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粉末冶金机械零件经济评估方法

时间: 2011-07-16 15:01 来源: 作者: 点击:

粉末冶金机械零件的产品设计师,在进行设计之前,必须对生产成本作出评估,以便报出供货价格。具有较长时期从事生产设计或营销的人员,根据其工作经验,即使尚未对整个生产过程的全部因素进行必要的综合,也大体上能提前作出经济可行性评估。

  粉末冶金零件的成本主要与粉末冶金零件生产过程和生产实际操作内容、批量大小和模具费用相关。其中特别和模具制作费用与批量大小密切相关。一个复杂形状零件,模具制作费用和要求压机档次所反映出来的压制费用虽然较高,但由于批量大,当分摊到单件时,其成本可大幅度降低。

  粉末冶金零件的生产直接成本分为五个方面:材料;模具;压制;烧结;后续处理。

  1.材料成本

  金属粉末的成本一般高于铸件形式的相应金属成本,这是因为将金属锭制成粉末要消耗能量等因素。当然,粉末冶金工艺的材料利用率很高,因此,制成产品后材料的总成本未必一定高于铸锻工艺制造的零件。粉末冶金最终产品的材料利用率一般在95%~98%,金属零件原材料成本近似计算为:

  每克金属材料费用×零件体积×零件密度

  材料费用中还应包括润滑剂、合金元素添加剂等实际原材料费用在内。

  2.压制成本

  压制成本包括机器成本和劳动成本。随着压机吨位增大,压机投资成本增加,相反生产率降低。压机大小的选择以垂直于压制方向的最大横截面积与单位压制压力的乘积为依据。单位压制压力跟零件压制密度有关。铁基零件中低密度单位压制压力一般为400MPa,中高密度为600~700MPa。压机成本还和压机自动化程度和压制速率有关。粉末冶金压机运行周期虽然比冲压件慢,但比塑料成形压机快,所需设备也较少。

  3.烧结成本

  烧结成本包括设备成本,能耗、保护气体和劳动成本。烧结成本中由于烧结工序不同,如需进行熔渗,还包括熔渗成本(附加熔渗金属压制、摆放等费用)。由于烧结不必将烧结基体金属加热到熔点,所需能耗低于铸造工艺。

  4.模具成本

  模具成本包括了模具原价加上维修和更换的费用。模具原价取决于模具复杂程度,而模具复杂程度直接与零件的复杂程度有关。因此,成本应和零件复杂程度有关。由于一套粉末冶金模具常常生产大批量零件,模具材料应选用能承受高的压制压力和粉末摩擦的材料。

  5.后续处理成本

  后续处理成本包括了所有可能需要进行的后续处理工序的费用,如精整、浸渍、金属少量切削加工、热处理或表面处理(蒸汽处理,打磨、去毛刺、喷丸等)。

  除了生产直接成本外,生产成本中还应包括管理费用和辅助费用。管理费用中包括了设计、技术、销售等主要项目,辅助费用中包括了电力管理、设备维修、运输等项经费。这些费用一般可由上述直接成本中长期积累的数据占生产直接成本的比值作为依据核算进去。但当和其他机械制造工艺作概括评估时,可以生产直接成本作为经济评估、对比的项目。

  模铸和粉末冶金两种工艺在尺寸精度和少、无切削加工上,有很大的竞争力,孰优孰劣常常从形状复杂程度和材料的某些特殊要求加以考察。模铸在大尺寸产品上比粉末冶金宽。但在模具费用和切削加工费用方面,一般来说,粉末冶金更为有利。在材料的耐磨性、耐腐蚀性和要求更高的强度等方面,粉末冶金材料有更多的选择余地。

  当零件采用单一模子经一次冲压完成时,冲压应该是更经济可行的工艺方法。当需要几副模具才能完成最终零件形状时,冲压模具成本和设备费用明显增加。这种情况下,粉末冶金更具竞争力。冲压件消耗的材料与它最终产品的材料相比比较多,包括周边和切除内孔将耗掉大量金属,消耗掉的材料费占原材料费用中较大份额,这方面和粉末冶金工艺材料高利用率很难抗衡。

  铸造和熔模铸造,在材料性能上基本差不多。熔模铸造亦是一种高精度工艺,可以制造形状较复杂的零件,其工具成本费不高,但生产成本较高。当生产数量不大时,具有竞争力。铸造的工具成本较低,生产成本较高。铸造后面的精加工工序多,以及铸件的缺陷,如气孔、夹杂和收缩等,使粉末冶金工艺显出更多优势。虽然粉末冶金模具成本高,但粉末冶金工艺一般只有大批量生产同一零件品种时才被选用,所以模具成本可分摊到批量零件上。当粉末冶金成形复杂形状和精密尺寸而能取消大部分金属加工工序时,能显示出很强的优势。

  自动切削机床加工与各种机械加工工艺相比,工具成本最低,且机床的自动化程度很高,劳动强度低。但是,切削加工一般采用棒材、管材或坯料为原材料,材料利用率很低。如用棒材切削加工时,材料利用率甚至低于50%。选用切削加工还是粉末冶金工艺,取决于零件加工时切削量和生产批量大小。切削量大,批量也大,则粉末冶金工艺优势远比切削加工强。如果零件形状为沿轴中心线不对称的非圆柱状及带托台时,粉末冶金工艺更具有优势。但切削加工可以制造任何尺寸以及高力学性能的零件。粉末锻造虽然使密度接近致密态,合金化及热处理后亦能大幅度提高性能,但粉末锻造模具费用高,且形状上亦需要适合锻造过程中材料的流动和致密化过程。

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