Разработка технологии производства крупногабаритных тонколистовых профилей в роликах и разработка конструкции межклетьевых проводок

Министерство образования Российской Федерации Ульяновский государственный технический университет ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ Тема Разработка технологии производства крупногабаритных тонколистовых профилей в роликах и разработка конструкции межклетьевых проводок Дипломник:

Гробов В.Е.

Ульяновск 2002 год

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. вводная часть

1.1Литературный обзор «Применение гнутых профилей в автомобилестроении и строительстве»

1.1.1Применение гнутых профилей в автомобилестроении

1.1.2Применение гнутых профилей в промышленном и гражданском строительстве

1.1.3Применение гнутых профилей при производстве легких металлических конструкций (ЛМК)

1.1.4Сортамент профилей и листового проката

1.2 Исходные данные

1.3 Назначение участка и характер выпускаемой продукции

1.4 Установление режима работы участка. Установление эффективного годового фонда времени работы рабочих и оборудования

1.5 Расчет производственной программы

1.6 Установление типа производства

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет ширины исходной заготовки заготовки

2.1.1 Швеллер мм.

2.1.2 С-образный профиль мм.

2.2 Анализ технологичности деталей

2.2.1 Материал заготовки

2.2.2 Соотношения размеров в готовом профиле

2.2.3 Радиусы изгиба

2.2.4 Соотношения размеров заготовки

2.2.5 Расчет зоны плавного перехода

2.3 Выбор оптимального способа раскроя материала и определение коэффициента использования металла (КИМ) Определение нормы расхода и нормы отхода материала

2.3.1 Швеллер мм

2.3.2 С-образный профиль мм.

2.3.3 Совместный раскрой

2.4 Определение положения профилей в роликах

2.5 Выбор схемы и режимов формообразования

2.5.1 Выбор технологического процесса профилирования

2.5.2 Выбор углов подгибки профилей по проходам

2.5.2.1 Швеллер мм.

2.5.2.2 С-образный профиль мм.

2.5.3 Выбор радиусов закругления переходных форм, выбор принципа формовки (схемы формообразования) профилей

2.6 Расчет технологических переходов (калибровка роликов)

2.6.1 Швеллер мм.

2.6.1.1 Расчет калибровки роликов первой группы (закрытые калибры)

2.6.1.2 Расчет калибровки роликов второй группы

2.6.2 С-образный профиль мм.

2.6.2.1 Расчет калибровки роликов переходов № 1, 2

2.6.2.2 Расчет калибровки роликов перехода № 3

2.6.2.3 Расчет калибровки роликов переходов № 4, 5

2.7 Определение энергосиловых параметров операций технологического процесса изготовления профилей

2.7.1 Швеллер мм.

2.7.2 С-образный профиль мм.

2.8 Расчет мощности силового привода

2.9 Выбор основного технологического оборудования

2.10 Разработка планировки и организации рабочего места

2.11 Техническое нормирование

2.12 Разработка технологической оснастки

2.12.1 Проектирование формующей оснастки (профилирующих роликов)

2.12.2 Проектирование промежуточной оснастки

2.12.3 Изготовление профилирующих роликов

2.12.4 Установка и отладка профилирующих роликов

2.13 Средства механизации и автоматизации, применяемые на участке

3. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Постановка задачи

3.2 Основная часть

3.2.1 Швеллер мм.

3.2.2 С-образный профиль мм.

3.3 Выводы

4. Конструкторская часть

4.1 Литературный обзор

4.2 Патентный поиск

4.3 Результаты патентного поиска. Определение основных направлений разработок (на основании литературного обзора и патентного поиска)

4.4 Разработка конструкции межклетьевой проводки

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА

5.1 Установление состава производственных и вспомогательных помещений участка

5.2 Определение потребного количества комплектов профилирующих роликов

5.3 Определение расхода основных и вспомогательных материалов

5.3.1 Определение расхода основных материалов

5.3.2 Определение расхода вспомогательных материалов

5.4 Выбор оборудования, определение его количества и загрузки

5.4.1 Выбор производственного (технологического) оборудования

5.4.2 Выбор подъёмно-транспортного оборудования

5.5 Определение общей потребности в электроэнергии и сжатом воздухе

5.6 Определение состава основных производственных рабочих на участке и их численности

5.7 Разработка плана расположения оборудования и определение производственной площади

6 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ СОЕДИНИТЕЛЯ ПАНЕЛЕЙ ЗАДНЕЙ ДВЕРИ ПЕРЕДНЕГО

6.1 Тип сварного узла

6.2 Материал детали узла

6.3 Анализ технологичности конструкции Выбор способа сварки

6.4 Расчет сварных соединений

6.5 Разработка технологического процесса сварки

6.5.1 Расчёт параметров режимов точечной сварки

6.5.1.1 Определение диаметра рабочей поверхности электрода

6.5.1.2 Определение времени включения тока

6.5.1.3 Определение усилия на электродах

6.5.1.4 Определение сварочного тока

6.5.2 Выбор оборудования

6.5.3 Выбор материала электродов

6.5.4 Проектирование оснастки

6.5.5 Планировка и организация рабочего места

6.5.6 Расчет норм времени при контактной сварке

6.5.7 Выбор метода контроля качества

6.5.8 Техника безопасности

7 Организация производства

7.1 Качество продукции и технический контроль

7.2 Разработка вопросов организации технического контроля на проектируемом участке

8 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

8.1 Расчет капитальных затрат

8.1.1 Расчёт стоимости действующего оборудования

8.1.2 Расчёт стоимости производственной площади

8.1.3 Расчёт стоимости инструмента и технологической оснастки

8.1.4 Расчёт стоимости основных производственных фондов (ОПФ)

8.1.5 Расчёт капитальных затрат

8.2 Расчет себестоимости продукции

8.2.1 Расчёт затрат на материалы

8.2.1.1 Швеллер мм.

8.2.1.2 С-образный профиль мм.

