Учебник Спецсуда

Воснове принципов базовости лежит идея интегрально-базовой модели (ИБМ): создавать подводные лодки, максимально похожие друг на друга с отличием по вооружению.

Носовая часть ПЛ, содержащая гидроакустику, торпедный, жилой и аккумуляторные отсеки, центральный пост, а также кормовая часть, включая энергетические отсеки, рули, вспомогательные механизмы, в принципе, могут быть унифицированы и подходить для всех ПЛ одинаковых классов. Отличия могут быть в размещении ракетного и торпедного оружия. Постройка кораблей, создаваемых на принципах базовости, позволяет обеспечить существенное снижение трудоемкости.

Воснове понятия «технологичность» лежат главным образом требования по обеспечению надлежащего качества и заданных эксплуатационных требований создаваемой конструкции при минимальной трудоемкости и стоимости работ. Исходя из изложенного можно сформулиро-

вать следующие принципы решения вопросов технологичности:

технологичность конструкций следует определять исходя из экономической целесообразности (стоимости) при принятых условиях

эксплуатации, постройки и проектирования;комплексно-системный подход к решению вопросов

технологичности следует применять на всех стадиях жизненного цикла корабля.

Внастоящее время еще нет единой методики, по которой можно определить и проверить показатели технологичности, но одной из характеристик ее является трудоемкость. Кроме того, это также одна из главных составляющих основных положений по технологии постройки.

При постройке кораблей и судов в настоящее время наиболее широко

применяются четыре вида трудоемкости: технологическая, норма трудоемкости, плановая и фактическая. Определение и назначение каждого вида трудоемкости изложены в соответствующих инструктивных материалах и учебно-методических изданиях.

В последнее время в отрасли появились новые виды трудоемкости: полная, технологическая, трудоемкость обслуживания и трудоемкость управления производством. Их появление обусловлено унификацией системы учета и нормирования трудоемкости во всех отраслях промышленности, но широкого применения при постройке кораблей и судов эти виды трудоемкости пока не нашли.

Изложенные выше основные положения по технологии постройки подводных лодок являются информационной базой, определяющей разработку документации по организации строительства и управлению постройкой кораблей.

На современных судостроительных предприятиях заказы судостроительного и несудостроительного профиля составляют большое количество. При наличии на предприятии значительного числа производственных цехов и работающих в них успешное управление постройкой кораблей и производственно-технической деятельностью - большая и сложная задача. Практика показывает, что деятельность такого предприятия может быть обеспечена при четкой технологической специализации и взаимосвязи всех производственных звеньев, грамотном распределении работ между всеми исполнителями (участками, цехами), четком определении потребности в материалах, оборудовании и количестве работающих по всем направлениям и специальностям.

Для своевременной подготовки производства к успешному строительству кораблей нового проекта и прогнозирования производственнотехнической, экономической, финансовой, кадровой и материальной деятельности и управлению постройкой корабля разрабатывается комплекс организационно-технологических документов по технологии и организации постройки. В современных условиях эта разработка осуществляется в четыре этапа.

Первый этап - разработка организационно-технологических документов, определяющих проектную технологию и организацию постройки корабля на стадиях эскизного и технического проектирования, включая организационно-технологическую схему постройки корабля. В состав документов этого этапа входят:

генеральный график создания головного корабля, разрабатываемый проектантом и предназначенный для организации функционирования систем контроля за процессом создания корабля руководителем предприятия. В него входят графики:

выпуска рабочих чертежей по разделам;оформления заказной документации на материалы и оборудо-

вание;подготовки производства к строительству головного корабля;

выдачи в производство технологической документации. Генеральный график определяет сроки закладки корабля, его спуска

на воду и другие важнейшие этапы постройки;

проектная технология и организация постройки корабля, раз-

рабатываемые проектантом с участием завода-строителя, в которых описаны основные положения по технологии и организации постройки корабля в целом и по отдельным видам производства. Проектная технология и организация постройки корабля являются первичным организационно-технологическим документом, предопределяющим остальные организационные и технологические документы завода-строителя в ЭТОМ

