Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности (варианты)



Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности (варианты)
Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности (варианты)
Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности (варианты)
Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности (варианты)
Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности (варианты)
Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности (варианты)

 


Владельцы патента RU 2419503:

Открытое акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (ОАО "ЦТСС") (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек двоякой кривизны. Предварительно проводят формообразование отдельных деталей, в процессе которого для компенсации сварочных деформаций от усадки сварных швов детали из стали или титана изготавливают с недогибом кромок от их теоретической формы, а детали из алюминия - с перегибом кромок по всему периметру деталей в зоне действия последующих сварочных деформаций с шириной, равной 8-10 S, где S - толщина деталей. Повышается качество оболочек с двоякой кривизной поверхности. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к изготовлению крупногабаритных оболочечных конструкций, собираемых из отдельных штампованных деталей (лепестков и донышек), свариваемых и экваториальными и меридиональными швами, и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении оболочек двоякой кривизны.

Известны различные способы изготовления штампосварных конструкций из отдельных деталей, которые предварительно деформируются на прессовом оборудовании методом последовательного локального и ротационно-локального формообразования с применением машинного оборудования и универсальной специализированной оснастки. Для получения конструкций сложной формы или крупногабаритных, когда невозможно изготовить конструкцию из одной заготовки, применяется способ деления оболочки на отдельные элементы, затем из отдельных предварительно сформованных элементов сваривают единую оболочечную конструкцию, см., например, В.Л.Александров, А.В.Догадин, В.Е.Уткин и др. «Технология изготовления подводных лодок» С.-Пб, 2006, с.63, рис.4.14, который принят за прототип, причем формообразование листовых деталей может быть выполнено одним из известных способов, указанных, например, в патентах РФ №21294588, 2243843, 2243844, 2323795.

В качестве аналогов такого способа можно отметить способы изготовления сферических танков типа Moss, используемых для судов-газовозов, а также способ изготовления штампосварных изделий для подводного и надводного судостроения, который выбран в качестве прототипа (см. Е.Н.Мошнин «Технология штамповки крупногабаритных деталей». М., Машиностроение, 1973, с.9, рис.2).

Выбранный прототип - это способ изготовления сферической конструкции, которую разбивают на отдельные детали, выполняют формообразование всех деталей локальным деформированием листовых заготовок, после чего детали сваривают друг с другом в сферическую конструкцию.

Недостатком данного способа является то, что детали изготавливаются по теоретическим размерам и форме без учета сварочных деформаций. После сварки происходит усадка сварочных швов как в продольном, так и в поперечном направлениях, поэтому такая конструкция отличается от заданных номинальных размеров. Выяснение закономерностей сварочных деформаций вызвано повышенными требованиями к форме поверхности оболочек после сварки и к несущей способности соединений в конструкциях. При сварке оболочек величина перемещений в месте наложения шва после первого прохода составляет 1-5 мм в зависимости от жесткости свариваемой обечайки. Кроме того, установлено, что даже незначительные геометрические отклонения стыкуемых кромок вызывают заметное снижение прочности.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении качества получаемых оболочек, в частности точности формы оболочек с двоякой кривизной поверхности.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении влияния сварочных деформаций на заданную форму при сварке отдельных деталей оболочки.

Этот технический результат достигается следующим образом. По предлагаемому способу предварительно проводят формообразование отдельных деталей, в процессе которого для компенсации сварочных деформаций от усадки сварных швов детали из стали или титана изготавливают с недогибом кромок от их теоретической формы, а детали из алюминия - с перегибом кромок по всему периметру деталей в зоне действия последующих сварочных деформаций с шириной, равной 8-10 S, где S - толщина деталей. Предварительное формообразование листовых деталей осуществляют на прессовом оборудовании с использованием универсальной оснастки методом последовательных локальных нажатий или ротационно-локальным способом на опорном деформирующем элементе с последующим соединением согнутых деталей в единую конструкцию преимущественно с помощью сварки. Кромки деталей из стали и титанового сплава выполняют с недогибом, а из алюминиевых сплавов - с перегибом, т.к. на первых из-за их невысокой теплопроводности при сварке образуются так называемые «домики», а на вторых - вследствие их высокой теплопроводности при сварке появляются так называемые «провалы». Стыковые и пазовые кромки боковых лепестков, стыкуемых с донышком, также изготавливают с недогибом (перегибом). Указанные дефекты, вызванные остаточными сварочными деформациями от усадки сварных швов и прогиба стыкуемых кромок заготовок, компенсируются за счет предварительного недогиба для одних деталей и перегиба для других.

В частном случае для устранения остаточных перемещений и напряжений свариваемые кромки деталей зоны сварного соединения предварительно раскатывают. В этом случае зона оболочки в месте будущего сварного соединения перемещается (недогиб/перегиб) на величину 0,5 S, которая численно может быть равна аксиальному или радиальному перемещению в зоне сварного шва. Профиль поверхности кромки является зеркальным отражением профиля оболочки после сварки. В этом случае сварочные деформации изгиба кромки оболочки приведут к компенсации деформированной зоны и остаточные перемещения будут близки к нулю. Для компенсации продольной сварочной деформации 3/4 средней части кромки лепестков предварительно раскатывают роликом, которым создают давление, рассчитываемое по эмпирической формуле:

,

где b - ширина роликов, d - диаметр роликов, s - толщина оболочки, σT, Е - предел текучести и модуль упругости прокатываемого материала.