8.2.2 Расчёт затрат на электроэнергию

8.2.3 Расчёт заработной платы производственных рабочих

8.2.4 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

8.2.5 Расчёт цеховых и общезаводских расходов

8.2.6 Себестоимость продукции

8.3 Расчёт экономического эффекта (чистого дисконтированного дохода) от реализации проекта

8.4 Определение технико-экономических показателей

9 Безопасность и экологичность проекта

9.1 Анализ опасных и вредных факторов на участке автоматизированной линии по производству гнутых профилей

9.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасных и безвредных условий труда на участке

9.3 Разработка инструкции по охране труда при работе на гибочно-прокатном станке (ГПС)

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ

Реферат гнутый профиль формующий ролик В дипломном проекте разработан участок по изготовлению гнутых профилей. Разработан технологический процесс изготовления деталей (гнутых профилей):

1) швеллер мм;

2) С-образный профиль мм.

Проведен расчет ширины исходных заготовок для профилей, анализ деталей на технологичность, был найден оптимальный способ раскроя материала, определены нормы расхода и отхода материала на каждую деталь, были выбраны режимы деформирования для каждого профиля, рассчитаны технологические переходы изготовления профилей, определены энергосиловые параметры процесса профилирования и было выбрано технологическое оборудование. Разработана технологическая оснастка (формующие ролики). Была разработана конструкторская документация на межклетьевую проводку профилегибочного станка. Произведен расчет норм времени. Сделаны расчеты потребности в рабочей силе, электроэнергии, сжатом воздухе. Разработан технологический процесс сварки узла. Проведена проверка на прочность сварного соединения, рассчитаны режимы сварки, выбрано сварочное оборудование; определены нормы штучного времени при контактной сварке. Проведен расчет технико-экономических показателей участка. Подсчитан чистый дисконтированный доход от реализации проекта и определен срок окупаемости. Проведен анализ опасных и вредных факторов на участке по изготовлению гнутых профилей. Разработан проект инструкции по охране труда при работе на гибочно-прокатных станках.

Обработка металлов давлением (ОМД) является одним из прогрессивных видов обработки металлов. Она имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки металлов как в техническом, так и в экономическом отношении.

ОМД позволяет получать изделия с повышенными механическими свойствами. Развитие отечественной промышленности направлено на металло и энергосберегающую технологию и потребует еще большего развития процессов ОМД. В настоящее время в различных отраслях народного хозяйства при изготовлении и монтаже металлоконструкций широко применяются детали из холодногнутых профилей проката, что повышает качество конструкций, улучшает технологию их сборки, монтажа, позволяет значительно уменьшить их массу, уменьшает расход металла. Заготовкой для таких деталей являются холодногнутые профили проката.

Гнутые профили проката относятся к одному из новых экономичных видов металлопродукции, которые изготовляют методом профилирования (последовательного формоизменения полос и листов в валках (роликах) профилегибочных станов). Это высокопроизводительный процесс (скорость выхода готового профиля может составлять до 150−180 м./мин.). Капиталовложения и эксплуатационные расходы при производстве гнутых профилей значительно меньше, чем при других видах обработки, и первоначальные затраты окупаются в короткий срок.

В связи с этим вопросы рациональной технологии изготовления деталей из холодногнутых профилей и выбора профилегибочного оборудования являются актуальными.

Профильная продукция находит широкое применение в строительстве (водосточные желоба, строительные профили, каркасы и облицовка зданий), в автомобилестроении (багажники, стойки сидений, окантовки окон и дверей, направляющие, бамперы, пороги, салазки, сточные желоба крыши, стеклодержатели и др.), в авиастроении (стрингеры, декор. элементы), в судостроении (трапы, ограждения палуб), вагоностроении (крыша, стойки, боковые стенки) и других отраслях.

Гнутые профили, являющиеся заготовкой при изготовлении элементов конструкций в различных отраслях народного хозяйства, производятся способами штамповки, волочения в фильерах и профилирования. Наиболее прогрессивным и экономичным из этих способов является профилирование изготовление профилей на высокопроизводительных профилегибочных станах. Гнутые профили, полученные таким методом, по сравнению с горячекатаными и штампованными профилями имеют ряд преимуществ:

возможность изготовления профилей минимальной толщины, с минимальной металлоемкостью, которую невозможно получить другими способами металлообработки;

получение профиля, позволяющего заменить сочетание нескольких профилей в конструкциях, что дает возможность создавать новые типы конструкций, обеспечивает экономию металла и устраняет операции сборки и соединения отдельных элементов;

незначительные отходы металла (коэффициент использования металла достигает 99.5 — 99.8%);

приспосабливаемость к материалам — профилировать можно самые разнообразные материалы: горячекатаную и холоднокатаную листовую, ленточную и полосовую углеродистую сталь, конструкционную и легированную стали, титан, алюминий, медь, цинк, латунь, бронзу и др. металлы и сплавы, допускающие холодную обработку давлением, а также плакированные биметаллические материалы и специальные пластмассы (заготовка может иметь размеры по толщине от 0.10 до 20 мм и по ширине до 2000мм);

хорошее качество поверхности гнутых профилей проката, что обеспечивает широкое применение их для различных отделочных и декоративных элементов конструкций;

возможность формообразования профилей из заготовок с предварительно обработанной поверхностью или поверхностью с покрытием без нарушения её качества;

высокую точность размеров профилей, обеспечивающую их взаимозаменяемость и возможность соединения профилей между собой замками и скользящими соединениями сопряжённых элементов;

сравнительно высокую производительность труда;

высокую степень механизации и автоматизации производства (профилирование можно объединить в одну непрерывную линию с другими производственными и отделочными операциями: сваркой, резкой металла на мерные длины, пробивкой отверстий и т. д.);

применение для профилирования менее сложного и более дешевого оборудования по сравнению с прокаткой;

высокую стойкость инструмента и возможность изготовления на одном комплекте валков (роликов) большого числа профилеразмеров;

возможность получения различных и оптимальных механических свойств на различных участках профиля.

