Nuevas técnicas de Formado de Placas de los Cascos de Buques; Buscando la Sostenibilidad de la Industria de Construcción y Reparación Naval

Texto completo

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Nuevas técnicas de Formado de Placas de los Cascos de Buques; Buscando la Sostenibilidad de la Industria de Construcción y Reparación Naval

Dr. Adan VEGA

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Contenido

• Introducción

• Mecanismo de formado con líneas de

calentamiento

• Relación entre calor y deformación

• Robot IHI – α

• Comentarios finales sobre sostenibilidad

de la industria de construcción y

reparación naval

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Contenido

• Introducción

• Mecanismo de formado con líneas de

calentamiento

• Relación entre calor y deformación

• Robot IHI – α

• Comentarios finales sobre sostenibilidad

de la industria de construcción y

reparación naval

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Steel plate Force

Mechanical bending

Producidas por doblado

Heating line Heating line

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Producidas por doblado y encogimiento

Heating line Heating line

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Contenido

• Introducción

• Mecanismo de formado con líneas de

calentamiento

• Relación entre calor y deformación

• Robot IHI – α

• Comentarios finales sobre sostenibilidad

de la industria de construcción y

reparación naval

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Proceso de formado

Planeamiento

Forma Final

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Requiere de mucha experiencia

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Young woman ,experience of 3 years< Upper Surface

>

< Lower Surface >

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Otras aplicaciones del proceso

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Requisitos básicos para que trabajase como

un robot de formado

Dado una superficie tridimensional requerida:

•Identificar la posición y la cantidad de calor necesaria para deformar la placa plana hasta transformarla en la forma final requerida.

•Aplicar líneas de calentamiento en las posiciones identificadas en el punto anterior.

• Medir y comparar la forma obtenida con la forma requerida.

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Contenido

• Introducción

• Mecanismo de formado con líneas de

calentamiento

• Relación entre calor y deformación

• Robot IHI – α

• Comentarios finales sobre sostenibilidad

de la industria de construcción y

reparación naval

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Transverse shrinkage Transverse bending L o n g it u d in a l b e n d in g L o n g it u d in a l s h rink a g e Transverse shrinkage Transverse bending L o n g it u d in a l b e n d in g L o n g it u d in a l s h rink a g e L (mm) x W (m m )   xdydz h i x / *     ydydz h i y / *      x z h dydz i x ( /2)/(h /12) 3 *      y z h h dydz i y ( /2)/( /12) 3 *  

Componentes de deformación inherente

Q

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X Y Y Z Plate Thickness (h) Pla te Widt h (W) Plate Length (L) 80 mm h/4 (a) (b) (c) g mm3102  cJ g ℃   1 10  ℃ s mm J  J m2 s℃  0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 250 500 750 1000 1250 1500 Thermal conductivity (λ) Specific heat (c) Density (ρ)

Heat transfer coefficient (η)

Temperature()Mpay  GpaE  2 10   1107  0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 250 500 750 1000 1250 1500 Poisson's ratio () Yield stress (σy) Young's modulus (E)

Thermal expansion coefficient (α)

Temperature ()

El calor (Q) es introducido en el area mostrada en (c), por medio de un modelo simplificado de fuente de calor

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0 100 200 300 400 500 600 6 11 16 21 26 Time (sec) T em p er a tu re ( C )

Professor Osawa Program Experiment (IHI)

JWRI Program

Tamaño del modelo = 1200 x 1200 x 20 mm Velocidad = 25 mm/sec

y

x L

W T1

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-0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0 500 1000 1500 2000 L (mm)y (mm) Compuatational Result Experimental Results

Tamaño del modelo = 2000 x 2000 x 40 mm Velocidad = 1.7 mm/sec

y

x L

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2000 mm 2 0 0 0 m m 1 0 0 0 m m x y 880 mm 880 mm 120 mm Heating 3 Heating 1 Heating 2 Fuente de Calor

Experimentos

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Plate Length (mm)y (mm) Experiment Results Computation Results

Along Heating Line 3 Plate Model = 1200 x 1200 x 20 mm

Speed = 25 mm/sec

Heat 3

Heat 2 Heat 1

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0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Q/h2 (KJ/mm3) Trans ve rs e s hrin ka ge / h (mm/mm ) 20 mm 30 mm 40 mm 50 mmy/h = 2.85 x 10 -2 Q/h2  y / h (mm/mm)

Relación matemática entre cantidad de calor

y deformación

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0.000 0.003 0.005 0.008 0.010 0.013 0.015 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Q/h2 (KJ/mm3) Lo ng itu di nal shrinka ge / h (mm/mm ) 20 mm 30 mm 40 mm 50 mm -LS/h = 6.8 x 10-4 Q/h2 (White)  x / h (mm/mm)

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0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Q/h2 (KJ/mm3) Trans ve rs e Be nd in g (ra di ans ) 20 mm 30 mm 40 mm 50 mm  y (r adi ans)

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0.000 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003 0.004 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Q/h2 (KJ/mm3) Lo ng itu di nal Be nd in g (ra di ans ) 10 mm 20 mm 30 mm 40 mm 50 mm  x (r adi ans)

