在一般的機(jī)器中,鑄件的重量占40~80%,但它只占總成本的25~30%。與其他成形方法相比,鑄造的成本是比較低的。鑄件的成本結(jié)構(gòu)主要包括各種爐料和動力的消耗、工藝裝備及模具費(fèi)用、工時費(fèi)用、鑄件廢品率、管理費(fèi)等等。以普通手工砂型鑄造為例,其材料費(fèi)、人工費(fèi)和經(jīng)營管理費(fèi)大致為2/4、1/4、1/4。不同的合金種類,其鑄件的成本是不同的,表7-2為各類合金鑄件成形的相對價格,表7¬-3為美國熔模鑄造鑄件售價。表中可見,不同的材料將采用不同的鑄造方法,因此其價格也不同;即使是相同的鑄造方法,不同的鑄件要求,其價格相差較大。
隨著鑄造技術(shù)的不斷提高,鑄件的尺寸和形狀日趨接近零件,目前,鑄件的切削量較鍛件和軋材低25~50%。在各種毛坯中,鑄件的金屬利用率最高,達(dá)90~92%,而模鍛件只能達(dá)55~75%,自由鍛件只有33%~47%,軋材制品的金屬利用率也只有40~45%。此外,鑄件可利用廢料(鍛壓的飛邊、料頭、機(jī)械加工的切屑、鑄造的澆冒口和廢鑄件)生產(chǎn)。鑄件實(shí)現(xiàn)凈成形和凈終成形具有如下特點(diǎn):
(1) 可大幅度降低生產(chǎn)成本 在機(jī)械生產(chǎn)中,材料費(fèi)約占60%~65%,即只要節(jié)約材料1.54%~1.67%,可使產(chǎn)品成本下降1%。
(2) 提高勞動生產(chǎn)率和改善固定資產(chǎn)占用率 在機(jī)械產(chǎn)品中,由切削加工改為無切削加工后,每100萬t鋼材中可節(jié)約2.5萬t,這相應(yīng)于可少用2萬名工人和15萬臺機(jī)床。如果我國每年用于機(jī)械制造的金屬材料為1000萬t,則其金屬消耗率每年降低1%,相當(dāng)于增產(chǎn)10萬t鋼材。
(3) 可減少冶金部門的投資 工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)值同原材料開采和生產(chǎn)部門的投資比例約為1:3,這就是說,如果減少材料消耗而使工業(yè)產(chǎn)品值下降1元,就可以減少原材料開采和生產(chǎn)部門的投資3元。
(4) 可節(jié)約資源和能源 全球2003年鋼的產(chǎn)量為9.6億t,全世界人均鋼產(chǎn)量200kg,發(fā)達(dá)國家人均在500kg以上,節(jié)省資源是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。節(jié)省金屬就是節(jié)省能源,從礦石開采到生產(chǎn)出金屬材料需消耗大量的能源。表7-4所示為生產(chǎn)不同產(chǎn)品消耗的能源比較。由表所知,生產(chǎn)1t灰鑄鐵件所消耗的能源只有碳鋼鑄件的80.95%。雖然碳鋼板坯由于爐料重量的62%使用高爐鐵水直接煉鋼,減少了能源的消耗(每1t鋼減少555.5kg標(biāo)準(zhǔn)煤),但從板坯變?yōu)槌尚瘟慵€需消耗大量能源,這可以認(rèn)為是金屬材料變?yōu)榍行紩r消耗的能源。根據(jù)對車削的計算,每kg切屑需消耗能源0.9936kw?h或0.4044kg標(biāo)準(zhǔn)煤,切削鑄鐵的能耗只有鋼件的50%,若考慮到型材一般加工余量較鑄鐵件大,鍛件的加工余量則更大,切削所消耗的能耗將超過鑄鐵件的2倍。因此鋼件在多數(shù)情況下,總能耗會大于灰鑄鐵。
3、 以鐵代鋼的成本分析
鑄鐵件鑄造性能好、成本低、價格便宜。特別是隨鑄造技術(shù)的發(fā)展,許多鑄鐵件的力學(xué)性能已接近或超過鋼,以鐵代鋼已產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)價值。
(1) 球墨鑄鐵取代部分鍛件
當(dāng)代的球墨鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)已使許多鑄件在性能上能夠滿足設(shè)計對鑄鋼件和鍛件提出的相同要求,如各類發(fā)動機(jī)的曲軸、整體轉(zhuǎn)向節(jié)和螺旋傘齒輪等已大部分采用球鐵鑄造。如德國生產(chǎn)出世界上最大的球墨鑄鐵件,4000t壓力機(jī)機(jī)架,重165t,抗拉強(qiáng)度大于400n/mm2,延伸率大于17%。1991年全世界球鐵產(chǎn)量已達(dá)1500萬噸,與灰口鑄鐵的產(chǎn)量比約為1:4。根據(jù)表7-5統(tǒng)計,球墨鑄鐵的價格為鍛件和模鍛件的67~71%,又減少很多切削余量。因此,以鐵代鋼將會節(jié)約大量資金。
(2) 球墨鑄鐵取代鋼焊接件
根據(jù)“美國鑄鐵學(xué)會第28屆鑄鐵件設(shè)計比賽”的資料,球鐵件代替鋼(鋼板和型鋼等)焊接件,不僅成本下降,零件的性能也不受影響,有的還有所改善,如表7-5所示。
(3) 球墨鑄鐵代替沖壓件
沖壓件是用薄鋼板沖壓而成的,生產(chǎn)率高,成本較低。但用球墨鑄鐵代替沖壓件取得良好的經(jīng)濟(jì)效益也不乏先例。美國福特公司使用福特4×4輕型卡車的后軸和彈簧之間的定位架,采用重新設(shè)計的球墨鑄鐵件取代由焊接連接的二個沖壓件,可減少大量的工具費(fèi)用和坯料費(fèi)用,每年可節(jié)省4.6萬美元,同時增加了可靠性、改善軸與彈簧的定位、改善裝配,而且使每個零件減少重量3.6287kg。改善強(qiáng)度,消除了焊縫與板裂紋的應(yīng)力破壞
(4) 灰口鑄鐵件代替鋼件
在適當(dāng)?shù)臈l件下,灰口鑄鐵件也能取代鋼件。例如德國型芯自動硬化設(shè)備運(yùn)輸車零件原為st32-2(相當(dāng)于我國鋼號q195)鋼焊接件,改為灰鐵件后成本下降67%(由3827馬克降到1650.5馬克);沖剪機(jī)機(jī)座,原為鋼板焊接件,改為灰鐵件,改善了減振性能,制造成本也大幅降低。