運用MELET模型分析法分析影響鍛件成本的彈性因素

文/郭建春，葛立，張善磊·金馬工業集團股份有限公司

近幾年，國內鍛造企業綜合水平得到了提升，鍛件質量有了明顯的改善，但鍛造企業面臨的市場競爭壓力沒有減少。一方面原因是國內同質化企業之間的價格競爭加劇；另一方面，一些海外大品牌的顧客，由于來自于終端市場和國產品牌的價格壓力，也紛紛迫使鍛造企業降低價格，在價格戰中，成本是賴以生存的基礎。

影響鍛件成本的五大因素（MELET）如圖1所示，各因素除單獨影響鍛件成本外，各因素之間也相互影響。

圖1 影響鍛件成本的五大因素

在鍛造生產實踐中，由于一些客觀和主觀的原因，MELET容易發生一些波動，且呈現一定彈性，使成本超出設定。因此必須對MELET全面識別，持續監視，深入研究分析，并進行有效控制，才能達到降低成本的目的。

影響材料成本的因素（M）

材料成本可占到鍛件成本的30%～80%，是影響鍛件成本的主要因素，因此必須嚴控材料消耗和材料價格，主要措施有：

減少毛坯的下料重量

對鍛件減重設計，實現少、無切削加工。如盲孔或通孔通過部分，或全部鍛出，或通過鍛后精壓代替機械加工，減少加工余量。在不影響性能的情況下增設加強筋，或增設凹槽達到減重的目的。

控制模腔的尺寸精度，在保證尺寸合格的情況下，選用低差；通過選用合適的模具材料，精確的熱處理工藝等措施，提高模具抗變形能力，減少模具在使用過程中模腔變大。調整閉合高度，控制鍛件厚度在中、下差。

通過控制鍛造工藝，減少廢料產生（圖2）。改進加熱方式減少火耗。通過輥鍛機、楔橫軋等適宜的制坯工藝，或者通過預鍛，達到理想的制坯，減少廢料。也可用立鍛代替平鍛減少廢料。在可能的情況下，用閉式鍛造，節材效果可更加顯著。

圖2 改進鍛造工藝，減少廢料產生

控制毛坯料的重量公差

下料設備的性能，刀刃的完好程度，原材料的直徑公差，坯料斷面形狀，鋸口平直度等都影響毛坯料的重量精度。為保證鍛件質量，減少缺材，重量需滿足最低差。重量公差越大，浪費材料越多。

減少下料消耗

通過購買定尺材料，減少料頭、料尾的過多浪費；通過剪料，減少鋸口的浪費；通過材料套裁，使不合格坯料和料尾能再回收利用。

控制生產消耗

采取措施減少調模次數，并提高一次調模成功率，減少因調模、試料造成材料的浪費。可以在模具制作過程中，使用石膏或金屬鉛等方法檢驗模具，盡量減少用好的坯料試模。

采取措施控制合格率，減少因廢品導致材料浪費；嚴格按計劃生產，不生產過剩的鍛件或坯料，減少浪費。

對生產班組進行節材考核，并形成機制，用生產合格產品數量比對消耗的原材料噸位，考核效果明顯。

控制原材料價格

提高采購人員的談判能力，利用地域差價、團購、批量采購、價格低谷時多采購等方式，或經顧客同意，在滿足性能要求的情況下，用在市場上易采購的其他材料代替原有價格高的材料等多種措施，獲得較低價格的材料。

影響能源成本的因素（E）

能源成本約占鍛件成本的6%～13%。影響能源費用的因素和降低能源費用的主要措施：

⑴坯料加熱爐的節電效能，坯料和感應器的匹配度。對量大的產品，需用專用的感應器，若合用感應器，最大跨用3個材料標準直徑規格。

⑵鍛造線盡量連續生產，不應隨意停機，采取措施避免意外停機。設備頻繁關停，浪費能源。對于電爐更應采取措施保持連續工作，因幾乎每一次停機，都有一部分加熱未鍛的料，浪費大量能源。

⑶根據坯料重量大小，設置好電爐出料口和鍛造工位之間的距離和高度落差，最好把電爐抬高，讓坯料靠重力能快速滑下，盡量不用傳送鏈傳動。對于小料，應減少這個距離，控制溫降。

⑷鍛造過程中，應選擇合理的節拍，使加熱的料能一次全部鍛完，避免在某一工序擱置，造成二次加熱或由于不能二次加熱導致材料和能源的浪費。

⑸鍛造余熱的利用。對有些鍛件，根據產品最終的性能要求，可以利用余熱，通過緩冷、風冷、霧冷、淬火等不同的冷卻方式控制硬度，也可讓鍛件冷卻到500度左右再重新加熱，進行正火或等溫退火。

⑹有些鍛件可以通過局部加熱鍛造、溫鍛、冷鍛等鍛造方式，節約能源。

⑺減少坯料的下料重量，這樣耗電少，節能。

⑻對生產班組及相關管理人員進行節能考核。用電避峰就谷，充分利用夜晚電價低的區間生產，降低電費。深紅、淺紅、黃、綠分別代表電價尖峰、峰、平、谷值(圖3）。

⑼重視提高電爐工的技能，電爐工在節能方面起著重要作用。

圖3 山東地區峰平谷分時電價表（a）、峰平谷電價分布圖（b）

影響人工成本的因素（L）

人工費用占鍛件成本的5%～15%，比例大小受自動化程度和鍛件批量的影響。可采取：

⑴班產量是決定人工成本的關鍵因素，采取一切可能的措施，提高班產量，可顯著降低單件產品人工成本。

⑵通過鍛造工藝優化，減少工序或工序合并，減少鍛造工數量，可降低人工成本。可以把切邊、沖孔、整形合為一步工序完成（圖4）。

圖4 切邊和沖五個孔一次完成

⑶通過局部或全部實現自動化，盡量少用人，減少人工費用。

⑷當地同類行業的薪酬水平影響人工成本，并且地域差異較大，沿海地區鍛造工工資普遍較高。

⑸盡量減少不增值的工作，如：搬運、頻繁裝卸等。

⑹盡量少用熟練工做一般輔助性工作，讓熟練工在上班時間主要從事鍛造生產作業。

影響鍛造效率的因素（E）

鍛造效率是影響鍛件成本的關鍵因素甚至是決定因素，必須持續關注鍛造效率。

⑴連續作業的時間越長，停機次數越少或停機時間越短，生產效率越高，原因是：鍛造作業開始前需預熱模具到一定溫度才能開始鍛造；另外，由于爐套有一定長度，坯料從進口到出口需一段時間，所以每次開機前有一段等待時間。為減少等待時間，盡量連續生產，在作業前把所有準備工作提前做好，不要班中停機。

⑵產品批量大，不頻繁更換模具、工裝，操作工對習慣不變的操作更熟悉、更順手，效率會提高。相反，對多品種、小批量的產品，效率不會高。

⑶合理設計鍛造工藝，各工序節拍匹配，不產生瓶頸，不產生窩工，能提高效率減少浪費。

⑷提高模具壽命，減少換模次數，提高有效生產時間。模具局部堆焊現在是一項成熟且很有效的提高模具壽命的技術，可適當加大模塊的尺寸，可多次重復焊接使用，從而提高效率、降低成本。

⑸重視設備頂料裝置和模具頂料的設計，控制頂料速度和頂出料后頂料桿保持的時間，讓操作者能快速且易于取出工件，減少熾熱的工件在模具上停留時間，減少模具熱疲勞，延長模具壽命。

⑹降低故障停機率。加強設備日常維護保養，責任落實到人；對大型設備、關鍵設備重視預見性維護保養，這類設備一旦出現故障，修復時間長，維修費用昂貴。

⑺提高各工序人員技能，各工序人員熟練程度匹配；各操作者配合要默契，對產量高的鍛造班組成員，不要隨意拆分或更換；相反，對影響班組效率的成員應及時調整。在勞動強度差別大的工序，應培養多技能職工，隔一定時間相互交換一下工作，做到勞逸結合，及時緩解體力和精神疲勞。