документе содержатся основные положения ПО технологии И организации постройки головного и серийных кораблей; схема размещения

производства на заводе-строителе; расчет трудоемкости постройки головного и серийных кораблей;

технологический график постройки корабля, составляемый за-

водом-строителем для организации и управления постройкой корабля на уровне главных специалистов предприятия. Он содержит комплекс ор- ганизационно-технологических документов, основными из которых являются: сетевая модель постройки судна; таблица удельных значений и распределения трудоемкости по цехам; график технической готовности головного корабля и таблицы технической готовности серийных кораблей; графики комплектации корабля изделиями внешней поставки и изделиями собственного изготовления;

ведомости технологических комплектов верфи, разрабатываемые заводом-строителем и предназначенные для организации, планирования и учета производства цехов. Технологическим комплектом (ТК) называют совокупность работ определенного вида, выполняемых в строгой технологической последовательности цехом или участком цеха в течение месяца. ТК - основная планово-учетная единица, используемая для расчета затрат, планирования и учета объемов производства и основной (обязательной) номенклатуры цеха или участка на месяц и квартал. Он отвечает на вопросы: что делать, когда делать и кому делать и является стержнем, на котором держится управление постройкой корабля. Конкретные указания по созданию ведомостей технологических комплектов приведены в соответствующих инструктивных материалах;

график подготовки производства к постройке головного и се-

рийных кораблей, разрабатываемый заводом-строителем и устанавливающий масштабы своевременного выполнения работ по всем видам подготовки производства к постройке кораблей нового проекта. В график подготовки производства включаются разделы:

конструкторский с указанием сроков и условий поставки технической документации и рабочих чертежей;

технологический с мероприятиями по выпуску технологической документации, в том числе создания и освоения новых видов оснастки, нестандартного оборудования, приспособлений и инструмента;

опытно-конструкторские и технологические работы по изготовлению и испытаниям опытных образцов конструкций и оборудования и новым технологиям;

материально-технический по установлению номенклатуры и

количества материалов и оборудования;

макетирование наиболее сложных отсеков и помещений;

материально-технический по установлению номенклатуры и

количества материалов и оборудования;

организационно-технический с определением новых участков производства, подготовки стапелей, мест стоянки и достройки корабля, развития и совершенствования средств подачи энергоносителей всех видов;

строительство и ввод в эксплуатацию новых производственных мощностей, новых зданий и сооружений, нового кранового оборудования, транспортных средств всех видов, технологического оборудования. Сроки исполнения всех позиций графика должны исходить из директивных сроков постройки корабля.

Все перечисленные выше разделы работ регламентированы соответствующими нормативными документами.

Второй этап - разработка рабочей технологической документации на все виды работ верфи, составление технических заданий на проектирование средств технологического оснащения и средств механизации, проектирование оснастки и нестандартных средств механизации и автоматизации.

Третий этап - изготовление средств технологического оснащения и средств механизации и автоматизации.

Четвертый этап - корректировка технологической документации и отладка средств технологического оснащения и средств механизации и автоматизации по опыту постройки головного корабля.

Многолетняя практика работы по рассмотренному составу организа- ционно-технологических документов подтверждает правильность деятельности системы подготовки производства и является одной из главных закономерностей производства подводных лодок.

2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КОРПУСА

Большая номенклатура деталей основного и наружного корпусов современных ПЛ определяет необходимость организации их изготовления на основе групповой технологии. К основным типовым группам можно отнести:

листовые детали основного корпуса и внутрикорпусных прочных конструкций (цилиндрической, конической и сферической форм);

профильные детали шпангоутов основного корпуса;

детали внутрикорпусных конструкций из листового проката;

детали внутрикорпусных конструкций из профильного проката;

листовые детали наружного корпуса (плоские, цилиндрической, конической и сферической форм);

профильные детали наружного корпуса.

Высокие механические характеристики используемых материалов, повышенные требования к точности изготовления деталей корпусов ПЛ обусловливают технологические особенности их изготовления по сравнению с деталями корпусов транспортных судов.

При изготовлении отдельных листовых и профильных деталей применяется термическая обработка для снижения твердости после тепловой резки, для снятия остаточных напряжений и получения требуемых механических свойств и т.п. Качественное изготовление деталей корпусов ПЛ требует знания технологических свойств применяемых материалов и особенностей технологических процессов их изготовления.

2.1. Материалы, применяемые при постройке подводных лодок

К конструкционным материалам, применяемым в прочных конструкциях ПЛ, предъявляется целый ряд повышенных требований:

высокая удельная прочность (= 7-15);

высокая пластичность как основного материала, так и соедини- тельных элементов (сварных швов);

высокая усталостная и динамическая прочность;

коррозионная стойкость и устойчивость физико-механических характеристик в диапазоне возможных эксплуатационных температур (от

—35 до +50 °С);

хорошая технологичность и возможность надежного и экономичного соединения отдельных элементов конструкции;

маломагнитность.

Все эти требования обеспечивают прочность, устойчивость, надежность и долговечность корпусных конструкций ПЛ. В свою очередь применяемые сварочные материалы должны обладать прочностными характеристиками металла сварного шва, близкими к характеристикам основного металла, и обеспечивать равнопрочность сварных соединений. Важнейшее значение имеет также технологичность материалов, которая дает возможность изготавливать корпусные конструкции необходимой формы и размеров.

Этим требованиям в значительной степени отвечают высокопрочные, хорошо сваривающиеся термически улучшаемые отечественные стали марок АК и АБ (марки HY в подводном судостроении США). Эти стали позволяют изготавливать отдельные корпусные конструкции и корпуса ПЛ в целом с заранее заданными техническими характеристиками.

Технология обработки сталей этих марок регламентируется соответствующими нормативно-техническими документами и учитывает:

возможные изменения физико-механических характеристик при выполнении операций, связанных с упруго-пластическим деформированием;

состояние поставки сталей с металлургических предприятий;

вид обработки металла при изготовлении деталей (в холодном или горячем состоянии);

толщину обрабатываемого проката и ряд других параметров.

Весь листовой прокат поставляется на судостроительные предприятия в термически обработанном состоянии, а профильный прокат проходит термообработку непосредственно в процессе изготовления из него деталей. На каждый лист металла обязательно наличие сертификата, в котором указывается номер плавки, химический состав, механические свойства, результаты ультразвукового контроля по замерам толщин и на отсутствие расслоений и внутренних дефектов.

Стали марок АК и АБ подвергаются тепловой (газокислородной и плазменной) и механической резке. Гибка может производиться как в холодном, так и в горячем состоянии в зависимости от значения относительного радиуса гибки и марки материала. При отношении радиуса гибки R к толщине изгибаемой детали S меньше 10 гибка выполняется в горячем состоянии.

Сварка этих сталей производится постоянным током на обратной полярности (минус на изделии) ферритными и аустенитными электродами. При автоматической и полуавтоматической сварке применяются марганцовоникелевые и хромоникелевые сварочные проволоки. Применение аустенитных электродов, благодаря высокой пластичности присадочного материала и относительно невысокому значению

временного сопротивления, является эффективным средством, препятствующим появлению околошовных трещин. Равнопрочность соединения основному металлу обеспечивается за счет усиления сварного шва или увеличена его катета.

Наряду со сталями для корпусов ПЛ применяются сплавы титана имеющие небольшой удельный вес (у = 4,5 г/см2) и отвечающие большинству тех высоких требований, которые предъявляются к конструкционным материалам для подводного кораблестроения. Эти сплавы имеют высокую удельную прочность, немагнитны, пластичны, обладают высокой коррозионной стойкостью в морской и пресной воде. Все титановые сплавы в своем составе содержат алюминий (6-8 %), который ослабляет вредное воздействие на свойства сплава водорода и повышает прочность. Кроме этого в состав сплавов входят медь, молибден, ванадий и марганец.