Гнутые профили имеют одинаковую толщину по всему сечению, что облегчает выполнение технологических операций по сборке конструкций и механической обработке. Холодное профилирование металла сопровождается наклёпом, при этом заготовка упрочняется, и повышаются пределы текучести и прочности готовых профилей на 10−15%, благодаря чему можно дополнительно уменьшить массу конструкций и машин.

Возможно также изготовление замкнутых сварных профилей круглого, квадратного, прямоугольного и др. сечения. Причем стоимость сварных труб значительно ниже стоимости бесшовных труб, а получение более сложных замкнутых сварных профилей другими способами не представляется возможным.

Применение гнутых профилей проката во всех отраслях обеспечивает уменьшение веса конструкции при сохранении требуемой жесткости и прочности; сокращает или полностью исключает трудовые затраты на сварку, сборку; повышает технико-экономические и эксплуатационные показатели, улучшает вид машин и конструкций. Опыт их применения показывает, что расход металла снижается в среднем на 20−25%, трудоемкость изготовления снижается до 30%.

Таким образом, производство и широкое внедрение деталей из высокоэкономичных холодногнутых профилей является одним из важных резервов экономии металла, совершенствования технологии изготовления и повышения качества сооружений. Профилирование металла технологически родственно операциям гибки, хотя и не принадлежит к чисто штамповочным операциям, а является обособленным способом производства.

Процесс профилирования на профилегибочных станах заключается в постепенном превращении плоской заготовки в форму требуемого профиля при последовательном прохождении полосы или ленты через несколько пар вращающихся фигурных роликов. Основным путем развития производства гнутых профилей проката (наряду с совершенствованием способов получения гнутых профилей на металлургических предприятиях с крупными профилегибочными станами) является установка высокопроизводительных профилегибочных агрегатов не только на металлургических предприятиях с развитым листовым производством (для изготовления профилей большими партиями), но и на специализированных заводах (для производства малотоннажных и опытных партий гнутых профилей, необходимых для изготовления опытных образцов машин и изделий), так как небольшие партии профилей нерационально изготовлять на мощных профилегибочных станах.

1. вводная часть

1.1 Применение гнутых профилей в автомобилестроении и строительстве

1.1.1 Применение гнутых профилей в автомобилестроении

Автомобильная промышленность является одним из самых крупных потребителей гнутых профилей. Широкое применение профилей обусловлено, прежде всего, необходимостью создания легких конструкций при сохранении прочности, долговечности и максимальной грузоподъемности или пассажировместимости, что в свою очередь обеспечивает снижение расходов топлива и других эксплуатационных расходов. Гнутые профили применяют в грузовых и легковых автомобилях, автобусах, прицепах, специальных автомобилях, автопогрузчиках и пр. В несущей конструкции гнутые профили находят применение для рам, траверс, основных и надставных бортов, продольных и поперечных балок платформ и т. д. Кроме того, гнутые профили применяют для отделки кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей, направляющих боковых окон, держателей лобовых стекол, рам и сидений, трубок радиаторов и т. д.

В конструкции легкового автомобиля «ВОЛГА» М-24 применяют 30 гнутых профилей, получаемых методом профилирования, которые идут на изготовление деталей планок сидений, окантовки окон, стоек каркаса сидения, соединения панельных дверей, обоймы уплотнителя поворотного стекла, сточного желоба крыши, уплотнителя фланца задней двери, облицовки сточного желоба, окантовки дверей, направляющих подлокотника и многих других деталей наружной и внутренней отделки.

При изготовлении легковых автомобилей «МОСКВИЧ» и его модификаций применяется 39 гнутых профилей, ВАЗ-2101-около 20 гнутых профилей, получаемых методом профилирования.

Гнутые профили для легковых автомобилей имеют самую разнообразную форму поперечного сечения от уголковых, швеллерных, корытных, зетовых до специальных профилей сложной конфигурации. Изготовление этих профилей методом штамповки в большинстве случаев невозможно или вызывает технологические трудности и приводит к значительному удорожанию изделия. Материалом для изготовления этих профилей служит лента из рядовой, конструкционной, низколегированной марок сталей, нержавеющей стали, латуни и сплавов алюминия.

При изготовлении грузовых автомобилей, кроме гнутых профилей малых сечений, для изготовления кабины применяются в больших количествах гнутые профили для силовых элементов рамы, платформы и других деталей.

Гнутые профили находят применение также в грузовых бортовых автомобилях как с деревянными, так и с металлическими кузовами. Например, в конструкции грузового автомобиля ГАЗ-53А находят применение гнутый специальный профиль продольной боковой балки основания платформы 97Ч87Ч3 мм. и Е-образный профиль усилителя основания платформы.

Большой экономический эффект при изготовлении и в сфере эксплуатации обеспечивает замена деревянных кузовов металлическими с применением гнутых профилей. Например, в автомобиле МАЗ-500 с удлиненной базой кузов выполнен из гнутых профилей: продольная боковая балка выполнена из специального гнутого профиля, лонжероны кузова-из гнутого швеллера, боковые и торцовые борта из замкнутых прямоугольных профилей, обшитых гофрированным листом толщиной 1.2 мм. Только при изготовлении бортов из гнутых профилей стоимость их по заводу значительно снизилась по сравнению с деревянными. Кроме того, в несколько раз снизились расходы по ремонту кузова в период эксплуатации.

Эффективное применение находят гнутые профили в конструкциях автомобильных прицепов, которые позволяют создавать легкие и прочие изделия с красивым внешним видом. Гнутые профили находят применение в автомобильных полуприцепах: из гнутых профилей изготовляют усилитель пола, боковые борта, вертикальные стойки и другие детали.

Перспективным является применение гнутых профилей легированных марок сталей при изготовлении автомобилей и прицепов, которые позволяют снизить массу подвижного состава и уменьшить эксплуатационные расходы, при этом иногда применяется технология изготовления методом профилирования с подогревом мест изгиба токами высокой частоты (сталь 19ХГС толщиной 6.5 мм и др.). Снижается масса изделия и существенна годовая экономия металла.

