IV. Разработка проекта кузнечного цеха

4. 1. Общие принципы компоновки кузнечных цехов.

Компоновку производственных и вспомогательных отделений и помещений производят по общему ходу производственного процесса в цехе с соблюдением прямоточности и поступательного движения грузов. При этом учитывают рациональную организацию рабочих мест и соблюдение уровня техники безопасности.

Значение кузнечных цехов в структуре машиностроительного завода определяется ролью технологических процессов ковки и горячей штамповки в технологическом процессе изготовления изделий.

В настоящее время роль ковки и горячей штамповки возрастает благодаря более высокой производительности, приближения формы поковки к форме детали, низкой себестоимости и высоким механическим свойствам металла после обработки. Область применения горячей штамповки расширяется и за счет замены свободной ковки. Но свободная ковка пока остается единственным способом изготовления крупногабаритных поковок.

Развитие горячей штамповки происходит в направлении увеличения производительности и повышения точности.

Увеличение производительности при горячей штамповке обеспечивается за счет внедрения автоматизации и механизации универсального оборудования и применения специализированного. В последние годы внедряются устройства для механизации и автоматизации процессов резки, нагрева и штамповки, разрабатываются автоматические линии штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах, ГКМ и специализированном оборудовании.

Повышение точности при штамповке идет в основном в направлении все большего использования жестких и точных машин. Все большее количество поковок штампуют на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) вместо молотов.

Благодаря использованию поковок повышенной точности достигается снижение их себестоимости за счет экономии металла и уменьшения последующей механической обработки.

Развитие специализации делает в ряде случаев целесообразным постройку отдельных кузнечно-штамповочных заводов, обслуживающих по кооперации другие предприятия и имеющих крупносерийное или массовое производство поковок.

Наряду с появлением специализированных заводов намечаются пути слияния кузнечно-штамповочных цехов с механическими цехами. При соответствующей организации производства, применении специализированных машин и электронагрева заготовок и хорошей вентиляции, кузнечно-штамповочные цехи по чистоте и культуре не уступают механическим цехам. Например, новые кузнечные цехи на АвтоЗИЛ′е и АвтоВАЗ′е оснащены КГШП и не имеют молотового оборудования.

4. 2. Классификация и состав кузнечных цехов.

Кузнечные цехи имеются на заводах многих отраслей промышленности и отличаются большим многообразием. В одних случаях они являются ведущими заготовительными цехами с годовым выпуском в десятки и даже сотни тысяч тонн, и от них в большой степени зависит количественный и качественный выпуск заводов; в других они и играют роль подсобных цехов ремонтного характера с годовым выпуском, не превышающем сотен и даже десятков тонн. Масса отдельных поковок колеблется от долей килограмма до 150200 т. В большом диапазоне колеблется и мощность оборудования.

Классификация кузнечных цехов необходима при разработке для них различных нормативов, определении производственной мощности, создании типовых технологических узлов и целых проектов цехов, подбора и систематизации технико-экономических показателей и т.п.

Кузнечные цехи различают по четырем признакам:

А. по типу производства;

Б. по максимальной массе фасонных поковок для цехов свободной ковки или максимальной массе штамповой поковки для цехов горячей штамповки;

В. по преобладающему в цехе технологическому процессу изготовления поковок;

Г. по производственной мощности, т.е. по годовому выпуску продукции в тоннах.

А. Деление по типу производства

По типу производства кузнечные цехи делятся на цехи: единичного, серийного (мелкосерийного, серийного, крупносерийного) и массового производства.

С точки зрения организации производства подразделение цехов в зависимости от типа производства является основным.

Цехи единичного производства характеризуются широкой номенклатурой поковок при малой их повторяемости или ее отсутствии. Вследствие этого данные цехи отличаются универсальностью производства, т.е. универсальностью оборудования и инструмента (рабочего и измерительного), высокой квалификации рабочих и относительно высокой себестоимостью продукции.

Основное оборудование: молоты и прессы для свободной ковки. К таким цехам относятся цехи заводов легкого станкостроения, кузнечные цехи-отделения при инструментальных цехах, кузнечные цехи судостроительных заводов, заводов тяжелого машиностроения.

Цехи серийного производства характеризуются повторением изготовления партии (серии) деталей одного типоразмера через определенные промежутки времени. В зависимости от количества поковок в серии кузнечные цехи этого типа подразделяются на цехи мелкосерийного, серийного и крупносерийного производства.

В цехах мелкосерийного производства преобладает свободная ковка на молотах и прессах, универсальное оборудование и оснастка.

В цехах серийного производства наряду со свободной ковкой имеет место частичное применение горячая штамповка на молотах.

