Организация проектирования и принятые допущения

СОСТАВ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ И ЛИСТОШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ

 

Кузнечно-штамповочные цехи

 

Кузнечно-штамповочные цехи (КШЦ) входят в состав машиностроительных заводов или в состав центркузов (кузнечно-штамповочные заводы). Заготовки для КШЦ изготавливаются или в отдельном заготовительном цехе или на заготовительном участке КШЦ. Нами будет рассматриваться второй вариант.

Примерный состав КШЦ

Производственные участки: склад металла; заготовительный (отрезка заготовок); склад заготовок; горячей штамповки; термообработки поковок (нормализация, отжиг и др.); очистки поковок от окалины; доделочных операций (обрезка, прошивка, чеканка, правка); склад готовых поковок.

Вспомогательные подразделения: участок механика цеха (текущий ремонт оборудования); участок инструментально-штамповый (текущий ремонт штампов); участок энергетика; складское хозяйство и прочее.

Служебно-бытовые помещения: административные и конторские службы (начальник цеха, заместители, техбюро, ПРБ, БТЗ, БТК и др.); душевые, пункты питания и др.

Листоштамповочные цехи

 

Листоштамповочные цехи (ЛШЦ) в составе машиностроительных предприятий занимают, как правило, бóльшие площади, чем КШЦ.

Примерный состав ЛШЦ.

Производственные участки: склад металла; заготовительный (раскрой металла); склад заготовок; листоштамповочный; очистки деталей (ликвидация заусенцев); доделочных операций (правка, чеканка); склад готовой продукции.

Если штамповка ведется из полосы или ленты, то, как правило, заготовительного участка в цехе нет. Таким образом, количество участков определяется разработанной технологией. Остальные участки, службы и помещения аналогичны КШЦ.

 

 

РЕЖИМЫ И ФОНДЫ ВРЕМЕНИ РАБОТЫ

ОБОРУДОВАНИЯ

 

Режим работы завода (цеха, участка) зависит от принятой сменности, продолжительности смен и от графика, предусматривающего прерывную, частично прерывную, неполностью непрерывную и полностью непрерывную работу [1, 2].

При полностью непрерывном режиме работа цеха или участка и оборудования ведется круглогодично и круглосуточно без выходных и праздничных дней. Поэтому число рабочих дней в году – 365 (366) равно числу календарных дней. При неполностью непрерывном и частично прерывном режимах работа также производится круглосуточно, но в первом случае только кроме праздничных дней, а во втором случае кроме праздничных и не всех выходных дней.

На большинстве машиностроительных заводов режим работы прерывный, двухсменный. Для гибких производственных модулей и систем, отдельных узких участков и для уникального оборудования может приниматься трехсменная работа.

По трехсменному режиму работают также цехи (участки) по производству метизов (болты, винты, гайки и т.п.), а также некоторые участки, остановка которых или перерыв в работе для технологического процесса недопустимы или приведут к большим материальным или энергетическим потерям, например, участки термообработки (разогрев при остановке печей); поэтому в этих случаях работают по частично прерывному, не полностью непрерывному или даже полностью непрерывному режимам.

Для цехов и участков с нормальными условиями работы установлена 41-часовая рабочая неделя. Поэтому в проектах, исходя из двух выходных дней в неделю, принимают, что продолжительность нормальной смены составляет 8,2 ч. В предпраздничные дни продолжительность смены сокращается на 1 ч. Для производства с вредными условиями труда установлена более короткая 36-часовая рабочая неделя.

Различают три фонда времени работы: календарный, номинальный и эффективный (расчетный)

Календарный годовой фонд времени равен произведению всех календарных дней в году на число часов в сутках

ч.

Номинальный годовой фонд времени отличается от календарного тем, что в него не включаются часы, приходящиеся на выходные и праздничные дни, на межсменное время и часы, на которые укорочены смены в предпраздничные дни. Номинальный годовой фонд времени зависит от принятого режима работы.