Сплавы титана требуют тщательного соблюдения рекомендованной технологии на всех этапах изготовления из них корпусных конструкций. Они хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодной состоянии, подвергаются всем видам механической обработки, тепловой резке, хорошо свариваются в среде инертных газов (в аргоне). Основными недостатками титановых сплавов являются их высокая стоимость и склонность к коррозии при действии внешних нагрузок, а также необходимость механической обработки после тепловой резки и гибки.

Листовой и профильный прокат, гнутые и штампованные заготовки поставляются на судостроительные предприятия с сертификатом, в котором указываются марка сплава, номер плавки, химический состав, физико-механические характеристики, сведения об отсутствии газонасыщенного слоя, о структуре проката и результаты замеров толщин. При транспортировке и хранении проката и заготовок из титановых сплавов должны предусматриваться меры защиты их поверхностей от механических повреждений. С этой целью используются различные деревянные настилы, прокладки и подушки, вакуумные захваты. При транспортировке заготовок большой массы в районе припусков предусматриваются специальные приливы с отверстиями для застропки.

При тепловой резке в районе реза образуется газонасыщенный (алфированный) слой, для удаления которого должен предусматриваться припуск на механическую обработку 3-7 мм. Заготовки, подлежащие гибке. должны иметь скругление кромок на определенный радиус. Требования титановым сплавам по условиям выполнения гибки в холодном состояний более жесткие, чем для сталей, поэтому большинство гнутых деталей толщиной свыше 40 мм изготавливается горячей штамповкой на специальном оборудовании на металлургических предприятиях.

Сварка титановых сплавов требует обеспечения надежной зашить, зоны сварочной ванны от поглощения 02 и Н2 из атмосферного воздуха. Для этого применяются методы сварки в среде инертных газов или электронно-лучевая сварка в вакууме.

Алюминиево-магниевые сплавы применяются в основном для изготовления легких конструкций ПЛ. Эти сплавы имеют малый удельный вес (у • 2,7 г/см2), хорошо обрабатываются давлением, подвергаются гибке и правке в холодном и горячем состояниях, механической и тепловой резке, а сварка выполняется в среде защитных газов (в аргоне). Однако при тепловой обработке эти сплавы склонны к значительным деформациям. При воздействии внешней нагрузки в морской воде такие сплавы подвержены коррозии.

Широкого применения для изготовления прочных конструкций алю- миниево-магниевые сплавы не получили вследствие плохой свариваемости толстолистовых заготовок, склонности к хрупкому разрушению и низкой взрывостойкости.

Наиболее применяемыми при постройке ПЛ полимерными материалами являются различные армированные стеклопластики. Они имеют высокую удельную прочность, немагнитны, антикоррозионны. Основными недостатками стеклопластиков являются их склонность к ползучести, низкая усталостная прочность, снижение физико-механических свойств во времени вследствие старения, а также большая зависимость прочностных характеристик от соотношения компонентов, входящих в состав стеклопластиков, и технологического процесса непосредственного изготовления самих конструкций, в ходе которого формируются все основные характеристики стеклопластика как конструкционного материала. Кроме этого стеклопластики имеют низкий модуль прочности, могут поглощать воду и обладают определенными токсичными свойствами.

Кроме стеклопластиков применяются и другие конструкционные полимерные материалы: углепластики, сферопластики, пластики на основе кевлара и т.д.

Изготовление конструкций из стеклопластиков осуществляется контактным методом или намоткой (для конструкций типа тел вращения). При контактном методе формование осуществляется в специальной технологической оснастке, задающей форму изготавливаемой конструкции. На формообразующую поверхность оснастки наносится разделительный слой, препятствующий адгезии входящих в состав стеклопластиков связующих компонентов с этой оснасткой и упрощающий снятие готовой конструкции после ее затвердевания. Затем по поверхности укладывается послойно армирующий материал (стеклоткань, и т.д. пропитывается связующими компонентами на основе эпоксидных полиэфирных СМОЛ

С отверждающими И модифицирующими добавками. Хорошая пропитка обеспечивается уплотнением торцевыми кистями за счет прокатки поверхности валиковыми кистями или вакуумированием. Для ускорения процесса отвердевания изготовленной конструкции она подвергается термообработке по специальной технологии

При применении метода намотки на неподвижную или вращающуюся форму накручивается предварительно пропитанная связующим составом стеклонить по принятой схеме армирования до получения требуемой толщины изготавливаемой конструкции.

