Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

8.1. Экономическая эффективность

Анализ технологического процесса ЛГМ и обобщение результа­тов работ многочисленных зарубежных фирм и отечественных предприятий, применяющих данный способ литья для производст­ва отливок из черных и цветных сплавов в единичном и серийном производстве, позволили сделать обоснованное сравнение техно­логических, эксплуатационных, экономических и экологических показателей процессов литья в песчано-глинистые формы, хими­чески твердеющие формы и в формы из песка по газифицируемым моделям (см. табл. 8.1) [1].

Таблица 8.1

Показатели

ПГФ

XTC

ЛГМ

Технологические

Состав смеси

Многокомпо­

Малокомпонент­

Однокомпо-

Нентный

Ный

Нентный

Формуемость смеси

Низкая

Средняя

Высокая

Влажность смеси

Высокая

Низкая

Без влаги

Газопроницаемо сть

Низкая

Средняя

Высокая

Выбиваемость формы

Высокая

Средняя и плохая

Хорошая

Пригар

Высокий

Средний

Низкий

Эксплуатационные

Механизация и авто­

Сложная

Менее сложная

Простая

Матизация

Металлоемкость

Большая

Средняя

Низкая

Средств механизации

Показатели

ПГФ

XTC

ЛГМ

 

Энергоемкость техно­

Большая

Большая

Низкая

 

Логии

 

Текущая эксплуатация

Тяжелая

Тяжелая

Намного легче

 

Занимаемая площадь

Большая

Средняя

Малая

 

Оборудования

 

Экономические

 

Капиталовложения

Высокие

Высокие

Низкие

 

Время освоения мощ­

Продолжи­

Менее продол­

Короткое

 

Ностей

Тельное

Жительное

 

Стоимость изготовле­

Высокая

Высокая

Низкая

 

Ния оборудования

 

Стоимость обслужи­

»

»

»

 

Вания

 

Экологические

 

Шум

Сильный

Средний

Низкий

 

Запах

Малый

Сильный

Малый

 

Количество газов

Среднее

Сильное

Среднее

 

Вибрация

Сильная

Средняя

Слабая

 

Выделение тепла

Слабое

Среднее

Слабое

 

Загрязнение воды

Среднее

Сильное

Отсутствует

 

Выделение пыли

Много

Много

Мало

 

Примечание. ПГФ — песчано-глинистая форма; XTC — холодно­твердеющая смесь.

Анализ затрат на изготовление отливок по газифицируемым мо­делям в формах из песка и песчано-глинистых формах по извле­каемым моделям приведен в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Затраты в условных единицах


Технология

ЛГМ-П

ПГФ

Технологические операции


100 10 0

100 100 100

Подготовка шихтовых материалов Подготовка формовочных материалов Приготовление формовочных и стержне-

Вых смесей


Технологические операции

Технология

ПГФ

ЛГМ-П

Производство литейной формы

100

50

Производство стержней

100

0

Изготовление оснастки

100

50

Изготовление газифицируемых моделей

0

100

Плавка и заливка металла

100

100

Финишные операции

100

50

Регенерация формовочной смеси

100

10

Утилизация отходов

100

20

Итого:

1200

530

На основании анализа затрат при производстве 1,5 млн отливок корпуса планетарного редуктора из высокопрочного чугуна массой 4,4 кг по газифицируемым моделям и в сырые песчано-глинистые формы на автоматической линии производительностью 120 форм/ч ведущая американская фирма «Robinson Foundry» приводит дан­ные по затратам, приходящимся на одну отливку (см. табл. 8.3), из которых следует, что снижение затрат при JIFM происходит за счет ликвидации стержней, повышения точности отливок по размерам и массе и значительного снижения затрат при последующей механи­ческой обработке. Общая экономия при технологии ЛГМ составля­ет 34,5 %.

Высокая экономическая эффективность достигается при приме­нении ЛГМ в единичном производстве отливок из черных сплавов, что подтверждается широким использованием данного способа для получения литых заготовок крупных штампов в автомобилестрое­нии, отливок для ремонта машин и оборудования, эксперимен­тальных и уникальных отливок в станкостроении.

Таблица 8.3

Затраты на одну отливку, марки ФРГ

Наименование затрат

ЛГМ

ПГФ

Изготовление стержней

0,01

4,2

Стоимость модельной оснастки

2,8

0,01

Стоимость модели и формы, формовка

0,02

Наименование затрат

ЛГМ

ПГФ

Покраска моделей и стержней

0,5

0,01

Износ оснастки

0,3

0,65

Энергозатраты

0,23

0,6

Стоимость формовочных материалов

0,01

1,2

Стоимость металла на отливку

2,7

3,2

Брак

0,4

1,2

Очистка отливок

0,25

0,8

Механообработка

0,2

1,2

Итого:

8,5

13,09

Экономическая эффективность достигается за счет снижения расхода древесины на изготовление моделей и стержневых ящиков, лакокрасочных материалов, стального проката и крепежа. В [2] приведен перечень стоимости деревянных и газифицируемых мо­делей из пенополистирола механической обработкой в количестве 14 модельных комплектов. Стоимость деревянных моделей соста­вила 14 375 долл. США, в то время как моделей из пенополистиро­ла — 2532 долл., или более чем в 5,6 раза дешевле.

В табл. 8.4 представлен экономический анализ производства 3000 отливок общей массой 4000 т.

Таблица 8.4

Снижение трудоемкости изготовления отливок при ЛГМ по сравнению с песчано-глинистой формой по извлекаемым моделям [2]

Технологические операции

Снижение трудоемкости в зависимости от массы отливки,

%

500 кг

500- 1000 кг

1000- 2000 кг

2000- 5000 кг

Более 5000 кг

Изготовление форм

24,5

19

28

41

24,5

И стержней

Очистка отливок

20

28

26

32

2,5

Общая трудоемкость

24

21

20

38

20

Максимальное количество единичных отливок в год, которое экономически выгодно производить ЛГМ, можно определить по формуле

K=SL(CiPI-C2P2),

Где Сд — себестоимость деревянного модельного комплекта; Cn — себестоимость изготовления моделей из пенополистирола механи­ческой обработкой; С\ и C2 — цеховая себестоимость изготовления 1 т годного литья по деревянным и газифицируемым моделям; Pi и P2 — масса отливок, изготовляемых по газифицируемым и дере­вянным моделям, кг.

Средний расход пенополистирола в плитах на изготовление мо­делей зависит от сложности и габаритных размеров отливки:

Группа сложности отливки

1

2

3

4

5

6

7

Расход пенополистирола, % от объема модели

95

90

85

80

70

60

50

Масса отливок при их производстве ЛГМ снижается на 10-20 % за счет отсутствия формовочных уклонов, допуска на операцию сборки формы, уменьшения припуска на механическую обработку и технологических напусков. В табл. 8.5 приведен анализ влияния различных технологических операций при производстве отливок ЛГМ и в песчано-глинистые формы по извлекаемым моделям [4].

Таблица 8.5

Отклонения размеров отливки в зависимости от технологических операций их изготовления

Технологические операции

Отклонения, мм

ПГФ

ЛГМ

Изготовление стержней (модели)

0,5-1,2

0,2-0,8

Изготовление формы

0,3-1,2

0

Простановка стержней в форму

0,8-3,0

0

Сборка формы (площадь 450-25 000 см2)

0,24),4

0

Износ модели (пресс-формы)

0,1-0,3

0,01-0,02

Деформация формы при заливке

0,8-2,2

0,1-0,4

Охлаждение отливки в форме

1,0-2,0

0,5-1,0

Итого:

3,7-13,9

0,81-2,22

Из табл. 8.5 следует, что точность отливок при ЛГМ возрастает в 2-5 раз, что приводит к уменьшению массы отливки, трудоемкости ее последующей механической обработки и повышению коэффи­циента использования металла в машиностроении.

Г. Дитер на основании анализа работы различных фирм пред­ложил определять экономическую целесообразность перевода производства отливок с традиционных способов литья на ЛГМ по «Контрольной карте», которая представлена в виде табл. 8.6.

Для определения эффективности применения ЛГМ необходимо определить затраты по статьям М, С, Ф, К по старой технологии и их сумму Ti. Затем, в зависимости от партии отливок, определить Tx (где х — 2, 3, 4, 5), и если Tx < Tit то перевод производства отли­вок на ЛГМ экономически оправдан.

Предварительный расчет экономической эффективности при­менения ЛГМ взамен литья в песчано-глинистые формы можно определить по изменяющимся статьям себестоимости производст­ва отливок на основании известных статистических данных:

Где Д, П — расход дерева и пенополистирола на 1 т отливок; Гд, Гп — общая трудоемкость 1 т литья по старой и новой технологи­ям; Фд, Фп — расход формовочных материалов по старой и новой технологиям; С, Со, Ci-Ce — соответственно стоимость по старой и новой технологиям; P — годовой объем производства отливок, т.

Таблица 8.6

Контрольная карта

Наименование

Отливки

[асса......................

Метал

Ji....

