не более 2,0 мм в пересчете на натуру;

• ширина линий плазового корпуса, которая должна быть равна 1 мм на натурном плазе и 0,1 мм на масштабном плазе (М 1:10); допустимое увеличение ширины линии – не более 0,05 мм.

Комиссия составляет акт приемки плазовой разбивки, который дает право заводу начать дальнейшую работу.

По окончании разбивки плазового корпуса составляется отчетная плазовая книга, в которую заносят все откорректированные размеры. Один экземпляр книги передается в конструкторское бюро, другой хранится на заводе. Книга содержит таблицы высот и полуширот обводов корпуса, настилов, набора, ребер жесткости и пазов; поясняющие эскизы. Конструктор­скому бюро плазовая книга необходима для корректировки теоретического чертежа и расчетов но теории корабля. Завод пользуется ее таблицами при возобновлении постройки судов данного типа и при ремонте.

ЛЕКЦИЯ 2

РАЗВЕРТКА ДЕТАЛЕЙ КОРПУСА

Проектант судна выпускает и передает заводу-строителю рабочие сборочные чертежи корпусных конструкций. Чертежи, необходимые для изготовления деталей корпуса, проектанты судов не выпускают. В спецификациях к рабочим сборочным чертежам указывают толщины чистовых деталей или размеры сечений длинных полос, номера профилей деталей набора, размеры простейших книц, вырезов для пропуска ребер жесткости (в альбомах типовых узлов корпусных конструкций). Однако измерить по указанным чертежам и задать в них точные контуры деталей, необходимые для их изготовления, невозможно из-за масштабных погрешностей. Это можно сделать, только пользуясь плазовой разбивкой.

Контуры и размеры деталей корпуса определяют в основном по проекции «корпус» плазовой разбивки. Проекции «бок» и «полуширота используют для уточнения размеров штевней, фундаментов и других конструкций, а также для выполнения вспомогательных построений.

По способам определения формы и размеров все детали корпуса могут быть разделены на пять групп:

1. Детали, форма и размеры которых полностью заданы рабочим чертежом (прямоугольные листы и кницы, полки фундаментов, пиллерсы и т. п.).

2. Плоские детали, расположенные в плоскостях шпангоутов или им параллельные и, следовательно, изображаемые на проекции «корпус» без искажения.

3. Плоские детали, расположенные вдоль судна: а) плоские детали перпендикулярные ПМШ; б) плоские детали наклонные к ПМШ. В первом случае деталь изображается на проекции «корпус» одной прямой линией, во втором случае несколькими параллельными прямыми – линиями пересечения плоскости детали с плоскостями шпангоутов.

4. Изогнутые детали, контуры и размеры плоской заготовки которых получают теоретически точными способами развертывания на плоскость: а) детали со сломом, т. е. состоящие из двух или большего количества плоских участков; б) детали цилиндрической формы; в) детали конической формы.

5. Детали двоякой кривизны (в том числе веерной формы), контур и размеры плоской заготовки которых получают приближенным развертыванием на плоскость, так как теоретически точно такие поверхности не развертываются.

Контуры и размеры деталей второй группы определяют непосредственным измерением расстояний между теоретическими линиями с учетом изложенных выше правил расположения толщин листов и профилей относительно этих линий. Так, длина флора, измеренная от ДП до обшивки, должна быть уменьшена на половину толщины вертикального киля. Кроме контуров деталей по плазу определяют также расстояния между вырезами для прохода продольного набора, места расположения шпигатов под сварные швы и т. п. По рабочему чертежу секции находят величину срезов для пропуска угловых швов, расположение и размеры вырезов облегчения набора, места и характер разделки кро­мок под сварку и т. п.

Контуры и размеры деталей третьей группы определяют построением. Сначала определяют истинную длину прямых или кривых линий, расположенных вдоль судна, которые называют растяжками (рис. 2.1). Например, на участке поверхности корпуса между 23-м и 27-м шпангоутами показана линия abсde. Дуговые расстояния между точками пересечения указанной линии со шпангоутами на проекции «корпус» называют прогрессами и обозначают буквой П.

Рис. 2.1. Растяжка продольной линии.

а – проекция продольной линии; б – растяжка линии.

Для построения растяжки проводят горизонтальную базовую пря­мую, откладывают на ней нужное количество шпаций, учитывая, что величина шпации заданного участка корпуса всегда известна. На базовой линии обозначают точку положения шпангоутов, которых к ней восстанавливают перпендикуляры. На перпендикулярных лучах откладывают отрезки, равные величинам прогрессов П1-П4. При плазовых построениях прогрессы принято замерять мерной (растягиваемая линия прямая) или гибкой (растягиваемая линия и, соответственно, прогрес­сы — кривые) рейками или гибкой металлической линейкой. Гибкой рей­ке или линейке, пометив на них точки а, Ь, с, d, e, дают распрямиться и переносят нужные отрезки на соответствующий перпендикуляр. Точ­ки на перпендикулярах соединяют прямой или плавной кривой линией (рис. 2.1, б), которая и образует растяжку или, иначе, истинную длину линии. Теоретическая шпация обозначена Ш, а соответствующие участ­ки растяжки называют растянутой шпацией – РШ.

Для определения растяжек можно воспользоваться формулой:

Рассмотрим определение контуров и размеров плоского стрингера между 6-м и 9-м шпангоутами, проекция которого показана на рис. 2.2. Обычно стыки деталей отстоят от теоретической линии шпангоута на 1/4 длины шпации, но для упрощения построений будем считать, что стыки стрингера совпадают с плоскостями шпангоутов. Согласно рис. 2.2 а стрингер перпендикулярен к плоскости мидель шпангоута (ПМШ) и, следовательно, является деталью группы За. Для того чтобы установить истинную длину стрингера, пересечем стрингер в произвольной точке строевой линией – вспомогательной линией, перпендикулярной к стрингеру. В данном случае строевая является линией пересечения двух плоскостей и, следовательно, на развертке стрингера будет прямой.

Определение истинной длины стрингера производится в следующей последовательности: 1) проводится горизонтальная базовая линия, на которой откладывают натурные шпации (обычно справа налево) – растяжка строевой; 2) в точках шпангоутов к базовой линии восстанавливают перпендикуляры; 3) откладывают расстояния от строевой до верхней и нижней кромок стрингера по каждому шпангоуту. Полученные точки соединяют прямыми или плавными кривыми линиями.

Для стрингера, наклонного к ПМШ (деталь группы 3 б), построение аналогично, но предварительно необходимо построить растяжку строевой, а линии шпангоутов провести друг от друга на расстояниях, равных РШ (рис. 2.2, б). Строевая в данном случае также прямая линия, поскольку П= const, как это показано на разбивке.

Для деталей, отнесенных к группам 4 и 5, определяют и вычерчивают размеры и контуры не самих деталей, а их плоских заготовок, необходимых для последующей гибки до требуемой пространственной формы.

Для построения развертки усеченной цилиндрической детали типа скулового листа наружной обшивки, показанного на рис. 2.3, его разворачивают на плоскость, разгибая дуги шпангоутов вокруг образующей AБ растянутой с учетом прогрессов П в прямую А'Б'. Растяжки пазовых кромок детали определяются линией В'Д'(Г'Е'). Отрезок m характеризует погиби листа. Поскольку деталь – часть усеченного цилиндра, то поперечные кромки развертки будут кривыми.

Рис. 2.2. Определение формы и размеров днищевого стрингера.

Рис. 2.3. Развертывание цилиндрического листа наружной обшивки

П – прогресс; m – высота дуги над хордой; у – стрелка погиби листа

Длина дуг шпангоутов на развертке равна длине дуг шпангоутов на проекции «корпус»: АГ=А"Г" и т. д. Обогнув дуги шпангоутов на проекции «корпус» гибкой рейкой или гибкой металлической линейкой, отмечают на них положение средней и пазовых точек дуги каждого шпангоута. Совместив точку А, отмеченную на рейке, с точкой А" на развертке и изогнув рейку до совмещения отмеченных на ней, крайних (пазовых) точек В и Г с пунктирными линиями, перпендикулярными к образующей А"Б", находят пазовые точки развертки В" и Г". Их соединяют плавной кривой линией. Аналогично находя т точки Д" и Е". Соединив точки В" и Д", Г" и Е" прямыми, получим контур развертки. Между стрелкой выгиба среднего шпангоута на развертке и его стрелкой погиби (m) на проекции «корпус», исходя из подобия заштрихованных треугольников, существует соотношение: у/m = П/РШ, откуда .

Данный способ получения размеров заготовки носит название метода Е.Е. Егорова.

Детали пятой группы, которые нужно гнуть и в поперечном и в продольном направлениях, называют деталями двоякой кривизны.

Листы этой группы изображены на проекции корпус в виде веерообразных линий (рис. 2.4). Такие листы могут быть, например, в районе носового развала шпангоутов. Развертку таких листов можно построить способом инженера Д. М. Челнокова.

Рис. 2.4. Изображение листа V группы на проекции корпус.

Начинают построение c проведения строевой перпендикулярно среднему шпангоуту (рис 2.5).

Рис. 2.5. Построение строевой

Для листов V группы нельзя построить строевую, перпендикулярную ко всем шпангоутам, так как они веерообразны. Поэтому ее строят с таким расчетом, чтобы она была кривой ли­нией, а линии шпангоутов являлись нормалями к ней.

Построение строевой начинают от среднего шпангоута (рис. 2.5). На третьем шпангоуте намечают точку О, из нее до пересечения с соседними шпангоутами восставляют перпендикуляры ОА и ОБ. От линий соседних шпангоутов опускают в точку О перпендикуляры ВО и ГО. Углы БОГ и АОВ делят биссектрисами на равные части. Пересечения биссектрис с линиями соседних шпангоутов дадут точки строевой линии О₁ и О₂. Практически (имея в виду малые величины углов) можно не строить биссектрис, а разделить отрезки АВ и БГ пополам и получить точки О₁ и О₂. Дальнейшие построения выполняют аналогичным предыдущему образом (из точек О₁, О₂).

