铸钢件制造企业降本增效的探讨

李永新，马 进，冯周荣，苏志东

（共享铸钢有限公司，宁夏 银川 750021）

近几年，全球重型装备制造业制造能力持续过剩，基本呈现供大于求的态势，从而使行业内竞争加剧，产品价格走低，同时原辅材料价格持续上涨，造成生产成本大大增加，影响企业的效益。另一方面，受全球疫情影响，大型铸钢件市场订单量也逐渐降低，铸钢企业面临残酷的市场环境。根据中国铸造协会《我国铸造行业“十三五”发展规划》中提出的在2015 年铸造企业数量将从3 万家减少到2万家左右，到2020 年减少到1 万家左右。同时提出要大幅度降低铸造能源消耗，30%的企业达到发达工业国家水平，铸造过程的废物废气排放达到国家标准或地方标准。由此可见，作为装备制造业的重要行业——铸造行业，要想不被淘汰，并能够长期生存下去，且有良好的效益，必须“转型升级，快速发展”，不断地提升企业竞争力。本文结合自身企业的生产实际情况，就铸造企业如何降本增效进行初步的探讨。

1 存在的问题

传统铸造行业工序多，工艺复杂，设备数字化和智能化水平低，关键过程质量主要靠人工进行控制，特别是对于传统大型铸钢件铸造企业，一方面工艺复杂，操作繁琐，工序较多，设备老化严重，劳动强度大，现场难以进行有效管理；另一方面产品质量要求高，尤其是一些高端行业的铸件，比如核电、水电、热电、压缩机、石油等行业的铸件，容错率要求很低。再者，顾客期望或者要求交货要快，周期要短。因此，企业要想生存发展，就必须不断迭代革新，转型升级，解决以上问题。具体来说，就是在保证产品质量的情况下要不断地降低企业生产成本，提高效率，增加效益。

2 解决的办法

一般铸钢件产品从接到顾客订单到设计、模具准备、造型、冶炼、浇注、开箱、浇冒系统切割、热处理并经过后续气刨、打磨、检测甚至焊补、加工等工序，直到合格发运，一般会经历五十多道工序，涉及两千多个关键工艺参数，工艺复杂，操作繁琐。因产品种类、大小、结构、要求等不同，生产周期短则三四个月，长则一年左右。

企业的命脉是利润，而利润=价格-成本。在市场化的竞争中，价格往往由市场来决定，这时成本就占据了主要因素。因此，在保证产品质量的前提下，为企业节约成本，便是每一位员工的价值核心所在。铸钢件生产流程长，工序多，因此可改进的点也多。

2.1 有效成本核算

根据现代经营学说所提倡的，你要得到什么，就必须衡量什么。想降低成本，就必须先测量成本，即做好成本核算。公司将工艺路线标准作业量由原有的小时核算调整为按照实际单位吨位核算。按照工艺路线BOM 基础数据，各工序成本采用吨位的标准作业量进行核算。经过成本重新滚算，提高了预测订单成本的准确性，准确的标准成本能够尽可能地缩小标准成本与实际成本的差异，尽可能地规避市场变化引起的销售量变动对产品变动成本的影响。同时，在日常的生产经营过程中，根据内外部环境的变化，动态的及时修改BOM 组件物料的标准使用量，且为了保证标准成本设定值更加贴近实际成本核算，产品实际成本核算精细化到料、工、费，落实到每个具体产品、每个工作中心及每道工序，使实际成本核算更为准确，成本控制更加精细化。采用标准成本法，标准成本计算的准确性和对制造费用的实时监控能够从根本上提升产品的成本控制，优化标准成本。

2.2 缩减生产工序

根据企业自身特点和产品结构等方面，优化产品铸造工序，减少不必要的工作流程。生产制造过程中，能简化的工序就简化，能合并的就合并。比如铸件粗加工后的清理工序，过去铸件多肉气刨、表面打磨、NDT 检测、缺陷挖除、缺陷内打磨、缺陷焊补，焊缝区打磨，焊缝NDT 复检分别由不同工序的不同班组来操作实施，由于操作班组工位固定，所以人不动，件动。仅各工序之间来回吊运转件就有很多次，很耽误时间，而且，工序之间的交接，操作培训等涉及的人员太多，效率低下。为此，随后将刨磨检焊整合成一个工序一个操作班组单元，在这样每一个操作单元，实行多能工制，操作人员一专多能，尽可能实现人动件不动，或者尽可能少吊运少翻件，减少工作层次，减少工序工步壁垒。从人员配置和工序物流，沟通协作方面极大地降低了成本，提高了效率。