В цехах крупносерийного производства преобладающим процессом является штамповка на молотах и КГШП.

По мере увеличения серийности производства оказывается целесообразным применять специализированное оборудование и оснастку. Рентабельность применения специализированной оснастки и оборудования определяется на основании экономических расчетов.

Рабочий состав в штамповочных цехах более низкой квалификации, чем в ковочных, что объясняется специализацией приемов и применением специализированного инструмента.

К цехам серийного и крупносерийного цехов общего машиностроения (автомобилестроения, производства мотоциклов, сельхозмашиностроения и т.д.).

Ориентировочные величины серий.

Для крупных поковок: 25 штук/год – мелкосерийное; 525 штук/год – серийное; более 25 штук/год – крупносерийное производство.

Для мелких поковок:

1. мелкосерийное - 1050 шт/год;

2. серийное - 50300 шт/год;

3. крупносерийное – 300 шт/год.

Цехи массового производства

Данное производство является развитием серийного и характеризуется более совершенными технологическими процессами, механизированными и автоматизированными линиями. Возможность организации массового производства зависит от размера производственной программы и специализации на выпуске нескольких типов изделий. Оборудование и инструмент в массовом производстве узко-специализированы. Рабочий состав – с одной стороны – низкой квалификации (штамповщики), с другой стороны – очень высокой (наладчики). Несмотря на большие первоначальные затраты, себестоимость поковок наиболее низкая из всех типов производства. Массовое производство получило распространение в производстве мотоциклов, в моторо- и авиастроении и т.п. Особенно широкое распространение оно имеет в специализированных производствах (производство метизов, напильников, топоров, вил, кос, ножей, вилок и т.п.).

Следует отметить, что на одном и том же предприятии могут быть разные типы производства. Часто на заводах массового производства, кузнечные цехи – крупносерийного производства (ввиду большой производительности кузнечных машин) и лишь отдельные участки с массовым производством. Характеристика всего цеха должна соответствовать преимущественному типу производства.

Б. Классификация по максимальной массе поковок

При классификации по максимальной массе поковки кузнечные цехи подразделяют: на цехи легких, средних, тяжелых и особо тяжелых поковок. Для цехов свободной ковки легкие поковки имеют массу до 25 кг, в цехах средних поковок – до 700 кг, тяжелых поковок – до 10 тонн, а особо тяжелых поковок – массу до 200 т. Для горячей штамповки легкие поковки имеют массу до 1 кг, средние – 2-10 кг и тяжелые – от 10 кг до 150 кг.

В. Классификация цехов по преобладающему технологическому процессу, т.е. свободной ковки или горячей штамповки. Обычно цехи свободной ковки на молотах называют кузнечными, Цехи свободной ковки на гидравлических прессах – кузнечно-прессовыми. Цехи штамповки на молотах, КГШП, ГКМ и т.п. – кузнечно-штамповочными.

Г. При классификации по годовому выпуску продукции в тоннах цехи могут иметь большую разницу в выпуске – от десятков тонн до 150 тысяч тонн и различаются на мелкие, средние и крупные. Мелкие кузнечные или кузнечно-штамповочные цехи – до 5000 тонн поковок в год; средние – 5000-25000 тонн и крупные - 25000150000 тонн поковок в год.

4. 4. Исходные данные для проектирования.

а) Производственная программа и методы проектирования кузнечных цехов.

Разработку проекта цеха ведут на основании окончательно разработанного задания на проектирование.

Основным документом на проектирования является производственная программа, заданная:

в виде массы основной продукции и запасных частей с подразделением в необходимых случаях на поковки, изготавливаемые свободной ковкой и горячей штамповкой;

в виде спецификации поковок и штамповок. (обычно указывают потребность в поковках для нужд завода и других заводов – заказчиков).

Если программу задают в весовом выражении, то проектирование ведут методом укрупненных расчетов. При задании программы количеством и массой поковок определенной номенклатуры по спецификации, проектирование ведут методом детальных расчетов, хотя не исключается возможность и укрупненных расчетов.

При массовом и крупносерийном производстве, номенклатура поковок сравнительно невелика, программу задают в виде спецификации и проектирование ведут методам детальных расчетов.

При единичном и мелкосерийном производстве, когда номенклатура поковок велика, программу задают в весовом выражении, а проектирование ведут методами укрупненных расчетов на основании примерного развеса поковок по группам сложности с указанием наиболее крупных поковок.

В программе должны быть указания о массе поковок, изготавливаемых из легированных сталей и о массе поковок, подвергаемых термообработке. Для цехов с уникальным мощным оборудованием дается указание о типовых поковках.