Эффективный годовой фонд времени () работы оборудования (табл.5) и рабочих (табл.6) [1] получают из номинального фонда после уменьшения его на величину потерь времени, вызванных: для рабочих – отпусками, сокращением рабочего дня у подростков и отсутствием по уважительным причинам (болезни, выполнение государственных обязанностей,учеба и т.п.), для оборудования – капитальными, средними и текущими ремонтами.

 

Таблица 5

Эффективный годовой фонд времени работы оборудования

Оборудование	Номинальный годовой фонд времени, ч	Потери от номинального фонда, %	Эффективный годовой фонд времени, ч	Номинальный годовой фонд времени, ч	Потери от номинального фонда, %	Эффективный годовой фонд времени, ч	Номинальный годовой фонд времени, ч	Потери от номинального фонда, %	Эффективный годовой фонд времени, ч
Режимы работы	Одна смена	Две смены	Три смены
1. Прессы листоштамповочные, обрезные, чеканочные силой, МН: £ 1 £ 3,15
				1,5
-	-	-		2,5
2. То же, уникальное оборудование силой, МН £ 8 > 8
-	-	-		6,5
-	-	-		9,5
3. Комплексы оборудования на базе прессов механических, силой, МН £ 1 £ 3,15 £ 8 > 8
-	-	-					3,5
-	-	-					4,5
-	-	-		8,5			9,0
-	-	-					12,0
4. Прессы КГШП силой, МН 10¸16
-	-	-					5,5
-	-	-					10,5
-	-	-					13,0
Продолжение таблицы 5
5. Комплексы оборудования на базе КГШП силой, МН 10¸16
-	-	-					7,5
-	-	-					12,5
6. Прессы-автоматы листовой штамповки с нижним приводом	-	-	-		4,5
7. Ножницы, машины гибочные и правильные (толщина обрабатываемого листа £ 20 мм)					2,5
8. Молоты штамповочные с МПЧ, т: от 0,63 до 2 от 3,15 до 5 от 10 до 25
-	-	-		6,0			6,5
-	-	-		6,5			7,0
-	-	-		14,0			16,0
9. ГКМ силой, МН £ 4 от 4 до 8 от 12,5 до16
-	-	-		5,0			5,5
-	-	-		9,0			10,0
-	-	-		12,0			13,0
10. Вальцы ковочные	-	-	-		1,5
11. Станы поперечно-клиновой прокатки					8,5			10,5
12. Очистные агрегаты (галтовочные барабаны, дробеметные установки)	-	-	-		1,5
Окончание таблицы 5
13. Печи с непрерывным технологическим циклом, ч: от 70 до 120 > 120
-	-	-	-	-	-		8,5
-	-	-	-	-	-		9,5

Таблица 6

Ориентировочный эффективный годовой фонд времени рабочих при 41-часовой рабочей неделе и номинальном годовом фонде времени 2070 ч

Продолжительность отпуска в календарных днях	Продолжительность отпуска в рабочих днях	Потери времени от номинального фонда времени, %	Эффективный годовой фонд времени одного рабочего, ч
		11¸10 12¸11,5	1840¸1870 1820¸1830

 

Расчет оборудования

Для расчета оборудования, необходимого для выполнения годовой программы цеха, каждой поковке (детали) представителю присваиваем свой номер (№ 1, 2, 3, 4).

Сначала определяем годовую станкоемкость изготовления -й детали-представителя на -м участке [1, 5]

, (3)

где – штучное время изготовления (темп выдачи) на оборудовании или линии -й детали-представителя на -м участке, ч/шт., которое является величиной обратной среднечасовой производительности оборудования (линии)

, (4)

Станкоемкость изготовления -й детали-представителя на -м участке можно рассчитать по выражению

, (5)

Расчетное количество оборудования (линий) каждого типа определяется по формуле

, (6)

где – действительный годовой фонд времени работы оборудования в часах, который равен

, (7)

здесь – эффективный годовой фонд времени работы оборудования (см. табл.5); – коэффициент, учитывающий потери времени работы оборудования, вызванные его переналадкой в рабочие смены ( =0,06, т.е. 6%); – коэффициент, учитывающий простои оборудования при техническом обслуживании и частичном текущем ремонте ( = 0,95).

По формуле (6) определяем расчетное количество оборудования (линий) на каждом участке цеха и заполняем графу 4 табл.7.

Если на -м участке при изготовлении разных деталей-представителей используется одинаковое количество оборудования, то оно суммируется.

Полученное расчетное количество оборудования (линий) каждого типа на -м участке цеха округляем до целого числа. Это будет принятое количество оборудования .

Если количество линий на участке горячей штамповки находится в пределах 12¸15 ед., то графу 5 табл.7 не заполняем. Соответственно для листовой штамповки количество оборудования на участке листовой штамповки должно быть в пределах 50¸60 ед. (цехи горячей и листовой штамповки должны быть длиной не менее 70¸80 м).

В случае отклонения от этих показателей производим корректировку годовой программы в меньшую или большую сторону соответственно, для обеспечения вышеуказанного количества единиц оборудования (линий) на штамповочном участке цеха.

Данная корректировка делается из графических соображений, чтобы планировка цеха с разрезом поместилась на формате А0 (или два листа формата А1), а также для того, чтобы получился средний кузнечно- или листоштамповочный цех с двумя мостовыми кранами в одном пролете.

Коэффициент пересчета определяется по формуле:

для горячей штамповки

, (8)

для листовой штамповки

, (9)

где – суммарное расчетное количество оборудования (линий) на участке штамповки.

Скорректированная программа выпуска изделий

, (10)

Далее по формулам (3) – (6) уточняем расчетное количество оборудования по скорректированной программе по всем участкам цеха.

Таблица 7

Расчетное количество производственного оборудования и основных рабочих

Номер детали-представителя	Тип оборудования (линии)	Расчетное количество оборудования (линий)	Скорректированное количество (сумма) оборудования (линий)	Принятое количество оборудования,	Коэффициент загрузки оборудования,	Норма обслуживания, чел.	Принятое количество основных рабочих, чел.
1. Участок заготовительный
1.
2 и т.д..
2. Участок горячей (листовой) штамповки
1.
2. и т.д.
3. Участок термообработки (для горячей штамповки)
1.
2. и т.д.
4. Участок очистки от окалины для горячей объемной штамповки или обивки заусенцев для листовой штамповки
1.
2. и т.д.
5. Участок доделочных операций (правка, чеканка и др.)
1.
2. и т.д.

Для оценки эффективности использования оборудования определяются коэффициенты загрузки:

а) по каждому типу оборудования (линии) на -м участке

. (11)

б) средний коэффициент загрузки оборудования в цехе

, (12)

где – скорректированное расчетное количество оборудования (линий) берется из графы 5 или если программа выпуска не корректировалась, из графы 4 табл.7; – количество участков в цехе; – принятое количество оборудования на каждом участке цеха (берется из графы 6 табл. 7).

Результаты расчетов сводятся в таблицу 7, графа 7.

 

 

Таблица 8

Сводная ведомость производственного оборудования

Данные оборудования

Номер детали-представителя

Наименование

Количество

Габариты

Мощность электродвигателя, кВт

Категория ремонтной сложности (РС)

Количество ремонтных единиц оборудования, РЕ

Цена, тыс. руб.

Стоимость транспортировки и монтажа (10% от стоимости оборудования), тыс. руб.

Балансовая стоимость (тыс. руб.)

Ед.

Всего

Мех.

Эл.

Мех.

Эл.

Ед.

Всего

1. Заготовительный участок

1.

2.

3.

4.

2. Участок горячей (листовой) штамповки

1.

2.

3.

4.

3. и т.д. (по технологии)

Примечание. Для заполнения граф 2¸12 необходимо использовать таблицы приложения 2 и приложения 3.

