运用MELET模型分析法分析影响锻件成本的弹性因素

近几年，国内锻造企业综合水平得到了提升，锻件质量有了明显的改善，但锻造企业面临的市场竞争压力没有减少。一方面原因是国内同质化企业之间的价格竞争加剧；另一方面，一些海外大品牌的顾客，由于来自于终端市场和国产品牌的价格压力，也纷纷迫使锻造企业降低价格，在价格战中，成本是赖以生存的基础。

影响锻件成本的五大因素（MELET）如图1所示，各因素除单独影响锻件成本外，各因素之间也相互影响。

图1 影响锻件成本的五大因素

在锻造生产实践中，由于一些客观和主观的原因，MELET容易发生一些波动，且呈现一定弹性，使成本超出设定。因此必须对MELET全面识别，持续监视，深入研究分析，并进行有效控制，才能达到降低成本的目的。

影响材料成本的因素（M）

材料成本可占到锻件成本的30%～80%，是影响锻件成本的主要因素，因此必须严控材料消耗和材料价格，主要措施有：

减少毛坯的下料重量

对锻件减重设计，实现少、无切削加工。如盲孔或通孔通过部分，或全部锻出，或通过锻后精压代替机械加工，减少加工余量。在不影响性能的情况下增设加强筋，或增设凹槽达到减重的目的。

控制模腔的尺寸精度，在保证尺寸合格的情况下，选用低差；通过选用合适的模具材料，精确的热处理工艺等措施，提高模具抗变形能力，减少模具在使用过程中模腔变大。调整闭合高度，控制锻件厚度在中、下差。

通过控制锻造工艺，减少废料产生（图2）。改进加热方式减少火耗。通过辊锻机、楔横轧等适宜的制坯工艺，或者通过预锻，达到理想的制坯，减少废料。也可用立锻代替平锻减少废料。在可能的情况下，用闭式锻造，节材效果可更加显著。

图2 改进锻造工艺，减少废料产生

控制毛坯料的重量公差

下料设备的性能，刀刃的完好程度，原材料的直径公差，坯料断面形状，锯口平直度等都影响毛坯料的重量精度。为保证锻件质量，减少缺材，重量需满足最低差。重量公差越大，浪费材料越多。

减少下料消耗

通过购买定尺材料，减少料头、料尾的过多浪费；通过剪料，减少锯口的浪费；通过材料套裁，使不合格坯料和料尾能再回收利用。

控制生产消耗

采取措施减少调模次数，并提高一次调模成功率，减少因调模、试料造成材料的浪费。可以在模具制作过程中，使用石膏或金属铅等方法检验模具，尽量减少用好的坯料试模。

采取措施控制合格率，减少因废品导致材料浪费；严格按计划生产，不生产过剩的锻件或坯料，减少浪费。

对生产班组进行节材考核，并形成机制，用生产合格产品数量比对消耗的原材料吨位，考核效果明显。

控制原材料价格

提高采购人员的谈判能力，利用地域差价、团购、批量采购、价格低谷时多采购等方式，或经顾客同意，在满足性能要求的情况下，用在市场上易采购的其他材料代替原有价格高的材料等多种措施，获得较低价格的材料。

影响能源成本的因素（E）

能源成本约占锻件成本的6%～13%。影响能源费用的因素和降低能源费用的主要措施：

⑴坯料加热炉的节电效能，坯料和感应器的匹配度。对量大的产品，需用专用的感应器，若合用感应器，最大跨用3个材料标准直径规格。

⑵锻造线尽量连续生产，不应随意停机，采取措施避免意外停机。设备频繁关停，浪费能源。对于电炉更应采取措施保持连续工作，因几乎每一次停机，都有一部分加热未锻的料，浪费大量能源。

⑶根据坯料重量大小，设置好电炉出料口和锻造工位之间的距离和高度落差，最好把电炉抬高，让坯料靠重力能快速滑下，尽量不用传送链传动。对于小料，应减少这个距离，控制温降。

⑷锻造过程中，应选择合理的节拍，使加热的料能一次全部锻完，避免在某一工序搁置，造成二次加热或由于不能二次加热导致材料和能源的浪费。

⑸锻造余热的利用。对有些锻件，根据产品最终的性能要求，可以利用余热，通过缓冷、风冷、雾冷、淬火等不同的冷却方式控制硬度，也可让锻件冷却到500度左右再重新加热，进行正火或等温退火。

⑹有些锻件可以通过局部加热锻造、温锻、冷锻等锻造方式，节约能源。

⑺减少坯料的下料重量，这样耗电少，节能。

⑻对生产班组及相关管理人员进行节能考核。用电避峰就谷，充分利用夜晚电价低的区间生产，降低电费。深红、浅红、黄、绿分别代表电价尖峰、峰、平、谷值(图3）。

⑼重视提高电炉工的技能，电炉工在节能方面起着重要作用。

图3 山东地区峰平谷分时电价表（a）、峰平谷电价分布图（b）

影响人工成本的因素（L）

人工费用占锻件成本的5%～15%，比例大小受自动化程度和锻件批量的影响。可采取：

⑴班产量是决定人工成本的关键因素，采取一切可能的措施，提高班产量，可显著降低单件产品人工成本。

⑵通过锻造工艺优化，减少工序或工序合并，减少锻造工数量，可降低人工成本。可以把切边、冲孔、整形合为一步工序完成（图4）。

图4 切边和冲五个孔一次完成

⑶通过局部或全部实现自动化，尽量少用人，减少人工费用。

⑷当地同类行业的薪酬水平影响人工成本，并且地域差异较大，沿海地区锻造工工资普遍较高。

⑸尽量减少不增值的工作，如：搬运、频繁装卸等。

⑹尽量少用熟练工做一般辅助性工作，让熟练工在上班时间主要从事锻造生产作业。

影响锻造效率的因素（E）

锻造效率是影响锻件成本的关键因素甚至是决定因素，必须持续关注锻造效率。

⑴连续作业的时间越长，停机次数越少或停机时间越短，生产效率越高，原因是：锻造作业开始前需预热模具到一定温度才能开始锻造；另外，由于炉套有一定长度，坯料从进口到出口需一段时间，所以每次开机前有一段等待时间。为减少等待时间，尽量连续生产，在作业前把所有准备工作提前做好，不要班中停机。

⑵产品批量大，不频繁更换模具、工装，操作工对习惯不变的操作更熟悉、更顺手，效率会提高。相反，对多品种、小批量的产品，效率不会高。

⑶合理设计锻造工艺，各工序节拍匹配，不产生瓶颈，不产生窝工，能提高效率减少浪费。

⑷提高模具寿命，减少换模次数，提高有效生产时间。模具局部堆焊现在是一项成熟且很有效的提高模具寿命的技术，可适当加大模块的尺寸，可多次重复焊接使用，从而提高效率、降低成本。

⑸重视设备顶料装置和模具顶料的设计，控制顶料速度和顶出料后顶料杆保持的时间，让操作者能快速且易于取出工件，减少炽热的工件在模具上停留时间，减少模具热疲劳，延长模具寿命。

⑹降低故障停机率。加强设备日常维护保养，责任落实到人；对大型设备、关键设备重视预见性维护保养，这类设备一旦出现故障，修复时间长，维修费用昂贵。

⑺提高各工序人员技能，各工序人员熟练程度匹配；各操作者配合要默契，对产量高的锻造班组成员，不要随意拆分或更换；相反，对影响班组效率的成员应及时调整。在劳动强度差别大的工序，应培养多技能职工，隔一定时间相互交换一下工作，做到劳逸结合，及时缓解体力和精神疲劳。

⑻合理设置机动人员、服务人员数量。当在线人员出现特殊情况，如：生理时间、上料、补填辅助材料等，能及时得到替补，不至停线。

⑼设备性能。频率是锻造设备重要指标，特别是需预锻、终锻的产品，频率高能显著提高生产效率。

影响模具费用的因素（T）

模具费用占锻件成本的3%～8%，受模具设计制造水平，模具维护返修措施，模具管理，模具使用等因素的影响。

⑴模具寿命。模具寿命长，单件产品分摊的费用低。可以通过选用性价比高的模具材料，经恰当的热处理，达到理想的寿命。目前，国内模具材料比较杂乱，质量水平差异较大，客观上国家标准对一些合金元素的要求过于宽泛，一些生产模具材料的企业为了节约费用，把一些重要元素成分控制在最下差，导致材料性能不理想。(表1 红色数值）

表1 H13化学成分分析表（%）

控制模具材料质量的要点：1）一些对模具性能起决定作用的元素如：铬、钼、钛、钒、钨等除合格外，是否足量；对模具严重有害的杂质除去是否充分。2）材料的冶炼方式是否电渣重熔，是否超细化处理。3）锻造比、锻造次数、锻造方向、锻造温度是否满足要求。4）球化退火是否充分，球化效果如何等。

模具设计和制造应考虑交界面用圆弧圆滑过渡，避免应力集中，防止早期磨损失效。

⑵模具的使用。锻造开始前，模具预热要充分，特别是在北方寒冷的冬季，模具预热是一项重要工作；最好用天然气等燃气预热。锻造作业时，润滑要充分，冷却要适当；对焊接模，不要过度冷却，否则会出现热疲劳，造成模具的龟裂失效。

⑶模具的可修复性。模具能修复使用，且易于修复，修复成本低，能降低模具费用。

⑷新模具制造费用。为节约刀具和热处理费用，可先粗加工，再热处理，再精加工，对于有明显凸起的部位，可以在热处理后用堆焊的方法通过增材实现，以减少模具材料的浪费，同时也能节约热处理和机加工费用。

⑸模具结构。有些模具可以通过使用易于拆装的组合模结构，当模具的某些部位发生局部损坏时，能实现快速更换。

⑹模具的标准化。实现模具的标准化，备用的模具材料可以通用，这样可以减少模具材料的库存量；当产品结构发生变化时，可以很容易的改为它用。

⑺锻件的精度。锻件尺寸公差严，模具寿命低，模具费用就高；相反，锻件尺寸宽松，模具寿命就高，模具费用就低。

⑻模具在使用过程中，尺寸是变化的，有的尺寸越来越大，有的尺寸越来越小。设计模具时，要把握这个特点，充分利用锻件公差，选择最佳设计参数，实现模具开始使用在高（低）差，使用一段时间后在中差，继续用一段时间后在低（高）差，从而延长模具寿命。

⑼报废模具。无法修复或修复费用太高，并且也无法改做它用的模具，可以用来切割冲头或分割成小型模块使用。另外，模具废料残值也影响模具费用。

结束语

通过以上可以看出，MELET模型中的五大因素都不同程度的影响锻件成本，各因素之间也是相辅相成的，如使用较少的材料，在节材的同时，加热时因重量小了，又可以节约能源；同时由于材料少了，减少了材料对模具的冲刷，降低了对模具的挤压力，能提高模具寿命，降低模具成本；再者，由于节材，用的材料少了，操作者也减少了劳动量，能提高生产效率，减少人工成本；同时由于减少了在下料、锻造等各过程中原材料、坯料、锻件和废料的搬运量，又进一步降低人工费。因此，五大因素中节材是关键，应最大限度节约原材料。但有时，各因素之间又相互矛盾和相互制约，牵一发而动全身。如减少毛坯材料，需制坯精确，操作工需有较高的技能，有较高技能的操作工需要更多的薪酬；再者由于节材，需要操作仔细，可能造成节拍降低，影响效率，设备空运行，浪费能源，也浪费人力成本。

总之，应对MELET模型中的五大因素深入研究，理清关系，既要考虑各因素单独对锻件成本造成的影响及程度如何，又要兼顾各因素之间相互作用。通过合理设计，再经过生产验证，进一步优化方案，最终能达到降低锻件成本的目的，从而提升企业市场竞争力。

本文节选自《锻造与冲压》2018年第21期