После определения точек строевой на всех линиях шпангоутов их соединяют плавной кривой и получают строевую линию.

Выше и ниже строевой на расстоянии 300 мм проводят вспомогательные контрольные линии (рис. 2.4). Затем находят поперечные растяжки по шпангоутам от строевой, продольные растяжки по верхнему и нижнему пазам, по строевой и по вспомогательным контрольным. Продольные растяжки по контрольным снимают на одну сторону рейки, совмещая риски среднего шпангоута (рис. 2.6).

Из рисунка видно, что верхняя контрольная линия длиннее нижней. Разность длин вспомогательных контрольных на каждом шпангоуте (р) замеряют и заносят в таблицу.

Рис. 2.6. Определение разностей в длинах вспомогательных контрольных липни.

Для построения строевой линии на развертке необходимо знать величину ее опускания от прямой линии на каждом шпангоуте.

Инженер А. М. Челноков величину опускания строевой реко­мендует определять по эмпирической формуле:

где – опускание строевой на данном шпангоуте, мм;

, – разности продольных растяжек верхней и нижней вспомогательных контрольных, мм;

– растяжка шпации по строевой, мм.

После определения величин приступают к построению развертки, Сначала пробивают две взаимно перпендикулярные линии (рис. 2.7). Горизонтальная линия служит базой для построения строевой, а вертикальная является средним шпангоутом. С помощью продольной растяжки строевой на горизонтальной линии размечают точки шпангоутов. От полученных точек вниз откладывают значения Ф (на рис. 2.7 величина а), определенные расчетом. Через нижние точки проводят короткие параллельные линии. Рейку продольной растяжки по строевой изгибают так, чтобы риски шпангоутов совместились с короткими параллельными линиями, после чего отмечают точки шпангоутов и проводят строевую па развертке. С поперечных растяжек снимают расстояния от строевой до верхней и нижней кромок и с помощью циркуля проводят дуги в верхней и нижней частях построения. Эти дуги соединяют плавной касательной и получают пазовые кромки листа. Совмещая продольные растяжки с указанными линиями, а риску среднего шпангоута с линией среднего шпангоута, размечают точки шпангоутов и стыков листа.

Стрелку выгиба следа шпангоута на развертке (у) определяют аналогично предыдущему методу.

Развертывание деталей двоякой кривизны часто выполняют, используя геодезическую линию, как строевую, которая на криволинейной поверхности является кратчайшим расстоянием между двумя точками по выпуклой поверхности. При развертке поверхности нанесенная на ней геодезическая линия растягивается в прямую.

Рис. 2.7. Развертка листа V группы сложности

Развертывание показанного на рис. 2.8 листа двоякой кривизны начинают с построения проекции геодезической линии. К среднему 21-му шпангоуту на детали параллельно хорде, соединяющей пазовые точки, проводят касательную и находят точку касания (если количество шпангоутов четное, то в качестве среднего можно выбрать любой из двух средних шпангоутов).

Рис.2.8. Построение геодезической линии.

В точке касания восстанавливают нормаль к касательной, пересекающую все шпангоуты детали. Затем вычисляют отстояния точек проекции геодезической линии Δ_i от проведенной нормали. Для первого шпангоута слева от точки касания (i = 1) Δ_i= 0.

В общем случае:

где – прогрессы в первой, второй, i-ой шпациях от среднего шпангоута, измеренные по нормали, мм;

– угол между нормалью к среднему шпангоуту и нормалью к i-му шпангоуту, восстановленной в точке его пересечения с первой нормалью, рад; углы измеряют транспортиром, градуированным в радианах.

Полученные значения Δ_i могут быть отложены вверх или вниз от нормали, в зависимости от изменения прогрессов в сторону от среднего шпангоута.

Если вдоль нормали от среднего шпангоута прогрессы возрастают, то Δ_i откладывают от нормали в ту сторону, в которой прогрессы между шпангоутами меньше, и наоборот. Если изменение прогресса вдоль нормали и углы φ,- малы, то отклонения проекции геодезической линии от нормали незначительны и за геодезическую линию можно принять нормаль к среднему шпангоуту.

Построение развертки начинают с пробивки базовой прямой линии (рис. 2.9), на которой откладывают растяжку геодезической линии в точки 17, 18,...,26. Радиусами, равными растянутым длинам верхней и нижней дуг среднего шпангоута от геодезической линии до пазовых точек делают засечки, через точку 21 проводят перпендикуляр к геодезической линии, от которого откладывают на засечках расчетную величину стрелки выгиба шпангоута (у). Откладывают так, чтобы выгиб следа среднего шпангоута на развертке был направлен в ту же сторону (в нос или в корму), что и погибь шпангоута на проекции «корпус».

Значение (у) находят аналогично применяемому в методе Е.Е.Егорова, однако поскольку прогрессы слева и справа от среднего шпангоута имеют разную величину (П₁ и П₂–прогрессы слева и справа от среднего шпангоута) рассчитывают величину выгиба

Рис.2.9 Построение развертки листа

Через полученные пазовые точки и точку 21 на геодезической линии проводят плавную кривую – след среднего шпангоута на строящейся развертке. Затем из нанесенных на растяжке геодезической линии точек шпангоутов радиусами, равными длинам дуг каждого шпангоута от растяжки геодезической линии до пазовых точек, делают засечки. Рейку-растяжку нижнего паза укладывают так, чтобы нанесенная на ней риска для среднего шпангоута совпала с его пазовой точкой на развертке. Пазовые точки других шпангоутов получатся при пересечении соответствующих рисок на рейке-растяжке с засечками указанными радиусами. Верхний паз строится аналогично. Через три точки: верхнего паза, на растяжке геодезической линии, нижнего паза проводят след каждого шпангоута на развертке.

Правильность построения развертки проверяют диагоналями. Нa развертке проводят диагонали Д1 и Д2 и измеряют их длину. Затем длины дуг следов шпангоутов от точек пересечения диагоналей со шпангоутами рейкой переносят на проекцию листа, на котором диагонали будут криволинейны (см. рис. 2.8). Построив после этого растяжки диагоналей, сравнивают полученные их длины с измеренными по развертке. При правильном построении развертки они должны совпасть либо расходиться на величину, не превышающую 2 мм ( в натуре).

Контур и размеры геометрически построенной развертки корректируют с учетом расчетной величины деформаций металла при гибке, исходя из формы изгиба детали. Схема корректировки приведена на рис. 2.10: кромки заготовки парусовидного листа в процессе гибки укорачиваются, а средняя ее часть растягивается (так, если не внести поправку, для листа 12х1150х5700мм при стрелке продольной погиби 235 мм и поперечной 118мм после гибки кромки по пазам укоротились на 23,8 мм, а длина листа в средней части возросла на 5,8 мм – что неприемлемо при сборке), следовательно пазы необходимо удлинить, а среднюю часть укоротив).

Абсолютную величину суммарных деформаций определяют по эмпирической формуле:

где Н – стрелка (наименьшая) продольного выгиба детали, мм;

h – стрелка поперечного выгиба детали на среднем шпангоуте, мм;

L – длина детали, мм;

η – полученный опытным путем безразмерный коэффициент, определяемый по графику, представленному на рис. 2.11, в зависимости от соотношения длины L и ширины В листовой детали.

Рис 2.10 Корректировка формы парусовидного листа

Рис. 2.11 Безразмерный коэффициент η

Значения h и L находят по плазовой разбивке: h – непосредственным измерением, L – по растяжке геодезической линии. Для определения Н выполняют специальное построение, иллюстрируемое рис. 2.12. К крайним шпангоутам разворачиваемого листа проводят касательные, параллельные хорде среднего шпангоута, и находят точки касания «а» и «б». Проводят прямую «аб», делят ее на отрезки «ав» и «вб», пропорциональные отношению сумм шпаций до и после среднего шпангоута. Через полученную точку «в» проводят прямую, параллельную хорде среднего шпангоута, до пересечения ее в точке «г» с нормалью к нему.

Отрезок Ог можно считать равным Н.

Рис.2.12 Определение стрелки продольного выгиба листа

Изменение поперечных размеров мало и им обычно пренебрегают. Опытом установлено, что форму заготовки обычных размеров (длиной 6-8 м) следует корректировать только в том случае, если произведение стрелок продольной и поперечной погибей превышает 2000 мм².

ЛЕКЦИЯ 3

ПЛАЗОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОРПУСООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕХА

Как уже было отмечено, цехам завода плаз на основе всех построений готовит разнообразную информацию для работы с металлом и для ее контроля.

В числе документов, чертежей и разработок плаза:

— эскизы деталей, необходимые при выполнении различных операций, связанных с процессом их изготовления. Эскиз разрабатывают на каждую деталь или ее заготовку. При вычерчивании эскизов деталей вручную соблюдение масштаба не требуется. На эскизах наносят размеры детали, ориентирные надписи (верх, низ, нос, корма, борт, к ДП и т. п.), указывают вид и размеры разделки кромок под сварку, расположение и размеры припусков, номер детали по чертежу, марку материала и др. На рис. 3.1 в качестве примера приведен эскиз флора;

— шаблоны, необходимые как в цехе, изготавливающем детали корпуса, так и в других цехах, занятых сборочно-сварочными, проверочными, контрольными работами. Шаблоны показаны на рис. 3.2 и в зависимости от их назначения могут быть разметочными, контуровочными, проверочными. Различают также контршаблоны, чертежи-шаблоны.

Рис 3.1Эскиз флора

Разметочные шаблоны воспроизводят контур детали в натуральную величину и предназначены для ручной разметки деталей на листе металла. Шаблоны изготавливают из фанеры, досок или дюралюминия. Контур шаблона очерчивают и фиксируют на металле разметочным инструментом. Применение шаблонов наиболее продуктивно при разметке большого количества одинаковых деталей, например, книц.

Контуровочные шаблоны предназначены для разметки линии припуска, подлежащего удалению при чистовой обработке кромок детали или конструкции.