При уточнении принятого по всем участкам цеха количества оборудования (линий) исходят из следующих соображений [5]:

– штамповку можно производить на оборудовании бóльшей силы, чем принято в технологии (при этом необходимо учитывать снижение производительности оборудования);

– при коэффициенте загрузки 0,7 и выше принятое количество оборудования находим округлением расчетного значения в большую сторону до целого числа;

– при коэффициенте загрузки менее 0,7 и общем количестве оборудования не менее двух единиц принятое количество оборудования определяем округлением расчетного значения в меньшую сторону до целого числа (в этом случае учитываем возможность штамповки на оборудовании большей силы или работы штамповочного агрегата в 3-ю смену);

– на участке термообработки количество нагревательных устройств можно принять равным 3¸4 ед., так как в группе детали-представителя, как правило, имеются детали из низкоуглеродистых сталей (с содержанием углерода менее 0,4 %), для которых не требуется нормализация или отжиг, а достаточно охлаждения в таре.

После учета указанных допущений заполняют графу 6 в табл.7.

После выполнения расчетов составляется сводная ведомость производственного оборудования (табл.8). Оборудование в таблице желательно располагать по участкам.

Общие положения

Работающие в цехе условно делятся на рабочих с подразделением на основных производственных (ОПР) и вспомогательных (ВР); инженерно-технических работников (ИТР), служащих (СКП) и младший обслуживающий персонал (МОП) [2].

К основным производственным рабочим (ОПР) относятся рабочие основных производственных цехов, непосредственно выполняющие операции по изготовлению выпускаемой продукции.

К вспомогательным рабочим (ВР) относятся рабочие, которых по указанному общему признаку нельзя отнести к производственным, например, крановщики кранов общецехового назначения, машинисты загрузочных машин, стропальщики, транспортные рабочие, кладовщики, раздатчики инструмента, весовщики, маркировщики, контролеры-приемщики, экспедиторы, подсобные рабочие, смазчики, дежурные и ремонтные слесари, наладчики, обслуживающие несколько производственных агрегатов, станочники групп механика и энергетика цеха: токари, фрезеровщики и др.

К инженерно-техническим работникам (ИТР) относятся: инженерно-технический персонал, работающий как в самом цехе, так и в его технологических и планово-распределительных бюро (техбюро, ПРБ), лабораториях, диспетчеры.

К служащим (СКП) относятся работники бухгалтерии цеха, экономисты, табельщики, чертежники, деталировщики, копировальщики, хронометристы, весовщики и т.п.

К младшему обслуживающему персоналу (МОП) относятся: посыльные (курьеры), работники, занятые на уборке помещений, сторожа, гардеробщики и т.п.

 

РАСЧЕТ РАСХОДА ШТАМПОВ

ЭНЕРГЕТИКА ЦЕХА

Энергоносители

Энергия, используемая в кузнечных и холодноштамповочных цехах, разделяется на энергию, идущую для производственных и непроизводственных целей. Для производственных целей расходуются электроэнергия, сжатый воздух, пар, вода, газообразное и жидкое топливо, кислород и другие источники или носители энергии. Вода условно относится к энергии, хотя большая ее часть, расходуемая на технологические и другие цели, не используется как источник энергии.

Сводная ведомость годности и расхода энергии на производственные цели заполняется по форме (табл.28).

Таблица 28

Сводная ведомость энергии, потребляемой для производственных целей

Наименование групп оборудования, установок и т.д. в зависимости от вида	Количество	Единица измерения	Мощность и расход энергии, кВт
Установленная мощность или максимальный часовой расход	Потребляемая мощность или часовой расход	Годовой расход
1. Электроэнергия:
1.1. Прессовое оборудование, молоты, ГКМ, вальцы, ножницы, краны и др.		кВт, кВт´ч
Итого
1.2. Металлорежущее оборудование: станки в группах механика, энергетика и инструментальщика цеха		кВт, кВт´ч
Итого

Окончание таблицы 28

1.3. Нагревательные установки		кВт, кВт´ч, кВ´А
Итого
Всего
2. Пар: 2.1. Моечные установки		т
Всего
3. Сжатый воздух: 3.1. Молоты 3.2. Кривошипные прессы 3.3. Механизирующие и автоматизирующие устройства 3.4. Другое оборудование		м^3
Всего
4. Вода производственная: 4.1. Моечные установки 4.2. Охлаждение штампов 4.3. Гидроочистка 4.4. Другие виды использования		м^3
Всего
5. Топливо технологическое жидкое		т
Всего
6. Топливо технологическое газообразное		м^3
Всего

Примечание. Для электроэнергии указывается установленная мощность, для остальных параметров – максимальный часовой расход

В эту ведомость включаются все виды энергии, расходуемой в цехе, в том числе вспомогательными участками, за исключением энергии, идущей на освещение, отопление, вентиляцию и различные санитарно-гигиенические и бытовые нужды, которые относятся к непроизводственной энергии и для которой составляется отдельная ведомость. Если цехи входят в состав корпуса (производства), то составляется ведомость мощности и расхода производственной энергии для каждого цеха, а затем сводная ведомость для всего корпуса.

При проектировании новых цехов, реконструкции и техническом перевооружении действующих цехов следует выбирать и разрабатывать такие технологические процессы и принимать такие проектные решения, которые обеспечивают экономичное использование топливно-энергетических ресурсов.

Для этого необходимо следующее:

– разработать менее станко- и энергоемкие процессы;

– комплексно использовать теплоту (рекуператоры, регенераторы и др.), т.е. использовать отработавшие энергоносители;

– создать и использовать установки с высоким КПД;

– устранить потери;

– рационально использовать потребляемые мощности (например, если можно штамповать на прессе 10 МН, нежелательно для этого использовать пресс 25 МН);

– экономично использовать воду;

– использовать искусственные газы.

Электроэнергия

 

На крупный завод или в промышленный узел от общероссийской электросистемы подается электроэнергия напряжением 110 кВ, а частично напряжением 220 кВ. Ток трехфазный переменный частотой 50 Гц.

В узловой подстанции завода или промышленного узла 1 (рис.2) электроэнергия напряжением 110 и 220 кВ преобразуется в электроэнергию напряжением 10 кВ. Из узловой подстанции электроэнергия поступает в трансформаторные подстанции цехов и других объектов завода.

Рис.2. Схема подводки электроэнергии

В крупных цехах (корпусах) большей частью размещаются трансформаторные подстанции двух типов: силовые 2, в которых напряжение понижается до 380 В и служит для питания электродвигателей и других производственных установок, потребляющих электроэнергию, и осветительные 3, в которых напряжение понижается до 380/220 В и, следовательно, имеет нулевой провод [1]. Помимо освещения она может также использоваться для отдельных маломощных электродвигателей, сигнализации и т.д.

Общая установленная мощность токоприемников по цеху равна сумме мощностей всех отдельных токоприемников цеха.

При большом количестве потребителей электроэнергии подсчет мощности и расхода электроэнергии производят раздельно по участкам цеха, кроме того, потребителей можно разбить по группам (ножницы, прессы, индукционные нагреватели и т.п.).

Мощность токоприемников берут по паспортным данным и указывают в киловаттах (кВт). Для сварочного оборудования, где мощность в кВ×А (киловольт-ампер), мощность в кВт переводится по формулам [1]:

для однофазного тока

, (38)

для трехфазного тока

, (39)

где – мощность кВт (активная мощность); – мощность в кВ·А (полная мощность – активная и реактивная); – угол сдвига фаз между напряжением и током.

Потребляемая мощность всегда ниже установленной, так как не все оборудование используется одновременно и не полностью загружается на всю мощность.

Годовой расход электроэнергии рассчитывается по формуле [6]

, (40)

где – мощность каждого токоприемника в отдельности, кВт; – действительный фонд времени работы оборудования за год, час; – коэффициент спроса (коэффициент одновременности); – средний коэффициент загрузки оборудования в цехе.

Значения угла сдвига фаз между напряжением и током и коэффициент спроса приведены в табл.29 [1].

