Giáo trình Thiết kế nhà máy cơ khí - Chương 3: Thiết kế xưởng cơ khí - Nguyễn Ngọc Kiên

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ XƯỞNG CƠ KHÍ Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên Nội dung 3.1. Tổng quát về xưởng cơ khí. 3.2. Tài liệu ban đầu để thiết kế phân xưởng cơ khí. 3.3. Các bước thiết kế phân xưởng cơ khí. 3.4. Nội dung công nghệ trong thiết kế và quy hoạch phân xưởng cơ khí. 3.5. Xác định các thông số cơ bản của phân xưởng cơ khí. 3.6. Dây chuyền gia công linh hoạt Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.1. Tổng quát về xưởng cơ khí. Phân xưởng cơ khí là phân xưởng sản xuất chính của nhà máy cơ khí, đóng vai trò chủ yếu trong quá trình sản xuất Hầu hết các chi tiết của sản phẩm cơ khí phải gia công ở phân xưởng cơ khí. Khối lượng lao động của phân xưởng cơ khí chiếm khoảng 4060% của nhà máy cơ khí. Phân xưởng cơ khí chiếm số lượng máy nhiều nhất, máy phức tạp và đắt tiền, máy có nhiều cơ cấu, kiểu, loại khác nhau, vốn mua máy lớn. Phân xưởng cơ khí được tổ chức theo kết cấu và công nghệ của sản phẩm cơ khí Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.1. Tổng quát về xưởng cơ khí. Cấu trúc của phân xưởng cơ khí: - Bộ phận sản xuất: gồm máy cắt, gian nguội, gian kiểm tra chất lượng gia công... - Bộ phận phụ; gồm chuẩn bị phôi, gian mài cắt dụng cụ cắt, kho bán thành phẩm, kho thành phẩm... - Bộ phận phục vụ và sinh hoạt: văn phòng, phòng sinh hoạt ... Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên Phân loại phân xưởng cơ khí Phân loại phân xưởng cơ khí theo số lượng máy cắt. Phân loại phân xưởng cơ khí theo dạng sản xuất. Quy mô sản xuât Số lượng máy cắt của phân xưởng cơ khí theo cỡ máy(chiếc) Máy nhỏ Máy vừa Máy lớn Máy rất lớn Nhỏ <150 <125 <100 <75 Vừa 150300 125250 100200 75130 Lớn >300 >250 >200 >130 Dạng sản xuất Sản lượng hàng năm N của từng loại chi tiết tuỳ theo trọng lượng Q Q200 kg Đơn chiếc N<100 N<10 N<5 Loạt nhỏ N=100500 N=10200 N<5100 Loạt vừa N=5005000 N=200500 N=100300 Loạt lớn N=500050000 N=5005000 N=3001000 Hàng khối N>50000 N>5000 N>1000 Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.2. Tài liệu ban đầu để thiết kế phân xưởng cơ khí. - Mặt hàng (kiểu loại, đặc tính kỹ thuật của sản phẩm cần chế tạo). - Sản lượng của sản phẩm, trọng lượng của sản phẩm . - Số lượng chi tiết, các loại có trong kết cấu một sản phẩm và toàn bộ sản lượng. - Sản phẩm phụ các loại (sản lượng, trọng lượng- Bản vẽ lắp chung sản phẩm, cụm, bộ phận. - Bản vẽ chế tạo từng loại chi tiết (ghi đầy đủ kích thước và điều kiện kỹ thuật). - Bản kê khai các loại bán thành phẩm và chi tiết chuẩn mua ngoài. - Các văn bản xác nhận về hợp tác, liên kết sản xuất(cung ứng phôi liệu, năng lượng.v.v.). Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.3. Các bước thiết kế phân xưởng cơ khí. Thiết kế và kiểm nghiệm quá trình công nghệ các loại chi tiết của sản phẩm cơ khí khi cần chế tạo. Xác định tổng khối lượng lao động. Xác định số máy cắt cần thiết và nhu cầu về năng lượng cho sản xuất.  Xác định nhu cầu về vật liệu, dụng cụ, gá lắp, kho tàng, vận chuyển, sửa chữa ... Xác định nhu cầu về lao động. Xác định nhu cầu về diện tích. Bố trí mặt bằng phân xưởng cơ khí. Xác định kết cấu nhà xưởng và thiết bị nâng chuyển. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.3. Các bước thiết kế phân xưởng cơ khí. Xác định các số liệu đặc trưng về năng lực và hiệu quả sản xuất Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.4. Nội dung công nghệ trong thiết kế và quy hoạch phân xưởng cơ khí. Cần giải quyết tốt mối quan hệ giữa giải pháp công nghệ và quy mô sản xuất. Mối quan hệ ràng buộc về mặt kỹ thuật, thời gian và không gian trong một dây chuyền gia công có thể diễn đạt theo 3 trục như sau: Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.4. Nội dung công nghệ trong thiết kế và quy hoạch phân xưởng cơ khí. Giải pháp công nghệ gia công chi tiết phụ thuộc vào quy mô và điều kiện sản xuất thực tế Hai phương án về giải pháp công nghệ: Tập trung nguyên công và phân tán nguyên công. Tập trung nguyên công: bố trí nhiều bước công nghệ trong một nguyên công. Phân tán nguyên công: bố trí ít bước công nghệ trong một nguyên công Hiện nay: Tập trung nguyên công trên các máy, trung tâm gia công, tế bào gia công điều khiển CNC. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên Các nguyên tắc cần đảm bảo khi thiết kế dây chuyền gia công cơ khí 1. Đảm bảo hệ số sử dụng vật liệu Kv, Kv=mct/mph - mct là trọng lượng chi tiết. - mph là trọng lượng phôi. 2. Đảm bảo độ chính xác gia công. 3. Đảm bảo năng suất gia công tốt theo quan hệ giữa năng suất gia công Q và thời gian gia công từng chiếc ttc. Q=1/ttc. 4. Giảm hệ số thời gian Kt=t0/ttc. - t0 là thời gian cơ bản. - ttc là thời gian gia công từng chiếc. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên Các nguyên tắc cần đảm bảo khi thiết kế dây chuyền gia công cơ khí Hạn chế ảnh hưởng chủ quan của thợ đến chất lượng và năng suất gia công. Tổ chức lao động khoa học, đảm bảo vệ sinh công nghiệp và an toàn lao động. Sử dụng thiết bị, dụng cụ công nghệ thích hợp. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.5. Xác định các thông số cơ bản của phân xưởng cơ khí. 3.5.1. Độ lớn lô chi tiết (nL). nLmin=tck/a.ttc Trong đó: - nL là độ lớn lô tính theo đơn vị, chi tiết /lô. - tck là thời gian chuẩn bị kết thúc nguyên công tính cho cả lô chi tiết , phút/lô. - ttc là thời gian từng chiếc, phút/chiếc. - a là hệ số xét đến độ phức tạp về kết cấu của chi tiết gia công hoặc hệ số xét đến quy mô sản xuất Khi có độ lớn lô thực tế có giá trị bằng và lớn hơn độ lớn lô nhỏ nhất (nLmin) thì giá thành chi phí gia công chi tiết không thay đổi. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.5.2. Số lượng thiết bị công nghệ. Tính chính xác: Tổng số máy các loại cho tất cả các nguyên công. Số lượng máy cho từng nguyên công: Ci=Ti/FMi.mi Trong đó: - m là số loại chi tiết gia công. - Nj là sảm lượng cần chế tạo của loại chi tiết j. - ttcj là thời gian định mức để gia công một chi tiết loại j. - FMi là quỹ thời gian làm việc của một máy loại i theo chế độ làm việc 1 ca/ngày đêm. - mi là số ca sản xuất trong một ngày đêm (mi=1,2,3.). Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.5.2. Số lượng thiết bị công nghệ. Tính gần đúng: Số lượng từng loại máy được xác định gần đúng theo tỷ lệ phần trăm của tổng số máy cần thiết. Tổng số máy cần thiết: Trong đó: - Q là tổng sản lượng các loại chi tiết gia công (tấn/năm , chiếc/năm). - q năng suất lao động yêu cầu của một máy (tấn/năm , chi tiêt/năm). - m là số ca sản xuất trong một ngày đêm (m=1,2,3). - z là hệ số tải trọng trung bình của máy gia công xét theo quy mô sản xuất. - t là định mức thời gian gia công cho một đơn vị chi tiết (giờ/tấn, giờ/chiếc). - K là hệ số điều chỉnh theo điều kiện, trình độ sản xuất thực tế - FM là quỹ thời gian làm việc của một máy, theo chế độ 1 ca sản xuất trong một ngày đêm. C= . . . z Q K qm hoặc C= . . . .M z Q t K F m Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.5.3. Số lao động. Công nhân sản xuất: + Công nhân sản xuất chính (thợ đứng máy, thợ nguội, thợ kiểm tra). + Công nhân phụ (mài dụng cụ, vận chuyển, sửa chữa, cấp phát vật liệu...). Nhân viên phục vụ sản xuất (vệ sinh công nghiệp, trực ...). Lực lượng gián tiếp (kỹ thuật viên, quản lý điều hàn , văn thư ...). Bậc thợ bình quân của công nhân sản xuất chính Bbq: - Sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ Bbq = 4 – 4,5. - Sản xuất loạt vừa Bbq = 3,5 – 4. - Sản xuất loạt lớn, hàng khối Bbq = 3,25 – 3,5. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.5.4. Diện tích phân xưởng cơ khí: Tính chính xác: Diện tích sản xuất được xác định: Trong đó: - A0i là diện tích của một trạm công nghệ (máy, bàn nguội, bàn kiểm tra) loại i A0i = AMi.fi - AMi+ là diện tích hình chiếu bằng của một máy, bàn nguội, bàn kiểm tra. - fi là hệ số về các loại diện tích phụ cần thiết (thao tác, đặt phôi, dụng cụ, gá lắp, vận chuyển, sửa chữa...) - Si là số máy chọn dùng. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.5.4. Diện tích phân xưởng cơ khí: + Kho trung gian (Ap1 ) khoảng 10 – 15 % + Chuẩn bị phôi (Ap2) khoảng 15 – 20 % + Tổng kiểm tra chất lượng (Ap3) khoảng 3 – 5 % + Sinh hoạt (Ap4) khoảng 10 % Tính gần đúng: Tổng diện tích cần thiết của phân xưởng cơ khí có thể xác định gần đúng theo chỉ tiêu diện tích (diện tich đơn vị) A0sx Thí dụ: m2/máy, m2/tấn sản phẩm, m2/công nhân sản xuất. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.5.5. Bố trí mặt bằng phân xưởng Ba yếu tố đặc trưng: - Kỹ thuật - Thời gian - Không gian Các dạng cấu trúc không gian: - Bố trí máy theo thứ tự các nguyên công của quá trình công nghệ thành hàng máy nối tiếp nhau hoặc kết hợp giữa nối tiếp và song song. - Bố trí máy theo kiểu loại máy tạo thành các khu vực, bộ phận sản xuất. - Bố trí máy thành nhóm, cụm linh hoạt. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.6. Dây chuyền gia công linh hoạt Các chi tiết cơ khí thuộc cùng 1 dạng, loại, có sự giống nhau về kiểu, cỡ kích thước, có điều kiện kỹ thuật giống nhau có thể ghép lại để gia công chung với một quá trình công nghệ, trên cùng một dây chuyền gia công. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS = Flexible Manufactering System) được thiết lập trên dây chuyền gia công linh hoạt. Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên 3.6. Dây chuyền gia công linh hoạt Thí dụ: Ghép nhóm các chi tiết cơ khí cùng dạng, cùng cỡ kích thước, để gia công trong hệ thống sản xuất linh hoạt. Trong đó: : Nguyên công ứng với nhóm lớn các chi tiết, dùng chung máy gia công. : Nguyên công ứng với nhóm nhỏ chi tiết, dùng gá lắp, dụng cụ, chế độ gia công Phôi A, B, C, D, E Chi tiết B', C', D', E'A, B C, D, E B, D C, EB, C A, D, E A' Thiết Kế Nhà Máy Cơ Khí - TS. Nguyễn Ngọc Kiên