2.3 应用虚拟制造技术

产品成本是决定产品市场竞争力的重要因素，设计对产品成本的影响是全方位的，产品成本的绝大部分在设计阶段尤其是概念设计阶段就已基本确定[1]，通过合理设计，设计标准化，持续改进优化设计等，是降低企业成本的有效措施。在铸钢生产中，最主要的设计就是铸造工艺设计。铸造工艺设计是根据铸造零件的结构特点，技术要求，生产批量和生产条件等，确定铸造方案和铸造工艺参数。但铸造过程是极其复杂的高温金属液体动态过程，铸件浇注后的宏微观组织，是在铸件液体凝固过程中形成的。铸件的缩孔、缩松、夹渣、变形、开裂等常见铸造缺陷的产生都与铸件的凝固过程密切相关，但这个过程是不可观察的甚至是不可预知的。因此，有条件的铸造企业，一定要在传统铸造工艺理论、实践经验积累总结和试验研究的基础上，建立基于计算机数值分析技术的铸造工艺虚拟现实和工艺优化方法[2]。铸造工艺设计的应用研究充分利用虚拟制造技术，应用三维设计和仿真分析软件，实现基于三维模型的设计、仿真、优化等过程，在计算机环境下充分验证工艺设计的合理性，缩短产品的研发周期。极大的提高研发生产制造效率，提高铸件质量、降低成本。比如目前的MAGMASOFT、ProCAST、SolidThinking Click2Cast，AnyCasting 等 铸造模拟软件，各企业可以根据自身情况及产品特点选用。

2.4 降低铸件的焊补率

铸钢件焊补率是铸件铸造质量的一个非常重要的指标，其不仅仅反映了铸件的铸造质量，也对铸件的生产周期和成本有很大的影响。焊补率是铸件焊补的体积除以铸件吨位，有些铸造企业将其作为内部的一个综合指标。一般铸件的外观、尺寸方面的缺损，需要焊补。或者无损检测发现的铸件内部铸造方面的缺陷如缩孔、缩松、夹渣、裂纹等，都需要通过机械加工的方式或碳弧气刨的方法先将缺陷挖除，挖缺区域MT 或PT 检合后再焊补。焊补后对焊缝金属表面气刨、铲磨、无损复检，至到焊缝区及周边金属无损探伤合格。这些都属于不合格的返修，需要消耗人力成本和原辅材料等。比如焊补材料如焊条焊丝等，尤其高合金钢的焊材费用比较高。定制铸件的顾客一般不会将焊补率做为产品的技术质量指标要求，但多数会规定铸件缺陷的接收等级，有些缺陷超过顾客定义的重要缺陷后，有可能会导致铸件报废。因此追求零缺陷或低焊补率，对铸造企业来说，不仅意味着质量的高超，也意味着成本的降低和生产周期的缩短，是一个企业综合实力的体现。比如按10 000 t 的铸钢年产量测算，如果整体综合焊补率每下降0.1 dm3/t，一年可节约的直接生产成本超50 万元以上。

2.5 制造过程中的改进提升

铸钢件的生产流程长，工序工步多，也意味着优化改进点就多。因此，无论是对质量的改进，还是成本效率方面的改进，都大有潜力可挖。在此，简单的介绍几个方面：

1）造型成型方面

根据铸造企业具体情况和产品结构、质量要求、批量大小等选择合理的成型方法。对铸件造型成型方法要不断地进行创新，降低成型成本，比如对于砂模铸造，可采用刮砂成型、框架成型、活面型成型、定位组装成型。模具可选木模、金属模、砂模、白模、针模，或者相互之间的搭配组合使用等。对一些相近结构的铸件，还可以改制成型，大型环类产品组芯成型，上冠、下环类铸件叠加成型，以及3D打印砂芯组合成型等等方法。通过这些成型方法的创新，可以有效降低铸件的吨成型成本。另外，可以大大地缩短产品成型周期提高成型效率。

