Проектирование сварочных цехов

Е. Ю. ЛАТЫПОВА, Ю. А. ЦУМАРЕВ







        ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

Учебное пособие




















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.791
ББК 34.641
    Л27

Рецензент:
кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства Белорусско-Российского университета (г. Могилев, Республика Беларусь) Синица Александр Николаевич




    Латыпова, Е. Ю.
Л27       Проектирование сварочных цехов : учебное пособие / Е. Ю. Латы-
     пова, Ю. А. Цумарев. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. -304 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1294-0

           Приведены сведения о классификации и составе машиностроительных предприятий и цехов, элементах сварочного производства, а также об особенностях сварки на монтажных площадках. Рассмотрены типовые схемы и планировки сборочно-сварочных цехов, принципы и методики расчета количества оборудования, численности работающих, потребности в материалах и электроэнергии. Раскрыта связь между характеристиками сварных изделий и особенностями проектирования производства. Значительное внимание уделено охране труда, пожарной безопасности, производственной санитарии. Даны стандартизованные условные графические изображения строительных конструкций и элементов, технологического и подъемно-транспортного оборудования. Приведены сведения об основах проектирования бережливого производства сварных изделий и рассмотрены примеры ресурсосберегающих мероприятий для использования в сварочных цехах.
           Для учащихся учебных заведений среднего специального образования по специальности «Оборудование и технология сварочного производства».

УДК 621.791
                                                            ББК 34.641




ISBN 978-5-9729-1294-0

    © Латыпова Е. Ю., Цумарев Ю. А., 2023
    © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

    ВВЕДЕНИЕ


     Развитие техники на современном этапе в значительной мере связано с совершенствованием процессов создания неразъёмных соединений. Это обусловлено постоянным усложнением условий эксплуатации изделий, созданием новых, более совершенных материалов для их изготовления, а также тенденцией к постоянному повышению уровня проектных решений во всех областях техники. Возрастают также требования к более рациональному использованию ресурсов, применяемых при соединении деталей. Важным направлением развития является расширяющаяся потребность в соединении разнородных материалов. Поэтому, на современном этапе сварка перспективных и современных материалов, а также соединение различных сочетаний материалов, сопряжены с новыми требованиями и заслуженно рассматриваются в качестве ключевых технологий третьего тысячелетия.
     При повышении эффективности производства сварных изделий чаще используют приёмы и методы технологического характера. По мнению ведущих специалистов наиболее высоких технико-экономических показателей можно добиться на основе рационального конструирования сварных соединений. Поэтому стоящие перед сварочным производством задачи не могут быть успешно решены без разработки новых, более совершенных конструкций сварных соединений. Чтобы повысить качество проектирования металлических конструкций и тем самым обеспечить не только решение задач ресурсосбережения, но и устранить важнейший фактор преждевременного их разрушения, необходимо более широко использовать компьютерное моделирование полей напряжений.
     Одним из принципов, на основе которых можно разрабатывать новые конструкции сварных соединений, является тщательный и корректный анализ работоспособности и ресурсоемкости решений, предлагаемых действующими стандартами на конструктивные элементы сварных соединений. При разработке новых подходов, отличных от тех, которые рекомендованы стандартами, новые технические решения можно использовать без внесения изменений в ГОСТы. Для этого следует использовать возможности оформления соответствующих чертежей в виде нестандартных сварных швов, что предусмотрено правилами ЕСКД.
     Достижение максимальной эффективности машиностроительного производства, возможность выпуска конкурентноспособной продукции, гибкое реагирование на рыночную конъюнктуру невозможны без рационального подхода к проектированию предприятий. Достижение максимальной эффективности во многом зависит от рационального выбора:
     -  состава цехов (подразделений);
     -  номенклатуры оборудования;
     -  организации транспортного и энергетического хозяйства предприятия.
     Кроме того, обеспечение экологической безопасности производства и соответствия ТП нормам техники безопасности также во многом закладывается на стадии проектирования предприятия.

