背景
2022年，一家专注于起重机系统的意大利原始设备制造商(OEM)正处于新起重机模型的R&D阶段。这一发展的一个关键部分是制动部件的设计和采购。原始设备制造商提出的最初设计概念是金属板焊接结构。
最初的调查和设计原理
OEM联系了科峰金属。在早期设计阶段，客户对制动部件采用钣金焊接结构的偏好基于几个常见的假设:
成本效率:钣金制造通常被认为是组件的低成本切入点，尤其是当其他流程的初始工具投资是一个问题时。
假定生产简单:客户认为制造过程相对简单，切割、弯曲和焊接标准金属板。
快速原型制作和生产:如果避免复杂的加工，焊接结构有时可以为初始批次提供更快的周转时间。
原始设备制造商的设计团队和科峰金属的技术专家通过视频会议进行了初步讨论，重点是了解这种外置制动装置的功能要求、负载条件和美学要求。
焊接设计的技术审查
虽然我们理解客户的理由，但科峰金属的工程团队根据应用需求审查了提议的焊接设计。确定了几个潜在的限制和挑战:
美学和感知质量问题:作为新的高端起重机上的外部可见部件，焊接结构的固有外观(通常带有可见的焊珠和潜在的变形)可能会损害原始设备制造商寻求的整体高级美学和质量感知。
机械性能限制:
应力集中:焊接接头，就其本质而言，会引入应力集中，在制动系统中典型的循环载荷下，可能成为疲劳点。
材料差异: 焊接组件的性能并不完全一致，热影响区(HAZ)的机械性能可能与母材不同。
负载能力:对于承受高间歇应力、冲击载荷和持续操作力的部件，装配式金属板结构的固有强度和抗疲劳性可能不足以保证长期可靠性和安全裕度。
3.制造复杂性和一致性问题:
复杂的焊接操作:如果作为焊接件生产，制动部件的特定几何形状将需要多个复杂的焊接顺序。这种复杂性增加了人为错误、尺寸不准确和焊接缺陷(例如多孔性、不完全熔合)的可能性。
不稳定性和返工:每个焊接步骤都会引入热应力和潜在变形，需要严格的质量控制和潜在的高返工率，从而影响一致的产量和交付时间。
工程支点:提出砂型铸造解决方案
出于对客户对长期可靠性、安全性和产品完整性的潜在需求的深入了解，科峰金属的工程团队花了两周时间进行技术分析和内部设计研讨会，以开发出满足功能要求并提供更高价值的解决方案。
结论是制造方法发生了根本性的变化:将元件从钣金焊接结构切换到砂型铸造设计。
科峰金属提交了一份全面的建议书，其中包括:
整体结构重新设计:该组件被重新设计为一个单独的单元。这就消除了焊接结构中固有的多个接头，而这些接头往往是最薄弱的地方。优化的几何形状旨在更均匀地分布应力。
材料选择优化:该提案具体说明低合金钢作为材料的选择。这是基于它在强度、韧性和可铸造性方面的优异平衡，使它适合于高应力、耐用的部件。最终铸件的设计重量为30公斤。
增强的机械性能:铸件的整体性质与低合金钢的特性相结合，将提供比提议的焊接结构更好的抗拉强度、抗疲劳性和冲击韧性。
welding part
解决客户关注的问题:成本与生命周期价值
OEM的工程团队了解铸造设计的技术优点和合理性。然而，一个大问题是铸件的单位成本比他们对焊接零件的最初估计要高。科峰金属通过提供总拥有成本(TCO)和生命周期价值的详细分类来解决这一问题:
焊接部件生命周期
较低的初始单价。
较低的承载能力和较高的疲劳风险。
使用寿命更短，更换周期更多。
更高的现场故障率、更多的保修索赔和声誉损害。
铸件生命周期
初始单价略高(由于制模和铸造工艺)。
更好的机械性能和承载能力。
使用寿命比焊接替代品长3-4年。
降低过早失效的风险，提高产品可靠性。
铸造设计的额外优势有助于总体成本节约
简化装配:与装配和连接多个预制部件相比，单个铸造部件减少了组装时间和复杂性。
简化后处理:虽然铸件需要精加工，但其复杂性可能比校正变形或在复杂的焊接件中准备多个表面要低。
提高批次一致性:一旦建立了模型和工艺，铸造工艺在大规模生产中提供了更高的尺寸重复性和一致性。
更好的总体生产经济性:当你考虑减少返工、延长零部件寿命和简化装配时，稍高的铸造初始成本会被长期节约和价值所抵消。
结论和技术影响
在评估了科峰金属的技术方案和价值分析后，意大利原始设备制造商批准改用砂型铸造设计。这导致了:
更好的组件可靠性:新的制动部件具有更好的结构完整性和抵抗操作载荷的能力，直接影响起重机的安全性和可靠性。
更长的产品寿命:对于最终用户来说，铸件更长的寿命意味着更少的维护和更换成本。
提高OEM制造效率:简化的装配和更高的一致性有利于原始设备制造商自己的生产过程。
通过制造专业知识进行设计优化的案例
这是一个很好的工程胜利的例子，其中材料科学、制造工艺和应用要求结合在一起，提供了更好的产品。从看似简单的焊接制造到更坚固的砂型铸造零件，最初提出了成本问题，但最终交付的零件具有更好的机械性能、更长的寿命和更大的生命周期价值。它显示了早期供应商合作的重要性，以及识别和实施关键部件的正确制造策略所需的技术专业知识。这是一个很好的例子，说明当应用需要时，如何将组件从焊接重新设计为铸造。
关于作者
科峰金属
科峰金属成立于1998年，是位于中国北方辽宁的主要金属制造和铸造制造商。凭借二十多年的经验，科峰金属已经从一家专业的铸钢厂发展成为一家全面的金属加工解决方案提供商，包括精密铸造、机械加工、焊接等。我们的产品在汽车、建筑、农业、铁路和大型设备制造等行业发挥着重要作用。我们很自豪能与全球行业领导者合作，包括几家财富500强公司，确保我们80%的高质量产品出口到世界各地。我们对卓越的承诺反映在我们众多的认证中，包括IATF16949、PED ISO9001和ISO14001。作为公认的拥有多项国家专利的“高科技企业”，科峰金属继续推动金属制造领域的创新。我们最近从科峰铸造更名为科峰金属，象征着我们不断扩大的能力和提供世界一流解决方案的承诺。我们高度重视客户满意度，提供材料建议、工艺咨询和可靠的大规模生产服务，以满足全球客户的各种需求。