Гибочные шаблоны – поперечные и продольные – предназначены для проверки формы изгибаемой заготовки детали в процессе и по окончании ее гибки. Шаблоны прикладывают к заранее размеченным на заготовке контрольным линиям и но прилеганию к поверхности изгибаемой заготовки судят о соответствии се формы требуемой. Контур поперечного шаблона снимается с натурного плаза без каких-либо построений, так как рабочая кромка шаблона повторяет обвод шпангоута. Однако при масштабной разбивке необходимо контур шаблона из М 1:10 перевести в масштаб 1:1. Нa рис. 3.3 приведен участок плазовой разбивки, который нужно перенести на гибочный шаблон натуральной величины. С разбивки линии отдельных сечений переносят на деревянные заготовки. Правильность расположения сечений фиксируют с помощью дополнительных контрольных линий. Последовательность действий следующая: линии разбивки копируют на прозрачную пленку, которую фотографируют, а негатив проецируют на деревянную заготовку, учитывая масштаб; все световые линии по гибкой рейке обводят карандашом и обрезают по карандашу, еще раз проверяя правильность лекальной кромки по световому контуру. Контур в натуральную величину можно вычертить и по точкам, координаты которых сняты с масштабного плаза в табличном виде с эскизом.

Рис. 3.2 Гибочные шаблоны

Для профильных деталей, изгибаемых на ребро, гибочный шаблон иногда заменяют нанесением на металле кривой линии, которая в результате гибки до заданного выгиба должна стать прямой, как показа но на рис. 3,4.

Чертежи-шаблоны (рис.3.5) необходимы при фотопроекцион-iioii разметке на листе металла деталей, вырезаемых механической рез­кой. Масштаб чертежа-шаблона должен совпадать с масштабом плазовой разбивки, т. е. обычно 1:10. Чертежи-шаблоны вычерчивают тушью на плотной фотобумаге, предварительно наклеенной на стеклянную и пластину, что обеспечивает неизменность размеров при колебаниях температуры и влажности в помещении их хранения. Чертеж -шаблон аналогичен карте раскроя. Его фотографируют на фотопластинку, негатив которой передают на участок фоторазметки. Через фотопроекционный аппарат,пластинка проецируется на размечаемый лист.

Рис 3.3 Масштабный чертеж для вычерчивания контура гибочного шаблона

Рис 3.4 Построение кривой при бесшаблонном контроле формы профиля при гибке

Рис. 3.5 Чертеж-шаблон

Каркасы изготавливают на плазе для проверки формы наиболее сложных деталей во время и по окончании их гибки. Каркасы собирают из отдельных деревянных поперечных шаблонов, скрепленных между собой продольными рейками. На рис. 3.6 видно, что рабочая поверхность каркаса образуется как поперечными шаблонами, так и расшивинами (продольные рейки), врезанными в шаблоны вровень с их лекальной кромкой. Если плоскость основания каркаса (базовая плоскость) перпендикулярна к ПМШ, то для его изготовления нужно расставить поперечные шаблоны на расстоянии шпации друг от друга и в таком положении закрепить их. Для уменьшения высоты каркасов часто изготовляют так называемые усеченные каркасы, базовая плоскость которых не перпендикулярна ПМШ. Она выбирается так, чтобы высота поперечных шаблонов оказалась примерно одинаковой.

Рис 3.6 Каркас

Управление движением резака машины для тепловой с оптической системой управления вырезки деталей производится на основе копир-чертежей (рис. 3.7). По сути копир-чертеж аналогичен карте раскроя, как и чертеж- шаблон и изготавливается подобно последнему.

Карта раскроя листового проката предназначена для учета расхода металла при размещении на листах деталей. Детали сортируют по маркам материала и по толщинам, затем контуры деталей каждой группы вычерчивают в масштабе 1:10 или 1:20 внутри прямоугольника, размеры которого соответствуют размерам заказного листа. На одном листе располагают детали одной секции. Если при этом листы не заполняются, то на них размещают детали одного блока и, в крайнем случае, одного строительного района судна. Кроме того, детали должны иметь одинаковый технологический процесс вырезки, т. е. лист должен раз­резаться полностью механическим способом или только на машинах для тепловой резки. Качество размещения деталей на карте раскроя оценивается коэффициентом использования металла:

где М_л и М_д – масса заказного листа и масса вырезаемых из него деталей;

F_n и F_R – площади листа и деталей.

Среднее значение коэффициента использования по судну в целом должно быт для листового металла 0,80-0,85, для профильного – 0,85-0,90.

Рис. 3.7 Копир-чертеж

ЛЕКЦИЯ 4

МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЛАЗОВЫХ РАБОТ

Стремление снизить трудоемкость плазовых работ, повысить их точность и получить цифровую информацию для работы технологического оборудования с цифровым программным управлением поставило задачу замены всех или большинства графических операций, выполняемых на плазе, аналитическим расчетом.

В настоящее время в отечественном судостроении и во всех странах мира с развитым судостроением интенсивно разрабатывают аналитические методы задания обводов корпуса и на базе этих математических методов выполняют плазовые работы с использованием компьютеров.

На современном этапе эти работы сводятся к следующему:

1) аналитическому согласованию обводов, заданных таблицей ординат конструкторским бюро;

2) математическому заданию обводов корпуса (созданию математической модели в памяти компьютера);

3) расчету координат точек теоретических линий продольных связей корпуса;

4) трассировке пазов и развертыванию листов наружной обшивки;

5) аналитическому определению размеров и контуров деталей корпуса;

6) аналитическому составлению карт раскроя листового металла;

7) механизированному вычерчиванию масштабных разбивок и копир-чертежей на оборудовании с цифровым программным управлением;

8) программированию операций обработки деталей, в том числе: тепловой резки, маркирования, гибки листов и профилей и др.;

9) расчету необходимой плазовой информации для изготовления сборочных постелей, проверки корпуса и для других операций.

Применение расчетных методов изменяет приемы и характер труда при выполнении плазовых работ, вызывает необходимость в замене плазово разметочного бюро плазово-вычислительным Высокая производительность труда в новых условиях позволяет передать плазово-вычислительным бюро функции плазово-разметочиых бюро нескольких судо­строительных заводов.

Работы в плазово-вычислительных бюро осуществляются на основе накопленной в компьютерах информации, характеризующей форму корпуса, положение конструктивных связей и контуры отдельных его деталей.

Компьютеры выполняют работу на основе определенных алгоритмов и системе формальных правил, четко и однозначно определяющих процесс переработки данных для решения заданной задачи.

Алгоритм содержит формулы, по которым происходит расчет, описание последовательности их применения; условия, при которых используется та или иная формула; правила перехода от данного этапа вычислительного процесса к следующему.

Компьютер выполняет ограниченное число основных операций: сложение, вычитание, умножение, деление, перенос числа из одного места памяти в другое и некоторые другие под действием команд.

Последовательность команд образует программу. Программа заранее составляется для каждой задачи в соответствии с алгоритмом ее решения. Работа при решении задачи управляется программой и происходит автоматически.

Одним из первых вариантов получения с помощью компьютера ординат согласованной поверхности корпуса можно двумя путями: используя параболографический метод построения и согласования обводов и путем аналитического согласования.

Параболографический метод построения и согласования обводов основан на возможности аппроксимации (замены) плазовой кривой любой формы участками парабол второй степени и прямых (при наличии на кривой прямолинейных участков).

Для этого на кривой (рис. 4.1, а) намечают характерные точки: перегиба (точка F), границы участка прямой (точки С и D), начала и конца кривой (точки А и К). Соединяют эти точки прямыми АС, DF, FK, разбивая таким образом кривую па отдельные участки.

Через характерные точки проводят касательные АВ, СВ, DE, EJ, K.J. Совокупность треугольников ABC, DEF и FJK и прямых (CD) образует каркас кривой. Участки кривой в пределах каждого треугольника заменяют участками парабол путем геометрического способа построения ее, который заключается в следующем. В заданном треугольнике АВС выполняют построения, указанные на рис. 4.1, б, и через точки А, М, J, P, F, Q, R, S, С проводят плавную кривую, касательную к полученной ломаной линии Эта кривая будет представлять собой две дуги парабол AF и FC. стыкующихся при равенстве их первой производной в точке F.

Криволинейную поверхность корпуса судна рассматривают, как поверхность, образованную перемещением каркаса кривой в направлении, перпендикулярном его плоскости. При этом вершины каркаса будут перемещаться по плавным пространственным кривым, называемым параметральными (кривые L_2-3, L_3-4 рис. 4.1 в), которые задаются двумя проекциями на основные координатные плоскости корпуса.

Параметральные кривые тоже заменяются участками парабол, для чего к их проекциям, в свою очередь, подбираются каркасы. При задании судовой поверхности параболографическим методом исходный теоретический чертеж графически обрабатывают. В каче­стве основной проекции для задания обводов параболами может приниматься корпус или полуширота.

После выбора основной проекции к вычерченным на ней сечениям (шпангоутам или ватерлиниям) подбирают каркасы с учетом минимальных отклонений дуг парабол от заменяемых ими линий, таким образом, чтобы вершины этих каркасов лежали па плавных параметральных кривых.

Координаты вершин каркасов параметральных кривых заносятся в параметральную таблицу, являющуюся исходной для расчета на ЭЦВМ практических ординат корпуса.

Программа расчета составлена таким образом, что па ЭЦВМ производятся последовательно следующие операции: по данным таблицы составляются уравнения парабол, описывающих параметральные кривые; рассчитываются координаты точек на этих кривых с заданным шагом в зависимости от необходимого числа сечений на проекции, принятой за основную; по полученным координатам подсчитываются коэффициенты уравнений парабол, описывающих каждое сечение; рассчитываются практические ординаты на каждом сечении с заданным шагом.

Рис. 4.1 Задание корпуса в параболическом виде:

а – пример аппроксимации кривой АК участками парабол и прямых;

б – построение точек параболы в каркасномном треугольнике;

в – параболографическое задание носовой части корпуса.

Аналитическое согласование обводов корпуса выполняется на основе математического моделирования процесса графического согласования. Моделирование заключается в переводе на язык математики содержания задачи и требований, которые предъявляются к согласованным обводам корпуса.

