铸造合金和铸造方法的成本分析

表 7-2 各类合金铸件的相对价格
材料类别 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 碳钢 低锰钢 合金钢 铝硅合金 黄铜 锡青铜
相对价格 1.00 1.33 1.67 1.67 2.00 2.33 10.00 8.33 13.33
表 7-3 美国的熔模铸件售价
铸件\ 大气熔炼的普 真空浇注的铸件和增 钛合金铸 透平叶 定向凝固叶
4.根据表 7-5 统计，球墨铸铁的价格为锻件和模锻件的 67～71％，又减少很多 切削余量。因此，以铁代钢将会节约大量资金。
（2） 球墨铸铁取代钢焊接件根据“美国铸铁学会第 28 届铸铁件设计比赛” 的资料，球铁件代替钢（钢板和型钢等）焊接件，不仅成本下降，零件的性能也 不受影响，有的还有所改善，如表 7-5 所示。
产品 灰铁铸件 碳钢铸件 碳钢板坯
表 7-4 生产不同产品消耗的能源比较 106Btu/t① 折合电能(kw·h/t)② 折合标准煤(kg/t)
34
3238.0952
1317.9
42
4000.0000
1628.0
24
2285.7142
930.29
3 以铁代钢的成本分析铸铁件铸造性能好、成本低、价格便宜。特别是随铸造技 术的发展，许多铸铁件的力学性能已接近或超过钢，以铁代钢已产生重大的经济 价值。
铸造合金和铸造方法的成本分析
在一般的机器中，铸件的重量占 40～80％，但它只占总成本的 25～30％。与 其他成形方法相比，铸造的成本是比较低的。铸件的成本结构主要包括各种炉料 和动力的消耗、工艺装备及模具费用、工时费用、铸件废品率、管理费等等。以 普通手工砂型铸造为例，其材料费、人工费和经营管理费大致为 2/4、1/4、1/4. 不同的合金种类，其铸件的成本是不同的，表 7-2 为各类合金铸件成形的相对价 格，表 7？-3 为美国熔模铸造铸件售价。表中可见，不同的材料将采用不同的铸 造方法，因此其价格也不同；即使是相同的铸造方法，不同的铸件要求，其价格 相差较大。
（2） 提高劳动生产率和改善固定资产占用率 在机械产品中，由切削加工 改为无切削加工后，每 100 万 t 钢材中可节约 2.5 万 t，这相应于可少用 2 万名 工人和 15 万台机床。如果我国每年用于机械制造的金属材料为 1000 万 t，则其 金属消耗率每年降低 1％，相当于增产 10 万 t 钢材。
表 7-5 球铁件代替钢焊接件的实例
零件名称 原 设 计 修改后降低
性能
（％）
主动轴 四块钢板焊
钻床主轴箱外 接件
壳
钢焊接件
螺旋式压砖机ຫໍສະໝຸດ Baidu型钢焊接件
机壳
钢板焊接件
35
改善强度，消除了焊缝与板裂纹的
45
应力破坏
30
70
货车车厢凸轮
（4） 灰口铸铁件代替钢件在适当的条件下，灰口铸铁件也能取代钢件。 例如德国型芯自动硬化设备运输车零件原为 St32-2（相当于我国钢号 Q195）钢 焊接件，改为灰铁件后成本下降 67％（由 3827 马克降到 1650.5 马克）；冲剪 机机座，原为钢板焊接件，改为灰铁件，改善了减振性能，制造成本也大幅降低。
（3） 球墨铸铁代替冲压件冲压件是用薄钢板冲压而成的，生产率高，成 本较低。但用球墨铸铁代替冲压件取得良好的经济效益也不乏先例。美国福特公 司使用福特 4×4 轻型卡车的后轴和弹簧之间的定位架，采用重新设计的球墨铸 铁件取代由焊接连接的二个冲压件，可减少大量的工具费用和坯料费用，每年可 节省 4.6 万美元，同时增加了可靠性、改善轴与弹簧的定位、改善装配，而且使 每个零件减少重量 3.6287kg.
（1） 球墨铸铁取代部分锻件当代的球墨铸铁生产技术已使许多铸件在性 能上能够满足设计对铸钢件和锻件提出的相同要求，如各类发动机的曲轴、整体 转向节和螺旋伞齿轮等已大部分采用球铁铸造。如德国生产出世界上最大的球墨 铸铁件，4000t 压力机机架，重 165t，抗拉强度大于 400N/mm2，延伸率大于 17％。1991 年全世界球铁产量已达 1500 万吨，与灰口铸铁的产量比约为 1：
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（3） 可减少冶金部门的投资 工业产品产值同原材料开采和生产部门的投 资比例约为 1：3，这就是说，如果减少材料消耗而使工业产品值下降 1 元，就 可以减少原材料开采和生产部门的投资 3 元。
（4） 可节约资源和能源 全球 2003 年钢的产量为 9.6 亿 t，全世界人均 钢产量 200kg，发达国家人均在 500kg 以上，节省资源是我国经济建设持续发 展的重要环节。节省金属就是节省能源，从矿石开采到生产出金属材料需消耗大 量的能源。表 7-4 所示为生产不同产品消耗的能源比较。由表所知，生产 1t 灰 铸铁件所消耗的能源只有碳钢铸件的 80.95％。虽然碳钢板坯由于炉料重量的 62 ％使用高炉铁水直接炼钢，减少了能源的消耗（每 1t 钢减少 555.5kg 标准煤）， 但从板坯变为成形零件还需消耗大量能源，这可以认为是金属材料变为切屑时消 耗的能源。根据对车削的计算，每 kg 切屑需消耗能源 0.9936kw？h 或 0.4044kg 标准煤，切削铸铁的能耗只有钢件的 50％，若考虑到型材一般加工余量较铸铁 件大，锻件的加工余量则更大，切削所消耗的能耗将超过铸铁件的 2 倍。因此钢 件在多数情况下，总能耗会大于灰铸铁。
价格
通铸件
压器叶轮
件
片
片
美元/kg 12.115
24.229～26.432 48.458 66.079 660.793
实现净成形和净终成形的经济分析随着铸造技术的不断提高，铸件的尺寸和形状 日趋接近零件，目前，铸件的切削量较锻件和轧材低 25～50％。在各种毛坯中， 铸件的金属利用率最高，达 90～92％，而模锻件只能达 55～75％，自由锻件只 有 33％～47％，轧材制品的金属利用率也只有 40～45％。此外，铸件可利用废 料（锻压的飞边、料头、机械加工的切屑、铸造的浇冒口和废铸件）生产。铸件 实现净成形和净终成形具有如下特点：（1） 可大幅度降低生产成本 在机械生 产中，材料费约占 60％～65％，即只要节约材料 1.54％～1.67％，可使产品成 本下降 1％。