鑄鋼件制造企業(yè)降本增效的探討

李永新，馬 進(jìn)，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(guò)剩，基本呈現(xiàn)供大于求的態(tài)勢(shì)，從而使行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，產(chǎn)品價(jià)格走低，同時(shí)原輔材料價(jià)格持續(xù)上漲，造成生產(chǎn)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(chǎng)訂單量也逐漸降低，鑄鋼企業(yè)面臨殘酷的市場(chǎng)環(huán)境。根據(jù)中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)《我國(guó)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(shù)量將從3 萬(wàn)家減少到2萬(wàn)家左右，到2020 年減少到1 萬(wàn)家左右。同時(shí)提出要大幅度降低鑄造能源消耗，30%的企業(yè)達(dá)到發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家水平，鑄造過(guò)程的廢物廢氣排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，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(zhǎng)期生存下去，且有良好的效益，必須“轉(zhuǎn)型升級(jí)，快速發(fā)展”，不斷地提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本文結(jié)合自身企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況，就鑄造企業(yè)如何降本增效進(jìn)行初步的探討。

1 存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)鑄造行業(yè)工序多，工藝復(fù)雜，設(shè)備數(shù)字化和智能化水平低，關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量主要靠人工進(jìn)行控制，特別是對(duì)于傳統(tǒng)大型鑄鋼件鑄造企業(yè)，一方面工藝復(fù)雜，操作繁瑣，工序較多，設(shè)備老化嚴(yán)重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，現(xiàn)場(chǎng)難以進(jìn)行有效管理；另一方面產(chǎn)品質(zhì)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(jī)、石油等行業(yè)的鑄件，容錯(cuò)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(zhuǎn)型升級(jí)，解決以上問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，就是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下要不斷地降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高效率，增加效益。

2 解決的辦法

一般鑄鋼件產(chǎn)品從接到顧客訂單到設(shè)計(jì)、模具準(zhǔn)備、造型、冶煉、澆注、開箱、澆冒系統(tǒng)切割、熱處理并經(jīng)過(guò)后續(xù)氣刨、打磨、檢測(cè)甚至焊補(bǔ)、加工等工序，直到合格發(fā)運(yùn)，一般會(huì)經(jīng)歷五十多道工序，涉及兩千多個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)，工藝復(fù)雜，操作繁瑣。因產(chǎn)品種類、大小、結(jié)構(gòu)、要求等不同，生產(chǎn)周期短則三四個(gè)月，長(zhǎng)則一年左右。

企業(yè)的命脈是利潤(rùn)，而利潤(rùn)=價(jià)格-成本。在市場(chǎng)化的競(jìng)爭(zhēng)中，價(jià)格往往由市場(chǎng)來(lái)決定，這時(shí)成本就占據(jù)了主要因素。因此，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，為企業(yè)節(jié)約成本，便是每一位員工的價(jià)值核心所在。鑄鋼件生產(chǎn)流程長(zhǎng)，工序多，因此可改進(jìn)的點(diǎn)也多。

2.1 有效成本核算

根據(jù)現(xiàn)代經(jīng)營(yíng)學(xué)說(shuō)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(cè)量成本，即做好成本核算。公司將工藝路線標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)量由原有的小時(shí)核算調(diào)整為按照實(shí)際單位噸位核算。按照工藝路線BOM 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，各工序成本采用噸位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)量進(jìn)行核算。經(jīng)過(guò)成本重新滾算，提高了預(yù)測(cè)訂單成本的準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)成本能夠盡可能地縮小標(biāo)準(zhǔn)成本與實(shí)際成本的差異，盡可能地規(guī)避市場(chǎng)變化引起的銷售量變動(dòng)對(duì)產(chǎn)品變動(dòng)成本的影響。同時(shí)，在日常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，根據(jù)內(nèi)外部環(huán)境的變化，動(dòng)態(tài)的及時(shí)修改BOM 組件物料的標(biāo)準(zhǔn)使用量，且為了保證標(biāo)準(zhǔn)成本設(shè)定值更加貼近實(shí)際成本核算，產(chǎn)品實(shí)際成本核算精細(xì)化到料、工、費(fèi)，落實(shí)到每個(gè)具體產(chǎn)品、每個(gè)工作中心及每道工序，使實(shí)際成本核算更為準(zhǔn)確，成本控制更加精細(xì)化。采用標(biāo)準(zhǔn)成本法，標(biāo)準(zhǔn)成本計(jì)算的準(zhǔn)確性和對(duì)制造費(fèi)用的實(shí)時(shí)監(jiān)控能夠從根本上提升產(chǎn)品的成本控制，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)成本。

