注重经济性原则
模具零件材料选择,首先要满足使用性能要求和工艺性能要求。在这个前提下,还有一个较大的选择空间,因为能满足要求的材料有多种,最终选择哪一种,决定于经济性。不计成本,必然导致产品缺乏市场竞争力。一个企业的一切技术经济活动,它的最终的现实目标就是盈利。无利可图的产品及企业必然被淘汰,所以经济性原则为一重要原则。
经济性原则不仅考虑选用材料价格相对便宜,还应考虑加工费用及管理费、采购费等构成的零件的制造总成本。对于一些重要、精密、加工复杂的零件及使用周期长的工模具,还应考虑其使用寿命,综合比较其经济性。
经济性有广义和狭义之分。狭义而言是以最低的价格获得满意的原材料。一般选材应从广义经济性或称综合经济性着手,即除了材料的采购价格外,还包括它的包装、运输、保管、特殊要求等附加费用。更进一步,还包括由于“用料考究”而使模具寿命延长及制品质量提高,使制造成本降低、生产率提高等所创造的经济效益。就是说,一套模具,由于选材的正确,可以使从设计、制造、生产、使用、维修,直到失效所产生的全部经济效益收益高。在选材时应注意如下方面。
(1)模具材料的价格
1)不同的品位(质)、不同的尺寸、不同的包装、不同的运输等都有附加费用,也应计算在内。如以模具钢4Cr5MoSiV1(H13)为例,经过电渣重熔精炼的钢,比一般电炉熔炼的模具钢,要提高价格34%左右;高级优质钢要加价6%;钢材定尺,加价14%。一般加价项目有十余项,有些还需要供需双方协议定价,可见同一钢号不同质量、尺寸、热处理、锻造的价格相差很大。若是不同国家、不同地区、不同生产厂其价格差异就更大了。国外有些国家通过模具行业协会,统计出两个指标,一个称为价格比,即同一性能、用途相近的钢,以某一通用材料为基准,相互比较,可排列出价格高低次序,价格高低就可比较出来,虽然是个相对数据,但价格高低一目了然,利于用户选择。另一个指标为市场性,其意为市场供应状况,采购(或订购)是否方便(采购费用高低)。在市场经济条件下,模具材料的价格是随市场供求关系的变化而波动的。所以,“价格比”参数和“市场性”参数也只是在某一地区、某一时段有效。
2)在模具制造中,材料费用占模具总成本的10%~15%,而加工费用占80%以上。材料对加工费用影响极大,因为加工的难易取决于材料的工艺性,选材不当工艺性差或加工周期长,则加工费用明显提高。在计算成本时可以分开计算,但在评估成本时,两者是不可分割的。因此,往往在选材提到经济性原则时,提出经济上合理,这比单纯追求廉价更明智。合理即综合经济性好。若采用优质材料,虽然材料名义价格高,但加工性能好,工艺成本大大降低,其创造的经济效益好,就是合理了。
(2)模具材料的品质
我国钢的分类按品质分有普通钢、优质钢、高级优质钢(牌号中带A)、特级优质钢(牌号中带E)和超级优质钢(牌号中带C)等。模具重要零件(工作零件或成形零件)的原材料,主要是合金工具钢和高速工具钢等特殊质量钢。特殊质量钢是在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢,其质量控制的指标在其所属的标准中有规定,在钢号的表示上用代表符号标明,如A、E、C等。外国钢号不标质量等级,而标注所用精炼方法或作了某种改进、改良,如ESR表示经电渣重熔,VAM表示真空自耗重熔,VTM表示真空感应炉熔炼,MOD表示作某种改进的等。质量越高,价格越高。在选材时,要掌握“恰如其分,用得其所”。
(3)注重标准和标准化
在模具设计、材料制造等诸方面已经建立了一系列的标准。在选材时可以参照标准推荐的材料,结合自身条件和经济性要求,从中选择合适的、最经济的、符合自身生产条件的模具零件材料。我国已制定实施模具用钢及热处理技术条件行业标准,选材时可参考。
① JB/T 6057—1992《塑料模具成型部分用钢及其热处理 技术条件》。