При согласовании сохраняется задание поверхности корпуса с помощью обычно принятых теоретических линий: ватерлиний, шпангоутов, батоксов. Исходными данными служит информация, содержащаяся в обычной таблице теоретических ординат для разбивки на плазе.

Математически задача согласования обводов корпуса сводится к сглаживанию линий теоретического чертежа, представляющих собой таблично заданные функции. Под сглаживанием кривой понимается корректировка значений ординат с целью получения разностей ординат, обеспечивающих плавность линий.

Так, например, ватерлиния может быть выражена функцией вида у=f(х). Здесь и дальше принято следующее направление осей коор­динат: ось х направлена вдоль судна по ДП, ось у – к борту, ось z – вверх, а начало координат помещено на пересечении основной плоскости с плоскостью мидель-шпангоута и ДП.

Значения функции y известны на теоретических шпангоутах, положение которых определено значением x.

Из теории конечных разностей известно, что если приращение аргумента функции Δx=h – постоянная величина, то выражение

называется первой конечной разностью функции у.

Выражение (n=2,3,4…)

называется конечной разностью n-го порядка.

Если шаг изменения аргумента h – переменная величина, то вместо конечных разностей вводятся так называемые разделенные разности. Разделенная разность первого порядка имеет вид и представляет собой частное от деления приращения функции на приращение аргумента. Аналогично могут быть получены разделенные разности 2-го и более высоких порядков.

Разности для функций, заданных таблично, играют роль, подобную роли производных для функций с непрерывно изменяющимся аргументом. Свойства разностей аналогичны свойствам производных.

Первые разности ординат кривой – Δ(δ) здесь соответствуют средней крутизне подъема или спуска кривой, вторые – Δ²(δ²) здесь указывают на скорость изменения этой крутизны.

Если кривая имеет точку перегиба, то соответствующие вторые разности будут иметь разные знаки. Для таких кривых число изменений знаков разностей второго порядка должно равняться количеству точек перегиба. Чередование знаков разностей второго порядка указывает на волнистость линии, а третьего порядка – Δ³(δ³) – на «скрытую волнистость», когда на кривой чередуются участки с большей или меньшей кривизной.

Следовательно, исследуя поведение разностей ординат, можно судить о характере кривой. При этом плавность линии будет обеспечена, если

а) изменение величин разностей 2-го и 3-го порядка происходит монотонно;

б) отсутствует чередование знака (с плюса на минус) у разностей 2-го порядка;

в) сохраняется знак разности третьего порядка на значительных участках.

При аналитическом согласовании получают плавные линии теоретического чертежа корректируя проектные значения ординат (заданные в таблице плазовых ординат) таким образом, чтобы удовлетворялись изложенные выше критерии.

В настоящее время плазовые работы в основном автоматизированы. В отечественном и зарубежном судостроении разработаны и применяются системы автоматизированного проектирования судов (САПР), в составе которых имеются подсистемы, решающие плазовые задачи математическими методами на основе математических моделей формы и конструкции корпуса судна. Подсистемы содержат так называемые модули, каждый из которых решает определенную задачу.

В отечественном судостроении известны подсистемы АТОПС (автоматизированное технологическое обеспечение постройки судов), СИБОС (система безплазового обеспечения постройки судов), ПЛАТЕР (плазово-технические расчеты) и другие. Все системы и подсистемы решают идентичные задачи и выдают аналогичные результаты. Они различаются в основном используемым математическим аппаратом.

ЛЕКЦИЯ 5

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЛАЗОВЫХ РАБОТ

Почти все крупные предприятия используют в своей работе возможности компьютерной техники, в частности CAD, CAE, CAM технологии, т.к. они предоставляют ряд преимуществ, таких как:

–Совершенствование методов проектирования, в частности, использование методов многовариантного проектирования и оптимизации для поиска эффективных вариантов и принятия решений.

–Повышение доли творческого труда инженера-проектировщика.

–Повышение качества проектной документации.

–Совершенствование управления процессом разработки проектов.

–Частичная замена натурных экспериментов и макетирования моделированием на ЭВМ.

–Уменьшение объёма испытаний и доводки опытных образцов в результате повышения уровня достоверности проектных решений и, следовательно, снижение временных затрат.

В настоящее время ситуация в области систем автоматического проектирования (САПР) техники сложилась таким образом, что образовался разрыв между специализированным информационным и программным обеспечением, реализующим проектный расчет изделий на различных этапах проектирования (специализированные САПР), и инструментальными средствами проектирования на ЭВМ.

CAD, CAE, CAM системы предназначены для комплексной автоматизации проектирования, конструирования и изготовления продукции. В них фактически объединены три системы разного назначения, разработанные на единой базе, аббревиатуры которых расшифровываются следующим образом:

CAD – Computer Aided Design – компьютерная поддержка конструирования;

САЕ – Computer Aided Engineering – компьютерная поддержка инженерного анализа;

САМ – Computer Aided Manufacturing – компьютерная поддержка изготовления;

Этап конструирования (CAD, САЕ) предполагает объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерный анализ на расчётных моделях высокого уровня, оценку проектных решений, получение чертежей.

Этап технологической подготовки производства (АСТПП) – на Западе называют САРР (Computer Automated Process Planing) – предполагает разработку технологических процессов, технологической оснастки, управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ. Сюда входит задача САПР ТП – разработка технологической документации (маршрутной, операционной), доводимой до рабочих мест и регламентирующей процесс изготовления детали. Конкретное описание обработки на оборудовании с ЧПУ в виде управляющих программ вводится в систему автоматизированного управления производственным оборудованием (АСУПР), которую на Западе называют САМ.

САЕ системы, используемые для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых узлов и деталей, охватывают широкий круг задач моделирования упругонапряженного, деформированного, теплового состояния, колебаний конструкции, стационарного и нестационарного газодинамического и теплового моделирования с учетом вязкости, турбулентных явлений, пограничного слоя и т.п. Наиболее распространены САЕ-системы, использующие решение систем дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов (МКЭ). Они делятся на универсальные системы анализа с использованием МКЭ и специализированные.

В зависимости от функциональных возможностей, набора модулей и структурной организации CAD, CAE, CAM системы можно условно разделить на три группы: легкие, средние и тяжелые системы.

Легкие системы. Это первый в сложившемся историческом развитии класс систем. К этой категории можно отнести такие системы, как AutoCAD, CAD-KEY, Personal Designer, ADEM, КОМПАС. Они, как правило, используются на персональных компьютерах отдельными пользователями. Такие системы предназначены в основном для качественного выполнения чертежей. Также они могут использоваться для двухмерного (2D) моделирования и трёхмерных построений. Эти системы достигли в последнее время высокого уровня совершенства. Они просты в использовании, содержат множество библиотек стандартных элементов, поддерживают различные стандарты оформления графической документации.

Системы среднего класса. Сравнительно недавно появившийся класс относительно недорогих трёхмерных CAD систем. К нему относятся системы Solid Edge, Solid Works и т.д. Их появление связано с увеличением мощности персональных компьютеров и развитием операционной системы. С их помощью можно решать до 80% типичных машиностроительных задач, не привлекая мощные и дорогие CAD,CAM системы тяжёлого класса. Большинство систем среднего класса основываются на трёхмерном твёрдотельном моделировании. Они позволяют проектировать большинство деталей, сборочные единицы среднего уровня сложности, выполнять совместную работу группам конструкторов. В этих системах возможно производить анализ пересечений и зазоров в сборках

Системы тяжёлого класса. Такие системы предоставляют полный набор интегрированных средств проектирования, производства, анализа изделий. В эту категорию систем попадают CATIA, Unigraphics, Pro/ENGENEER, CADDS5, EUCLID, Cimatron, Ansys, LS-Dyna, Adams, Nastran, ABAQUS. Они позволяют решать широкий спектр конструкторско-технологических задач. Кроме функций, доступных системам среднего класса, тяжёлым CAD,CAM системам доступно:

–проектирование деталей самого сложного типа, содержащих очень сложные поверхности;

–выполнение построения поверхностей по результатам обмера реальной детали, выполнения сглаживания поверхностей и сложных сопряжении;

–проектирование массивных сборок, требующих тщательной компоновки и содержащих элементы инфраструктуры (кабельные жгуты, трубопроводы);

–работа со сложными сборками в режиме вариантного анализа для быстрого просмотра и оценки качества компоновки изделия.

В процессе плазовой подготовки производства необходимо обоснованно выбрать систему CAD/CAM соответствующего уровня сложности.

Плазово-технологическая подготовка производства является заключительным звеном в длинной цепи подготовительных операций, называемых «подготовка производства» судостроительного предприятия. Все мероприятия, направленные на сокращение затрат времени на плазовую подготовку производства являются актуальными, ибо напрямую влияют на трудоёмкость изготовления деталей и формирования судна в целом.

Для целей плазовой подготовки производства сегодня предлагается целая линейка систем CAD/CAM (возможно, с определенными доработками), начиная с чисто судостроительных систем типа TRIBON, FORAN и заканчивая таким популярным пакетом как AutoCAD.

Критерии, по которым следует проводить выбор систем CAD/CAM для целей плазовой подготовки производства можно подобрать на основании опыта применения этих систем на Российских предприятиях и, в частности, ФГУП «Адмиралтейские Верфи» .

Система, понятная любому пользователю (обладающая дружественным интерфейсом), позволит внедрить её в более короткие сроки. Пользователи, работающие в системе, должны быть специалистами только в своей предметной области, а не программисты-математики. Чем больше проблем система решает в «автоматическом» режиме, тем привлекательнее она для человека, работающего с ней. С другой стороны, зачастую необходимо знать, каким именно способом построен тот или иной объект, чтобы понимать как он или его изменения будут влиять на другие элементы геометрии. Каждая операция, требующая действий от человека, должна предоставлять наглядные средства её правильного выполнения. Например, если требуется построить эквидистанту к поверхности, то желательно увидеть прямо на модели в какую сторону она будет отложена, а не задумываться над тем, какая сторона у поверхности положительная, а какая отрицательная.

