Задание на проектирование цеха холодной штамповки должно содержать все необходимые исходные данные, которые зависят от характера, объема и содержания предусматриваемых работ, а также включать уточненные и подробно разработанные данные схемы развития.
1. Место расположение цеха на генеральном плане завода.
2. Номенклатуру и количественный выпуск изделий.
3. Техническую характеристику деталей, подлежащих изготовлению (чертежи).
4. Указания, в каком виде будет выпускаться изготовляемая продукция (отдельные детали, сварные детали, собранные узлы, окрашенные изделия), куда она будет направляться и способы транспортирования.
5. Источники снабжения цеха и способы доставки материалов.
6. Данные о характере организации ремонта оборудования и технологической оснастке. В задании на проектирование участка должны указываться месторасположение его в технологической планировке цеха, техническая характеристика, номенклатура и программа выпуска.
Проектирование может осуществляться в одну или две стадии. При одностадийном проектировании выполняют технический рабочий проект. При двух стадийном проектировании разрабатывают технический проект и рабочие чертежи.
Технологическая часть технического проекта и технорабочего проекта состоит из пояснительной записки и чертежей компоновочного плана цеха или плана расположения оборудования.
Пояснительная записка содержит сведения о производственной программе цеха, основных положениях организации производства, технологическом процессе и новой технике, трудоемкости, оборудовании, составе работающих, механизации и автоматизации производства, безопасности труда, площади цеха, материалах, приспособлениях и инструменте, энергетике (для технологических нужд).
Производственная программа выпуска изделий определяется как в количественном выражении, так и по массе. Это дает возможность определить число и состав технологического оборудования и потребность в основных материалах.
Производственная программа цеха рассчитывается на основании общезаводского маршрута обработки деталей и сборки узлов, в соответствии с годовой программой выпуска изделий. На основе программы выпуска продукции разрабатываются схемы организации производства цеха, внутрицехового маршрута обработки деталей, разделения цеха на производственные участки. Существуют следующие принципы организации производства: технологического подобия изготовляемых деталей по материалу продукции, технологическому процессу и т. д.; принадлежности деталей к одному узлу; смешанный принцип организации производства. Принцип технологического подобия применяется, если значительное количество деталей можно изготовлять одинаковыми операциями на однотипном оборудовании; если в мелкосерийном производстве максимальная загрузка оборудования достигается закреплением за ним подобных деталей; если детали не входят в состав собираемых в цехе узлов, или если сборка должна осуществляться на специальных участках. Создание участков штамповки с типовыми технологическими процессами обеспечивает поточность производства, создает возможность применения автоматизированных и механизированных линий. При этом на одном участке подбирается однотипное оборудование, которое можно максимально загрузить.
Однако в этом случае требуется создание промежуточных складов на сборочных участках, что вызывает увеличение грузооборота в цехе. При создании участков с замкнутым технологическим процессом ритм изготовления деталей, входящих в один узел, совпадает с ритмом сборки узлов, продолжительность цикла изготовления комплекта деталей сокращается. При этом уменьшается грузооборот по цеху и сокращаются (или вообще исключаются) площади промежуточных складов, так как участки штамповки располагают вблизи сборочных участков. При крупносерийном производстве часто применяют смешанный принцип организации производства. Производственные участки создают по принципу поузлового изготовления деталей, а оборудование догружают отдельными, однотипными по технологическому процессу деталями. Технология изготовления деталей при организации гибкого автоматизированного производства (ГАП) базируется на применении современного оборудования типа координатно-револьверных прессов с ЧПУ, прогрессивных технологических процессов, промышленных роботов и автоматизированного транспортирования и складирования. В зависимости от принятой организации производства устанавливают состав цеха — его производственные участки, направление хода производственного процесса, движение грузовых и людских потоков, методы расположения оборудования — по однородным группам или по последовательности выполнения операций. Основной этап проектирования — разработка технологического процесса и определение трудоемкости изготовления деталей.
При разработке проектного задания расчеты технологии проводятся по укрупненным показателям. В техническом проекте технологический процесс разрабатывают подробно на каждую деталь и оформляют на бланках операционных карт. В некоторых случаях разрабатывают групповые процессы, которые оформляют на маршрутных картах. При большой номенклатуре однотипных деталей разрабатывают технологический процесс на одну типовую деталь с расчетами на количественный выпуск всей группы. При выборе исходного материала стремятся к оптимальному раскрою, применению вместо листа широкого рулона. Одновременно решают вопросы изготовления деталей без отходов. На основе технических нормативов определяются трудозатраты (трудоемкость и расценки) по выбранной технологии. Трудоемкость изготовления деталей рассчитывается на основе норм времени и числа одновременно работающих рабочих. Численность основных производственных рабочих — прессовщиков, резчиков, галтовщиков, промывщиков деталей, операторов пресс-автоматов и др.—определяют по формуле где Тр — суммарная трудоемкость годовой программы, ч; Ф — действительный годовой фонд времени рабочего, ч. Число вспомогательных рабочих—наладчиков, установщиков штампов, слесарей, смазчиков и др. — принимают в процентном отношении к числу производственных рабочих в зависимости от характеристик производства, структуры цеха, степени механизации и автоматизации технологических процессов. Для мелкосерийного производства это отношение составляет 65 %, в серийном — 75 %, крупносерийном — 85 %, в массовом — 100 %. Средства автоматизации и механизации листовой штамповки принимаются в зависимости от характера производства и размеров деталей. Эти средства предназначаются для подачи исходного материала или заготовок в штамп, съема и удаления деталей из штампа, передачи заготовок с позиции на позицию, выполнения вспомогательных работ, таких как кантовка заготовок, укладка их в стопу и т. д. Автоматизация и механизация технологических процессов листовой штамповки достигается штамповкой на универсальных прессах и на универсальных пресс-автоматах, применением автоматических линий.
Средства автоматической подачи материала — лент, рулонов — валковые, клинороликовые, клиноножевые, пневматические устройства, как универсальные, принадлежащие прессу, так и индивидуальные, встроенные в штамп. Штучные заготовки в зависимости от формы и размеров задаются в штамп шибером, листоукладчиком и другими средствами.
Из средств удаления заготовок и деталей широко используют струю сжатым воздухом, механические руки, сбрасыватели и др. В настоящее время распространяется применение прессов и линий прессов с программным управлением. Жесткие системы программного управления конструктивно просты и надежны, но при изменении объектов производства эти линии сложно перестраивать.
Гибкие самонастраивающиеся системы более универсальны. Их можно быстро перестроить на изготовление разных деталей. Такие системы могут использоваться при любой серийности производства. Автоматизация листоштамповочного производства помимо высвобождения рабочих, занятых на ручных операциях подачи заготовки в штамп или удаления детали, повышает процент использования числа ходов пресса. Например, при работе на средних прессах при ручной загрузке и удалении детали используется не более 35 % числа ходов. Механизация только удаления готовых деталей повышает коэффициент использования ходов до 40 %, а при автоматизированной подаче и удалении используются 65—90 % числа ходов. На компоновочном плане указывают размещение площадей отделений и участков, входящих в состав цеха. Цель — взаимная увязка между собой этих подразделений, выбор оптимального направления внутрицехового транспорта, анализ грузовых и людских потоков.
На плане расположения оборудования и рабочих мест указывают все устанавливаемое в цехе оборудование, включая и подъемно-транспортное — краны, конвейеры, транспортеры и т. д. Безопасность труда во многом зависит от правильной планировки цеха и размещения в нем оборудования. Планировка оборудования выполняется в соответствии с «Нормами технологического проектирования цехов холодной листовой штамповки машиностроительных заводов». Оборудование располагают в зависимости от типа оборудования и характеристики цеха. Тип оборудования определяется в зависимости от усилия пресса. Мелкими считаются прессы усилием до 1000 кН, средними — усилием до 2500 кН, а крупными — усилием до 8000 кН. Ширина цеховых проездов между линиями прессов зависит от типа прессов: крупных — 4—5; средних — 3—3,5; мелких — 2,5 — 3 м. Ширина проездов, между отделениями и участками цеха —Л м, проходов — 2 м. Расстановка оборудования должна обеспечить каждому рабочему удобное рабочее место, не стесняющее его действия во время выполнения работы. Площадь рабочего места должна быть достаточной для размещения заготовок, тары для деталей и отходов, емкостей со смазочными материалами. Укладка штабелей исходных материалов и готовых деталей у рабочих мест должна обеспечивать их устойчивость и удобство зачаливания грузоподъемными механизмами. Высота штабелей заготовок и деталей выбирается из условий их устойчивости и удобства снятия с них заготовок, но не выше 1 м. Ширина между штабелями должна быть не менее 0,8 м. Укладка деталей и стоп листов в штабеля должна производиться с прокладками для удобства зачаливания. Для мелких деталей, заготовок и отходов предусматривают тару для многоярусного хранения в стеллажах на складе; конструкция тары должна обеспечивать удобное зачаливание и безопасное перемещение. Основные и вспомогательные приспособления и инструменты, защитные и транспортные устройства и способы безопасного проведения работ указываются в технологической документации. Схемы расположения оборудования показаны в табл. 3.1. Однако приведенные схемы не исчерпывают возможных вариантов расстановки оборудования. В каждом частном случае при разработке планировки определяется конкретная схема расположения оборудования. На плане цеха указывают ограждения люков и приямков, движущихся частей оборудования, подвесных конвейеров, проходящих над рабочими местами, проходами и проездами. Кроме того, на планировке должны быть предусмотрены места для комнаты отдыха рабочих, медпункта, комнаты личной гигиены женщин, раздачи питьевой воды.
В пояснительной записке приводятся расчеты по ограничению шума в цехе в соответствии с санитарными нормами.
Для ремонта, обслуживания, монтажа и демонтажа прессов проектом предусматриваются мостовые краны. С их помощью выполняют установку и съем крупных штампов, разгрузку листовых материалов, транспортирование штампов, материалов, деталей и узлов прессов. Грузоподъемность крана устанавливают по массе самого тяжелого штампа или самого тяжелого узла пресса. Напольный транспорт — авто и электропогрузчики применяют для перемещения штампов и тары с деталями. Крупногабаритные детали, например облицовочные, целесообразно перемещать на подвесных, в том числе и на толкающих конвейерах.
Гильотинные ножницы должны оборудоваться столами, установленными на уровне неподвижного ножа, рольгангами и другими приспособлениями для укладки разрезаемых листов.
Зоны разматывающего и приемного устройства многодисковых ножниц ограждают для устранения возможности травмирования работающего концом ленты после схода ее с разматывающего устройства и выхода из ножей после резки.
Конструкция и расположение механизмов и узлов прессов должны обеспечивать удобство их обслуживания, а также свободный и удобный доступ к штампам, предохранительным и регулируемым устройствам. На прессах усилием свыше 160 кН должны устанавливаться муфты включения фрикционного типа. Узлы включения и тормозные устройства при работе прессов в режиме «одиночный ход» должны обеспечивать автоматическое отключение муфты и включение тормоза после каждого хода с остановом ползуна в исходном крайнем положении. Прессы, на которых производится групповая работа, должны оборудоваться групповым управлением — двуруким для каждого прессовщика, допускающим включение пресса на рабочий ход только при одновременном включении всех пусковых приборов, причем двух-и четырехкривошипные прессы должны быть оснащены не менее чем двумя пультами управления с фронта и тыла пресса. Каждый пресс, работающий в режиме одиночного хода, должен быть оборудован защитными устройствами.
Экономическая эффективность листовой штамповки зависит от многих факторов. Например, можно предусмотреть в проекте высокопроизводительное автоматизированное оборудование, но если за ним будет закреплена значительная номенклатура деталей, изготовляемых небольшими партиями, то этот пресс будет не столько работать, сколько находиться в переналадке. Время на переналадку пресса зависит от уровня механизации перестановки штампов, конструкции пресса, сложности установки и наладки штампов. Установка штампов с помощью мостового крана и с ручным центрированием и закреплением их на прессах занимает 25— 40 % годового фонда времени работы оборудования. Механизация и автоматизация этих работ в несколько раз сокращает время установки и наладки штампов, особенно у прессов с выдвижными подштамповыми плитами. Время на переналадку можно сократить, оснастив прессы, не имеющие выдвижных столов, устройствами для смены штампов.
У современных прессов штампы закрепляют пневматическими или гидравлическими зажимами, а регулировку закрытой высоты осуществляют с помощью микро привода.
Частота переналадок штампов в массовом производстве зависит от размера партии деталей. Размер партии деталей, шт, можно определить по формуле, где Фм — месячный фонд времени работы пресса, мин; N — число закрепленных за прессом операций; Тс р — штучное время, приходящееся в среднем на выполнение одной операции, мин/шт (вычисляется с учетом затрат на переналадку пресса). Важный фактор повышения эффективности листовой штамповки — снижение трудоемкости изготовления деталей. Повышение производительности оборудования и снижение трудоемкости достигается применением современного автоматизированного оборудования, автоматизированных процессов, прогрессивных технологических процессов, таких как последовательная штамповка из ленты. Эффективность некоторых видов средств автоматизации представлена в табл.' 3.3. Главные условия достижения положительных технико-экономических показателей при проектировании цехов, участков, комплексов и линий ГАП — тщательный подбор оптимальной номенклатуры деталей и определение целесообразности перехода на гибкую технологию и организацию производства. При расчетах экономической эффективности разрабатываемых проектов цехов и участков сравнивается вариант штамповки на действующем производстве, принятом за основной (базовый) и проектный вариант. Годовой экономический эффект определяется по формуле где С — себестоимость годового выпуска деталей по базовому варианту; С — себестоимость годового выпуска деталей по новому варианту; Ея — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (при обосновании целесообразности применения новой техники принимают = 0,15), Щ и К — капитальные вложения соответственно по базовому и проектируемому вариантам изготовления деталей.
Себестоимость обычно рассчитывают только по изменяющимся статьям затрат. Например, в проектируемом процессе вследствие введения ребер жесткости уменьшается толщина исходного материала, да еще и улучшается раскрой, вследствие чего уменьшается расход металла, или вводится автоматизация технологических процессов, из-за чего повышается производительность труда при прочих равных условиях.
Затраты на основные материалы (за вычетом отходов) определяются по формуле где Ци — цена 1 кг металла с учетом транспортно-заготовительных расходов, которые обычно составляют 5 % от стоимости металла, руб.; N — норма расхода металла на деталь.
