Помощь студентам в учебе
Повышение эффективности производства штампосварных деталей трубопровода путем компьютерного моделирования процессов
|
АННОТАЦИЯ 2
Введение 5
1. Литературный обзор 7
1.1. Литературный обзор по процессам штамповки 7
1.2. Метод конечных элементов 9
1.3. Моделирование процессов штамповки в программном комплексе QForm 13
1.4. Моделирование процессов штамповки в программном комплексе
DEFORM-3D 14
1.5. Сравнение моделирования процессов штамповки в программных комплексах DEFORM и QForm 15
2. Производство штампосварных деталей трубопроводов 17
2.2. Технологии изготовления тройников штампосварных 18
2.2.1 Технология отбортовки ответвления из круглой обечайки с помощью
специальных приспособлений - штамповка «на брусе» 20
2.2.2 Технология отбортовки ответвления с помощью тянущего
устройства - штока 21
2.2.3 Технология радиального обжима заготовки с последующей
отбортовкой ответвления 24
2.2.4 Технология радиального обжима заготовки с последующей
отбортовкой ответвления с неполным циклом 29
2.2.5 Технология гидроштамповки 30
2.3. Технологии изготовления отводов 31
2.4. Технологии изготовления переходов 34
2.5. Технологии изготовления днищ эллиптических 36
3. Моделирование процессов обработки давлением при производстве
тройников штампосварных 38
3.1. Моделирование операций ОМД при производстве тройников по технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления 38
3.1.1 Моделирование технологических операций 38
3.1.2 Опытное производство 46
3.1.3 Сравнение результатов моделирования и опытного производства 49
3.2. Моделирование операций ОМД при производстве тройников по
технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления с неполным циклом 51
3.3. Моделирование операций ОМД при производстве тройников по
технологии отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства 58
3.3.1 Исследование возможности получения тройников по технологии
отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства без приварки удлинительного кольца 60
4. Математическое моделирование процесса отбортовки 66
4.1. Разработка концептуальной схемы и модели 67
4.1.1 Определяющие параметры 68
4.1.2 Параметры отклика 70
4.1.3 Построение концептуальной схемы процесса 72
4.2. Разработка имитационной модели 73
4.2.1 Определяющие параметры 73
4.2.2 Определение граничных условий определяющих параметров 76
4.2.3 Планирование эксперимента 78
4.2.4 Построение имитационной модели 80
4.3. Разработка динамической модели 82
5. Разработка комплекса инструментов и приспособлений для отбортовки
заготовок тройников разрезных 219х108 14х8 и 325х108 14х8 на прессе
усилием 500 тонн 86
5.1. Требования к геометрическим параметрам деталей 86
5.1.1 Расчет основных размеров рабочих поверхностей инструмента . ... 87
5.1.2 Моделирование процесса отбортовки 89
5.2. Разработка инструментов и приспособлений для отбортовки 91
5.2.1 Разработка матриц 325x108 и 219x108 91
5.2.2 Разработка сменного тянущего штока 93
5.2.3 Разработка пуансона 97
6. Моделирование процессов обработки давлением при производстве отводов
штампосварных 99
6.1. Моделирование операций ОМД при производстве отводов штампосварных 103
7. Освоение новой продукции с помощью моделирования 107
7.1. Моделирование операций ОМД при производстве РТ350 110
7.2. Опытное производство РТ350 114
7.3. Сравнение результатов моделирования и опытной штамповки РТ350 .... 117
7.4. Оценка экономического эффекта 119
Заключение 121
Библиографический список 123
Введение 5
1. Литературный обзор 7
1.1. Литературный обзор по процессам штамповки 7
1.2. Метод конечных элементов 9
1.3. Моделирование процессов штамповки в программном комплексе QForm 13
1.4. Моделирование процессов штамповки в программном комплексе
DEFORM-3D 14
1.5. Сравнение моделирования процессов штамповки в программных комплексах DEFORM и QForm 15
2. Производство штампосварных деталей трубопроводов 17
2.2. Технологии изготовления тройников штампосварных 18
2.2.1 Технология отбортовки ответвления из круглой обечайки с помощью
специальных приспособлений - штамповка «на брусе» 20
2.2.2 Технология отбортовки ответвления с помощью тянущего
устройства - штока 21
2.2.3 Технология радиального обжима заготовки с последующей
отбортовкой ответвления 24
2.2.4 Технология радиального обжима заготовки с последующей
отбортовкой ответвления с неполным циклом 29
2.2.5 Технология гидроштамповки 30
2.3. Технологии изготовления отводов 31
2.4. Технологии изготовления переходов 34
2.5. Технологии изготовления днищ эллиптических 36
3. Моделирование процессов обработки давлением при производстве
тройников штампосварных 38
3.1. Моделирование операций ОМД при производстве тройников по технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления 38
3.1.1 Моделирование технологических операций 38
3.1.2 Опытное производство 46
3.1.3 Сравнение результатов моделирования и опытного производства 49
3.2. Моделирование операций ОМД при производстве тройников по
технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления с неполным циклом 51
3.3. Моделирование операций ОМД при производстве тройников по
технологии отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства 58
3.3.1 Исследование возможности получения тройников по технологии
отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства без приварки удлинительного кольца 60
4. Математическое моделирование процесса отбортовки 66
4.1. Разработка концептуальной схемы и модели 67
4.1.1 Определяющие параметры 68
4.1.2 Параметры отклика 70
4.1.3 Построение концептуальной схемы процесса 72
4.2. Разработка имитационной модели 73
4.2.1 Определяющие параметры 73
4.2.2 Определение граничных условий определяющих параметров 76
4.2.3 Планирование эксперимента 78
4.2.4 Построение имитационной модели 80
4.3. Разработка динамической модели 82
5. Разработка комплекса инструментов и приспособлений для отбортовки
заготовок тройников разрезных 219х108 14х8 и 325х108 14х8 на прессе
усилием 500 тонн 86
5.1. Требования к геометрическим параметрам деталей 86
5.1.1 Расчет основных размеров рабочих поверхностей инструмента . ... 87
5.1.2 Моделирование процесса отбортовки 89
5.2. Разработка инструментов и приспособлений для отбортовки 91
5.2.1 Разработка матриц 325x108 и 219x108 91
5.2.2 Разработка сменного тянущего штока 93
5.2.3 Разработка пуансона 97
6. Моделирование процессов обработки давлением при производстве отводов
штампосварных 99
6.1. Моделирование операций ОМД при производстве отводов штампосварных 103
7. Освоение новой продукции с помощью моделирования 107
7.1. Моделирование операций ОМД при производстве РТ350 110
7.2. Опытное производство РТ350 114
7.3. Сравнение результатов моделирования и опытной штамповки РТ350 .... 117
7.4. Оценка экономического эффекта 119
Заключение 121
Библиографический список 123
Штампосварные детали трубопроводов - это соединительные детали, применяемые в трубопроводах различного назначения для изменения направления трубопровода, для создания дополнительного ответвления от основной магистрали трубопровода, для изменения диаметра трубопровода и т.д.
Производство данного вида деталей - процесс достаточно сложный и очень ответственный. В основном детали имеют диаметры от 530 до 1420 мм. Толщины стенок варьируются от 10 до 100 мм. Толщины стенок штампосварных деталей значительно превышают толщины стенок присоединяемых к ним труб. Так делается исходя из расчетов деталей на прочность - коэффициент запаса прочности труб значительно выше, чем детали, имеющие в своей конфигурации отверстия, углы поворота и т.д. Так как детали имеют большие толщины и диаметры, то, соответственно, являются достаточно дорогой продукцией. Поэтому при производстве таких деталей необходимо минимизировать затраты на постановку в производство нового типоразмера. В кузнечно-штамповочных процессах данная проблема решается с помощью применения программных комплексов моделирования методом конечных элементов.
Целью данной работы является изучение возможности применения компьютерного моделирования для процессов изготовления штампосварных деталей трубопроводов. Данные процессы достаточно специфичны, т.к. заготовки некоторых деталей имеют сложную форму, из-за чего получается сложная схема деформации. В некоторых процессах применяется частичное охлаждение заготовки, т.е. температура заготовки не равномерна по телу, что создает определенные сложности для расчета.
По результатам моделирования необходимо провести опытную штамповку деталей, сравнить полученные результаты и сделать выводы и возможности применения компьютерного моделирования для производства штампосварных деталей трубопроводов.
Производство данного вида деталей - процесс достаточно сложный и очень ответственный. В основном детали имеют диаметры от 530 до 1420 мм. Толщины стенок варьируются от 10 до 100 мм. Толщины стенок штампосварных деталей значительно превышают толщины стенок присоединяемых к ним труб. Так делается исходя из расчетов деталей на прочность - коэффициент запаса прочности труб значительно выше, чем детали, имеющие в своей конфигурации отверстия, углы поворота и т.д. Так как детали имеют большие толщины и диаметры, то, соответственно, являются достаточно дорогой продукцией. Поэтому при производстве таких деталей необходимо минимизировать затраты на постановку в производство нового типоразмера. В кузнечно-штамповочных процессах данная проблема решается с помощью применения программных комплексов моделирования методом конечных элементов.
Целью данной работы является изучение возможности применения компьютерного моделирования для процессов изготовления штампосварных деталей трубопроводов. Данные процессы достаточно специфичны, т.к. заготовки некоторых деталей имеют сложную форму, из-за чего получается сложная схема деформации. В некоторых процессах применяется частичное охлаждение заготовки, т.е. температура заготовки не равномерна по телу, что создает определенные сложности для расчета.
По результатам моделирования необходимо провести опытную штамповку деталей, сравнить полученные результаты и сделать выводы и возможности применения компьютерного моделирования для производства штампосварных деталей трубопроводов.
В данной выпускной квалификационной работе рассмотрены технологические процессы изготовления штампосварных деталей трубопроводов.
Проведено моделирование процесса штамповки тройников по технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления в программном комплексе моделирования методом конечных элементов Deform3D. По результатам моделирования были определены все параметры технологического процесса. Далее в соответствии с этими параметрами была изготовлена партия тройников 1020х426 30х22. Результаты моделирования и опытной штамповки оказались почти идентичными. Таким образом, с помощью моделирования было освоено производство нового типоразмера без проведения опытных работ.
В том же программном комплексе было проведено моделирование процесса штамповки тройников по технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления с неполным циклом для тройника 1420х530 38х14, который также был изготовлен в соответствии с параметрами, определенными с помощью моделирования. Результаты моделирования и опытной штамповки оказались почти идентичными.
Так же было произведено моделирование процесса штамповки тройников по технологии отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства для тройника 530х325 18х12. Результаты моделирования и опытной штамповки
оказались одинаковыми с погрешностью в 1 мм.
С помощью программного комплекса Deform-3D было произведено моделирование процесса изготовления матрицы для отводов крутоизогнутых с наружным диаметром 914 мм. После этого было проведено моделирование штамповки половин отводов в этой матрице. В результате проведенных работ была изготовлена матрица для штамповки половин и отштампована партия половин отводов.
Также в работе был разработан комплект чертежей штамповой оснастки и приспособлений для отбортовки заготовок тройников разрезных на прессе усилием 500 тонн. Построена математическая модель для процесса отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства.
Приведен пример освоения нового вида продукции с помощью компьютерного моделирования. Экономический эффект от освоения новой продукции составил 39,4 млн. рублей в год.
По результатам выполненных работ можно сделать вывод о том, что результаты расчетов почти идеально совпадают с результатами опытной штамповки, производимой по одним и тем же параметрам. Следовательно, применение программного комплекса Deform-3D на предприятиях, производящих штампосварные детали трубопровода не только возможно, но и желательно. Это позволит сократить срок ввода в производство нового изделия, сократить издержки производства на производство опытной партии и подгонку технологии, сократить расход металла и поможет оптимизировать производственный процесс предприятия.
Проведено моделирование процесса штамповки тройников по технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления в программном комплексе моделирования методом конечных элементов Deform3D. По результатам моделирования были определены все параметры технологического процесса. Далее в соответствии с этими параметрами была изготовлена партия тройников 1020х426 30х22. Результаты моделирования и опытной штамповки оказались почти идентичными. Таким образом, с помощью моделирования было освоено производство нового типоразмера без проведения опытных работ.
В том же программном комплексе было проведено моделирование процесса штамповки тройников по технологии радиального обжима заготовки с последующей отбортовкой ответвления с неполным циклом для тройника 1420х530 38х14, который также был изготовлен в соответствии с параметрами, определенными с помощью моделирования. Результаты моделирования и опытной штамповки оказались почти идентичными.
Так же было произведено моделирование процесса штамповки тройников по технологии отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства для тройника 530х325 18х12. Результаты моделирования и опытной штамповки
оказались одинаковыми с погрешностью в 1 мм.
С помощью программного комплекса Deform-3D было произведено моделирование процесса изготовления матрицы для отводов крутоизогнутых с наружным диаметром 914 мм. После этого было проведено моделирование штамповки половин отводов в этой матрице. В результате проведенных работ была изготовлена матрица для штамповки половин и отштампована партия половин отводов.
Также в работе был разработан комплект чертежей штамповой оснастки и приспособлений для отбортовки заготовок тройников разрезных на прессе усилием 500 тонн. Построена математическая модель для процесса отбортовки ответвления с помощью тянущего устройства.
Приведен пример освоения нового вида продукции с помощью компьютерного моделирования. Экономический эффект от освоения новой продукции составил 39,4 млн. рублей в год.
По результатам выполненных работ можно сделать вывод о том, что результаты расчетов почти идеально совпадают с результатами опытной штамповки, производимой по одним и тем же параметрам. Следовательно, применение программного комплекса Deform-3D на предприятиях, производящих штампосварные детали трубопровода не только возможно, но и желательно. Это позволит сократить срок ввода в производство нового изделия, сократить издержки производства на производство опытной партии и подгонку технологии, сократить расход металла и поможет оптимизировать производственный процесс предприятия.