В настоящее время все передовые системы оперируют для этого с твердыми телами и визуализируют их. Особенно это важно в судостроении, где количество линий, поверхностей, деталей очень велико, а в случае представления всех элементов в виде линий и сеток на экране образуется «каша», разбираться в которой очень непросто. К тому же, из-за больших размеров корабля на экране приходится представлять секции по 12-15 метров.

В силу особенностей судостроительного предприятия данные для судна поступают из самых различных источников – от проектантов, поставщиков оборудования, субподрядчиков, которые работают в различных информационных системах, поэтому система СРП должна читать данные во всех основных форматах обмена информацией. Например, блок насосов был импортирован в систему CATIA из системы Pro/Engineer. И наоборот, выводить сведения в эти форматы, так как в других подразделениях могут использоваться более «легкие» системы – тот же AutoCAD.

В судостроении объект строительства – корабль – очень большой и сложный объект (одних только деталей корпуса от 30 до 50 тысяч), поэтому совершенно необходим многопользовательский режим, и весь проект должен управляться общей системой . Например, при увеличении толщины детали или при изменении формообразующей поверхности автоматически должны измениться примыкающие к ней детали. Общая система обязана давать ответ на вопрос: какие детали и как изменились, то есть если изменения незначительны, например, длина ребра жесткости увеличилась на 0.5 мм, то такое изменение не должно привести к переделке детали, а при значительных изменениях – должны быть оповещены пользователи, работающие далее по технологической цепочке.

Оценка критерия «цена/производительность» – важная характеристика системы. Как правило, желательно использовать совокупность «тяжелых» и «легких» систем. Например, для построения полной модели корабля разумно использовать «тяжелую» систему типа TRIBON, CATIA, а для оформления чертежей – AutoCAD.

Одно из самых главных требований к системе CAD/CAM, применяемой для моделирования корпуса – правильность и точность её работы с геометрией. Причем, хотя точность получаемых на плазе деталей, шаблонов, чертежей и т.д. равна ±1 мм, для обеспечения такой точности необходимо обеспечивать точность работы системы CAD/CAM до долей миллиметра. Это связано с тем, что ошибка в элементе, на основании которого строятся последующие элементы, породит более грубую ошибку, а если на основании уже этих элементов опять строится геометрия, то ошибка возрастет , как лавина.

В системе должно быть много способов построения одних и тех же элементов, то есть система должна быть функционально избыточна. Простой пример – построение окружности различными способами. Например, если оставить способ построения окружности только по параметрам «центр» и «радиус», то этого явно недостаточно, надо ещё строить по трем точкам, из центра и касанием к прямой линии и так далее.

Описание каждого элемента цифровой модели должно содержать все атрибуты, необходимые для его изготовления и монтажа. Например, технолого-нормировочная карта (ТНК), которая отдается в цех. Эта ТНК используется для изготовления детали, формирования карт раскроя, гибки, нормирования работ. Наличие в модели технологических реквизитов позволяет вести расчет интегральных характеристик: массы деталей, длин и массы фасок, припусков, позволяет создавать список материалов, осуществлять глобальный поиск деталей по их атрибутам и так далее. Такая информация позволяет тратить меньше времени на выпуск документов при подготовке производства (в части CAM).

Примером введения атрибутов в модель может служить задание разделки кромок под сварку . Текстовый атрибут является указанием на разделку, точная геометрия которой указана в альбоме сварочных узлов. Данный атрибут должен автоматически переходить в описание детали в виде ТНК и указывать разделку от точки до точки, определённых пользователем.

ЛЕКЦИЯ 6

СКЛАД МЕТАЛЛА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ЕГО ОБРАБОТКА

Заводской склад стали во многих случаях служит не только для хранения, сортировки и конвейерного запуска стали в производство, но также и для правки и очистки стали, поэтому уровень организации работ па складе существенно влияет на дальнейший ход производственного процесса в корпусообрабатывающем цехе.

К основным функциям склада следует отнести: прием металла; учет прихода, расхода и наличия металла па складе; комплектование металла по маркам и типоразмерам, с опережением не менее одного месяца до начала обработки, определяемого графиком поставки металла в корпусообрабатывающий цех; правку листового и профильного проката; подбор и передачу его на линию очистки.

Заблаговременное комплектование металла осуществляют на основании разрабатываемых ОГТ завода ведомостей заказа листового и профильного проката. При этом учитывают возможность поставки металлургическими заводами немерных листов (до 5%) в счет заказа (но не более 10% по отдельным позициям). Немерные листы поставляют с отклонениями от заказных размеров, не превышающими по длине ±25% и по ширине ±15%.

Для конструкций, не рассчитываемых на прочность, изготовляемых из угольников, швеллеров, двутавровых балок, заказ полос профиля всех номеров следует производить по тоннажу, без указания длины полос профиля. Для расчетных конструкций (набор, стрингерный угольник, форштевень и т.п.) допускается заказ полос профиля определенной длины.

Подготовку пачек металла для очистки производят на основании сменного задания с определением даты запуска металла в обработку на одну-две смены.

На современных складах листовой металл хранят в горизонталь­ном положении пачками высотой до 1 м. Нижние листы укладывают на деревянные подкладки, расстояние между которыми должно быть таким, чтобы исключить пластический изгиб листов. Между листами двухслойной стали устанавливают деревянные прокладки для предохранения плакирующего слоя. Иногда пачки листов хранят в специальных поддонах, что облегчает транспортировку пачки специальными автопогрузчиками. Профильный прокат хранят пачками на стеллажах в горизонтальном положении. Расстояния между кронштейнами стеллажей должны быть такими, чтобы исключались остаточные деформации от провисания.

Наилучший вариант хранения листов на расходной части склада – это когда листы скомплектованы по секциям и по заказам. В этом случае сортировку металла и его подачу на обработку обеспечивают крановщик и комплектовщик. Последний, имея карту подачи металла, отбирает нужный металл и мелом проставляет условные шифры, а крановщик, имея аналогичную карту, подает в определенной последовательности листы на транспортные рольганги конвейера.

На судостроительных заводах, обрабатывающих в год до 50 000 т металла, применима принципиальная схема склада стали, приведенная на рис. 6.1. Такая схема склада позволяет выдавать в произ­водство до 70 листов в смену.

Реконструкции существующего складского хозяйства проводится по следующим основным направлениям: механизация погрузочно-разгрузочных работ путем применения специальных магнитных захватов при разгрузке вагонов и специальных поддонов для пачек металла; увеличение грузоподъемности кранового оборудования и создание систем дистанционного управления кранами; создание высокопроизводительных механизированных комплексных поточных линий по правке, очистке, грунтовке и сушке листовой стали с вы­сокой автоматизацией управления, как на отдельных операциях, так и в целом на поточной липни; создание автоматически работающих правильных вальцов с саморегулируемыми устройствами (автоматическая установка требуемого зазора и наклона валков). Полная механизация и автоматизация работы склада позволяет в 3–8 раз уменьшить затраты труда и обеспечить быструю и бесперебойную подачу металла в производство.

Рис. 6.1. Склад стали

1–входная часть склада; 2–железнодорожная колея; 3–козловой кран;

4–перегружатель; 5–входной рольганг; 6–вальцы; 7–рольганг накопитель;

8–трансбордер; 9–тележка-раскладчик; 10–расходная часть склада;

11–трансбордер; 12–рельсы.

Поступающий на судостроительные заводы прокат, как правило, имеет отклонения от плоскостности (листы) или прямолинейности (балки профиля), величины которых часто превышают допускаемые (до 3 мм/м и до 10 мм на всю длину проката). Отклонения обусловлены неравномерным обжатием листов при их горячей прокатке на металлургических заводах и последующим неравномерным охлаждением листов и профилей, деформированием в процессе перевозки и многочисленных грузовых операций.

Подобные отклонения ведут к погрешностям при изготовлении деталей. Поэтому в КОЦ обработку проката начинают с предварительной правки, которая заключается в создании в укороченных волокнах проката деформаций растяжения.

Правку изгибом выполняют в основном на валковых листоправильных машинах, основные элементы которых представлены на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема правки листового проката в валковой листоправильной машине

1 – вспомогательные валки; 2 и 5 – верхние и нижние рабочие валки;

3 – траверса; 4 – рольганг; в – выправленный прокат.

Лист за счет сил трения затягивается между двумя рядами валков правильной машины и многократно изгибается между ними, отчего укороченные волокна растягиваются. Число проходов зависит от исходного состояния и толщины проката, квалификации рабочего и не превышает пяти. Степень изгиба проката при правке определяется величиной зазора между нижними и верхними рабочими валками, зависящего от марки материала (его пластичности), толщины, соотношения длины и ширины листа, величины имеющейся местной погиби. Зазор устанавливают перемещением траверсы станка.

Диапазон толщин металла, который можно править на одних вальцах, как один к четырем(более тонкий металл не выправляется, а более толстый разрушит механизм).

Количество валков в правильных вальцах колеблется от 5 до 21. Чем больше число валков, тем более качественной и производительной будет правка. Тонкие листы и листы с высоким пределом текучести требуют для качественной правки большего количества валков. Многовалковые листоправильные вальцы применяются для холодной правки стальных листов толщиной до 50 мм и шириной до 5000 мм.

Вальцы выполняют двух типов (рис. 6.3): с параллельными рядами валков и индивидуальной регулировкой крайних валков и с непараллельными рядами валков.

В вальцах с параллельным расположением валков один ряд имеет регулировку по высоте на величину прогиба листа. Кроме того, крайние валки также имеют индивидуальную регулировку: передний валок для удобного введения листа в валки, а задний – для обеспечения прямолинейного выхода листа на рольганг. При наклонной верхней каретке дополнительные валки не требуются.

Рис 6.2 Схема установки валков перед правкой:

а – на вальцах с параллельным перемещением валков; в – в машинах с поворотным верхним рядом валков.

Зазор между валками выполняется меньше толщины обрабатываемого металла и рассчитывается

мм,

где S – толщина листа в мм;

σ_т – предел текучести в МПа;

t – шаг между валками в мм,

K – коэффициент, учитывающий упругую зону (1–для валков с наклонной кареткой; 0,25–для 5-9 валков и 0,2–для 11 и более валков при параллельных валках);

E – модуль упругости металла в МПа (2,15*10⁵ – для низколегированной и 2,03*10⁵ – для высокопрочной сталей).

