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    粉末冶金機械零件的經濟評估方法

    日期:2023/04/06 09:44:33

           粉末冶金機械零件的產品設計師,在進行設計之前,必須對生產成本作出評估,以便報出供貨價格。具有較長時期從事生產設計或營銷的人員,根據其工作經驗,即使尚未對整個生產過程的全部因素進行必要的綜合,也大體上能提前作出經濟可行性評估。

      粉末冶金零件的成本主要與粉末冶金零件生產過程和生產實際操作內容、批量大小和模具費用相關。其中特別和模具制作費用與批量大小密切相關。一個復雜形狀零件,模具制作費用和要求壓機檔次所反映出來的壓制費用雖然較高,但由于批量大,當分攤到單件時,其成本可大幅度降低。

      粉末冶金零件的生產直接成本分為五個方面:材料;模具;壓制;燒結;后續處理。

      金屬粉末的成本一般高于鑄件形式的相應金屬成本,這是因為將金屬錠制成粉末要消耗能量等因素。當然,粉末冶金工藝的材料利用率很高,因此,制成產品后材料的總成本未必一定高于鑄鍛工藝制造的零件。粉末冶金最終產品的材料利用率一般在95%~98%,金屬零件原材料成本近似計算為:

      每克金屬材料費用×零件體積×零件密度

      材料費用中還應包括潤滑劑、合金元素添加劑等實際原材料費用在內。

      2.壓制成本

      壓制成本包括機器成本和勞動成本。隨著壓機噸位增大,壓機投資成本增加,相反生產率降低。壓機大小的選擇以垂直于壓制方向的最大橫截面積與單位壓制壓力的乘積為依據。單位壓制壓力跟零件壓制密度有關。鐵基零件中低密度單位壓制壓力一般為400MPa,中高密度為600~700MPa。壓機成本還和壓機自動化程度和壓制速率有關。粉末冶金壓機運行周期雖然比沖壓件慢,但比塑料成形壓機快,所需設備也較少。

      3.燒結成本

      燒結成本包括設備成本,能耗、保護氣體和勞動成本。燒結成本中由于燒結工序不同,如需進行熔滲,還包括熔滲成本(附加熔滲金屬壓制、擺放等費用)。由于燒結不必將燒結基體金屬加熱到熔點,所需能耗低于鑄造工藝。

      4.模具成本

      模具成本包括了模具原價加上維修和更換的費用。模具原價取決于模具復雜程度,而模具復雜程度直接與零件的復雜程度有關。因此,成本應和零件復雜程度有關。由于一套粉末冶金模具常常生產大批量零件,模具材料應選用能承受高的壓制壓力和粉末摩擦的材料。

      5.后續處理成本

      后續處理成本包括了所有可能需要進行的后續處理工序的費用,如精整、浸漬、金屬少量切削加工、熱處理或表面處理(蒸汽處理,打磨、去毛刺、噴丸等)。

      除了生產直接成本外,生產成本中還應包括管理費用和輔助費用。管理費用中包括了設計、技術、銷售等主要項目,輔助費用中包括了電力管理、設備維修、運輸等項經費。這些費用一般可由上述直接成本中長期積累的數據占生產直接成本的比值作為依據核算進去。但當和其他機械制造工藝作概括評估時,可以生產直接成本作為經濟評估、對比的項目。

      模鑄和粉末冶金兩種工藝在尺寸精度和少、無切削加工上,有很大的競爭力,孰優孰劣常常從形狀復雜程度和材料的某些特殊要求加以考察。模鑄在大尺寸產品上比粉末冶金寬。但在模具費用和切削加工費用方面,一般來說,粉末冶金更為有利。在材料的耐磨性、耐腐蝕性和要求更高的強度等方面,粉末冶金材料有更多的選擇余地。

      當零件采用單一模子經一次沖壓完成時,沖壓應該是更經濟可行的工藝方法。當需要幾副模具才能完成最終零件形狀時,沖壓模具成本和設備費用明顯增加。這種情況下,粉末冶金更具競爭力。沖壓件消耗的材料與它最終產品的材料相比比較多,包括周邊和切除內孔將耗掉大量金屬,消耗掉的材料費占原材料費用中較大份額,這方面和粉末冶金工藝材料高利用率很難抗衡。

      鑄造和熔模鑄造,在材料性能上基本差不多。熔模鑄造亦是一種高精度工藝,可以制造形狀較復雜的零件,其工具成本費不高,但生產成本較高。當生產數量不大時,具有競爭力。鑄造的工具成本較低,生產成本較高。鑄造后面的精加工工序多,以及鑄件的缺陷,如氣孔、夾雜和收縮等,使粉末冶金工藝顯出更多優勢。雖然粉末冶金模具成本高,但粉末冶金工藝一般只有大批量生產同一零件品種時才被選用,所以模具成本可分攤到批量零件上。當粉末冶金成形復雜形狀和精密尺寸而能取消大部分金屬加工工序時,能顯示出很強的優勢。

      自動切削機床加工與各種機械加工工藝相比,工具成本最低,且機床的自動化程度很高,勞動強度低。但是,切削加工一般采用棒材、管材或坯料為原材料,材料利用率很低。如用棒材切削加工時,材料利用率甚至低于50%。選用切削加工還是粉末冶金工藝,取決于零件加工時切削量和生產批量大小。切削量大,批量也大,則粉末冶金工藝優勢遠比切削加工強。如果零件形狀為沿軸中心線不對稱的非圓柱狀及帶托臺時,粉末冶金工藝更具有優勢。但切削加工可以制造任何尺寸以及高力學性能的零件。粉末鍛造雖然使密度接近致密態,合金化及熱處理后亦能大幅度提高性能,但粉末鍛造模具費用高,且形狀上亦需要適合鍛造過程中材料的流動和致密化過程。


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