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0 5 10 15 20 25 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Plate length (mm) Defl ec tion (mm)

Thermal Elasto-plastic FEM

Elastic FEM (Superposing Inherent Deformation) Elastic FEM (Considering Proposed Method)

l l l x y z 1 2 3 4 5 6 l l l x y z 1 2 3 4 5 6 x y l l l x y z 1 2 3 4 5 6 l l l x y z 1 2 3 4 5 6 x y Single heating + parallel effect + cross effect + edge effect

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-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Plate length (mm) Transverse sh ri nk age (mm) Natural cooling

Forced cooling (10 Times) Forced cooling (50 Times) Forced cooling (100 Times) Forced cooling (150 Times)

x y z 20 mm Heat source Cooling Source v 3000 mm 40 mm

Estudio Paramétrico

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-0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Plate Length (mm) Lon gitud inal Sh ri nk age (mm) 3000 mm 1400 mm 800 mm 400 mm Uniform Distribution Plate length

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-0.25 -0.15 -0.05 0.05 0.15 0.25 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Plate length (mm) Transverse sh ri nk age (mm) L1 L2 L3i yys yy -e yy

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0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Q/h2 (J/mm3) (mm/ mm) 20 mm 30 mm 40 mm 50 mme xx τ s xx = ( iyy -eyy) / iyy Plate thickness

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Thesis Defence 30 January 2009 PhD 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Distance from the edge (mm)

Sh ri nk age (mm) Longitudinal shrinkage Transverse shrinkage

Factores secundarios: Efecto de borde lateral

d (mm)

y

x d

Heating line Plate side edge

L W

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 Cruzadas

 Paralelas

 Sobrepuestas

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-0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Plate length (mm) Lon gitud inal sh ri nk age (mm) Single heating Overlapped heating y x L W 2 1 x 1 x 1+2

Líneas sobrepuestas

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-200 -100 0 100 200 300 400 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Plate length (mm) Residu al stre ss (M Pa) X-Direction Y-Direction (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) y x L W L (mm)

Líneas paralelas

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-0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Separation between parallel heating lines (mm)

xx (mm)1 xx2 xx c (mm) y x L W C

Líneas cruzadas

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calentamiento

• Relación entre calor y deformación

• Robot IHI – α

• Comentarios finales sobre sostenibilidad

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reparación naval

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Robot IHI -

α

•Induction Heating Device

•Measuring device by Laser

•Automatic Jack System

•Heating

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Principales Características del Robot IHI-α

•Puede formar cualquier tipo de superficie tridimensional sin significante ayuda humana.

•Única capaz de formar cualquier espesor de lamina y de diferentes materiales

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Principales Características del Robot IHI-α

•Posee sistema de medición de errores que permiten al robot corregir hasta lograr una aproximación de 97% con referencia al objetivo •Alta velocidad de trabajo. Se reduce el tiempo de formado aproximadamente cuatro veces, reduciendo el costo y el tiempo de espera.

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• Mecanismo de formado con líneas de

calentamiento

• Relación entre calor y deformación

• Robot IHI – α

• Comentarios finales sobre sostenibilidad

de la industria de construcción y

reparación naval

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• Con el desarrollo de este trabajo se logró predecir la deformación producida por líneas de calentamiento en placas metálicas gracias al modelo tridimensional de análisis termo-mecánico por medio de elementos finitos.

•La deformación causada por múltiples líneas de calentamiento fue clarificada y nuevos métodos fueron propuestos para predecir este tipo de deformación.

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Se desarrollo del primer robot capaz de formar una superficie tridimensional cualquiera con gran eficiencia, ahorrando costo, menos contaminante y reduciendo en gran medida el tiempo de construcción del buque.

Un nuevo y más eficiente método fue creado para el análisis y predicción de la deformación causada por líneas de calentamiento.

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• Menos gases contaminantes • Menos desperdicio de agua

• Consume mayor electricidad, pero se compensa

• Se reduce el tiempo de entrega • Menos mano de obra

• Menos consumibles

• Inversión Inicial alta

• Menos efectos negativos en la salud • Mejores salarios

• Mas capacitación

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1. Utilizar espesores de plancha mas delgados (4 mm por ejemplo) para reducir peso y aumentar velocidad.

2. La redución de los espesores nos lleva a mayores

distorsiones de las estructuras.

3. Se necesita entonces invertir mucho mas dinero en corregir

estas distorsiones

4. Se requiere el desarrollo de herramientas que nos permitan

minimizar estas distrosiones durante el proceso de diseño (predecirlas) y poder disminuir los efectos negativos de los mismos

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Doctor Adan Vega Saenz

Director del Laboratorio Especializado en Procesos de Unión y Manufactura (LEPUM) Universidad Tecnológica de Panamá, Ciudad de Panamá

www.lepum.utp.ac.pa

Email: adan.vega@utp.ac.pa

Phone: (507) 60198076 / 560-3095

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Referencias

  1. www.lepum.utp.ac.pa
Related subjects : cascos de buques