Эти параметры вносятся в шильдик вальцев.

Правка растяжением выполняется па правильно-растяжных машинах и может применяться для тех материалов, у которых отношение предела прочности к пределу текучести больше 1,15–1,20. Этому требованию удовлетворяет преобладающее большинство судостроительных сталей.

Лист закрепляется по торцевым кромкам в зажимных губках машины, которые под действием гидравлического цилиндра с усилием до 1500 т расходятся, растягивая лист в продольном направлении. В результате пластического удлинения сжатых волокон до уровня растянутых лист выравнивается.

Правка на правильно-растяжных машинах повышает производительность труда в 6–8 раз по сравнению с применением валковых машин, при этом точность правки на правильно-растяжных машинах выше. При растяжении на 1—2% выравниваются все искривления листа или профиля, причем механические характеристики металла сохра­няются в пределах допусков. Машины хорошо вписываются в поточные линии. Основной их недостаток – повреждение поверхности листа насечкой, остающейся от зажимных губок, что требует отрезки концов листа длиной до 300 мм.

Правка в трехвалковых гибочных машинах толстых листов из высокопрочных сплавов выполняется при недостаточной мощности листоправильных машин за два перехода с переворачиванием, а также на гидравлических прессах свободной гибкой.

Профильный прокат правят на горизонтально-гибочных прессах типа «Бульдозер», на роликовых правильных машинах (многократным перегибом подобно правке листов в листоправильных вальцах), на растяжных машинах, а также на гидравлических прессах. Допускается местная волнистость не более 2 мм на метр, а общее искривление не более 8 мм на длину полосы профиля.

Прокат, поступающий на судостроительный завод, покрыт слоем окалины и пятнами ржавчины, а также имеет загрязнения. Окалина образуется при горячей прокатке стали. Ржавчина – результат хранении металла на открытом воздухе. И окалина и ржавчина по химической природе являются окислами железа. Для дальнейшей обработки прокат необходимо очистить и покрыть антикоррозионным составом, защищающим металл от коррозии на весь межоперационный период.

Основной способ очистки проката толщиной свыше 4 мм – механический. Для проката меньшей толщины применяют химическую очистку. Механическую очистку дробеметным способом выполняют на поточной линии, имеющей также позиции нанесения антикоррозионного покрытия и сушки окрашенной поверхности. Существуют линии, работающие при вертикальном и горизонтальном положении листа и процессе очистки. Схема линии приведена на рис. 6.4. Подачу проката на линию осуществляют поперечной транспортной системой 1, куда лист укладывается перегружателями или кранами. Далее по рольгангу 2 прокат поступает в камеру предварительной сушки 3, где его нагревают газовыми горелками до 70–80°С. Жировые загрязнения при этом сгорают. Нагрев ослабляет связь окалины с основным металлом, так как они имеют разные коэффициенты линейного расширения. По про­межуточному рольгангу прокат поступает в дробеметную камеру, где на поверхность листа из турбинок дробеметной камеры 5 со скоростью до 80 м/с выбрасывается чугунная или стальная дробь диаметром 0,5–2,5 мм. Сбиваемые окалина, ржавчина и отработанная дробь попа­дают в сепаратор, где дробь отделяется и поступает для повторного использования, а частицы измельченных окалины и ржавчины отсасывают и удаляют (устройство дробеметной камеры приведено на рис. 6.5). По промежуточному рольгангу 6 прокат подается в окрасочную камеру 7 для нанесения антикоррозионного покрытия и далее в камеру сушки 8 и по выходному рольгангу 9 – в зону действия поперечной транспортной системы 10.

Поточные линии с горизонтальным расположением листа используют и для обработки профильного проката. Скорость движения проката на линиях 1-3 м/мин, а годовая производительность до100-300 тыс. пог. м. Для профильного проката, если объем перерабатываемого металла велик, устанавливают отдельные линии.

Химическую очистку тонких (толщиной менее 4 мм) листов выполняют травлением в 15-20% растворе ингибированной соляной или серной кислоты в течение 1-3 ч. в зависимости от марки материала и состояния поверхности проката. Окислы в кислоте растворяются и после травления смываются проточной холодной водой, поверхность листов нейтрализуют в 3-5% растворе кальцинированной соды в течение 3-5 мин и окончательно промывают водой.

В настоящее время в Российском НИИ разрабатывается метод и оборудование для вакуумной электродуговой очистки металла. Данный процесс основан на возникновении множественного малоамперного дугового разряда «срывающего» с металла окалину и ржавчину. Эксперименты, проведенные на макете установки, подтвердили высокое качество очистки, экологическую чистоту процесса, эффективность за счет отсутствия расходных материалов (дроби, химических реактивов) и снижения металлоемкости технологического оборудования.

Для защиты очищенного металла на период постройки судна его грунтуют. На очищенные поверхности наносят фосфатирующий раствор, или синтетический грунт. Такое покрытие защищает металл на срок 3–6 месяцев. По сравнению с механической химическая очистка имеет тяжелые и опасные условия труда, трудности с утилизацией отходов, поэтому осуществляется только при необходимости работы с большими объемами тонколистового металла.

Предварительной обработке подвергают весь поступающий на завод прокат, после чего в зависимости от вида резки он направляется на разметку или на тепловую резку на машинах с ЧПУ, т. е. на основные операции обработки.

Рис. 6.4 Поточная линия обработки металла

Рис. 6.5. Дробеметная камера

1–дробеметный аппарат; 2–внутренняя обшивка камеры; 3–загрузочная воронка; 4–элеватор; 5–сепаратор; 6–расходный бункер дроби; 7–вытяжной трубопровод; 8–очищаемый лист; 9–вентилятор.

При разметке на прокат наносят контуры деталей в натуральную величину с учетом припусков на обработку, а также базовые и контрольные линии и линии притыкания смежных деталей. Одновременно детали маркируют. Разметку деталей выполняют в тех случаях, когда предусматривается механическая резка, тепловая ручная или резка переносными машинами. Существует разметка ручная по эскизам и по шаблонам, на машинах с ЧПУ. Сохранилась еще и фотопроекционная разметка.

По эскизам размечают простейшие листовые детали с прямолинейными кромками, без внутренних или кромочных вырезов. Все необходимые построения разметчик выполняет на металле. Прямые линии наносят чертилкой по металлической линейке или отбивают для большей видимости намеленной ниткой. Размеры измеряют рулеткой не ниже второго класса точности. На металле разметку фиксируют кернением.

Разметка по шаблонам заключается в том, что шаблоны деталей обводят чертилкой и затем линии кернят. Метод болee точен и требует меньших трудозатрат по сравнению с разметкой по эскизам, однако необходимо обеспечить изготовление и хранение шаблонов, поэтому его целесообразно применять при изготовлении большого количества одинаковых деталей. Детали из профильного проката размечают (по длине) и маркируют по эскизам.

При изготовлении все детали корпуса маркируют, нанося основную, дополнительную и вспомогательную маркировку. Основная марка включает заводской номер строящегося заказа, марку стали, номер рабочего чертежа секции и номер детали. Дополнительная марка содержит ориентирные надписи (нос, корма, верх, левый борт, ДП и т. п.), номера шпангоутов, указания по обработке кромок, величине припуска при резке. Вспомогательная марка состоит из общих указаний, например, «вырез вскрыть после сборки». Маркируют и так называемые деловые отходы – часть листа, не занятую деталями. Деловые отходы в дальнейшем могут использоваться для изготовления деталей другого технологического комплекта. Маркирование выполняют вручную специальными маркерами.

Для автоматизации маркирования деталей в судостроении было разработано несколько машин с ЧПУ. Машины АМУ-62 и «Символ» наносили маркировку соответственно пневмокерном и пневмозубилом. А лазерные машины наносят маркировку методом скрайбирования – образования на поверхности металла канавок глубиной сотые доли миллиметра за счет расплавления металла лучом лазера и последующего удаления расплава струей газа.

Нa многих предприятиях машины с ЧПУ для тепловой резки оснащают специальными разметочно-маркировочными устройствами, с использованием:

– плазменного маркировщика, включающего источник тока и плазматрон для нанесения разметки и марок на металл расплавлением его на глубину 0,03-0,25 мм при ширине линии 0,5-1,0 мм; скорость мар­кирования до 7,5 м/мин;

– специализированных горелок, которые позволяют наносить на лист линии толщиной 5-20 мкм и шириной 0,6-2,0 мм расплавленным и факеле горелки порошком цинка; расход порошка составляет около 0,05 г/м, скорость разметки 1-6 м/мин.

Возможно использование и электрокаплеструйного печатающего устройства. Под действием высокого давления из сопла устройства выбрасывается струя чернил, дробящаяся затем на капли, которые получают электрический заряд определенной величины. Развертку наносимого знака на поверхности металла выполняют по одной координате за счет отклонения заряженных капель электрическим полем, а по другой – путем линейного перемещения печатающей головки.

ЛЕКЦИЯ 7

ТЕПЛОВАЯ РЕЗКА

Резка листов и профилей на детали является ведущей операцией корпусообрабатывающего производства. Трудоемкость тепловой и механической резки деталей составляет 30–40% всей трудоемкости изготовления деталей корпуса судна.

Наиболее распространены сейчас кислородная и плазменная резка.

Тепловая резка производится па стационарных и переносных машинах, а также вручную. Иногда стационарные машины условно называют газорезательными автоматами, а переносные полуавтоматами, и процесс вырезки на них деталей соответственно автоматическим и полу­автоматическим.

В зависимости от вида системы управления стационарные машины для тепловой резки могут работать: по программам, записанным на диске, магнитной ленте или на бумажной перфоленте, по копир-чертежам и по копирам, выполняемым обычно в виде копир-щитов.