Широкое применение находят гнутые гофрированные профили при изготовлении автомобильных закрытых фургонов (применение тонких алюминиевых гофрированных листов в боковых и торцовых обшивках фургонов). Такая обшивка при достаточной прочности обладает малой массой и практически не требует расходов на покраску в период эксплуатации.

Гнутые профили находят применение в конструкции автомобилей специального назначения, наружную обшивку фургонов которых целесообразно также выполнять из гнутых гофрированных листов, обеспечивающих экономию до 20% металла. А в специальном автомобиле для тушения пожара тетива лестниц выполнена из гнутых специальных профилей. Размеры профилей разработаны так, что каждая последующая ветвь лестницы входит в предыдущую, что позволяет при значительной длине добиться компактности в сложенном виде.

Из всего разнообразия гнутых профилей, применяемых в автомобилестроении, 80% составляют специальные гнутые профили, гофрированные листы и швеллеры, применение которых обеспечивает значительную экономию металла и сокращение затрат на изготовление и при эксплуатации.

1.1.2 Применение гнутых профилей в промышленном и гражданском строительстве Промышленное и гражданское строительство является самым крупным потребителем металла среди всех отраслей промышленности, так как это одна из самых металлоемких отраслей народного хозяйства.

Значительная часть стали расходуется на изготовление металлоконструкций. Стальные конструкции имеют высокие механические характеристики и однородность структуры материала. Так же как и железобетонные конструкции, их применяют в ответственных сооружениях, при больших пролетах и высотах зданий и сооружений, при значительных нагрузках. Вместе с тем из-за дороговизны металла стальные конструкции используют в тех случаях, когда они экономически значительно выгоднее железобетонных. К строительным конструкциям предъявляются следующие требования: функциональные, технические, экономические, эстетические, природоохранные. Они должны удовлетворять этим требованиям на всех стадиях их произ-водства, изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. На практике выбор конструктивных решений производится на основании рассмотрения приведенных затрат по сравниваемым вариантам (согласно СН 546−82) с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства-при обеспечении всех остальных названных требований, в том числе технических, из которых основным является обеспечение требуемой надежности и долговечности конструкции.

Этой цели можно достигнуть путем применения эффективных структурных материалов и конструкций, снижения массы конструкций, наиболее полного использования физико-механических свойств материалов и т. д.

Одним из наиболее перспективных направлений в области экономии металла и снижения стоимости строительства является массовое применение гнутых профилей в большинстве конструкций как несущих, так и ограждающих и декоративных. При помощи гнутых профилей возможно создавать строительные узлы и изделия с высокой заводской готовностью и обеспечивать максимальную индустриализацию строительно-монтажных работ. Основными преимуществами, в результате которых гнутые профили находят все более широкое применение в строительстве, являются высокий коэффициент использования металла, возможность стандартизации строительных элементов и технологии строительства, легкость монтажа, возможность создания разнообразных принципиально новых конструктивных решений, отличающихся современным внешним видом.

По назначению гнутые профили, применяемые в строительстве, подразделяются на три группы:

— профилированные стальные листы;

— замкнутые сварные гнутые профили;

— открытые гнутые профили.

Профилированные стальные листы, отличающиеся большой несущей способностью и малой массой, которые обеспечивают ребра жесткости, находят все более широкое применение в практике строительства промышленных, административных и реже жилых зданий. Наиболее эффективной областью применения профилированных листов является использование их для покрытия промышленных зданий взамен железобетонных плит. С целью повышения долговечности покрытия профилированные листы изготавливают из оцинкованного листа. Применение оцинкованного гофрированного листа в качестве покрытия позволяет:

а) сократить массу покрытия в четыре раза;

б) облегчить нижележащие строительные конструкции (стропильные и подстропильные фермы, колонны и фундаменты);

в) сократить транспортные расходы на материалы к месту строительства;

г) исключить необходимость изготовления железобетонных плит, так как настил может поступать на стройку прямо с металлургического завода;

д) облегчить и упростить монтаж и сборку покрытия.

Например, оцинкованный гофрированный лист 660Ч80Ч1 мм с высотой гофра 80 мм применён при строительстве Волжского автомобильного завода в г. Тольятти. При этом израсходовано свыше 10 тысяч тонн профиля с экономическим эффектом 2 млн руб. В настоящее время настильные листы применяют при строительстве крупных тепловых электростанций и других промышленных объектов.

Не менее эффективным является применение профилированных листов в конструкции стеновых панелей промышленных зданий взамен железобетонных, гипсовых и других типов стеновых панелей. Эти листы изготовляют из тонкой оцинкованной стали толщиной 0.75 мм и в зависимости от назначения и размеров панелей имеют высоту гофра от 10 до 50 мм Гофрированные листы собирают попарно на раме с укладкой между ними эффективного утеплителя.

Рис. 1.1. Профилированные оцинкованные листы, применяемые в конструкции стеновых панелей промышленных зданий Благодаря применению легких ограждающих конструкций снизился расход стали на несущие конструкции, а с целью снижения трудоемкости изготовления, монтажа и максимальной автоматизации всего процесса разработана специальная линия по производству стеновых трехслойных панелей. Оборудование линии состоит из двух разматывателей и профилегибочных станов, расположенных в два яруса, на которых синхронно изготавливают верхние и нижние листы панели. Выходящие из этих станов профилированные листы сходятся в третий стан, перед которым предварительно между листами наносится быстротвердеющий пластиковый утеплитель. В третьем стане концы листов завальцовывают в замковое соединение и за станом осуществляется резка совершенно готовой к монтажу стеновой панели на мерные длины.

Для стеновых панелей во многих случаях эффективно применение гофрированных листов с периодически повторяющимися гофрами, которые исключают необходимость заделки концов панелей.

Наряду со зданиями промышленного типа оцинкованные гофрированные листы находят применение при строительстве сельскохозяйственных сооружений, складов, административных и общественных зданий. Разработаны здания птицеводческих и животноводческих ферм с 9, 12, 18-м пролетами. Применение профилированных листов для этих зданий вместо железобетонных плит позволяет сэкономить 5−6% металла и снизить трудоемкость строительства на 20−25%.

