Key words: cast, foundry, high technology, lost foam, ventilated brake disc.

Transkrypt

1 11/6 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2002, Rocznik 2, Nr 6 Archives of Foundry Year 2002, Volume 2, Book 6 PAN - Katowice PL ISSN PORÓWNANIE KOSZTÓW WYTWARZANIA ODLEWÓW TARCZY HAMULCOWEJ WENTYLOWANEJ WYKONYWANYCH NA LINII FORMIERSKIEJ TRADYCYJNIE ORAZ ZAAWANSOWANĄ TECHNIKĄ PEŁNEJ FORMY A. JOPKIEWICZ 1, A. NOWAK 2, T. SZYMCZAK 3. Wydział Mechaniczny Politechniki Łódzkiej, Zakład odlewnictwa Łódź ul. Stefanowskiego 1 Instytut Wdrożeń i Technologii Sp z o. o. Grupa Odlewnie Polskie Starachowice Al. Wyzwolenia 70 STRESZCZENIE W artykule przedstawiono metodę i wyniki obliczeń kosztów wytwarzania odlewów tarczy hamulcowej wentylowanej uwzględniające technikę zaawansowaną pełnej formy jako zamiennika wytwarzania tych odlewów na linii odlewniczej w skrzynkach formierskich. W przedstawionej metodzie uwzględniono koszty kredytu spłacania inwestycji związanej z uruchomieniem nowej linii odlewniczej. Wyniki wskazują na opłacalność podjęcia wytwarzania odlewów zaawansowaną techniką pełnej formy. Key words: cast, foundry, high technology, lost foam, ventilated brake disc. 1. WPROWADZENIE Podstawą obecnie istniejącej w naszym kraju gospodarki rynkowej są wzajemne relacje pomiędzy odbiorcą i producentem. Producenci mogą wyprodukować i skierować na rynek taką ilość towaru, jaką są w stanie zakupić od nich odbiorcy. Cena, jaką producenci mogą uzyskać za swój towar z jednej strony musi spełniać oczekiwania 1 dr hab. inż. prof. PŁ, ajopkiewicz@ck-sg.p.lodz.pl 2 dr inż., iwit@opsa.pl 3 mgr inż., tunio100@wp.pl 103

2 klienta z drugiej natomiast zapewniać uzyskanie określonej wysokości zysku. Biorąc pod uwagę fakt, że cenę ustalają prawa rynku (prawa popytu i podaży), czyli wsp o- mniane powyżej relacje pomiędzy producentem i odbiorcą, a zysk powinien zapewniać rentowność przedsiębiorstwu, ogromnej wagi nabiera wysokość kosztów produkcji. Wysokość kosztów produkcji uzależniona jest od warunków produkcji, więc jest to ten czynnik, na który producent ma wpływ największy i od wysokości, którego zależeć będzie wysokość zysku. W związku z tym przedsiębiorstwa dla zapewnienia konkurencyjności na rynku muszą skutecznie dążyć do obniżenia kosztów produkcji. Dotyczy to również stosowania zaawansowanych technik odlewniczych. Je d- nak ryzyko wprowadzania i stosowania h-t wymusza przeprowadzanie dokładnych obliczeń zarówno kosztów inwestycji uruchomienia h-t, jak i kosztów wytwarzania odlewów przy zastosowaniu h-t. Tym zagadnieniom poświęcony jest niniejszy artykuł. Przedstawiona w nim została metoda obliczania kosztów wytwarzania odlewów uwzględniająca rzeczywiste koszty ich wytwarzania i kredytu zaciągniętego na uruchomienie nowej linii odlewn i- czej. A także przykład analizy porównawczej kosztów wytwarzania wybranego odlewu dla zaawansowanej techniki pełnej formy i tradycyjnej techniki odlewania w skrzynkach na zautomatyzowanej linii odlewniczej sporządzony przy zastosowaniu wyżej wspomnianej metody obliczania kosztów. 2. OPIS ANALIZOWANEGO ODLEWU I ROZPATRYWANYCH TECHNOLOGII Jako obiekt rozważań przyjęto nowoczesną konstrukcję odlewu tarczy hamu l- cowej wentylowanej. Dane dotyczące rozpatrywanego odlewu tarczy zawarte są w tabeli 1. Do analizy porównawczej kosztów wytwarzania rozpatrywanego odlewu tarczy wentylowanej zostały przyjęte dwie technologie odlewnicze: technologia tradycyjna odlewanie do formy piaskowej na zautomatyzowanej linii odlewniczej (najczęściej stosowana w naszym kraju technologia wykonywania odlewów żeliwnych) i zaawa n- sowana technologia pełnej formy. Istotną cechą wykonywania tarczy w sposób tradycyjny jest stosowanie precyzyjnie wykonanych i kosztownych rdzeni odlewniczych. Istotą zaawansowanej technologii pełnej formy (zgazowanych modeli) jest stosowanie modelu ze spienionego polistyrenu (styropianowego, piankowego ), którego kształt jest odwzorowaniem kształtu wytwarzanego odlewu. Styropianowy model umieszcza się w skrzynce formierskiej i obsypuje suchym piaskiem bez lepiszcza. Skrzynkę z piaskiem poddaje się wibracjom lub zagęszczaniu próżniowemu (lub obu sposobom naraz) w celu osiągnięcia pożądanej gęstości i sztywności piasku. W czasie zalewania ciekłego metalu model styropianowy zostaje stopiony i odparowany. Ciekły stop wypełnia wnękę pozostałą po zgazowanym modelu [1]. 104