Стационарные машины для судостроения выпускаются: с программным управлением и с фотоэлектронным управлением .Первые имеют общее наи­менование «Кристалл»или «Гранат», вторые – «Зенит». Каждый из этих видов машин подразделяется по виду процесса резки (плазменная – Пл или кислородная – К), по размерам обрабатываемых листов – (максимальная ширина разрезаемого листа в метрах указывается в обозначении машины) и по количеству одновременно обрабатываемых листов.

Максимальная скорость перемещения резака на этих машинах составляет 4 м/мин.

Для вырезки прямоугольных листов и разрезки листов на полосы находят применение машины с позиционным программным управлением, не требующие составления программ или вычерчивания копир-чертежей. Машина имеет три портала: средний перемещается вдоль обрабатываемого листа по рельсам, причем закрепленные на нем резаки производят резку продольных кромок листа или разрезку листа на полосы; торцевые порталы устанавливаются перед резкой в требуемое положение ( при резке они не­подвижны), но ним каретки также несут резаки, которые обрезают торцевые кромки листа. Все резаки работают одновременно, что значительно сокращает время резки. Максимальная скорость перемещения резака 2 м/мин.

Машины, работающие по копирам и по копир-щитам, широко распространенные раньше, в настоящее время потеряли свое значение. Однако, они находят применение на заводах для вырезки мелких деталей, например, фланцев.

Переносные газорезательные машины представляют собой самоходные тележки, перемещающиеся по уложенным на разрезаемый лист направляющим. Тележка несет один или два резака. Переносными машинами вырезаются детали с прямолинейными кромками и кромками, имеющими незначительную кривизну, а также производится разделка кромок под сварку (снятие фасок и ласок). При разделке кромок резак устанавливается под заданным углом к поверхности листа. В зависимости от требуемой формы разделки выполняется от одного до трех проходов по каждой кромке. Однако можно выполнить разделку за один проход, объединив резаки в блок. При этом резаки в блоке должны быть смещены вдоль направления резки, чтобы струи кислорода не пересекались друг с другом.

Ручная тепловая резка применяется в ограниченном объеме – для вырезки деталей из профильного проката, разрезки перемычек между деталями или резки отходов на куски, удобные для транспортировки и т.п.

В качестве горючего при кислородной резке используются ацетилен С₂Н₂, пропан С₃Н₈, бутан C₄H₁₀ (чаще смесь пропана и бутана), а также природный газ, основной составной частью которого (98%) является метан СН₄. Весьма важной характеристикой горючего является температура пламени и количество теплоты q вводимой пламенем в металл за единицу времени через единицу поверхности, который выражается зависимостью

где –коэффициент теплообмена между пламенем и металлом, ккал/(см²*с*°С) или [кДж/см²*с*°С]; Т_пл–температура пламени, °С; Т_м–температура поверхности нагреваемого металла, °С.

Чем выше температура пламени, тем быстрее нагревается металл до температуры воспламенения его в кислороде и тем выше скорость резки.

Температура пламени в смеси с кислородом составляет для ацетилена 3100-3300, пропана и бутана 2400-2700, природного газа 2000-2200°С.

Скорость кислородной резки в значительной степени зависит от чистоты кислорода. Повышение чистоты кислорода с 99% до 99,8% позволяет увеличить скорость резки без ухудшения качества на 20–25%, т.е. снижает трудоемкость резки.

При кислородной резке часть выдуваемого из разреза расплав­ленного и частично окисленного металла прилипает к нижней кромке листа. Для удаления образовавшегося грата детали приходится переворачивать и зачищать. Грат удаляют вручную с помощью скребка или ручной пневматической машинкой с наждачным кругом. Попытки механизировать этот процесс для крупных деталей пока успеха не имели. Между тем, уменьшив мощность пламени резака и несколько снизив скорость, можно вырезать детали без грата при чистоте кислорода 99,2%, но из-за значительного снижения ско­рости резки (табл. 7.1) этот процесс экономически невыгоден. Увеличение же чистоты кислорода до 99,7–99,9% обеспечивает безгратовую резку почти без снижения производительности процесса.

Как видно из табл. 7.1, скорость плазменной резки уменьшается с ростом толщины разрезаемого металла значительно быстрее, чем скорость кислородной резки. И хотя для толщины 30 мм она остается более высокой, стоимости кислородного и плазменного процессов резки при этой толщине становятся одинаковыми, так как стоимость электроэнергии, затрачиваемая па резку, больше стоимости газов, применяемых при ацетилено-кислородной резке. Кроме того, пробивка металла толщиной свыше 30 мм плазменной струей при машинной резке сопряжена со значительными трудностями. Поэтому принято считать, что при толщине до 30 мм стальные листы целесообразно разрезать на стационарных машинах плазменным способом, более толстые листы – кислородным.

Таблица 7.1–Скорость основных видов тепловой резки малоуглеродистой стали, мм/мин

	Толщина металла, мм
	5	10	15	20	25	30
Ацетилено-кислородная (обычная)	650	550	500	450	410	380
То же безгратовая, при чистоте кислорода 99,2%	470	370	330	290	270	260
То же, при 99,7—99,9%	615	545	500	360	350	310
Плазменная в среде воздуха	5000	2000	1500	1100	800	650

Для плазменной резки характерны следующие преимущества по сравнению с кислородной резкой: увеличение производительности оборудования и рабочих вследствие высоких скоростей резки; универсальность процесса (благодаря высокой температуре плазмы разрезаются любые металлы); уменьшение тепловых деформаций вырезаемых деталей, так как в металл вносится тепла в несколько раз меньше, чем при кислородной резке; отсутствие при правильном режиме грата на кромках. Главными ее недостат­ками являются усложнение условий труда и в некоторых случаях неблагоприятное воздействие на процесс последующей сварки деталей. Яркая плазменная дуга ослепляет окружающих и является источником шума, поэтому на стационарных машинах резак должен заключаться в светозащитный кожух. Образующиеся при резке озон, окись азота и другие вещества, неблагоприятно влияют на человеческий организм, в связи с чем раскроечные столы должны снабжаться эффективной вытяжной вентиляцией, без которой применение плазменной резки недопустимо.

При воздушно-плазменной резке конструкционных сталей наблюдается увеличение содержания азота в слоях, прилегающих к поверхности реза (до 0,33% при содержании азота в исходном металле 0,018%). При последующей сварке деталей толщиной менее 12 мм под слоем флюса отмечено из-за этого образование пор и свищей. Для других способов сварки подобного явления не на­блюдалось. Замена воздушпо-нлазмеппой резки кислородно-плазменной снижает газонасыщение кромок и способствует нормальному протеканию процесса сварки. Однако наименьшее газонасыщение достигается применением смеси воздуха или кислорода с водой. Для этого созданы резаки специальной конструкции, в которых плазменная струя окружена тонкой водяной завесой. Этот способ рекомендуется в основном для резки малоуглеродистых, низко- и среднелегированных сталей. Кислород, содержащийся в плазмообразующем газе, реагируя с железом, повышает тепловыделение в зоне реза, что позволяет повысить скорость резки. Для резки высоколегированных сталей, меди, латуни и бронзы рекомендуется применять азот, а для алюминиевых сплавов – смесь аргона с водородом.

Лазерные технологии резки пока не нашли широкого применения, хотя судостроение явилось одной из первых отраслей промышленности, проявивших интерес к технологическим лазерам. Так получилось прежде всего из-за отсутствия на рынке промышленных образцов технологических лазеров необходимой мощности (не менее 2 кВт для резки деталей корпусов судов и 15 кВт для сварки корпусных конструкций), отличающихся надежностью работы в типичных для судокорпусостроения тяжелых производственных условиях.

Лазерная резка обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с плазменной или кислородной резкой. Это, прежде всего, высокая точность вырезки деталей при практическом отсутствии их тепловых деформаций, обеспечиваемая благодаря минимальной ширине реза; отсутствие скоса кромок и минимальные газопылевые выбросы, легко удаляемые за счет местного отсоса небольшой мощности. При использовании в составе машин лазеров мощностью 3-4 кВт становится возможной прецизионная резка листовых деталей толщиной до 20 мм. При этом увеличение затрат на резку деталей окупается за счет исключения пригоночных работ при сборке конструкции корпусов судов.

Маркирование и разметка деталей, вырезаемых на машинах лазерной резки с ЧПУ, может осуществляться с помощью того же лазера что превращает эти машины в своего рода обрабатывающие центры.

Существующие в настоящее время технология и оборудование для тепловой резки пока не обеспечивают точности, полностью устраняющей необходимость пригонки при сборке.

Погрешности тепловой резки на машинах с программным управлением вызываются, с одной стороны, неточностью работы машин, с другой – тепловыми деформациями вырезаемых деталей. Для машин с фотоэлектронным управлением к ним добавляются погрешности вычерчивания копир-чертежа, а при резке по разметке на переносных машинах – погрешности разметки контура детали.

Для уменьшения тепловых деформаций необходимо указывать на картах раскроя или па копир-чертежах последовательность вырезки деталей. Сначала следует вырезать узкие и длинные детали, которые при раскрое листа должны по возможности распо­лагаться у одной из продольных кромок. Начало и направление реза каждой детали назначают так, чтобы кромка, соединяющая деталь с основной частью листа, отрезалась в последнюю очередь. Иногда, особенно при вырезке длинных и узких полос, оставляют перемычки – участки непрорезаемого металла длиной 12–15 мм, которыми детали скрепляются друг с другом и с неразрезанной еще частью листа. Перемычки разрезают вручную после остывания листа.

ЛЕКЦИЯ 8

МЕХАНИЧЕСКАЯ РЕЗКА

Под механической обработкой понимают процессы изменения формы и размеров заготовок, связанные с механическим воздействием

Рис.8.1 Способы механической резки листовых материалов:

а–на гильотинных ножницах s <50 мм; б–однодисковых s<40mm; в–дисковых с параллельными ножами s <30 мм; г–дисковых с наклонным нижним ножом s <30 мм; д–дисковых с наклонными ножами s<20 мм; e–вырубными штампами; ж–на вибрационных ножницах s < 10мм.

режущего инструмента на обрабатываемую поверхность. Наибольшее применение в корпусообрабатывающих цехах имеет механическая резка. Различные способы резки листовых материалов приведены на рис. 8.1.