降低砂铁比降低造型辅材的使用。通过合理的成型方法设计选择，加上合理的砂箱选用，铸件在砂箱内的合理布置及一箱多件，箱内非关键部位填充空箱、空桶、空心砂块、消失模等填充物措施，争取将砂铁比降至较低。这些措施可以有效地降低砂子使用量，同时树脂、固化剂吨耗也大大降低，落砂、清砂、再生砂等工作量也大为降低。另外尽可能加大通用工装的使用比例、制作芯骨的废旧方钢重复再用，或者采用浇道、余钢自浇芯骨等替代传统方钢金属材料，吨造型量金属材料消耗也会明显下降，大幅减低金属材料专项费用。

2）打箱切割方面

推动高温打箱切割一体化。即在保证铸件不会开裂的情况下，尽可能减少铸件在砂型内的自然冷却时间，尤其是对于中大型铸件。选择较高温度将铸件从砂型内提出，比如250 ℃～450 ℃以上，随后可以选择在地坑内或者炉内缓冷，或者在自制的保温箱内缓慢冷却。也可以采用铸件凝固后，优先清理明冒口周边砂子以及对大冒口采用适当的强制冷却技术，在降低铸件砂型内厚薄壁温差降低应力的同时还可以减少铸件的冷却周期。以上措施可以极大地缩短铸件压箱周期，释放地坑资源，加快砂箱和砂子的周转效率。另外，高温打箱出来的铸件可以趁热实施浇冒系统的直接切割，可以减少铸件常温打箱后再预热切割（大多数铸钢件都需要预热切割浇冒系统，防止切割区或铸件开裂）消耗天然气或电能，并减少生产周期。

至于冒口切割方面，尽可能采用自动化或半自动化的切割行走机构，用于切割铸件平整面上的浇道或冒口。不规则地方的或者曲面不好切割的再用人工去切割。对碳钢和低合金钢相对容易切割的铸件，采用常规的火焰割炬即可，对于高合金钢则尽可能采用可添加金属粉末的切割设备。这些措施即降低了操作工的劳动强度，减少人员数量，又提高了操作效率。

3）热处理方面

铸钢件基本上都需要进行各种热处理，一般有冒口切割的预热热处理，改善铸态不良组织、提高力学性能的性能热处理（如正回火，淬回火等），消除焊补缺陷产生的应力以及改善焊缝金属组织的焊后热处理。在铸造厂，除了冶炼是耗能大的工序外，热处理也是一个耗能工序。因此要注意热处理方面的成本节约效率提升，主要是从设备自身节能和工艺参数节能方面来考虑。

首先是热处理炉自身的节能，此处以常用的天然气炉为例，要尽可能采用节能型的热处理炉，比如蓄热式热处理炉。据相关资料统计对比，常规加热炉的热效率最高可达55%～59%，而蓄热式加热炉的热效率已达到65%～70%[3]，比传统热处理炉天然气消耗至少可以节约30%[4].采用蓄热式烧嘴，并基于PLC 自动控制管路系统，大小火协调控制，炉衬全部采用高铝纤维模块等保温隔热性能好的材料，同时提高炉子密封性。

其次热处理工艺类型、参数方面的降本增效。根据铸件材料、结构等方面的不同，在保证热处理质量的前提下，尽可能采用快速升温，余热装炉，缩短保温时间等工艺措施，比如对于碳钢、低合金钢件的正（淬）火零保温的应用[5-7]，低合金钢、高合金钢件采用1 min/mm～1.5 min/mm 的保温系数，而不是一律采用传统的2 min/mm～2.5 min/mm 的保温系数。传统的保温系数主要是基于传统的烧煤热处理炉，燃烧效率低，炉温均匀性差，而现在的电阻炉、天然气炉，在升温效率、炉温精度和均匀性方面都有了很大的提高，因此影响铸件透热均温的保温系数可以降低，而且通过实践证明，是可以保证产品热处理工艺性能及效果的。有些低碳钢铸件还可以取消正火后的回火，正火风冷件改用短时淬火，回火炉冷改为空冷等措施。另外还可以提高同炉率，比如工艺改进一致，回火和焊后件同炉，双层工装装件，平装改立装等措施，降低了单件耗能值，同时也提高了生产效率。

3 结束语

铸钢件制造过程中的降本增效具体实施方法很多，各个企业情况各不一样。总体来说，需要通过对成本的构成结合实际状况进行精确的测量把控，结合实际生产情况，根据80/20 原则，对重要工序重点改进点实施改进，既保证产品质量，又能够降低成本，提高生产效率，增加企业效益，增强顾客满意度，提升公司的市场竞争力。