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Zaawansowaną technologię pełnej formy przedstawia szkic rysunku formy odlewniczej (rys. 1) Rys. 1. Szkic rysunku formy piaskowej dla zaawansowanej technologii pełnej formy: 1 piasek kwarcowy, 2 model odlewu, 3 - model odlewu układu wlewowego [2]. Fig. 1. Scheme of sand mold for high-tech lost foam technology: 1 sand mold, 2 pattern, 3 model of gating system [2]. Podstawowe dane dotyczące wykonywania odlewu tarczy dla rozpatrywanych technologii odlewniczych zostały zamieszczone w tabeli 1. Obliczenia przeprowadzono dla wartości z tabeli 1. Wartości zamies zczone w tabeli w przypadku zaawansowanej technologii pełnej formy ustalono przy pomocy Instytutu Wdrożeń i Technologii w Starachowicach i materiałów konferencyjnych [3]. 3. ZASTOSOWANA TECHNOLOGIA OBLICZANIA KOSZTÓW Do porównania kosztów poniesionych przy produkcji tarcz wentylowanych dla rozpatrywanych technologii odlewniczych posłużyła procedura obliczania kosztów przejęta z odlewnictwa amerykańskiego[4]. Zasadniczą cechą tej procedury odróżniającą ją od powszechnie stosowanych w Polskich odlewniach sp osobów obliczania kosztów jest odstąpienie od przypisywania niektórych rodzajów kosztów w postaci tzw. narzutów a uwzględnianie tylko kosztów rzeczywistych. 105

4 Tabela 1. Dane dotyczące odlewu i technologii jego wykonania [2]. Table 1. Data concerning the cast and its technology of production [2]. Wyszczególnienia Technologia Technologia pełnej tradycyjna formy Waga odlewu [kg] 6 6 Wymiary gabarytowe śred [mm] śred [mm] Materiał żeliwo 250 żeliwo 250 Wydajność linii [form/godz] Ilość odlewów w formie 4 12 Waga układu wlewowego [kg/formę] 12,8 48 Pomniejszenie wsadu [%] 5 5 Waga rdzenia [kg/szt] 1,25 Piasek do rdzenia [kg/szt] 1,25 Żywica [% w stosunku do piasku] 0,61 Katalizator [% w stosunku do piasku] 0,065 Aktywator [% w stosunku do piasku] 0,70 Waga modelu piankowego [kg/szt] 0,028 Pokrycie ochronne [litry/odlew] 0,1 0,1 Masa formierska [tony/formę] 0,24 Piasek w formierni [tony/formę] 1,00 Piasek świeży [% w stosunku do masy] 5,0 0,5 Bentonit [% w stosunku do masy] 0,80 Węgiel [% w stosunku do masy] 1,00 Oprzyrządowanie specjalne - rdzennica żeliwna, - płyty modelowe żeliwne. - matryca modelu odlewu, - matryca układu wlewowego, - gniazdo do sklejarki, - pieczątka. Ponadto procedura ta uwzględnia koszty inwestycji związanej z wybudowaniem i wyposażeniem odlewni, co w przypadku technologii pełnej formy jest bardzo istotne, gdyż linie odlewnicze przystosowane do produkcji odlewów według tej techn o- logii w realiach polskich nie istnieją i uruchomienie takiej linii wiązałoby się z poniesieniem kosztów inwestycji. Strukturę kosztów wykorzystaną w opisywanej metodzie obliczania kosztów przedstawia rysunek 3. Struktura ta ujęta jest sześcioma modułami, przy czym moduły Inwestycja i Energia w porównaniu z amerykańskim pierwowzorem zostały sprowadzone do realiów polskich, a moduł Oprzyrządowanie specjalne został wprowadzony dodatkowo. Moduły: Materiały, Robocizna, Energia, Oprzyrządowanie specjalne liczą odpowiednio roczne koszty zużycia materiałów, robocizny, energii i oprzyrządowania specjalnego. 106