Наибольшее применение в современных корпусообрабатывающих цехах имеют гильотинные ножницы (рис. 8.1, а) с длиной ножа 2–5 м (иногда и более). В старых конструкциях гильотин, ножи приводились в движение с помощью кривошипных или эксцентриковых механизмов. Современные ножницы выполняются обычно гидравлическими.

Для резки длинных листов с повышенной точностью применяют также однодисковые ножницы (рис. 8.1, б) с прямолинейным нижним ножом. Дисковые ножницы (рис. 8.1, в, г, д) применяются главным образом для резки сравнительно тонких листов. Наклон их ножей облегчает вырезку деталей с криволинейными кромками. Поворот листа в его плоскости в процессе резки осуществляется вручную.

Пресс-ножницы с короткими прямыми ножами) длиной до 500 мм применялись для резки листов толщиной до 20 мм. Такие же пресс-ножницы, но с фигурными ножами находят применение для резки сортового проката (круглого, квадратного, шестигранного) и некоторых видов фасонного, например, углового.

Вибрационные ножницы (рис. 8.1, ж) выполняют резку коротким ножом материала толщиной до 10 мм. Число ходов ножа от 500 до 3300 в минуту при величине хода от 2 до 10 мм. Подобными ножницами можно производить резку как по прямой, так и криволинейную.

Для закрепления листа при резке от сдвига на гильотинных ножницах применяются механические, пневматические или гидравлические прижимы. Ножницы имеют задние упоры, которые можно использовать при резке листов на полосы одинаковой ширины без разметки после настройки упора на заданную ширину.

В процессе резки листа на гильотинных ножницах листы надо подавать и поддерживать. Для этого на полу цеха перед ножницами устанавливаются стойки, на которых укреплены опорные ролики, позволяющие перемещать лежащий на них лист в любом направлении. Для облегчения уборки вырезанных деталей за ножницами иногда устанавливают специальную тележку, на которую подают вырезанные детали и отходы.

В процессе резки (рис. 8.2) листового материала ножницами происходит сложное деформирование материала, состоящее из трех последовательных стадий:

а) упругой, пока напряжения не превосходят предела текучести σ_т;

б) пластической, когда напряжение в металле, превысив σ_т, достигает максимума, соответствующего сопротивлению срезу (сдвигу). При этом наибольшие деформации направлены по линиям (поверхностям) скольжения, начинающимся у острия режущих кромок ножей. Ножи вдавливаются в металл на 0,2–0,5 его толщины;

в) стадии скалывания, при которой происходит образование микро- и макротрещин, направленных

Рис. 8.2. Схема механиче­ской резки листа.

1–разрезаемый лист; 2–прижим; 3,4–ножи; 5– стол; а–зазор между ножами;

α–угол отклонении от вертикали плоскости движении ножевой балки.

По поверхностям скольжения и вызывающих отделение одной части материала от другой по линии скалывания . Таким образом, металл разделяется на две части раньше, чем ножи сомкнутся. На кромке отрезанного листа четко выделяются две зоны: узкая блестящая полоска, соответствующая пластической стадии деформирования, и более широкая матовая – зона скалывания. В связи со сложным деформированным состоянием металла в процессе резки и неоднородностью силового поля усилие резки определяют приближенно, исходя из действия по всей поверхности реза одинаковых напряжений – сопротивления срезу σ_ср.

Это – условная технологическая величина (не являющаяся механической характеристикой металла), которая объединяет все виды сопротивления разрезаемого металла и учитывает упрочнение металла к моменту скалывания. При существующих скоростях движения ножей на ножницах можно принимать для конструкционной стали σ_ср=(0,80-0,86)σ_в, где σ_в – предел прочности стали.

При резке наклонным ножом (рис. 8.3) усилию внедрения ножа в металл противостоит в каждый момент времени часть листа в виде треугольника, заштрихованного на рисунке. Площадь этого треугольника составляет

Рис..8.3. Схема резки на гильотинных ножницах.

1, 2 – верхний и нижний ножи; 3– разрезаемый лист.

Усилие резки (Р) будет

В современных конструкциях гильотинных ножниц угол λ лежит в пределах от 0,5 до 6°, причем его нужно уменьшать при резке материала малой толщины и увеличивать с ростом толщины металла. Таким образом снижается усилие резки толстых листов.

Изменением угла отклонения верхнего ножа от вертикали в пределах от 0 до 4° (это достигается в современных ножницах поворотом ножевой балки, в которой закреплен верхний нож) можно улучшить качество обрезанной кромки и обеспечить ее перпендикулярность. Максимальные значения угла устанавли­вают при резке материала большей толщины.

Для простоты заточки ножей их грани часто делают взаимно перпендикулярными.

Зазор между ножами (а – рис. 8.2) необходим для исключения наскакивания верхнего ножа на нижний, под влиянием «затягивания» разрезаемым металлом. Он зависит от толщины металла и состав­ляет от 0,1 до 1 мм.

Металл в зоне реза в результате наклепа упрочняется при одновременном понижении пластичности и ударной вязкости. У сталь­ных листов толщиной 4–20 мм ширина упрочненной зоны (вглубь листа) лежит в пределах 1,5–5 мм. Поэтому свободные (несвариваемые) кромки ответственных деталей, испытывающих знакопеременные нагружения, после механической резки иногда подвергают строжке или фрезеровке для удаления упрочненного слоя, имеющего к тому же микротрещины.

Основным достоинством механической резки по сравнению с тепловой является высокая производительность этого процесса. Однако механическая резка сопряжена с ручным трудом, требующим к тому же приложения значительных физических уси­лий при установке листа относительно ножей. Кроме того, при обрезке узких полос они получают винтообразную деформацию, выправлять которую весьма сложно. Наконец, механическая резка плохо поддается автоматизации.

Точность вырезаемых деталей зависит от качества настройки и заточки ножей и от точности разметки, а также наведения линии реза под нож. Согласно отраслевой документации, допуски габаритных размеров деталей с прямыми кромками составляют от ± 1,5 мм до ±2,5 мм в зависимости от длины листа.

Мелкие листовые детали целесообразно при большом их количестве не вырезать, а вырубать с помощью штампов (рис. 8.1, е). Для штамповки чаще применяются кривошипные и эксцентриковые прессы, реже гидравлические.

Разделка кромок деталей под сварку (снятие фасок) иногда выполняется на специальном станке СКС-25 (рис. 8.4). Режущий вращающийся диск 2 имеет зубья, которые врезаются в металл детали 1. Усилие резания прижимает деталь к упорам 3 и одновременно, заставляет ее скользить вдоль упоров со скоростью υ, равной окружной скорости на режущей кромке диска.

Для облегчения перемещения детали ее укладывают на валики 4. Станок предназначен для разделки кромок небольших деталей (кницы, бракеты), так как последние укладываются на стол и снимаются вручную. Для зачистки кромок может быть использована шлифовальная установка (рис. 8.5).

Сверление деталей в корпусообрабатывающих цехах и зенкование отверстий (изготовление конического, например, отверстия под головку потайной заклепки или винта) производят на радиально-сверлильных станках, которые удобны тем, что при обработке деталь лежит неподвижно, а к центру отверстия подводится сверло.

Рис. 8.4. Схема разделки кромок на станке СКС-25.

Рис. 8.5. Шлифовальная установка для подготовки кромок деталей под сварку

Для вырезки деталей можно использовать и гидрорезку. Принцип основан на разрушении материала в зоне реза под ударным воздействием тонкой струи воды сверхвысокого давления. Добавление к воде полимеров или абразивов оказывает большое влияние на режущие свойства струи и позволяет увеличить толщину разрезаемого материала. Основные параметры гидрорезания: давление струи 1500-2000 МПа, скорость струи 540-1400 м/с, мощность установки 5-8 кВт, расход воды 0,5-25 л/мин, диаметр сопла 0,05-0,5 мм, ширина реза 0,1-0,8 мм. К преимуществам гидрорезания следует отнести высокую точность peзки, отсутствие тепловых деформаций и светового излучения, возможность резки различных материалов. Однако скорость резки по сравнению с тепловой пока невелика и высока энергоемкость способа.

ЛЕКЦИЯ 9

ГИБКА ДЕТАЛЕЙ

В основном, при разработке технологических процессов гибки возникает необходимость в расчете усилий, пружинения и предельно допустимых радиусов гибки.

Для определения параметров пластического изгиба зависимость между напряжениями и деформациями принимают в соответствии с диаграммой истинных напряжений (штриховая линия на рис. 9.1, а), получаемой по результатам испытания образцов на растяжение. Напряжение определяется отношением усилия к действительной площади поперечного сечения образца в момент деформации (а не к начальной площади, как обычно). По оси абсцисс откладывают относительное удлинение δ, относительное сужение ψ или истинную относительную деформацию е (рис. 9.1, а), определяемую по формуле:

где – длина образца в фиксированный момент деформации;

– начальная длина образца.

Для упрощения математических зависимостей диаграмму истинных напряжений можно, линейно аппроксимируя, представить в виде ломаной линии (сплошная линия на рис. 9.1) из трех прямолинейных участков: / – упругих, // – небольших пластиче­ских деформаций, характеризующихся интенсивным упрочнением, и /// – значительных пластических деформаций. Участки / и // соответствуют линейному изгибу бруса (учитываются только тангенциальные напряжения), участок /// – объемному.

Наклон прямых // и /// определяется тангенсами tgφ₁ и tgφ₂ которые характеризуют интенсивность упрочнения материала при пластической деформации и называются модулями упрочнения П₁ и П₂,. Для углеродистых сталей первые два участка диаграммы истинных напряжений целесообразно принять по рис.9.1, б, тогда

где – истинное напряжение, соответствующее наибольшей рав­номерной относительной деформации (моменту появления шейки при растяжении образца); – соответствующее относительное удлинение; коэффициент для судостроительных сталей.

По рис.9.1, а находим .

Отношение называется относительным модулем упрочнения. Для стали ВСТЗ k₀=11,6, для сталей 10ХСНД и 09Г2 k₀=14.

Рис. 9.1. Действительные (---------) и упрощенные (—)