2.2 縮減生產(chǎn)工序

根據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面，優(yōu)化產(chǎn)品鑄造工序，減少不必要的工作流程。生產(chǎn)制造過(guò)程中，能簡(jiǎn)化的工序就簡(jiǎn)化，能合并的就合并。比如鑄件粗加工后的清理工序，過(guò)去鑄件多肉氣刨、表面打磨、NDT 檢測(cè)、缺陷挖除、缺陷內(nèi)打磨、缺陷焊補(bǔ)，焊縫區(qū)打磨，焊縫NDT 復(fù)檢分別由不同工序的不同班組來(lái)操作實(shí)施，由于操作班組工位固定，所以人不動(dòng)，件動(dòng)。僅各工序之間來(lái)回吊運(yùn)轉(zhuǎn)件就有很多次，很耽誤時(shí)間，而且，工序之間的交接，操作培訓(xùn)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(gè)工序一個(gè)操作班組單元，在這樣每一個(gè)操作單元，實(shí)行多能工制，操作人員一專多能，盡可能實(shí)現(xiàn)人動(dòng)件不動(dòng)，或者盡可能少吊運(yùn)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(xié)作方面極大地降低了成本，提高了效率。

2.3 應(yīng)用虛擬制造技術(shù)

產(chǎn)品成本是決定產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素，設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品成本的影響是全方位的，產(chǎn)品成本的絕大部分在設(shè)計(jì)階段尤其是概念設(shè)計(jì)階段就已基本確定[1]，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)等，是降低企業(yè)成本的有效措施。在鑄鋼生產(chǎn)中，最主要的設(shè)計(jì)就是鑄造工藝設(shè)計(jì)。鑄造工藝設(shè)計(jì)是根據(jù)鑄造零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，技術(shù)要求，生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和鑄造工藝參數(shù)。但鑄造過(guò)程是極其復(fù)雜的高溫金屬液體動(dòng)態(tài)過(guò)程，鑄件澆注后的宏微觀組織，是在鑄件液體凝固過(guò)程中形成的。鑄件的縮孔、縮松、夾渣、變形、開裂等常見(jiàn)鑄造缺陷的產(chǎn)生都與鑄件的凝固過(guò)程密切相關(guān)，但這個(gè)過(guò)程是不可觀察的甚至是不可預(yù)知的。因此，有條件的鑄造企業(yè)，一定要在傳統(tǒng)鑄造工藝?yán)碚?、?shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累總結(jié)和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立基于計(jì)算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)的鑄造工藝虛擬現(xiàn)實(shí)和工藝優(yōu)化方法[2]。鑄造工藝設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究充分利用虛擬制造技術(shù)，應(yīng)用三維設(shè)計(jì)和仿真分析軟件，實(shí)現(xiàn)基于三維模型的設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化等過(guò)程，在計(jì)算機(jī)環(huán)境下充分驗(yàn)證工藝設(shè)計(jì)的合理性，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。極大的提高研發(fā)生產(chǎn)制造效率，提高鑄件質(zhì)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(jù)自身情況及產(chǎn)品特點(diǎn)選用。

2.4 降低鑄件的焊補(bǔ)率

鑄鋼件焊補(bǔ)率是鑄件鑄造質(zhì)量的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，其不僅僅反映了鑄件的鑄造質(zhì)量，也對(duì)鑄件的生產(chǎn)周期和成本有很大的影響。焊補(bǔ)率是鑄件焊補(bǔ)的體積除以鑄件噸位，有些鑄造企業(yè)將其作為內(nèi)部的一個(gè)綜合指標(biāo)。一般鑄件的外觀、尺寸方面的缺損，需要焊補(bǔ)?；蛘邿o(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的鑄件內(nèi)部鑄造方面的缺陷如縮孔、縮松、夾渣、裂紋等，都需要通過(guò)機(jī)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(bǔ)。焊補(bǔ)后對(duì)焊縫金屬表面氣刨、鏟磨、無(wú)損復(fù)檢，至到焊縫區(qū)及周邊金屬無(wú)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(bǔ)材料如焊條焊絲等，尤其高合金鋼的焊材費(fèi)用比較高。定制鑄件的顧客一般不會(huì)將焊補(bǔ)率做為產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)要求，但多數(shù)會(huì)規(guī)定鑄件缺陷的接收等級(jí)，有些缺陷超過(guò)顧客定義的重要缺陷后，有可能會(huì)導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。因此追求零缺陷或低焊補(bǔ)率，對(duì)鑄造企業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅意味著質(zhì)量的高超，也意味著成本的降低和生產(chǎn)周期的縮短，是一個(gè)企業(yè)綜合實(shí)力的體現(xiàn)。比如按10 000 t 的鑄鋼年產(chǎn)量測(cè)算，如果整體綜合焊補(bǔ)率每下降0.1 dm3/t，一年可節(jié)約的直接生產(chǎn)成本超50 萬(wàn)元以上。