В настоящее время на отечественных железных дорогах эксплуатируется несколько тысяч металлических гофрированных водопропускных труб, изготовленных из профилированных оцинкованных листов с высотой гофра до 50 мм. и толщиной 1.5ч4 мм. Эти трубы применяют взамен тяжелых железобетонных водопропускных каналов диаметром до 2 м., отвечают условиям прочности и долговечности и обеспечивают значительный экономический эффект, снижая сроки строительства этих сооружений и стоимость изготовления. С учетом положительного опыта применения этих труб необходимо расширить масштабы их применения при строительстве железнодорожных и автомобильных дорог. Перспективным является применение гофрированных листов в качестве каркаса железобетонных плит и перекрытий. Гофрированные листы, которые для большего сцепления с бетоном могут иметь на своей поверхности отверстия, заменяют трудоемкий процесс изготовления каркаса железобетонных изделий из арматурной стали, при этом может быть получена экономия металла на 15ч20%.

Замкнутые сварные профили различной конфигурации являются наиболее экономичными с точки зрения расхода металла в сжатых, в сжатоизогнутых и скручиваемых стержнях элементов металлоконструкции. Использование профилей замкнутой формы повышает устойчивость конструкций против коррозии, особенно в агрессивных средах. В результате этого замкнутые сварные профили могут применять для высоконагруженных конструкций: стропильных и подстропильных ферм, большепролетных промышленных и общественных зданий, опор линий электропередач, шинных и линейных порталов и др. Кроме того, их могут применять в витринах, витражах, оконных переплетах, перилах и других малонагруженных строительных конструкциях.

В этих конструкциях замкнутые профили применяют в основном взамен горячекатаных уголков и швеллеров. Для изготовления строительных конструкций применяют в основном замкнутые профили необходимых сечений с шириной исходной заготовки до 600−800 мм (квадратное сечение 150Ч150−200Ч200 мм.) и профили более крупных сечений. Замкнутые профили небольших сечений целесообразно изготовлять сварными на профилегибочных станах. Крупные профили, учитывая их тонкостенность, необходимо изготовлять сваркой двух С-образных профилей, у которых для повышения несущей способности и местной устойчивости стенки усилены ребрами жесткости.

В последнее время все чаще строят легкие промышленные здания, каркас которых выполнен из замкнутых сварных профилей с использованием оцинкованного профиля для кровли и стеновых панелей (т.е. в ограждающих конструкциях). Элементы этих зданий полностью изготовляют на заводе металлоконструкций, что позволяет значительно сократить монтажные работы и уменьшить стоимость и сроки строительства.

Кровли на основе оцинкованного стального профилированного листа и эффективного утеплителя положили начало целой серии новых складывающихся мобильных каркасов покрытий зданий. На базе этого нового типа ограждающих конструкций стен и кровель возникла целая отрасль так называемых легких металлических конструкций (ЛМК) одноэтажных зданий, комплектно поставляемых на стройки с множества специализированных заводов-изготовителей [2, с. 7].

Эффективное применение находят гнутые профили больших сечений, состоящие из двух С-образных профилей с гофрированной стенкой, при строительстве линий электропередач и подстанций. Так, разработаны шинные и линейные порталы на 110 и 220 кВ с применением гнутосварных замкнутых профилей 300−500Ч120−220Ч4 мм. По сравнению с решетчатыми типовыми порталами шинные и линейные порталы легче на 10−13%. Кроме того, опоры высоковольтных линий электропередач и порталы из гнутосварных профилей имеют эстетические достоинства и по сравнению с решетчатыми конструкциями они значительно лучше вписываются в окружающую местность и не нарушают целостности ландшафта.

Сварные гнутые профили различной специальной конфигурации могут найти применение в конструкциях рам и створок окон, дверей, перил лестничных переходов и мостов, витрин и витражей. При этом экономия металла составляет 25−50%.

Большой экономический эффект обеспечивают тонкостенные сварные балки-прогоны, состоящие из двух замкнутых поясов треугольного сечения и стенок, усиленных поперечными периодически повторяющимися гофрами. Такую конструкцию балок применяют в качестве прогонов покрытий промышленных, производственных и общественных зданий пролетами 12, 15, 18 м. взамен решетчатых из горячекатаных профилей.

Сечение балок имеет размеры 600Ч200Ч2−3 мм. и обеспечивает несущую способность 1−1.5 т/м длины.

Открытые гнутые профили (открытые, уголки, зетовые, специальные гнутые профили) используют в прогонах покрытий и элементах фахверков под асбестоцементные листы для неотапливаемых зданий, элементах лестниц, площадок и перил, панельных стеновых и фонарных переплетах.

Важнейшими преимуществами гнутых перфорированных профилей является их легкость, отсутствие сварочных работ при монтаже конструкций из этих профилей и возможность многократного использования одних и тех же профилей в сборно-разборных конструкциях различного назначения.

Наиболее целесообразно из перфорированных гнутых профилей изготовлять временные выставочные и торговые павильоны, переносные гаражи и склады, а также элементы лестниц, переходных площадок и перил. При помощи перфорированных профилей можно делить слишком большие помещения по вертикали или по горизонтали на необходимое число секций, отделив внешние их стороны облицовочными материалами. При строительстве жилых зданий их применяют вместо деревянных конструкций в качестве балок для настила полов, внутренних перегородок, стропил крыши, ограждений балконов и лестниц, внутренней и внешней отделки домов.

Гнутые перфорированные профили особенно эффективны при возведении различных сооружений временного типа. Они являются незаменимым материалом в тех случаях, когда строительство осуществляется в труднодоступной местности. Убедительным подтверждением этого может служить строительство спортивных сооружений в горной местности, когда перед организаторами массовых спортивных мероприятий возникает необходимость осуществления в максимально короткие сроки крупных монтажных работ в трудных условиях и при отсутствии достаточно квалифицированных рабочих.