В другом частном случае детали - донышки изготавливают увеличенной высоты на величину поперечной усадки сварного шва и его вертикального смещения, а кромку донышка по периметру формообразуют с перегибом (недогибом) в зависимости от материала на величину, равную 1/2 разницы между номинальным и теоретическим диаметрами донышка. В известных решениях устранение вертикальной составляющей в зоне сварного шва на оболочке может производиться введением припуска.

Еще в одном частном случае сварку деталей выполняют с внутренней вогнутой стороны оболочки от середины кромки к ее концам.

Отмеченные закономерности и предлагаемый способ были апробированы в рамках опытно-конструкторских работ (ОКР «Шельф») и на заказе «Тритон-НН».

Сущность предлагаемого способа формообразования листовых конструкций с двоякой кривизной поверхности поясняется прилагаемыми чертежами:

фиг.1 - общий вид торосферического днища с двоякой кривизной поверхности;

фиг.2 - наиболее выпуклый центральный купол торосферического днища;

фиг.3 - боковой лепесток торосферического днища;

фиг.4 - сечение А-А фиг.3;

фиг.5 - расчетное компьютерное определение ожидаемой деформации при сварке лепестков;

фиг.6 - расчетное компьютерное определение ожидаемой деформации при сварке донышка и кольцевого пояса, состоящего из сваренных лепестков.

На чертежах приняты следующие обозначения: s - толщина штампуемой детали, h - глубина штампуемого донышка, D - диаметр донышка, d - припуск по периметру штампуемого донышка.

Наибольшие утонения, возникающие в деталях при деформировании, имеют примерно одинаковые значения. Величины утонений листовых элементов конструкции и граничные значения деформирования определяются в зависимости от габаритных размеров заготовок и относительных радиусов заданной кривизны и марки штампуемого материала.

При этом, как показали последние исследования, в частности по ОКР «Шельф», выполняемой по федеральной целевой программе (ФЦП) «Национальная технологическая база» на 2007-2011 годы, геометрия и утонения заготовок находились в пределах заданных допусков на конструкцию.

Наиболее выпуклая деталь сварной листовой конструкции, получаемой деформированием, в рассматриваемом примере - центральный сферический купол (фиг.1, поз.1 - донышко), предусмотрена с недогибом по стыкуемым кромкам на величину ее последующей поперечной усадки в результате сварки (фиг.2, 3), которая определяется расчетным путем по ОСТ5.9807-93 и на основании опыта изготовления подобных конструкций.

Как показал расчет, выполненный с использованием программного пакета ANSYS (фиг.5 и 6), и опыт изготовления подобных конструкций, сварку необходимо осуществлять первоначально с внутренней стороны, т.е. по вогнутой части, причем сварку ведут от середины кромки к ее концам, что уменьшает общую усадку конструкции.

С учетом вышеперечисленных основных положений при изготовлении такого рода листовая торосферическая конструкция была изготовлена на предприятии ОАО «Северная верфь» в рамках заказа «Тритон-НН». Формообразование донышка R=2000 мм, толщиной t=10 мм из сплава 1561 с допуском ΔR=4 мм (для контроля по шаблону) и шести торосферических лепестков толщиной t=10 мм с допуском по толщине Δ=3 мм на каждой стык проводили на прессе «Клиринг» усилием 2500 кН. При этом удалось получить требуемое качество гибки, приемлемые отклонения формы и размеров, что позволило собранной конструкции успешно пройти гидравлические испытания.

1. Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности из отдельных предварительно формообразованных деталей, выполненных из стали или титана, состоящих из донышек и лепестков, свариваемых экваториальными и меридиональными швами, отличающийся тем, что отдельные детали формообразуют с недогибом кромок от их теоретической формы по всему периметру деталей в зоне с шириной, равной 8-10 S, где S - толщина деталей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формообразовании донышек их изготавливают увеличенной высоты на величину поперечной усадки сварного шва, а кромку донышка по периметру формообразуют с перегибом на величину, равную 1/2 разницы между номинальным и теоретическим диаметрами донышка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что 3/4 средней части кромки лепестков предварительно раскатывают роликом, которым создают давление, рассчитываемое по формуле
, где
b - ширина роликов, d - диаметр роликов, s - толщина оболочки, σТ, Е - предел текучести и модуль упругости прокатываемого материала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварку деталей выполняют с внутренней вогнутой стороны оболочки от середины кромки к ее концам.