2.5 制造過(guò)程中的改進(jìn)提升

鑄鋼件的生產(chǎn)流程長(zhǎng)，工序工步多，也意味著優(yōu)化改進(jìn)點(diǎn)就多。因此，無(wú)論是對(duì)質(zhì)量的改進(jìn)，還是成本效率方面的改進(jìn)，都大有潛力可挖。在此，簡(jiǎn)單的介紹幾個(gè)方面：

1）造型成型方面

根據(jù)鑄造企業(yè)具體情況和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、質(zhì)量要求、批量大小等選擇合理的成型方法。對(duì)鑄件造型成型方法要不斷地進(jìn)行創(chuàng)新，降低成型成本，比如對(duì)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(duì)一些相近結(jié)構(gòu)的鑄件，還可以改制成型，大型環(huán)類產(chǎn)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(guò)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(chǎn)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(guò)合理的成型方法設(shè)計(jì)選擇，加上合理的砂箱選用，鑄件在砂箱內(nèi)的合理布置及一箱多件，箱內(nèi)非關(guān)鍵部位填充空箱、空桶、空心砂塊、消失模等填充物措施，爭(zhēng)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(shí)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(fù)再用，或者采用澆道、余鋼自澆芯骨等替代傳統(tǒng)方鋼金屬材料，噸造型量金屬材料消耗也會(huì)明顯下降，大幅減低金屬材料專項(xiàng)費(fèi)用。

2）打箱切割方面

推動(dòng)高溫打箱切割一體化。即在保證鑄件不會(huì)開裂的情況下，盡可能減少鑄件在砂型內(nèi)的自然冷卻時(shí)間，尤其是對(duì)于中大型鑄件。選擇較高溫度將鑄件從砂型內(nèi)提出，比如250 ℃～450 ℃以上，隨后可以選擇在地坑內(nèi)或者爐內(nèi)緩冷，或者在自制的保溫箱內(nèi)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(duì)大冒口采用適當(dāng)?shù)膹?qiáng)制冷卻技術(shù)，在降低鑄件砂型內(nèi)厚薄壁溫差降低應(yīng)力的同時(shí)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(zhuǎn)效率。另外，高溫打箱出來(lái)的鑄件可以趁熱實(shí)施澆冒系統(tǒng)的直接切割，可以減少鑄件常溫打箱后再預(yù)熱切割（大多數(shù)鑄鋼件都需要預(yù)熱切割澆冒系統(tǒng)，防止切割區(qū)或鑄件開裂）消耗天然氣或電能，并減少生產(chǎn)周期。

至于冒口切割方面，盡可能采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化的切割行走機(jī)構(gòu)，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(duì)碳鋼和低合金鋼相對(duì)容易切割的鑄件，采用常規(guī)的火焰割炬即可，對(duì)于高合金鋼則盡可能采用可添加金屬粉末的切割設(shè)備。這些措施即降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人員數(shù)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(jìn)行各種熱處理，一般有冒口切割的預(yù)熱熱處理，改善鑄態(tài)不良組織、提高力學(xué)性能的性能熱處理（如正回火，淬回火等），消除焊補(bǔ)缺陷產(chǎn)生的應(yīng)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(gè)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(shè)備自身節(jié)能和工藝參數(shù)節(jié)能方面來(lái)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(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)對(duì)比，常規(guī)加熱爐的熱效率最高可達(dá)55%～59%，而蓄熱式加熱爐的熱效率已達(dá)到65%～70%[3]，比傳統(tǒng)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(dòng)控制管路系統(tǒng)，大小火協(xié)調(diào)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(shí)提高爐子密封性。

其次熱處理工藝類型、參數(shù)方面的降本增效。根據(jù)鑄件材料、結(jié)構(gòu)等方面的不同，在保證熱處理質(zhì)量的前提下，盡可能采用快速升溫，余熱裝爐，縮短保溫時(shí)間等工藝措施，比如對(duì)于碳鋼、低合金鋼件的正（淬）火零保溫的應(yīng)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(shù)，而不是一律采用傳統(tǒng)的2 min/mm～2.5 min/mm 的保溫系數(shù)。傳統(tǒng)的保溫系數(shù)主要是基于傳統(tǒng)的燒煤熱處理爐，燃燒效率低，爐溫均勻性差，而現(xiàn)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(shù)可以降低，而且通過(guò)實(shí)踐證明，是可以保證產(chǎn)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(fēng)冷件改用短時(shí)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(jìn)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(shí)也提高了生產(chǎn)效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

鑄鋼件制造過(guò)程中的降本增效具體實(shí)施方法很多，各個(gè)企業(yè)情況各不一樣?？傮w來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)對(duì)成本的構(gòu)成結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行精確的測(cè)量把控，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，根據(jù)80/20 原則，對(duì)重要工序重點(diǎn)改進(jìn)點(diǎn)實(shí)施改進(jìn)，既保證產(chǎn)品質(zhì)量，又能夠降低成本，提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)效益，增強(qiáng)顧客滿意度，提升公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。