Таблица 29

Значения и

Вид оборудования
Кривошипные прессы силой, МН:
< 1	0,25	0,65
< 4	0,30	0,65
³ 4	0,35	0,65
Кривошипные горячештамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины, молоты	0,45	0,65
Прессы-автоматы	0,70	0,65
Металлорежущие станки, различное вспомогательное оборудование ремонтных отделений и мастерских	0,25	0,5
Сварочное оборудование	0,45	0,35
Индукционные нагревательные установки высокой и повышенной частоты	0,7	0,65
Нагревательные устройства и печи сопротивления, ванны, сушила и т.п.	0,8	0,95
Переносной (ручной) механизированный инструмент с электроприводом	0,20	0,50
Автоматические штамповочные линии	0,55	0,65
Конвейеры и транспортеры, работающие непрерывно	0,75	0,75
Мостовые краны, кран-балки, тельферы и другое подъемно-транспортное оборудование	0,15	0,50
Вентиляционные установки (при приводе асинхронным электродвигателем), насосы, компрессоры, умформеры	0,75	0,70
Освещение	0,80	1,00

Расчет расхода электроэнергии можно укрупнено вычислить и по табл.30 и 31.

Таблица 30

Энергопотребление холодноштамповочных цехов и цехов горячей объемной штамповки на 1 тонну годового выпуска изделий

Цехи	Электроэнергия	Сжатый воздух, м^3	Пар, т	Вода, м^3
Потребляемая мощность, кВт	Расход, кВт·ч
Листовой штамповки:
Крупной	0,047
Средней	0,05
Мелкой	0,06

Окончание таблицы 30

Холодной объемной штамповки и холодной высадки	0,2
Горячей объемной штамповки цветных металлов:
алюминий и его сплавы	1,17¸1,33	3150¸3600	2150¸2250*		9¸11
магниевые сплавы	1,17¸1,33	3150¸3600	2700¸3150*		2,7¸3,6
медь и ее сплавы	0,57¸0,67	1530¸2000	900¸1080* 11000¸18000**		8¸10
титан и его сплавы	0,93¸1,00	2500¸2700	1800¸2160* 22500¸31000**		13¸18 15¸18
стали	0,93¸1,00	2500¸2700	1800¸2160* 22500¸31000**		13¸18 15¸18

Примечания. * Давление 0,4 ¸ 0,6 МПа избыточных для обдувки штампов и включения оборудования. ** Давление 0,7 ¸ 0,8 МПа избыточных при работе на молотах

Таблица 31

Энергопотребление цехов горячей штамповки на 1 т выпуска стальных поковок

Наименование	Средняя масса поковок, кг
1,0	1,1¸2,5	2,6¸4	4,1¸6	6,1¸10	10,1¸25	25,1¸40	>40,0
Электроэнергия
Установленная мощность, кВт (числитель); расход энергии, кВт·ч (знаменатель) электроприводов технологического, вспомогательного и подъемно-транспортного оборудования
Цехи, оборудованные КГШП и прочим кузнечным оборудованием	0,21	0,16	0,13	0,11	0,09	0,08	-	-
Цехи, оборудованные штамповочными молотами и прочим кузнечным оборудованием	0,11	0,09	0,07	0,06	0,05	0,04	0,03	0,03

Окончание таблицы 31

Установленная мощность, кВт (числитель), на нагрев заготовок под штамповку токами повышенной частоты индукционных нагревателей (числитель); расход энергии, кВт (знаменатель)	0,32	0,30	0,28	0,26	0,25	0,24	0,23	0,22
	Сжатый воздух давлением 0,6 МПа
Расход свободного воздуха на муфты включения, тормоза, прижимы, средства механизации, удаление окалины со штампов, м^3(при давлении сжатого воздуха 0,6 МПа)
Цехи, оборудованные КГШП и прочим кузнечным оборудованием							-	-
В том числе для сдувания окалины							-	-
Цехи, оборудованные штамповочными молотами и прочим кузнечным оборудованием
В том числе для сдувания окалины

Для определения стоимости годового расхода электроэнергии необходимо полученное годовое потребление энергии умножить на существующую цену (на период разработки дипломного проекта цеха)

, (41)

где – цена 1 кВт электроэнергии.

Сжатый воздух