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Dane o odlewie Ceny materiałów Moduł Materiały 1. Parametry dotyczące odlewów i technologii ich wytwarzania 2. Zestawienie zapotrzebowania materiałów 3. Ceny materiałów 4. Jednostki liczące: Roczny fundusz czasu pracy Koszty rocznego zużycia materiałów Roczne koszty zużycia materiałów Płace Moduł Robocizna Roczne koszty robocizny Ceny środków trwałych 1. Zestawienia płac pracowników na poszczególnych wydziałach 2. Jednostka licząca roczne koszty robocizny na poszczególnych wydziałach Zapotrzebowanie mocy Ceny energii Ceny przyrządów Okresy trwałości Moduł Inwestycje 1. Zestawienie środków trwałych wchodzących w zakres inwestycji 2. Jednostka licząca wysokość rat Moduł Energia 1. Jednostkę liczącą koszty energii Moduł Oprzyrządowanie specjalne 1. Jednostkę liczącą koszty oprzyrządowania specjalnego (płyty modelowe, rdzennice, matryce i inne) Suma kosztów poniesionych na inwestycje Wielkości rat Roczne koszty energii Roczne koszty oprzyrządowania Całkowite koszty w skali roku Koszt wytworzenia 1 sztuki odlewu Koszty 1 kg odlewu Moduł Kalkulacja końcowa 1. Jednostkę liczącą koszty wytworzenia jednej sztuki odlewu i koszty 1 kg odlewu Rys. 2. Przyjęta struktura kosztów [2]. Fig. 2. Applied cost structure [2]. 107

6 Moduł Inwestycje zawiera natomiast zestawienia i cen wszystkich środków trwałych wchodzących w skład inwestycji uruchomienia nowej linii odlewniczej. To zestawienie stanowi podstawę do obliczenia kosztów kalkulacyjnych (odpisów amort y- zacyjnych i odsetek kalkulacyjnych) oraz ustalenia wysokości zaciąganego kredytu. Moduł ten zawiera także jednostkę obliczającą wysokość miesięcznych spłat rat kredytowych. Kalkulacja końcowa jest modułem zliczającym roczne koszty ustalone w poprzednich modułach. Oblicza także koszty jednej sztuki odlewu i jednego kilograma odlewu. Obliczenia kosztów wytwarzania odlewów tarczy według przyjętej procedury zostały sporządzone na drodze edycji aplikacji biurowej Microsoft Excel 2000 działającej w systemie operacyjnym Microsoft Windows 98. Aplikacja ta umożliwia dalszą edycję sporządzonego arkusza. Dzięki temu może on służyć do dalszych obliczeń i analiz przemysłowych. 4. PORÓWNANIE WYNIKÓW OBLICZEŃ Przeprowadzenie obliczeń według procedury opisanej w poprzednim rozdziale pozwoliło na uzyskanie wyników obliczeń w postaci szeregu tabel zawierających szczegółowe informacje o wartościach poszczególnych składników kosztów powstałych na określonych stanowiskach pracy. Jako przykład została zaprezentowana tabela 2 przedstawiająca zestawienie kosztów inwestycji wdrażania nowej technologii z modułu Inwestycje. Tabela 2. Koszty inwestycji wdrażania nowej technologii [2]. Table 2. Cost of investment of implementing the new technology [2]. Wyszczególnienia Technologia tradycyjna Metoda pełnej formy Topialnia zł zł Formiernia zł zł Rdzeniarnia lub modelarnia modeli piankowych zł zł Wydział regeneracji masy lub piasku zł zł Oczyszczalnia zł zł Ochrona środowiska (styren) zł Informatyczny system kontroli zł Całkowite koszty wyposażenia zł zł Obsługa odlewni zł zł Budynki zł zł Dodatkowe wydatki (5% koszt. wyposażenia) zł zł Honoraria inżynierskie zł zł Pozostałe koszt. razem [zł] zł zł Całkowity koszty inwestycji [zł] zł zł Wkład własny [%] Kwota objęta kredytem [zł] zł zł 108