⑻合理設置機動人員、服務人員數量。當在線人員出現特殊情況，如：生理時間、上料、補填輔助材料等，能及時得到替補，不至停線。

⑼設備性能。頻率是鍛造設備重要指標，特別是需預鍛、終鍛的產品，頻率高能顯著提高生產效率。

影響模具費用的因素（T）

模具費用占鍛件成本的3%～8%，受模具設計制造水平，模具維護返修措施，模具管理，模具使用等因素的影響。

⑴模具壽命。模具壽命長，單件產品分攤的費用低。可以通過選用性價比高的模具材料，經恰當的熱處理，達到理想的壽命。目前，國內模具材料比較雜亂，質量水平差異較大，客觀上國家標準對一些合金元素的要求過于寬泛，一些生產模具材料的企業為了節約費用，把一些重要元素成分控制在最下差，導致材料性能不理想。(表1 紅色數值）

表1 H13化學成分分析表（%）

控制模具材料質量的要點：1）一些對模具性能起決定作用的元素如：鉻、鉬、鈦、釩、鎢等除合格外，是否足量；對模具嚴重有害的雜質除去是否充分。2）材料的冶煉方式是否電渣重熔，是否超細化處理。3）鍛造比、鍛造次數、鍛造方向、鍛造溫度是否滿足要求。4）球化退火是否充分，球化效果如何等。

模具設計和制造應考慮交界面用圓弧圓滑過渡，避免應力集中，防止早期磨損失效。

⑵模具的使用。鍛造開始前，模具預熱要充分，特別是在北方寒冷的冬季，模具預熱是一項重要工作；最好用天然氣等燃氣預熱。鍛造作業時，潤滑要充分，冷卻要適當；對焊接模，不要過度冷卻，否則會出現熱疲勞，造成模具的龜裂失效。

⑶模具的可修復性。模具能修復使用，且易于修復，修復成本低，能降低模具費用。

⑷新模具制造費用。為節約刀具和熱處理費用，可先粗加工，再熱處理，再精加工，對于有明顯凸起的部位，可以在熱處理后用堆焊的方法通過增材實現，以減少模具材料的浪費，同時也能節約熱處理和機加工費用。

⑸模具結構。有些模具可以通過使用易于拆裝的組合模結構，當模具的某些部位發生局部損壞時，能實現快速更換。

⑹模具的標準化。實現模具的標準化，備用的模具材料可以通用，這樣可以減少模具材料的庫存量；當產品結構發生變化時，可以很容易的改為它用。

⑺鍛件的精度。鍛件尺寸公差嚴，模具壽命低，模具費用就高；相反，鍛件尺寸寬松，模具壽命就高，模具費用就低。

⑻模具在使用過程中，尺寸是變化的，有的尺寸越來越大，有的尺寸越來越小。設計模具時，要把握這個特點，充分利用鍛件公差，選擇最佳設計參數，實現模具開始使用在高（低）差，使用一段時間后在中差，繼續用一段時間后在低（高）差，從而延長模具壽命。

⑼報廢模具。無法修復或修復費用太高，并且也無法改做它用的模具，可以用來切割沖頭或分割成小型模塊使用。另外，模具廢料殘值也影響模具費用。

結束語

通過以上可以看出，MELET模型中的五大因素都不同程度的影響鍛件成本，各因素之間也是相輔相成的，如使用較少的材料，在節材的同時，加熱時因重量小了，又可以節約能源；同時由于材料少了，減少了材料對模具的沖刷，降低了對模具的擠壓力，能提高模具壽命，降低模具成本；再者，由于節材，用的材料少了，操作者也減少了勞動量，能提高生產效率，減少人工成本；同時由于減少了在下料、鍛造等各過程中原材料、坯料、鍛件和廢料的搬運量，又進一步降低人工費。因此，五大因素中節材是關鍵，應最大限度節約原材料。但有時，各因素之間又相互矛盾和相互制約，牽一發而動全身。如減少毛坯材料，需制坯精確，操作工需有較高的技能，有較高技能的操作工需要更多的薪酬；再者由于節材，需要操作仔細，可能造成節拍降低，影響效率，設備空運行，浪費能源，也浪費人力成本。

總之，應對MELET模型中的五大因素深入研究，理清關系，既要考慮各因素單獨對鍛件成本造成的影響及程度如何，又要兼顧各因素之間相互作用。通過合理設計，再經過生產驗證，進一步優化方案，最終能達到降低鍛件成本的目的，從而提升企業市場競爭力。