В сельской местности перфорированные профили могут также успешно применяться в строительных конструкциях таких сооружений, как птицефабрики, гаражи, производственные здания, склады, зернохранилища и т. п.

Трудно переоценить возможности перфорированных профилей, диапазон применения которых в различных строительных конструкциях во многом зависит от изобретательности конструктора-проектировщика (сборные площадки обслуживания различного оборудования, посты управления и т. п.).

В современном сельскохозяйственном строительстве гнутые профили различных типов применяют в качестве прогонов, поясов ферм и рам, элементов решеток и связей при сооружении теплиц, птичников и других объектов.

Для ограждения наиболее опасных участков автомобильных дорог находит широкое применение специальный гнутый профиль. Применение этого профиля вместо железобетонных столбов дает 25% экономии металла.

1.1.3 Применение гнутых профилей при производстве легких металлических конструкций (ЛМК)

Показатели развития легких металлических конструкций

В настоящее время для всех развитых стран мира ведущим направлением эффективного металлостроительства является применение легких металлических конструкций в зданиях промышленного, гражданского, сельскохозяйственного и иного назначения.

В США, Англии, Франции, Голландии и других промышленно развитых странах основная конструктивная форма каркасов в одноэтажных производственных зданиях из ЛМК высотой до 12 метров и пролетами до 30 метров — рамная.

По статистическим данным, из общих промышленных зданий США более 50 процентов являются легкими одноэтажными зданиями заводского изготовления, комплектно поставляемыми на стройплощадку. Для этих зданий характерны большие размеры в плане (до 100 000 м²), плоские бесфонарные покрытия. В США совершенствуются и широко применяются системы из полносборных зданий из ЛМК.

В 1985 г. среднемировой показатель доли ЛМК был 50ч60% объема применения стальных конструкций. В СССР этот показатель был всего 9%, что свидетельствует о наличии значительных резервов снижения металлоемкости конструкций за счет возможности структурных сдвигов в сторону увеличения использования ЛМК в настоящее время. В СССР основной объём применяемых металлических конструкций приходился на промышленные здания, в отличие от технически развитых стран, где основной их объем — гражданские и сельскохозяйственные здания. Применение ЛМК для гражданских зданий в СССР было в 100 раз меньше чем в США, а для сельскохозяйственных зданий — в 5 раз.

Таблица 1.1 Объёмы производства листовой стали

Из данных таблицы 1.1 следует, что по абсолютным объемам производства стальных конструкций СССР занимал первое место в мире, по производству же тонколистовой, в том числе профилированной, оцинкованной стали (служащей для изготовления несущих и ограждающих конструкций, а также второстепенных, комбинированных и совмещенных конструкций) СССР значительно уступал Японии, США и ФРГ.

К особенностям проектирования зданий и сооружений из ЛМК следует отнести: большую повторяемость конструктивных элементов; унификацию узлов и соединений; технологичность конструкций, снижающую трудоемкость их изготовления; использование эффективных профилей.

ЛМК должны обладать следующими качествами:

— малой металлоемкостью;

— существенной, но в разумных пределах, типизацией и унификацией;

— стабильностью номенклатуры в течение достаточно длительного времени;

— высокой технологичностью и приспособленностью для изготовления на поточных автоматизированных линиях;

— высокой степенью заводской готовности;

— возможностью комплектной поставки целых зданий-модулей и их несущих конструкций.

Снижение металлоемкости зданий из ЛМК достигается за счет новых конструктивных форм, профилей (трубчатых, широкополочных, тавровых, тонкостенных, гнутых и гнутосварных из низколегированной повышенной прочности тонколистовой стали, перфорированных, гофрированных и др.).

Если принять во внимание, что трудоемкость изготовления и стоимость единицы массы таких профилей выше обычных, достичь конкурентоспособности ЛМК возможно лишь при высокой степени индустриальности заводского изготовления, отлаженной системе комплектной поставки и использовании передовых приемов монтажа.

Конструктивные решения ЛМК ориентированы на заводскую технологию их изготовления. Основа такой технологии-заводские автоматизированные комплексы по производству эффективных профилей, в состав которых включаются станы по прокату холодногнутых профилей, по изготовлению профилированного стального настила и др.

Созданная промышленная база изготовления всего набора несущих и ограждающих легких металлических конструкций комплектной поставки (ЛМК КП) позволила развиваться отрасли по двум направлениям: первое-соответствующее традиционным принципам типового проектирования по стандартизированным габаритным схемам и каталогам выпускаемых легких металлических несущих и ограждающих конструкций с комплектацией либо на специализированном заводе, либо на строительной площадке; второе-комплектация типовых зданий-модулей из ЛМК с определенным функциональным назначением (например физкультурно-оздоровительные комплексы, предприятия по хранению и переработке сельскохозяйственной продукции, объекты торговли и промышленного назначения и др.) и фиксированными параметрами высот, пролетов, шагов колонн и т. п.

Роль ЛМК, очевидно еще более возрастет в связи с переориентацией на разукрупнение производств, создание мобильных с часто меняющейся технологией мелкомасштабных производств, в том числе фермерских хозяйств, индивидуальных и совместных малых предприятий по переработке сельскохозяйственного промышленного сырья и др.

1.1.4 Сортамент профилей и листового проката Весь металлопрокат по условиям применения разделяется на две группы: металлопрокат общего и специального назначения.

Металлопрокат общего назначения-наиболее массовый, широко используемый в различных областях промышленности и строительства при разнообразных силовых воздействиях: растяжении, сжатии, изгибе. В эту группу металлопроката входят двутавры, швеллеры, зетовые, С-образные и корытные профили, тавры, уголки равнополочные и неравнополочные, трубы круглые, квадратные и прямоугольные и т. п.

К металлопрокату специального назначения, используемому в строительных конструкциях, относятся профили и изделия, форма и размеры которых определяются функциональным назначением и особенностями тех конструкций массового применения, где они используются: гофрированные профили (профилированные листы) для покрытий и стен, профили для оконных и фонарных переплетов и для оконных панелей, рифленые листы и т. п.

Сортамент гнутых и гнутосварных профилей общего назначения включает в себя:

— гнутые равнополочные швеллеры по ГОСТ 8278–83 из стали марок С235 и С245 по ГОСТ 27 772–82 (рис. 1.2, а);

— гнутые равнополочные С-образные профили по ГОСТ 8282–83 и по ТУ 67−559−83 (рис. 1.2, б);

— гнутые равнополочные зетовые профили по ГОСТ 13 229–78 из стали марок С235 и С245 по ГОСТ 27 772–82 (рис. 1.2, в);

— гнутые замкнутые сварные профили квадратного сечения по ТУ 36−2287−80 (квадратные трубы) (рис. 1.2, г);

— гнутые замкнутые сварные профили прямоугольного сечения по ТУ 67−2287−80 (прямоугольные трубы) (рис. 1.2, д).

Сортамент гофрированных профилей (профилированных листов) включает в себя:

— профилированные листы типа Н высотой 57 и 60 мм по ГОСТ 24 045–94 (рис. 1.2, е);

— профилированные листы типа Н высотой 75 мм по ГОСТ 24 045–94 (рис. 1.2, ж);

— профилированные листы типа Н высотой 114 мм, шириной 600 и 750 мм по ГОСТ 24 045–94 (рис. 1.2, з);

— профилированные листы типа С высотой 10 и 18 мм по ГОСТ 24 045–94 (рис. 1.2, и);

— профилированные листы типа С высотой 44 мм по ГОСТ 24 045–94 (рис. 1.2, к).

Рис. 1.2. Сортамент профилей и листового проката

1.2 Основные исходные данные Основными исходными данными для проектирования являются:

1. Чертежи деталей (поперечные сечения профилей) (рис. 1.3, рис. 1.4).

2. Оборудование — гибочно-прокатный станок ГПС-350М6 (приложение 1).

Рис. 1.3 Швеллер мм.

Рис. 1.4 С-образный профиль мм.

1.3 Назначение участка и характер выпускаемой продукции

Назначение проектируемого участка — производство гнутых профилей типа уголков, швеллеров, С-образных, корытных и др. на профилегибочных станках среднего типа (ГПС-350). Исходным материалом является холоднокатаный горячеоцинкованный прокат, поставляемый в виде рулонов.

Раскрой исходного рулона на полосы (рулоны меньшей ширины, соответствующие ширине исходных заготовок для профилей) осуществляется на линии продольного раскроя рулона, которая устанавливается перед профилегибочными станками. Транспортировка деталей внутри цеха осуществляется мостовым краном, вне цеха — автомобилем.

1.4 Установление режима работы участка. Установление эффективного годового фонда времени работы рабочих и оборудования Режим работы определяется количеством рабочих дней в году, принятой сменностью и продолжительностью нормальных и укороченных смен.

С учетом достаточно высокой производительности профилегибочных станков принимается односменный режим работы участка.

Для предприятий с нормальным условием работы установлена 41- часовая неделя с 5 рабочими и 2-мя выходными днями в неделю. Продолжительность нормальной смены (с учётом объединенного перерыва) — 8 часов. В году 365 дней, выходных дней — 104, праздничных дней в году — 8.

Номинальный годовой фонд времени единицы оборудования при односменном режиме равен 2070 часов (для автоматических линий).

Действительный фонд времени работы оборудования с учетом потерь на ремонт (12%) составляет Ф_Д=1823 часа.

Фактическое число часов работы оборудования Ф_ЭФ можно определить через коэффициент использования оборудования по времени k_ВР, который учитывает простои оборудования, связанные с переустановкой рулона и некратность продолжительности рабочей смены времени профилирования из одного рулона:

Ф_ЭФ=Ф_Д· k_ВР, k_ВР=Т_Ф/Т_Н (1.1)

где Т_Ф — фактическое число часов работы станка (линии) в смену;

Т_Н=Т_СМ=8 ч. — нормативное число часов работы (длительность смены).

Чтобы определить величину Т_Ф и коэффициент k_ВР, нужно найти:

1. Длину рулона.

2. Время профилирования одного рулона.

3. Количество рулонов, расходуемых в одну рабочую смену.

4. Время на переустановку рулона (для проверки).

Исходный материал для профилирования поставляется в виде рулонов (холоднокатаный горячеоцинкованный прокат). Ширину рулона принимаем равной В_РУЛ=1250 мм из нормального ряда (рулоны изготавливает ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат»).

Длину рулона определяем исходя из его массы и ширины. Масса рулона выбирается также из нормального ряда с учетом технической характеристики рулонницы, на которую он будет устанавливаться. Принимаем массу рулона G_РУЛ минимально возможной, равной пяти тоннам. Тогда длина рулона L_Р:

L_РУЛ=G_РУЛ/(В_РУЛ· s·с_СТ)=5000/(1250·10^-3·0.7·10^-3·7800)=732.6 м.

где с_СТ=7800 кг/м³ — плотность стали;

s=0.7· 10^-3 м. — толщина материала.

Время профилирования одного рулона определим исходя из уже известной длины рулона и производительности профилегибочного станка. Исходя из технической характеристики профилегибочного станка ГПС-350М6, его производительность составляет 10−12 м./мин. Принимаем производительность равной П=10 м./мин. Тогда время профилирования одного рулона Т_РУЛ составит:

Т_РУЛ=L_РУЛ/(П· 60)=732.6/(10·60)=1.22 ч.

Количество рулонов К_РУЛ, расходуемых в одну рабочую смену одним станком, находится по формуле:

К_РУЛ=Т_СМ/Т_РУЛ=8/1.22=6.55. Принимаем К_РУЛ=6.

Время на переустановку рулона t_РУЛ определим следующим образом. Определим действия, которые нужно совершить, чтобы переустановить рулон, и общее затрачиваемое время (табл. 1.2).

Таблица 1.2 Расчет времени на переустановку рулона

Таким образом, t_РУЛ=5.7 мин.=0.095 ч. Величина K_РУЛ· (Т_РУЛ+t_РУЛ) = =6· (1.22+0.095)=7.89<�Т_СМ=8 ч. — за смену можно профилировать 6 рулонов.

Теперь можно определить значение Т_Ф:

Т_Ф=K_РУЛ· Т_РУЛ=6·1.22=7.32 ч;

Из формул (1.1): k_ВР=7.32/8=0.915.

Ф_ЭФ=1823· 0.915=1668 ч.

Действительный годовой фонд времени рабочих при 40-часовой рабочей неделе составляет 1820 часов (табл. 1.3) [6, прил. 6, с. 105].

Таблица 1.3 Эффективный годовой фонд времени рабочих.

1.5 Расчет производственной программы Годовую программу выпуска продукции определим в натуральном выражении (по суммарной длине изготавливаемых профилей), в весовом выражении (по массе выпускаемой продукции) и через количество изделий.

Исходные данные для расчета:

— производительность станка ГПС-350М6 — П=10 м./мин;

— фактическое число часов работы оборудования Ф_ЭФ=1668 ч;

— количество станков — n=3;

— длина детали (отрезаемый профиль) — l_Д=6 м;

— ширина заготовки для швеллера В_Ш=197.5 мм (п. 2.1);

— ширина заготовки для С-образного профиля В_С=264.2 мм (п. 2.1);

— швеллер будет изготавливаться на двух станках, С-образный профильна одном.

С учетом того, что все станки имеют одинаковую производительность и так как и швеллер и С-образный профиль отрезаются на одинаковую длину, годовая программа швеллера, выраженная в количестве изделий или в метрах готового профиля, будет соотноситься с годовой программой С-образного профиля как 2:1.

Годовая программа цеха А_ОБЩ (в метрах) (для трех станков) может быть найдена по формуле:

А_ОБЩ=П· Ф_ЭФ·60·n=10·1668·3·60=3 002 400 м.

Годовая программа швеллера А_(Ш) составит:

А_Ш=(2/3)А_ОБЩ=2 001 600 м;

Годовая программа С-образного профиля А_(С) составит:

А_С=(1/3)А_ОБЩ=1 000 800 м.

Годовая программа в штуках (А'_ОБЩ):

А'_ОБЩ=А_ОБЩ/l_Д=3 002 400/6=500 400 шт.

Соответственно:

А'_Ш=(2/3) А'_ОБЩ=333 600 шт;

А'_С=(1/3) А'_ОБЩ=166 800 шт.

Годовая программа в тоннах (А''_ОБЩ):

А''_ОБЩ=А''_Ш+А''_С=2158.42+1443.68=3602.1 т.

где А''_Ш=А_Ш· В_Ш·s·с_СТ=2 001 600·197.5·10^-3·0.7·10^-3·7800=2 158 425.36 кг.=2158.42 т. (годовая программа швеллера в тоннах);

А''_С=А_С· В_С·s·с_СТ=1 000 800·264.2·10^-3·0.7·10^-3·7800=1 443 686 кг.=1443.68 т. (годовая программа С-образного профиля в тоннах).

Годовая программа одного профилегибочного станка (А_СТ, А'_СТ) независимо от вида изготавливаемого профиля, составит:

А_СТ=А_ОБЩ/n=3 002 400/3=1 000 800 м. или А'_СТ=А'_ОБЩ/n=500 400/3=166 800 шт.

Таблица 1.4 Производственная программа участка

1.6 Установление типа производства Тип производственного процесса может быть единичным, серийным и массовым. Он определяется совокупностью некоторых признаков, составляющих организационнотехнологическую характеристику производства. К таким признакам относятся:

— степень специализации производства;

— особенность разделения труда;

— объем производства;

На основании расчета производственной программы участка (табл. 1.4) и количества типоразмеров профилей, которые нужно изготовить, принимаем тип производства — крупносерийное. Работа участка организована поточным методом, при котором оборудование располагается по ходу технологического процесса. Коэффициент специализации К_С=(0,02 0,8), поэтому применяются многопредметные поточные линии, на которых может производиться обработка нескольких деталей, обладающих конструктивно-технологическим сходством. В период изготовления гнутых профилей одного наименования линия работает как одно-предметная. Виды оборудования — переналаживаемые автоматические линии.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет ширины исходной заготовки

2.1.1 Швеллер мм.

В процессе профилирования большинства профилей в местах изгиба металл полосы утоняется, радиальные деформации, возникающие при изгибе, вызывают течение металла в тангенциальном направлении, что приводит к увеличению ширины профилируемой полосы, и, следовательно, к отклонениям геометрических размеров профиля. Для получения качественных профилей с предельными отклонениями, не превышающими допустимых величин, предусмотренных действующими стандартами, ширина заготовки определяется с учетом приращения ширины участков изгиба в процессе формоизменения полосы в роликах профилегибочного станка. Ширину заготовки можно определить аналитическим, графоаналитическим и графическим методами. Разделим сечение профилей (рис. 1.3, рис. 1.4) на элементарные участки (рис. 2.1): прямоугольные и места закруглений.

Рис. 2.1. К определению ширины заготовок Как видно из рисунка, сечение швеллера состоит из двух одинаковых прямолинейных участков 1 (полки швеллера), двух одинаковых участков 2 (места закруглений) и одного прямолинейного участка 3 (стенка швеллера). Сумма ширин этих участков является шириной исходной заготовки:

B₀=b_П+b_И (2.1)

где b_Пширина прямолинейного элемента;

b_Иширина места изгиба (места закругления) 7, с. 233.

Ширина участков закруглений определяется по нейтральной линии деформации b_И=, где угол, образуемый между участками профиля при его подгибке, град; радиус закругления по нейтральной линии деформации, мм,

=R+kS,

где Rвнутренний радиус закругления в месте изгиба, мм; kкоэффициент, зависящий от соотношения R/S.

В данном случае согласно рис. 2.1 имеем:

B_Ш=b_П+b_И=(2b_П1+b_П3)+2b_И2; (2.2)