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汽車鑄造技術的現狀與發展趨勢
發布時間:
2015-06-03 00:00
來源:
中國是當今世界上最大的鑄件生產國家,據資料介紹,我國鑄造產品的產值在國民經濟中約占1%左右。最近幾年,鑄件進出口貿易增長較快,鑄件的產量已達到9%左右。我國鑄造廠點多達2萬多個,鑄造行業從業人員達120萬之多。“長三角”地區的鑄件產量占全國的1/3,該地區主要以民營企業為主,汽車和汽車零部件行業的發展有力地拉動了鑄造行業的發展。萬豐奧特是亞洲最大的鋁合金車輪企業,年產值超過10億元,出口額達6 000美元。昆山富士和機械有限公司生產汽車發動機和制動系統的鑄件,年產量達4萬t,銷售收入5.5億元。華東泰克西是一個先進的現代化氣缸體鑄件生產企業,具有年產1 00萬件轎車氣缸體鑄件能力。山西是鑄造資源大省,有豐富的生鐵、煤炭、鋁鎂、電力、勞力資源、使山西的鑄造產業有得天獨厚的優勢,具有500個鑄造企業,80%為民營企業。山西國際、河津山聯、山西華翔年產量分別達4萬t、2萬t、12萬t。“東三省”有一汽集團、哈飛集團等骨干汽車企業帶動了汽車鑄件產量的增長。一汽集團鑄造公司,已經形成40萬t鑄件的生產能力。遼寧北方曲軸有限公司,到“十一五”末將形成年產15萬臺發動機、100萬件曲軸、產值20億的曲軸生產基地。“珠江三角洲”壓鑄行業發達,有700多個壓鑄企業,年產量達20萬t。東風日產、廣州本田、廣州豐田和零部件企業有力帶動了壓鑄業的發展,轎車氣缸體、氣缸蓋的壓鑄件產量逐年增長。
1、國外鑄造業現狀近幾年來,全球鑄造業持續增長,2004年鑄件產量比上一年度增長8.4%,中國生產鑄件2242萬t,全球排名第一,比上一年增長23.6%。全球十大鑄件生產國的產量與增長率見表1。從表1可見,2004年中國的鑄件產量約占全球鑄件產量的1/4。巴西鑄件產量增長最快,達到25.8%。增長率超過2位數的國家有巴西、中國、墨西哥、印度,都是發展中國家。而發達國家的鑄件增長率普遍較低。美國鑄件產量自2000年以來,已經退居到第2位。2004年美國鑄件總產量為1231萬t,其中灰鐵件占35%、球鐵件占33%、鑄鋼件占8.4%、鋁合金件占16%。從需求上看,球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長。2003年進口鑄件占總需求的1 5%,進口鑄件的價格比美國國內低20%~50%。近年來因鑄造環保要求高、能源消耗大、勞動力昂貴等原因,美國大型汽車公司生產普通汽車鑄件的鑄造廠紛紛關閉,逐步將鑄件的生產轉向中國、印度、墨西哥、巴西等發展中國家。日本的鑄造業不景氣,其從業人員在減少。2004年日本鑄件總產量為639萬t,其中灰鐵件占42%、球鐵件占30%、鑄鋼件占4%、鋁合金件占21%。從需求上看,球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長。日本鑄造界在技術創新方面作了大量工作,開發了球型低膨脹鑄造砂、高減振鑄鐵材料、中硅耐熱球鐵等材料。其真空壓鑄的鑄件能焊接和熱處理,半固態鑄造生產用于汽車鋁輪轂,提高了強度和伸長率。鎂合金壓鑄進一步發展,并取代重力鑄造,其性能提高,成本降低。
2、汽車鑄造技術的發展方向汽車技術正向輕量化、數值化、環保化方面發展。據有關資料報道,汽車自重每減少10%,油耗可減少5.5%,燃料經濟性可提高3%-5%,同時降低排放10%左右。鑄件輕量化主要有兩個途徑。一是采用鋁、鎂等非鐵合金鑄件,美國2003年統計有2/3的鋁鑄件用于汽車上,每車達到107 kg。二是減小鑄件壁厚、設計多零件組合鑄件,生產薄壁高強度復合鑄件,并減少加工余量,生產近終形鑄件。隨著汽車技術的快速發展,為縮短鑄件生產準備周期和降低新產品開發的風險,要求采用快速制模技術、計算機仿真模擬、三維建模、數控技術。而清潔生產、廢物再生是鑄造業的發展趨勢,降低能耗是其持續發展的主題。我國汽車鑄造業必須走高效、節能、節材、環保和綠色鑄造之路,因為國家和社會要求嚴厲管控汽車鑄造業的能源消耗大戶和污染大戶,以利改善鑄造業熱、臟、累的勞動密集型行業員工的勞動環境。
3、 汽車鑄造技術發展趨勢
國內外汽車鑄造技術發展趨勢很多,現僅簡介一些在汽車行業大量流水線生產中的鑄件技術及發展趨勢。
3.1砂型鑄造成形技術
潮模造型經過手工緊實一震擊+壓實緊實→高壓+微震緊實→氣沖緊實→靜壓緊實幾個發展階段。靜壓造型技術的實質是“氣中預緊實+壓實”,其有以下優點:鑄型輪廓清晰,表面硬度高且均勻,拔模斜度小,型板利用率高,工藝裝備磨損小,鑄型表面粗糙度低,鑄型型廢率低。因此,是目前最新、最先進的造型工藝,并已成為當今的主流緊實工藝。目前,高壓造型和單一氣沖造型已逐漸被靜壓造型所替代,原先高壓造型線和氣沖造型線的主機已逐漸更新為靜壓造型主機,新建鑄造廠均首選采用靜壓造型技術。當前,國外比較有名的制造靜壓造型設備的廠家有德國的KW公司、HWS公司和意大利薩威力公司。國內汽車鑄造廠家大都選用 HWS公司或KW公司制造的設備,如一汽鑄造公司、東風汽車鑄造廠、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、山西三聯、廣西玉柴、無錫柴油機廠等。
4.2近凈形技術
(1)消失模鑄造成形工藝
消失模鑄造也稱氣化模鑄造、實型鑄造、無型腔鑄造。該工藝尺寸精度高達0.2 mm以內,表面粗糙度可達Ra5μm~Ra6μm,被鑄造界譽之為“21世紀的鑄造新技術”、“鑄造的綠色工程”。該工藝方法是采用無粘結劑干砂加抽真空技術。據2003年統計,我國有150家企業用該工藝生產箱體類、管件閥體類、耐熱耐磨合金鋼類等三大類鑄件,總產量超過10萬t。國內汽車鑄造廠,有的采用國產鑄造生產線:有的采用簡易生產線或單機生產;有的采用國外引進鑄造生產線生產。一汽集團公司1993年從美國福康公司引進造型用振動臺,生產 EPS模的預發泡機和成型機等設備,生產汽車進氣管。長沙發動機總廠從意大利引進自動化鑄造線生產鋁合金氣缸體、氣缸蓋鑄件。合肥叉車集團用4段泡沫模片粘結成整體的工藝生產復雜箱體鑄件,尺寸精度可達到 CT7-CT8級,產品出口美國。成都成工集團,用8塊泡沫模片粘結成整體的工藝生產裝載機變速器,鑄件質量達320 kg,與砂型鑄造比較,毛坯減重15%,成品率達95%以上。消失模工藝近幾年在美國有較大的發展,通用汽車公司投資建造了6條消失模鑄造生產線,大批量生產鋁合金氣缸體、氣缸蓋鑄件。今后,該工藝將大量采用快速制模技術和模擬仿真技術,以縮短生產準備周期,實現鑄件的快捷生產。未來的發展方向必定是質量好、復雜、精密、壽命長的高檔模具。提高該技術的模具材料、成形工藝、涂料技術、工裝設備的技術水平,使EPS鑄件獲得更廣闊的發展前景。
(2)熔模精密鑄造成形工藝
我國汽車熔模精密鑄造技術有了長足的發展,采用近凈形技術可以生產出無余量的鑄造產品。熔模精密鑄造工藝有水玻璃制殼工藝、復合制殼工藝、硅溶膠制殼工藝。汽車產品材料有碳素鋼、合金鋼、有色合金與球墨鑄鐵。國外有高合金鋼、超合金材料。熔煉設備國內采用普通、快速中頻爐;國外采用真空爐、翻轉爐、高頻爐技術。采用硅溶膠制殼工藝的零件表面粗糙度可達Ra1.6μm、尺寸精度可達CT4級,最小壁厚可達0.5~1.5mm。歐、美、日等國家開始關注精鑄件在汽車業的應用與拓展。我國汽車用精鑄件的市場需求量也在不斷快速增長和發展,2003年精鑄件的產量為60萬t,產值達到110億元。東風汽車精密鑄造有限公司采用硅溶膠+水玻璃復合型制殼工藝,生產高技術含量、高附加值產品,將原來鑄件、鍛件、機加工及多件組裝結構設計制造成一個整體精密鑄件,顯著降低了制造成本。
熔模精密鑄造成形工藝將來的發展趨勢是鑄件產品越來越接近零部件產品,傳統的精鑄件只作為毛坯,已經不適應市場的快速應變。零部件產品的復雜程度和質量檔次越來越高,研發手段越來越強,專業化協作開始顯現,CAD、CAM、 CAE的應用成為零部件產品開發的主要技術。東風汽車公司、一汽集團公司的精鑄企業作為中國精鑄行業的領軍者,一定能憑強大的研發實力和先進的技術快速發展。
4、我國汽車鑄造業面臨的問題
我國汽車鑄造業在經過“計劃經濟”轉入“市場經濟”的過程中,經歷了起步、穩定、發展、成熟4個階段,取得了令世人矚目的成績。但是,我們必須清醒地認識汽車鑄造業的歷史重任及與發達國家的現實差距,牢牢把握國內外鑄造技術的發展趨勢,適時適宜地采用先進的鑄造技術,實施鑄造業的可持續發展戰略,目前汽車鑄造業主要有以下問題。
鑄造企業平均規模與經濟規模和國外比有較大差距。我國的鑄件產量雖然已經連續5年位居世界首位,有一批產量較高的大中型企業,但大多數鑄造企業規模偏小。就整個鑄造行業而言.其現狀仍然是廠點散(鑄造廠點達2萬多個),從業人員多(達120萬人之多),效益低下(廠均鑄件僅為500 t/年),只相當于美、日、德、法、意等工業發達國家的1/9-1/4。
鑄造企業整體技術裝備水平和國外比有較大差距。企業間技術裝備水平差距較大,少數企業的個別生產車間的技術裝備水平,已接近或達到國際先進水平,但是整體水平不高。據統計,我國已從國外進口自動造型線210多條,還有國產造型生產線250多條,這些生產線主要集中在汽車內燃機件的大批量生產企業中。
·我國鑄造企業的研發與創新能力和國外比差距較大,從整體來看,鑄件的技術含量和附加值較低。據統計,全球有30多項重大的鑄造發明中沒有一項是中國的。我國生產高技術含量、高附加值、具有自主知識產權、享有國際聲譽的鑄件產品寥寥無幾,而每年都要花費一定費用進口工業生產中技術要求高的鑄件產品。
·我國鑄造企業普遍存在勞動強度高、能耗高、資源消耗高、環境污染程度高現象。鑄造是一個勞動力密集的行業,國內一些企業在生產過程中,如熔化過程中加料、澆注過程中人工澆注、鑄件落砂清理過程中的搬運都不用設備,因而人工操作勞動強度很大。鑄造是耗能大戶,鑄件制造成本高的原因之一就是鑄造的能耗過高,我國平均水平的能耗約是工業發達國家的2倍或更多一些。鑄造行業也是環境污染大戶,據測算,每年的SO,等廢氣排放量約165m3,粉塵90萬t,廢砂1 800萬~2250萬t,廢渣530萬t。
鑄造企業工程技術人員和技術工人嚴重斷層,研發人員匱乏。由于鑄造行業的環境差、勞動強度高、人員待遇低等原因,使得一些工程技術人員和技術工人流失。而在鑄造生產線上工作的相關人員許多是沒有經過系統培訓,滿足不了現代化生產的要求。隨著我國高校鑄造專業減少,今后的鑄造技術人才,特別是具有創新能力的高級技術人才缺乏的狀況將更加嚴重。
6 我國汽車鑄造業的對策和建議
汽車鑄造業面臨一些新的機遇和挑戰。國外工業發達國家將鑄件產品逐步向發展中國家轉移,為我們提供了機遇。但同時汽車技術的要求、顧客對鑄件產品的要求、國家對環保法律法規的要求、鑄造企業自身的要求等越來越嚴格。這些又給鑄造企業提出了更高的挑戰。面對機遇和挑戰,中國如何將鑄造大國轉變為鑄造強國,其對策和建議如下。鑄造企業應向專業化方向發展,進一步提升企業利于市場競爭的專業化水平。要大力發展商品化、專業化生產。進一步提高擴大優勢企業的專業化發展,要盡量生產同類大小、壁厚、材質、復雜程度的鑄件,這樣可增大生產批量,進一步提高規模效益,同時降低原材料、生產過程的管理難度,產品的質量保證能力得到提高,企業的效益相應得到提高。專業化不是簡單的集中整合,也不是建大廠。專業化的原則是組建大批人員精干、運轉自如、決策速度快和應變能力強等優勢的專業化小型鑄造企業。鑄造企業應把提高鑄件產品質量、降低生產成本作為永恒的主題。我們的鑄件品質與國外比差距較大,如鑄件的尺寸精度、表面粗糙度比國外差1~2級;鑄件的穩定性和一致性差異大;我國復雜鑄件的不良品率在1O%左右,國外復雜鑄件的不良品率≤5%。這樣浪費了大量主輔原材料、能耗、人工成本,使得鑄件生產成本提高。因此,企業必須大力降低能耗和原材料消耗,努力抓好環境保護和勞動保障工作。鑄造企業應突出質量管理這條主線,建立質量保證體系,不斷提高運行質量。同時,企業要建立健全高水平的產品質量標準。要把質量的觀點從鑄件實物的各種指標擴展為用戶的實物質量、服務質量、價格和交付期的綜合體現。鑄造企業應抓緊技術開發和技術結構調整工作。企業在技術開發的方式上要充分利用國內各方面的資源,采用聯合攻關,利益共享的方式進行技術開發。企業與企業之間,既是競爭對手,又是合作伙伴,因此企業要想得到更快發展就必須加強技術開發合作。企業要把自己的技術力量充分調動起來,建立起以企業為中心的產、學、研相結合的關系平臺。要用高新技術改造傳統的鑄造技術,適時適宜地采用先進技術,把提高技術與效益結合起來。如采用高效、節能、環保、安全的熔煉、造型、制芯、清理、配砂等設備;采用先進的并行開發技術、計算機輔助設計、工藝模擬優化技術、快速樣件試制技術等。
鑄造企業應加速市場和產品的結構調整。汽車鑄造企業不能再依附于大汽車廠,要成為獨立的鑄件產品制造商、供應商.不僅要面向國內市場,而且要面向全球市場。成為真正的國際、國內OEM供應商。國外的大汽車制造公司實行全球采購,原來依附于大汽車廠的鑄造廠已變成獨立的、專業化的鑄造企業。要提高復雜鑄件、高技術含量、高附加值鑄件的比例,提高企業效益。應大力發展鑄件毛坯的深加工,進一步提高鑄件的附加值。發展和培育本企業的特色產品,使其成為名牌產品,為企業增加無形資產。
·鑄造企業要繼續加強教育培訓工作。要大力培養鑄造方面的專業人才,企業要建立感情留人、事業留人、待遇留人的激勵機制,調動科技人員積極性,為本企業技術進步發展多做貢獻。加強職工隊伍的技術和職業道德培訓,提高全行業職工隊伍的技術與勞動素質。
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