3

     Цели преподавания учебной дисциплины: формирование навыков проектирования комплексно-механизированных участков сборочно-сварочных цехов, выбора оптимального варианта размещения рабочих мест, оборудования, приспособлений, подъёмно-транспортных средств; развитие логического мышления, самостоятельности при решении конкретных производственных, технологических и конструкторских задач на уровне современных требований науки и техники. Для достижения поставленной цели необходимо сформировать системное представление о производстве сварных изделий на базе знаний о структуре производства в целом и его отдельных подсистем, об основных характеристиках данного производства и методах его количественной оценки, об особенностях подхода к разработке участков и цехов для поточного и непоточного производства. Знание последовательности разработки проекта должно быть подкреплено умением чётко формулировать исходные данные к проектированию, самостоятельно производить проектные расчёты и планировки технологического оборудования, пользоваться критериями эффективности проектных решений.
     Очевидно, что реальный производственный процесс по изготовлению планируемых сварных изделий практически полностью будет соответствовать тем организационным и техническим решениям, которые отражены в разрабатываемом проекте. Поэтому допущенные при разработке проекта просчеты приведут к негативным последствиям, которые будет сложно устранить после утверждения, а тем более после реализации проекта сварочного цеха. В конечном итоге, это приведёт к снижению качества выпускаемой продукции и будет способствовать увеличению производственных затрат. В свою очередь, недостаточное качество и высокая себестоимость определят низкую конкурентоспособность создаваемого производства. Соответственно, для обеспечения высокого качества выпускаемой продукции и снижении её себестоимости при разработке проекта необходимо использовать наиболее передовые решения по конструкции выпускаемых изделий, особенно сварных соединений, а также современные разработки в области технологии их сборки и сварки. Повысить эффективность проектов возможно с помощью математических методов вариантного проектирования цехов на основе использования компьютеров с обязательной экономической оценкой принимаемых решений на промежуточных этапах проектирования.
     Основой проекта цеха является детально разработанная конструкторско-технологическая часть. Разработка и выполнение остальных частей проекта цеха (энергетической, санитарно-технической, строительной и т. д.) обусловлены требованиями технологического процесса, что и определяет содержание задания на их разработку. В связи с этим следует отметить, что проектировщик должен хорошо разбираться во всем многообразии проблем, связанных с проектированием цеха, это - расчёт мощностей и энергетики цеха, планировка оборудования, структура цеха, вопросы строительства производственных зданий и технико-экономического обоснования проекта. Особую значимость эти проблемы приобретают при проектировании гибких автоматизированных производств.

4

     Одной из наиболее важных задач при создании сборочно-сварочного цеха является сокращение сроков его проектирования, строительства или реконструкции. Это обусловлено тем, что сокращение сроков ввода в эксплуатацию повышает эффективность капиталовложений, способствует ускорению темпов экономического развития и быстрейшей окупаемости капитальных вложений, при этом возможно более полное использование строительного оборудования и уменьшение накладных расходов.
     Реконструкции и техническому перевооружению цехов и предприятий в настоящее время уделяется большое внимание. Затраты на эти цели возмещаются значительно быстрее, чем при создании аналогичных мощностей путём нового строительства. Отраслевые предприятия, занимающиеся реконструкцией и проектированием цехов, разрабатывают новые технологические процессы и оборудование, с помощью которых должен быть обеспечен выпуск высококачественной продукции при минимальных затратах на её изготовление в установленные сроки. При этом используются передовые достижения науки и техники, прошедшие аттестацию типовые проекты, стандартные конструкции и соответствующие системы автоматизированного проектирования.
     Для сокращения сроков проектирования и удешевления сметной стоимости проектные организации используют следующие принципы:
     1.       Максимальное использование типовых решений, разработанных ранее при подготовке предыдущих проектов. Это позволяет учесть накопленный положительный опыт и тем самым не только ускорить проектирование, но и уменьшить вероятность возникновения ошибок в готовом проекте.
     2.      Максимальная специализация и кооперирование производства.
     3.      Организация параллельного проектирования и строительства.
     4.      Широкое использование типовых унифицированных строительных конструкций;
     5.      Комплексная автоматизация проектирования на основе прикладных компьютерных программ, использования баз данных и систем автоматизирования (САПР).
     6.      Нормализация деталей и узлов приспособлений, разрабатываемых для нужд проектируемого производства.
     7.      Совместная проработка чертежей конструкторами и технологами при передаче их в серийное производство.
     8.       Применением плоских масштабных изображений изделия или оборудования (темплетов) и моделей (объёмных масштабных изображений изделия либо оборудования).

5

    1. КЛАССИФИКАЦИЯ И СОСТАВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ЦЕХОВ