② YB/T 129—1997《塑料模具钢模块技术条件》
③ JB/T 6058—1992《冲模用钢及其热处理 技术条件》。
④ JB/T 7715—1995《冷锻模具用钢及热处理 技术条件》。(https://www.daowen.com)
⑤ JB/T 8431—1996《热锻成形模具钢及其热处理 技术条件》。
选材时,不仅要注意钢号,而且要查阅它属于哪个标准。如我国的SM3Cr2Mo钢是源于美国的P20。我国的合金工具钢标准与美国不完全相同,即使化学成分完全相同,也不能等同看待。凡已注册的中国标准钢号应按国家的标准选材。
不仅选择原材料时应尽可能选择标准材料,模具中的许多零件,尤其是结构零件,其尺寸和结构特征也被标准化了,如模架部件、导柱和定位零件、浇口系统的套类零件。推出系统的推杆、推管、脱模板等以及紧固件,甚至型芯或镶件等也已经被标准化形成标准零件了。以压铸模为例,其标准零件用材可参见GB/T 4678.1~19—2003《压铸模零件》。设计时应优先选用标准件。
选用标准零件的优越性,除降低设计成本外,还可提高模具零件的通用性、互换性;大大缩短制造周期、降低制造成本、减少制造工作量;不需要昂贵的仓储费用、管理费用;失效模具可以分拆,其中部分零件可再次利用;便于计算成本,专业制造厂容易对外报价等。
(4)选用“近终形”型材和制品
现代模具零件制造可以采用铸造成形、挤压成形和切削加工成形等多种方法。目前切削加工成形仍然是主要方法,模具制造费用占模具总费用(成本)的80%以上。所以如何简化加工、减少加工量是制造者所关注的。为了使模具制造厂减少切削加工量,缩短生产周期,模具材料供应企业为用户提供“近终形产品”,即钢厂提供各种规格尺寸的板材、丝材、扁钢,模块或经过精加工(扒皮)的模块而且是经过严格检测的精加工品等;或者提供易切削的或者预硬化的模具钢;或者提供微合金化非调质钢,免去或减少用户自己热处理工序。1997年我国制定了《塑料模具钢模块技术条件》(YB/T129—1997)、《塑料模具用热轧厚钢板》(YB/T 107—1997)和《塑料模具用扁钢》(YB/T 094—1997)三个标准,就是向这个方向发展的结果。今后还会有更多的“近终形”产品供应模具制造业,降低模具制造成本。
(5)选用通用性材料
模具材料的通用性是指该材料具备多种性能和用途,适合于不同的模具零件,因而市场供应量充足,市场性好,价格也相对便宜。从单项特性看与具有特性的专门用钢相比可能逊色些,但也能满足基本要求。模具材料一般用量不大,如果一个企业采用的材料品种、规格太多太杂,在管理上很不方便,利用率不高。如果量大而广,则会库存积压,采购成本增加。通用性材料一般应用历史悠久,积累了较多的生产和使用经验,性能数据比较丰富和完整,因此比较成熟,有利于借鉴,为己所用。
(6)根据模具生产制品的数量与材质特性选材
1)模具生产制品的数量对选材经济性有一定影响。如某些塑料生活用品,其款式、品种、花样变化很快,不断地在更新换代,因此不一定需要有很长的使用寿命,可选用低档便宜的材料制造。反之,生产批量很大时,要求模具有长寿命,维修周期也要长,此时用高档材料也是节约的,直观的材料费用虽然大,但综合经济效益好。
2)模具生产制品的材质和特性对选材也有影响。如受腐蚀作用的塑料模具零件,当然要用耐蚀钢或可渗氮、镀铬(但要无公害工艺)等钢种。又如钢铁、铜合金的压铸模,铜合金、钴及镍合金的热挤压模具,由于工作温度很高,一般的热作模具钢难以胜任,只能采用昂贵的钨基、镍基高温合金制造。生产磁性塑料制品时,要求使用在强磁场中不产生磁感应的冷作模具、塑料模具,就应采用无磁模具钢制造。
3)根据模具大小选材。小型模具零件重量很轻,材料费用所占总成本的比例相对要小很多,可以选用高档的工艺性好的材料以节约制造费用;反之大尺寸大重量的零件(一个零件有几吨或几十吨重),则要选用经济型的材料。