Стоимость одной модели на отливку

M

Стоимость стержней на одну отливку

С

Стоимость формовки на одну отливку

Ф

Стоимость очистки на одну отливку

К

Старая технология

Единичное производст­во

От 2 до 500 отливок в год

500-1000 отливок в год

Свыше 1000 отливок в год

M

0,5М

50М

ЗОМ

IOM

С

0,8С

0,1С

0,1С

0,1С

Ф

0,8Ф

0,5Ф

0,5Ф

0,2Ф

К

0,88К

0,5К

0,5К

0,1К

Ti

T2

T3

T4

T5

Фирма «Robinson Foundry» (США) на основании обобщения многочисленных данных производителей отливок JIFM приводит сравнительные данные качественных показателей для трех спосо­бов литья при серийном производстве, которые представлены в табл. 8.7.

Таблица 8.7

Сравнительные показатели качества, %

Способ производст­ва отливок

Стоимость оснастки

Плотность металла отливки

Стой­кость оснастки

Шерохова­тость по­верхности, Rz

Литье в песчано-

18

81

38

100

Глинистые формы

Литье в кокиль

88

88

12

82

ЛГМ

82

100

100

42

Литье под давле­

100

35

18

30

Нием

По данным той же фирмы, значительный экономический эф­фект получается за счет снижения массы отливки в результате по­вышения ее точности и приближения конфигурации отливки к чер­тежу детали, а также последующих затрат на механическую обра­ботку. Так, при изготовлении отливки чугунного статора электро­двигателя ЛГМ масса его снизилась на 40 % по сравнению с лить­ем в песчано-глинистые формы, а трудоемкость механической об­работки — в 2 раза. При производстве блока цилиндров из алюми­ниевого сплава на предприятии «Сатурн» («General Motors») масса его уменьшилась на 15 %, а трудоемкость механической обработ­ки — на 50 % по сравнению с литьем в стержнях из XTC.

Обобщая многочисленные данные технико-экономических [6] и экологических показателей производства отливок ЛГМ и традицион­ными способами литья с учетом данных, приведенных в табл. 8.1-8.7, можно рекомендовать при проведении предварительного эконо­мического расчета производства отливок ЛГМ пользоваться сле­дующими значениями технико-экономических показателей:

• стоимость изготовления пресс-форм для производства моде­лей из пенополистирола машинным способом соизмерима со стоимостью изготовления кокильной оснастки и несколько вы­ше модельной оснастки для машинной формовки при литье

В песчано-глинистые формы, но стойкость пресс-форм на по­рядок выше;

• масса отливок при JITM на 10-20% ниже, чем при литье в кокиль или в песчано-глинистые формы;

• трудоемкость формовки снижается при производстве еди­ничных отливок ЛГМ в формах из XTC на 10-20 %, при изго­товлении серийных отливок в формах из песка — на 40-50 % по сравнению с литьем по извлекаемым моделям;

• трудоемкость изготовления стержней при ЛГМ снижается на 85-100%;

• трудоемкость финишных операций при ЛГМ сокращается на 10-20 % при единичном и на 40-60 % при серийном произ­водстве отливок;

• производственные площади при серийном изготовлении от­ливок ЛГМ сокращаются в 2-4 раза за счет исключения стержневого, смесеприготовительного отделений, участков подготовки оборотных формовочных смесей; вдвое сокраща­ется термообрубное отделение, на 20-30 % формовочное от­деление, соответственно сокращаются складские площади исходных формовочных материалов; в 2 раза снижается рас­ход электроэнергии;

• капитальные затраты при строительстве цеха ЛГМ сокраща­ются в 1,5-2,5 раза по сравнению с цехом литья в песчано — глинистые формы.

По данным фирмы «Robinson Foundry», стоимость цеха чугун­ного литья мощностью 3000 т в год для производства отливок в песчано-глинистые формы с применением автоматической линии «Disamatic» составила 7 млн долл. США, в то время как цех ЛГМ — 3,5 млн долл., или в 2 раза дешевле.

При окончательном расчете экономической эффективности применения ЛГМ взамен традиционных способов литья необходи­мо учитывать сокращение затрат на приобретение и эксплуатацию технологического оборудования, уменьшение расхода энергоноси­телей, технологических отходов производства, снижение затрат на вентиляцию, отопление и охрану окружающей среды. Для расчета экономической эффективности следует использовать «Методику определения годового экономического эффекта, получаемого в ре­зультате внедрения новой техники» [3]:

Где Cc и Ch — затраты на изготовление отливок по старой и новой технологям, E — отраслевой нормативный коэффициент сравни­тельной эффективности капитальных затрат равный, 0,15; Kc и Kh — капитальные затраты по старой и новой технологиям.