     1.1. Классификация машиностроительных предприятий

     Важнейшим и обязательным принципом системного подхода к проектированию является учёт накопленного в данной области опыта. Чтобы эффективно использовать опыт проектирования и эксплуатации огромного количества машиностроительных предприятий, необходимо систематизировать информацию о них, т. е., выявить обобщающие признаки и определить связи, существующие между ними. Для этого необходимо произвести классификацию предприятий и информации об их создании и деятельности. Наиболее общими классифицирующими признаками являются назначение производимой предприятием продукции, однородность перерабатываемого сырья и технологического процесса.
     По характеру потребляемого сырья различают предприятия добывающей промышленности и предприятия обрабатывающей промышленности.
     По назначению готовой продукции выделяют две разновидности предприятий: производящие средства производства и производящие предметы потребления.
     По характеру процесса переработки сырья различают предприятия с аналитическим процессом производства, с синтетическим процессом производства и с прямым процессом производства. Предприятия с аналитическим процессом производят несколько видов продукции из комплексного сырья. Предприятия с синтетическим процессом, наоборот, предполагают компоновку готового изделия из нескольких элементов, каждый из которых также может проходить обработку на данном предприятии. Примером такого предприятия является завод по производству сварочных электродов.
     Наиболее простым является прямой процесс производства, при котором предмет труда проходит несколько стадий обработки, превращаясь в готовый продукт.
     Состав цехов предприятия может быть определён исходя из следующего производственного деления заводов:
     -      вид - машиностроительные заводы с полным производственным циклом, включающим все этапы изготовления машины; такие заводы имеют все три основные группы цехов - заготовительные, обрабатывающие и сборочные;
     -      вид - машиностроительные заводы, выпускающие только заготовки для различных деталей машин, т. е. отливки, поковки, штамповки, которыми они снабжают другие машиностроительные заводы. Основные цеха - крупные литейные и кузнечные, кроме того в ряде случаев на таких предприятиях производится предварительная мех. обработка (обдирка) для выявления поверхностных дефектов, а также для снижения объёма транспортируемого металла;

6

     -       вид - заводы производящие механическую обработку заготовок, полученных с других предприятий и сборку машин, а также заводы, производящие только сборку машин из деталей, узлов и агрегатов, полученных с других заводов («отвёрточная сборка» - часто применяется при начале продвижения продукции на новом рынке). В состав таких заводов входят обрабатывающие (механические) и сборочные цехи, во втором случае - только сборочные.
     Выбор вида завода осуществляется на основе анализа различных экономических факторов, таких как:
     -      расположение источников сырья и энергоносителей;
     -       развитие транспортной инфраструктуры (ж/д, авто, речного и морского транспорта);
     -      наличие рабочей силы и возможностей её привлечения;
     -      удалённость от основных рынков сбыта;
     -      наличие свободных земельных ресурсов.
     В машиностроении различают три основные классификационные категории производства (ГОСТ14.004-83). Согласно этому стандарту, одной из таких классификационных категорий является вид производства, который определяется по признаку применяемого метода изготовления изделия, т. е., литейное, кузнечное, сварочное и др. Большое значение для проектирования предприятия имеет такая классификационная категория, как тип производства. Согласно ГОСТ 14.004-83, тип производства выделяется по признакам широты (разнообразия) номенклатуры, регулярности, стабильности и объёма выпуска. Здесь различают единичное (Е), серийное (С) и массовое (М) производство. По ГОСТ 3.1121 одним из важнейших параметров, по которому определяется тип производства, является коэффициент закрепления операций кз. Этот параметр представляет собой отношение числа всех различных технологических операций, выполненных (или подлежащих выполнению) в течение месяца, к числу рабочих мест.
     К единичному относится производство, характеризуемое малым объёмом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусматривается. Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. В зависимости от количества изделий в партии или серии и значения коэффициента кз различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство. Согласно ГОСТ 3.1121, при значениях кз в пределах от 20 до 40 включительно производство является мелкосерийным, при 20 > кз > 10 производство относится к среднесерийному. Крупносерийное производство характеризуется изменением коэффициента закрепления операций в пределах 10 > кз > 1. При кз = 1 производство относят к массовому, а при кз > 40 оно рассматривается, как единичное. Массовое производство характеризуется большим объёмом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени, когда на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция.
     Каждому из видов производств (единичному, серийному и массовому) соответствуют определённые формы организации работы и способы располо

7

жения оборудования, которые определяются характером изделия и производственного процесса, объёмом выпуска и рядом других факторов.
     В зависимости от типа производства используют различные формы организации работы. В одной из них, характерной для единичного производства, производственный процесс организуют по видам оборудования. Оборудование размещают исходя из группирования по признаку однородности выполняемых операций, для чего создаются соответствующие участки. Для отдельных деталей и узлов такая форма организации работ применяется в серийном производстве. Другой формой является предметная, свойственная главным образом серийному производству; для отдельных деталей применяется в массовом производстве. Оборудование располагаются в последовательности технологических операций для одной или нескольких деталей, требующих одинакового порядка обработки. В этой же последовательности образуется и движение деталей.
     Единичному и мелкосерийному сварочному производству соответствует применение универсального оборудования и переналаживаемой оснастки упрощённой конструкции. Кроме того, отсутствует закрепление заготовок и деталей за конкретным оборудованием и преобладает использование общецехового транспорта. Для серийного производства характерно наличие специализированных участков с переменно-поточными линиями. Применяется универсальное сварочное оборудование, простая и комбинированная оснастка, а также общецеховой и напольный транспорт.
     При крупносерийном производстве сварные изделия производят на специализированных участках, механизированных переменно-поточных линиях с применением специализированного оборудования и приспособлений. Широко используется подвесной и напольный транспорт. В массовом производстве изделия производят с постоянным ритмом на комплексно-механизированных и автоматических поточных линиях с применением специализированного межоперационного транспорта. Чем ближе проектируемое производство к массовому, тем быстрее происходит в нём продвижение изготавливаемых изделий, тем выше и равномернее загружено производственное оборудование, а также тем подробнее разрабатывается технологический процесс производства. При этом расширяется применение механизированных и автоматизированных способов сборки и сварки, требующих сложного и дорогого специализированного оборудования и приспособлений.
     В зависимости от типа производства, в нём преобладает либо технологический (единичное и мелкосерийное производство), либо предметный (массовое и крупносерийное производство) принцип формирования цехов.