Производственную программу задают по определенным утвержденным формам, где приводят указанные выше сведения. Форма для заданной программы определяется типом производства и методом проектирования. Данные формы можно найти в /3, 15/.

б) Режим работы кузнечных цехов и фонды времени.

Режим работы определяется количеством рабочих смен и зависит от характера производства, программы, загрузки оборудования. Общепринятыми являются 2-х сменных режим, в том числе и для кузнечных цехов. Введение на некоторых заводах трехсменного режима является вынужденным и связано или с недостатком оборудования или с особенностью технологического процесса. Так, в цехах свободной ковки крупных поковок с уникальным оборудованием и крупными печами применяются 3-х сменный режим работы, чтобы полнее использовать уникальное оборудование, так как ковку и нагрев производят в течение нескольких смен.

Различают 3 категории фонда времени: календарный, номинальный и действительный.

Календарным фондом называют полное годовое время, т.е. 365_дн´24_час=8760 час

Номинальным годовым фондом времени работы оборудования называется число часов работы оборудования за год при заданном числе смен и продолжительности смены при условии полного отсутствия потерь времени, исключая выходные и праздничные дни

Ф_но=(Ф_п×Н_п+Ф_сН_с) ×m /час,

где

Ф_п – количество рабочих дней в году с полной продолжительностью рабочей смены (251 день при 6-ти дневной рабочей неделе и 254 – при 5-ти дневной);

Ф_с – количество рабочих дней в году с сокращенной продолжительностью рабочей смены в предпраздничные и предвоскресные дни (56 дней при 6-ти дневной рабочей неделе и 6 дней – при 5-ти дневной рабочей неделе).

Н_п – продолжительность полной смены в часах (8 часов – 5-ти дневка и 7 часов – 6-ти дневка);

Н_с – продолжительность сокращенной смены в часах (6 часов – при 6-ти дневке и 7 часов – при 5-ти дневке);

m – число смен работы.

В проектах машиностроительных заводов применяют 41 часовую рабочую неделю. Фонд рабочего времени одинаков и при 5-ти и 6-ти дневной неделе.

При 6-ти дневной рабочей неделе количество рабочих дней в году принимают 307, а при 5-ти дневной – 260. Таким образом, Ф_но=2070 при m=1, Ф_но=4140 при m=2 и Ф_но=6210 при m=3.

Для некоторых агрегатов с длительным циклом обработки принимается непрерывная работа – 24 часа в сутки. Тогда при остановке в выходные и праздничные дни равен 6864 часам.

Действительным годовым фондом времени работы оборудования называют действительное число работы оборудования с учетом простоев, при расчетах действительного фонда времени оборудования не учитывают простои оборудования из-за невыхода рабочих по уважительным причинам на работу или во время отпусков, а принимают во внимание только простой оборудования в период капитального и среднего ремонтов. Простои, связанные с текущими и малыми ремонтами, не учитывают, поскольку они должны производиться в нерабочие смены или дни.

Ф_до=Ф_но(1-К_о),

где

К_о – коэффициент потерь времени в долях единицы, связанных с ремонтом оборудования (табл. 1).

Потери, связанные с ремонтом оборудования, берут по нормам, приведенным в литературе /6/. В нормах величины потерь заданы в зависимости от вида оборудования и от числа смен работы. При односменной работе считают, что любой ремонт можно выполнить в нерабочее время и потери равны нулю.

Номинальный годовой фонд времени рабочего подсчитывают по формуле:

Ф_нр=Ф_пН_п+Ф_сН_с

При 5-ти дневной рабочей неделе Ф_нр=2070 часов.

При расчете номинального фонда времени рабочего следует учитывать характер производства. Например, при ковке крупных поковок, когда процесс идет непрерывно длительное время, принимают непрерывную рабочую неделю. В этом случае длительность рабочего дня устанавливается 8 час., при 2-х выходных днях.

Действительный годовой фонд времени рабочего учитывает потери, связанные с уходом в отпуск, болезнями и другими уважительными причинами. Неявки на работу по неуважительным причинам не учитывают. Рабочие, занятые на горячих работах, имеют 24 дня отпуска, рабочие ремонтных отделений – 15 дней. 18-ти дневный отпуск имеют контролеры ОТК, ведущие работу непосредственно у рабочих мест штамповщиков и др.

Ф_др=Ф_нр(1-К_р)

где

К_р – учитывает потери времени в долях единицы, связанные с отпусками и т.д.;

К_р=0,10 при 15-ти дневном отпуске;

К_р=0,11 – при 18-ти дневном отпуске;

К_р=0,12 – при 24-х дневном отпуске.