В конструкциях наружного корпуса, внутренних легких переборок, выгородок, настилов и других вспомогательных конструкций применяются обычные малоуглеродистые и низколегированные судостроительные стали. Для цистерн питьевой, пресной и дистиллированной воды корпусов атомных реакторов и баков железоводной защиты используются легированные или специальные двухслойные (плакированные стали. Плакированные стали состоят из двух и более слоев различных по свойствам металлов. В качестве основного слоя используются малоуглеродистые или низколегированные стали, а для плакирующего слоя - легированные стали. Применение плакированных сталей позволяет заменить высоколегированные стали обычными, обеспечивая при этом требуемую прочность, надежность и долговечность конструкции при значительно меньшей ее стоимости. Соединение конструкций из таких сталей требует специальной разделки кромок отдельно по основному слою, а затем плакирующему слою. При сварке сначала формируется шов по основному слою, а затем - по плакирующему.

До недавнего времени для изготовления секций наружного корпуса (надстроек, ограждения рубки, кормовой оконечности, стабилизаторов и перьев рулей) применялась маломагнитная сталь ЮЗ. Однако всдедствие низкой технологичности, повышенной склонности к образованна горячих трещин при сварке для этих конструкций в настоящее время используется сталь D 40 S.

2.2. Изготовление круговых шпангоутов

Для изготовления круговых шпангоутов основного корпуса применяются профили таврового, а также симметричного и нессиметричного полособульбового сечений. Шпангоуты таврового сечения получаются разделительной резкой двутаврового проката или изготовленнием составного таврового профиля из стенки и пояска, полученных их вырезкой из листового проката. Применение

двутаврового проката при его несимметричной разделительной резке приводит к значительным отходам, что является существенным недостатком этого варианта.

Гибка отдельных составных частей круговых шпангоутов (ветвей) производится в холодном и горячем состоянии. Горячая гибка применяется в тех случаях, когда холодная невозможна из-за отсутствия соответствующего оборудования необходимой мощности или при значениях относительного радиуса гибки R/S< 10. Во всех остальных случаях предпочтение следует отдать гибке в холодном состоянии.

Гибка ветвей круговых шпангоутов производится в вертикальных и горизонтальных штампах на прессах и профилегибочных машинах, в том числе и оснащенных установками индукционного нагрева токами высокой частоты для локального нагрева в зоне сгиба.

Технологический процесс изготовления ветвей шпангоутов из сталей типа АК и АБ при холодной гибке включает следующие основные операции: термическую обработку (закалка и высокий отпуск), правку на плоскость, собственно гибку, высокий отпуск; правку-доводку на прессе.

Рис.2.1. Гибка в профилегибочной машине

Гибка в профилегибочных машинах (рис.2.1) заготовок деталей шпангоутов выполняется с припуском на концах -0,5 м для подгибки и изготовления образцов для определения механических характеристик после термической обработки. Заготовка по горизонтальным роликам подается в профилегибочную машину и располагается между тремя гибочными роликами (см. рис.2.1). Гибка осуществляется перемещением подающего ролика в положение, соответствующее требуемому радиусу гибки. Процесс гибки выполняется непрерывно, а промежуточный контроль требуемого радиуса гибки осуществляется шаблонами.

При гибке в штампах (рис.2.2) заготовка краном подается к прессу. Один из концов заготовки укладывается таким образом, чтобы торец заготовки выступал за соответствующий торец рабочей части штампа. Погибь матрицы 1 выполняется с учетом величины пружинения заго-