Структура завода с полным производственным циклом

     Цехи завода подразделяются на производственные (основные), вспомогательные и обслуживающие.

8

     Основные производственные цеха - те, в которых выполняется обработка и сборка деталей, сборочных единиц и изделий, составляющих основную производственную программу предприятия. Среди них выделяют: заготовительные, обрабатывающие и сборочные цеха.
     К заготовительным относятся:
     -        раскройно-заготовительные (правка, резка, зацентровка, обдирка сортового металла, раскрой листового металла);
     -        литейные (чугунного, стального, цветного литья, специальных методов литья);
     -      кузнечные (кузнечно-штамповые и кузнечно-прессовые).
     К обрабатывающим относятся:
     -      механические;
     -      термические;
     -      прессовые (холодной штамповки);
     -      цеха металлических конструкций;
     -      металлопокрытий;
     -      окрасочные;
     -      деревообрабатывающие и др.
     В подсобных производственных цехах изготовляется продукция, необходимая для обеспечения выпуска готовых изделий, например тара для упаковки основной продукции завода.
     Вспомогательные цеха - обеспечивают нормальное функционирование основных производственных цехов или завода в целом:
     -      инструментальные;
     -      ремонтно-механические;
     -      ремонтно-строительные;
     -      электроремонтные;
     -      экспериментальные, модельные, абразивные и др.
     Обслуживающие - цеха и устройства, выполняющие функции хозяйственного и частично технического обслуживания завода. Иногда их называют хозяйствами (службами).


Таблица 1.1

Годовой выпуск изделий при различных типах серийного производства (по материалам норм технологического проектирования)

                                   Пределы годового выпуска продукции (тыс. шт.)   
            Показатели                           для производства                  
                                      единичного     серийного    крупносерийного 
                                   и мелкосерийного                               
                         Заготовительное производство                              
Характеристика заготовок и деталей                                                
мелкие                                  2,5-50         50-300        300-5000     
крупные                                0,75-10         10-75          75-300      

9

Окончание таблицы 1.1

                               Пределы годового выпуска продукции (тыс. шт.)            
      Показатели                              для производства                          
                             единичного            серийного        крупносерийного    
                          и мелкосерийного                                             
                               Сварочное производство                                   
Масса сборочных единиц                                                                  
на изделие, кг                                                                          
до 25                           до 5           5-200                    200-400        
25-100                           2-8                 2-100              100-800        
100-500                        0,5-2,5              0,5-150              30-350        
500-1000                       0,3-0,6              0,3-10               5-100         
1000-5000                      0,2-1,0             0,2-17,5             3,5-125        
5000-25000                     0,1-0,5         0,1-10                    2,0-25        
25000-100000                  0,05-0,2         0,05-4                    1,0-10        
более 100000                   до 0,01            более 0,01               -           
Примечание. Тип проектируемого производства окончательно устанавливают по характери-    
стике производства того вида изделий заданной программы, на долю которого приходятся    
наибольшие (сравнительно с другими видами изделий) суммарные годовые значения массы     
(металлоёмкости) и трудоёмкости заготовительных и сборочно-сварочных работ.             

      Складское хозяйство включает в себя:
      -     материальные склады;
      -     склады твёрдого и жидкого топлива;
      -       склады средств производства (инструментальный, абразивный, склад штампов, приспособлений, моделей, полуфабрикатов и т. д.).
      Транспортное хозяйство (транспортный цех):
      -     устройства рельсового транспорта (депо);
      -       безрельсовый транспорт (гараж автомобилей, гараж и зарядная станция для электрокар и т. д.).
      Обслуживающие подразделения:
      -     заводоуправление;
      -     центральная заводская лаборатория;
      -     столовая;
      -     медпункты;
      -     учебная сеть;
      -     охрана, сторожевые и пропускные пункты;
      -     связь и сигнализация;
      -     электронно-вычислительные и др. подразделения.
      После определения состава служб и подразделений необходимо определить функциональные связи между цехами и другими подразделениями завода. Для этой цели составляют технологическую схему производства. Она даёт

10