7 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Zamieszczone w niej wartości są wynikiem zliczania kosztów wszystkich środków trwałych objętych przeprowadzaną inwestycją, stanowią jednocześnie podst a- wę do obliczenia wysokości miesięcznych spłat rat kredytu zaciągniętego na realizację rozpatrywanej inwestycji. Na rysunku 3 pokazane jest graficzne przedstawienie danych zawartych w tabeli 2 dotyczących kosztów wyposażenia poszczególnych wydziałów odlewni. 35,00 Koszty wyposażenia [mln. zł] 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Topialnia Formiernia Rdzeniarnia Regeneracja (modelarnia piankowa) masy Rys. 3. Koszty wyposażenia wydziałów [2]. Fig. 3. Cost of department facilities [2]. Oczyszczalnia Technologia tradycyjna Pełna forma Ochrona środowiska Informatyczny syst. kontroli Wydziały Wynik końcowy obliczeń kosztów wytwarzania tarczy dla rozpatrywanych technologii przedstawiony jest graficznie na rys. 4. Są to wyniki uzyskane w modułach: Materiały, Robocizna, Energia, Oprzyrządowanie specjalne i Inwestycja, zsumowane i odniesione do jednej sztuki tarczy w module Kalkulacja końcowa. Wartość kosztów [ zł] 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Topialnia Formiernia Rdzeniarnia Regeneracja (modelarnia piankowa) masy Technologia tradycyjna Pełna forma Oczyszczalnia Rys. 4. Porównanie całkowitych kosztów wytwarzania jednej tarczy rozpatrywanymi technologiami [2]. Fig. 4. A comparison of total cost of production of one plate by the considered technologies [2]. 109

8 5. WNIOSKI Opierając się na wyżej zaprezentowanych wynikach obliczeń można wysunąć następujące wnioski: Zaprezentowana w niniejszym artykule metoda obliczania kosztów pozwala przypisać składniki kosztów do miejsc ich powstawania, co pozwala integrować w poszczególne obszary kosztów umożliwiając stosowanie procedur optymalizacy j- nych. Tańszą z rozpatrywanych technologii wytwarzania tarczy jest zaawansowana technika pełnej formy (w stosunku do technologii tradycyjnej tańsza ok. 19%). Największa oszczędność kosztów wnikająca z zastosowania zaawansowanej techniki pełnej formy występuje w wydziale formierni. Inwestycja poniesiona na budowę i wyposażenie odlewni oraz uruchomienie w niej produkcji jest niższa dla techniki pełnej formy o około 23% w porównaniu z technologią tradycyjną. LITERATURA [1] M. Perzyk, S. Waszkiewicz, M. Kaczorowski, A. Jopkiewicz: Odlewnictwo. WNT, Warszawa (2000). [2] T. Szymczak: Analiza porównawcza kosztów wytwarzania odlewu tarczy hamulc o- wej wentylowanej różnymi technologiami odlewniczymi. Praca magisterska wykonana na Wydziale Mechanicznym PŁ specjalność Technika i Handel pod kierunkiem Andrzeja Jopkiewicza. Łódź (2002). [3] Istota i Tendencje Rozwojowe Lost Foam. Materiały konferencyjne, Starachowice (15.XII.1999). [4] L. D. Rikker: Evaportive Foam Casting Technology Proceedings AFS/CMI Confe r- ence. Northbrook IL October COMPARISON OF COSTS OF BREAKING VENTILATED BRAKE DISC CASTINGS ON THE MOULDING LINE BY A TRADITIONAL AND HIGH- TECH, LOST FOAM TECHNOLOGY. SUMMARY There is presented a method and results of calculation of production costs of ventilated brake disc cast, taking into consideration high-tech lost foam technology, as alternative of producing them on the traditional green sand moulding line. In the presented method we took in to account cost of credits for investment dealt with purcha s- ing of new moulding line. Results confirm profitable of undertaking the cast production by high-tech, lost foam technology. Recenzował: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk