李永新，馬 進，馮周榮，蘇志東

（共享鑄鋼有限公司，寧夏 銀川 750021）

近幾年，全球重型裝備制造業(yè)制造能力持續(xù)過剩，基本呈現供大于求的態(tài)勢，從而使行業(yè)內競爭加劇，產品價格走低，同時原輔材料價格持續(xù)上漲，造成生產成本大大增加，影響企業(yè)的效益。另一方面，受全球疫情影響，大型鑄鋼件市場訂單量也逐漸降低，鑄鋼企業(yè)面臨殘酷的市場環(huán)境。根據中國鑄造協會《我國鑄造行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中提出的在2015 年鑄造企業(yè)數量將從3 萬家減少到2萬家左右，到2020 年減少到1 萬家左右。同時提出要大幅度降低鑄造能源消耗，30%的企業(yè)達到發(fā)達工業(yè)國家水平，鑄造過程的廢物廢氣排放達到國家標準或地方標準。由此可見，作為裝備制造業(yè)的重要行業(yè)——鑄造行業(yè)，要想不被淘汰，并能夠長期生存下去，且有良好的效益，必須“轉型升級，快速發(fā)展”，不斷地提升企業(yè)競爭力。本文結合自身企業(yè)的生產實際情況，就鑄造企業(yè)如何降本增效進行初步的探討。

1 存在的問題

傳統鑄造行業(yè)工序多，工藝復雜，設備數字化和智能化水平低，關鍵過程質量主要靠人工進行控制，特別是對于傳統大型鑄鋼件鑄造企業(yè)，一方面工藝復雜，操作繁瑣，工序較多，設備老化嚴重，勞動強度大，現場難以進行有效管理；另一方面產品質量要求高，尤其是一些高端行業(yè)的鑄件，比如核電、水電、熱電、壓縮機、石油等行業(yè)的鑄件，容錯率要求很低。再者，顧客期望或者要求交貨要快，周期要短。因此，企業(yè)要想生存發(fā)展，就必須不斷迭代革新，轉型升級，解決以上問題。具體來說，就是在保證產品質量的情況下要不斷地降低企業(yè)生產成本，提高效率，增加效益。

2 解決的辦法

一般鑄鋼件產品從接到顧客訂單到設計、模具準備、造型、冶煉、澆注、開箱、澆冒系統切割、熱處理并經過后續(xù)氣刨、打磨、檢測甚至焊補、加工等工序，直到合格發(fā)運，一般會經歷五十多道工序，涉及兩千多個關鍵工藝參數，工藝復雜，操作繁瑣。因產品種類、大小、結構、要求等不同，生產周期短則三四個月，長則一年左右。

企業(yè)的命脈是利潤，而利潤=價格-成本。在市場化的競爭中，價格往往由市場來決定，這時成本就占據了主要因素。因此，在保證產品質量的前提下，為企業(yè)節(jié)約成本，便是每一位員工的價值核心所在。鑄鋼件生產流程長，工序多，因此可改進的點也多。

2.1 有效成本核算

根據現代經營學說所提倡的，你要得到什么，就必須衡量什么。想降低成本，就必須先測量成本，即做好成本核算。公司將工藝路線標準作業(yè)量由原有的小時核算調整為按照實際單位噸位核算。按照工藝路線BOM 基礎數據，各工序成本采用噸位的標準作業(yè)量進行核算。經過成本重新滾算，提高了預測訂單成本的準確性，準確的標準成本能夠盡可能地縮小標準成本與實際成本的差異，盡可能地規(guī)避市場變化引起的銷售量變動對產品變動成本的影響。同時，在日常的生產經營過程中，根據內外部環(huán)境的變化，動態(tài)的及時修改BOM 組件物料的標準使用量，且為了保證標準成本設定值更加貼近實際成本核算，產品實際成本核算精細化到料、工、費，落實到每個具體產品、每個工作中心及每道工序，使實際成本核算更為準確，成本控制更加精細化。采用標準成本法，標準成本計算的準確性和對制造費用的實時監(jiān)控能夠從根本上提升產品的成本控制，優(yōu)化標準成本。

2.2 縮減生產工序

根據企業(yè)自身特點和產品結構等方面，優(yōu)化產品鑄造工序，減少不必要的工作流程。生產制造過程中，能簡化的工序就簡化，能合并的就合并。比如鑄件粗加工后的清理工序，過去鑄件多肉氣刨、表面打磨、NDT 檢測、缺陷挖除、缺陷內打磨、缺陷焊補，焊縫區(qū)打磨，焊縫NDT 復檢分別由不同工序的不同班組來操作實施，由于操作班組工位固定，所以人不動，件動。僅各工序之間來回吊運轉件就有很多次，很耽誤時間，而且，工序之間的交接，操作培訓等涉及的人員太多，效率低下。為此，隨后將刨磨檢焊整合成一個工序一個操作班組單元，在這樣每一個操作單元，實行多能工制，操作人員一專多能，盡可能實現人動件不動，或者盡可能少吊運少翻件，減少工作層次，減少工序工步壁壘。從人員配置和工序物流，溝通協作方面極大地降低了成本，提高了效率。

2.3 應用虛擬制造技術

產品成本是決定產品市場競爭力的重要因素，設計對產品成本的影響是全方位的，產品成本的絕大部分在設計階段尤其是概念設計階段就已基本確定[1]，通過合理設計，設計標準化，持續(xù)改進優(yōu)化設計等，是降低企業(yè)成本的有效措施。在鑄鋼生產中，最主要的設計就是鑄造工藝設計。鑄造工藝設計是根據鑄造零件的結構特點，技術要求，生產批量和生產條件等，確定鑄造方案和鑄造工藝參數。但鑄造過程是極其復雜的高溫金屬液體動態(tài)過程，鑄件澆注后的宏微觀組織，是在鑄件液體凝固過程中形成的。鑄件的縮孔、縮松、夾渣、變形、開裂等常見鑄造缺陷的產生都與鑄件的凝固過程密切相關，但這個過程是不可觀察的甚至是不可預知的。因此，有條件的鑄造企業(yè)，一定要在傳統鑄造工藝理論、實踐經驗積累總結和試驗研究的基礎上，建立基于計算機數值分析技術的鑄造工藝虛擬現實和工藝優(yōu)化方法[2]。鑄造工藝設計的應用研究充分利用虛擬制造技術，應用三維設計和仿真分析軟件，實現基于三維模型的設計、仿真、優(yōu)化等過程，在計算機環(huán)境下充分驗證工藝設計的合理性，縮短產品的研發(fā)周期。極大的提高研發(fā)生產制造效率，提高鑄件質量、降低成本。比如目前的MAGMASOFT、ProCAST、SolidThinking Click2Cast，AnyCasting 等 鑄造模擬軟件，各企業(yè)可以根據自身情況及產品特點選用。

2.4 降低鑄件的焊補率

鑄鋼件焊補率是鑄件鑄造質量的一個非常重要的指標，其不僅僅反映了鑄件的鑄造質量，也對鑄件的生產周期和成本有很大的影響。焊補率是鑄件焊補的體積除以鑄件噸位，有些鑄造企業(yè)將其作為內部的一個綜合指標。一般鑄件的外觀、尺寸方面的缺損，需要焊補?；蛘邿o損檢測發(fā)現的鑄件內部鑄造方面的缺陷如縮孔、縮松、夾渣、裂紋等，都需要通過機械加工的方式或碳弧氣刨的方法先將缺陷挖除，挖缺區(qū)域MT 或PT 檢合后再焊補。焊補后對焊縫金屬表面氣刨、鏟磨、無損復檢，至到焊縫區(qū)及周邊金屬無損探傷合格。這些都屬于不合格的返修，需要消耗人力成本和原輔材料等。比如焊補材料如焊條焊絲等，尤其高合金鋼的焊材費用比較高。定制鑄件的顧客一般不會將焊補率做為產品的技術質量指標要求，但多數會規(guī)定鑄件缺陷的接收等級，有些缺陷超過顧客定義的重要缺陷后，有可能會導致鑄件報廢。因此追求零缺陷或低焊補率，對鑄造企業(yè)來說，不僅意味著質量的高超，也意味著成本的降低和生產周期的縮短，是一個企業(yè)綜合實力的體現。比如按10 000 t 的鑄鋼年產量測算，如果整體綜合焊補率每下降0.1 dm3/t，一年可節(jié)約的直接生產成本超50 萬元以上。

2.5 制造過程中的改進提升

鑄鋼件的生產流程長，工序工步多，也意味著優(yōu)化改進點就多。因此，無論是對質量的改進，還是成本效率方面的改進，都大有潛力可挖。在此，簡單的介紹幾個方面：

1）造型成型方面

根據鑄造企業(yè)具體情況和產品結構、質量要求、批量大小等選擇合理的成型方法。對鑄件造型成型方法要不斷地進行創(chuàng)新，降低成型成本，比如對于砂模鑄造，可采用刮砂成型、框架成型、活面型成型、定位組裝成型。模具可選木模、金屬模、砂模、白模、針模，或者相互之間的搭配組合使用等。對一些相近結構的鑄件，還可以改制成型，大型環(huán)類產品組芯成型，上冠、下環(huán)類鑄件疊加成型，以及3D打印砂芯組合成型等等方法。通過這些成型方法的創(chuàng)新，可以有效降低鑄件的噸成型成本。另外，可以大大地縮短產品成型周期提高成型效率。

降低砂鐵比降低造型輔材的使用。通過合理的成型方法設計選擇，加上合理的砂箱選用，鑄件在砂箱內的合理布置及一箱多件，箱內非關鍵部位填充空箱、空桶、空心砂塊、消失模等填充物措施，爭取將砂鐵比降至較低。這些措施可以有效地降低砂子使用量，同時樹脂、固化劑噸耗也大大降低，落砂、清砂、再生砂等工作量也大為降低。另外盡可能加大通用工裝的使用比例、制作芯骨的廢舊方鋼重復再用，或者采用澆道、余鋼自澆芯骨等替代傳統方鋼金屬材料，噸造型量金屬材料消耗也會明顯下降，大幅減低金屬材料專項費用。

2）打箱切割方面

推動高溫打箱切割一體化。即在保證鑄件不會開裂的情況下，盡可能減少鑄件在砂型內的自然冷卻時間，尤其是對于中大型鑄件。選擇較高溫度將鑄件從砂型內提出，比如250 ℃～450 ℃以上，隨后可以選擇在地坑內或者爐內緩冷，或者在自制的保溫箱內緩慢冷卻。也可以采用鑄件凝固后，優(yōu)先清理明冒口周邊砂子以及對大冒口采用適當的強制冷卻技術，在降低鑄件砂型內厚薄壁溫差降低應力的同時還可以減少鑄件的冷卻周期。以上措施可以極大地縮短鑄件壓箱周期，釋放地坑資源，加快砂箱和砂子的周轉效率。另外，高溫打箱出來的鑄件可以趁熱實施澆冒系統的直接切割，可以減少鑄件常溫打箱后再預熱切割（大多數鑄鋼件都需要預熱切割澆冒系統，防止切割區(qū)或鑄件開裂）消耗天然氣或電能，并減少生產周期。

至于冒口切割方面，盡可能采用自動化或半自動化的切割行走機構，用于切割鑄件平整面上的澆道或冒口。不規(guī)則地方的或者曲面不好切割的再用人工去切割。對碳鋼和低合金鋼相對容易切割的鑄件，采用常規(guī)的火焰割炬即可，對于高合金鋼則盡可能采用可添加金屬粉末的切割設備。這些措施即降低了操作工的勞動強度，減少人員數量，又提高了操作效率。

3）熱處理方面

鑄鋼件基本上都需要進行各種熱處理，一般有冒口切割的預熱熱處理，改善鑄態(tài)不良組織、提高力學性能的性能熱處理（如正回火，淬回火等），消除焊補缺陷產生的應力以及改善焊縫金屬組織的焊后熱處理。在鑄造廠，除了冶煉是耗能大的工序外，熱處理也是一個耗能工序。因此要注意熱處理方面的成本節(jié)約效率提升，主要是從設備自身節(jié)能和工藝參數節(jié)能方面來考慮。

首先是熱處理爐自身的節(jié)能，此處以常用的天然氣爐為例，要盡可能采用節(jié)能型的熱處理爐，比如蓄熱式熱處理爐。據相關資料統計對比，常規(guī)加熱爐的熱效率最高可達55%～59%，而蓄熱式加熱爐的熱效率已達到65%～70%[3]，比傳統熱處理爐天然氣消耗至少可以節(jié)約30%[4].采用蓄熱式燒嘴，并基于PLC 自動控制管路系統，大小火協調控制，爐襯全部采用高鋁纖維模塊等保溫隔熱性能好的材料，同時提高爐子密封性。

其次熱處理工藝類型、參數方面的降本增效。根據鑄件材料、結構等方面的不同，在保證熱處理質量的前提下，盡可能采用快速升溫，余熱裝爐，縮短保溫時間等工藝措施，比如對于碳鋼、低合金鋼件的正（淬）火零保溫的應用[5-7]，低合金鋼、高合金鋼件采用1 min/mm～1.5 min/mm 的保溫系數，而不是一律采用傳統的2 min/mm～2.5 min/mm 的保溫系數。傳統的保溫系數主要是基于傳統的燒煤熱處理爐，燃燒效率低，爐溫均勻性差，而現在的電阻爐、天然氣爐，在升溫效率、爐溫精度和均勻性方面都有了很大的提高，因此影響鑄件透熱均溫的保溫系數可以降低，而且通過實踐證明，是可以保證產品熱處理工藝性能及效果的。有些低碳鋼鑄件還可以取消正火后的回火，正火風冷件改用短時淬火，回火爐冷改為空冷等措施。另外還可以提高同爐率，比如工藝改進一致，回火和焊后件同爐，雙層工裝裝件，平裝改立裝等措施，降低了單件耗能值，同時也提高了生產效率。

3 結束語

鑄鋼件制造過程中的降本增效具體實施方法很多，各個企業(yè)情況各不一樣?？傮w來說，需要通過對成本的構成結合實際狀況進行精確的測量把控，結合實際生產情況，根據80/20 原則，對重要工序重點改進點實施改進，既保證產品質量，又能夠降低成本，提高生產效率，增加企業(yè)效益，增強顧客滿意度，提升公司的市場競爭力。