5. Способ изготовления оболочек с двоякой кривизной поверхности из отдельных предварительно формообразованных деталей, выполненных из алюминия, состоящих из донышек и лепестков, свариваемых экваториальными и меридиональными швами, отличающийся тем, что отдельные детали формообразуют с перегибом кромок от их теоретической формы по всему периметру деталей в зоне с шириной, равной 8-10 S, где S - толщина деталей.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что при формообразовании донышек их изготавливают с перегибом на величину, равную 1/2 разницы между номинальным и теоретическим диаметрами донышка.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что 3/4 средней части кромки лепестков предварительно раскатывают роликом, которым создают давление, рассчитываемое по формуле
, где
b - ширина роликов, d - диаметр роликов, s - толщина оболочки, σТ, Е - предел текучести и модуль упругости прокатываемого материала.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что сварку деталей выполняют с внутренней вогнутой стороны оболочки от середины кромки к ее концам.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении листовых конструкций двоякой кривизны. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности при сгибании труб. .

Изобретение относится к формообразованию ребристых панелей и деталей из прессованных профилей для получения деталей двойной и знакопеременной кривизны. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению деталей одинарной и двойной кривизны типа окантовки пассажирских, грузовых и сервисных дверей самолета.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению конструкций обтяжных пуансонов для формообразования длинномерных самолетных обшивок одинарной и двойной кривизны методом продольной обтяжки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к технологии формообразования металлических сферотороидальных или эллиптических оболочек двоякой кривизны или их элементов из листовых заготовок.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к сгибанию листовых материалов, имеющих способствующие изгибанию структуры. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам гибки и доводки гнутых листовых деталей, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и строительства при производстве коробчатых и трубчатых деталей.
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве профилей прокатом. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и строительства при производстве сложнопрофильных деталей, в частности гофрированных панелей, обшивок и переборок

Изобретение относится к формообразованию металлических деталей давлением

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении металлических конструкций типа модуль-панель, состоящих из листов и ребер или профилей, а также прессованных или сварных панелей

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может применяться при формообразовании листовых материалов, в том числе обшивок

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в самолетостроении при изготовлении крупногабаритных листовых и объемных деталей

Изобретение относится к обработке листовых металлов гибкой-прокаткой в роликах и может быть использовано для изготовления авиационных деталей из гнутых профилей. Листовая заготовка проходит через клети гибочно-прокатного станка с осадкой предварительно согнутых стенок и/или полок профиля в последней формообразующей клети и созданием в ней пластического шарнира. Осуществляют приложение к профилю на входе и на выходе в последней формообразующей клети изгибающих усилий и придают профилю заданную продольную кривизну. При этом дополнительные направляющие усилия на полки и стенки профиля на выходе из последней формообразующей клети обеспечивают сохранение формы поперечного сечения профиля. Изменяют место приложения изгибающих усилий на выходе из последней формообразующей клети для изменения радиуса продольной кривизны профиля. При этом в последней формообразующей клети гибочный модуль и гибочно-прокатная клеть, из которой профиль перемещается в последнюю формообразующую клеть, расположены со смещением от последней по направлению продольной гибки. Направляющие элементы гибочного модуля взаимодействуют с поверхностями стенок профиля, располагающихся в плоскости продольного изгиба. Повышается производительность и качество гнутых профилей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к обработке металла давлением, в частности к изготовлению оболочек с двоякой кривизной поверхности выпуклой формы, основанной на применении методов последовательного или ротационно-локального деформирования. Формообразование последовательным или ротационно-локальным деформированием листовых деталей двоякой кривизны типа сферических, торосферических и парусовидных оболочек осуществляют вдоль кромок заготовки по направлению к ее центру тяжести по спиралевидным траекториям. В результате использования предлагаемого способа снижается трудоемкость процесса формообразования и уменьшаются величины неизбежного деформационного утонения и наклепа, что улучшает качество и работоспособность получаемых конструкций. 4 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению деталей оболочек двойной кривизны двояковыпуклой формы для летательного аппарата на существующих обтяжных прессах с программным управлением. Способ включает применение двух этапов формообразования обтяжкой: предварительную обтяжку прямолинейной листовой заготовки после ее обвертки до полного угла охвата обтяжного пуансона, равного 90°, и последующую обтяжку детали оболочки в ее новом положении с угла разгибания за счет растяжения боковых свободных от зажимов участков отформованной заготовки. Между этими этапами формообразования выполняют разгрузку и разгибание с разверткой поверхности оболочки на определенный угол, приводящий к получению изометрической формы ее поверхности по отношении к форме поверхности обтяжного пуансона. После второго этапа формообразования выполняют обратную обвертку детали оболочки на полный угол охвата обтяжного пуансона, равный 90°, до прилегания ее к поверхности обтяжного пуансона за счет придания изначальной изометрической формы, соответствующей поверхности обтяжного пуансона. Уменьшается неравномерность деформации растяжения как в продольном, так и в поперечном направлении листовой заготовки. 14 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к средствам выполнения формообразующих поверхностей двойной кривизны литейной, модельной или штамповой оснастки. При установке стержней в заданные положения их перемещают как минимум в двух направлениях, для чего применяют как минимум одно направляющее стержни устройство, связанное с системой координатных перемещений и соответствующий данному направляющему устройству дозирующий механизм. Расширяются технологические возможности. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх