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汽车铸造技术的现状与发展趋势
发布时间:
2015-06-03 00:00
来源:
中国是当今世界上最大的铸件生产国家,据资料介绍,我国铸造产品的产值在国民经济中约占1%左右。最近几年,铸件进出口贸易增长较快,铸件的产量已达到9%左右。我国铸造厂点多达2万多个,铸造行业从业人员达120万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的1/3,该地区主要以民营企业为主,汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展。万丰奥特是亚洲最大的铝合金车轮企业,年产值超过10亿元,出口额达6 000美元。昆山富士和机械有限公司生产汽车发动机和制动系统的铸件,年产量达4万t,销售收入5.5亿元。华东泰克西是一个先进的现代化气缸体铸件生产企业,具有年产1 00万件轿车气缸体铸件能力。山西是铸造资源大省,有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势,具有500个铸造企业,80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达4万t、2万t、12万t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司,已经形成40万t铸件的生产能力。辽宁北方曲轴有限公司,到“十一五”末将形成年产15万台发动机、100万件曲轴、产值20亿的曲轴生产基地。“珠江三角洲”压铸行业发达,有700多个压铸企业,年产量达20万t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展,轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。
1、国外铸造业现状近几年来,全球铸造业持续增长,2004年铸件产量比上一年度增长8.4%,中国生产铸件2242万t,全球排名第一,比上一年增长23.6%。全球十大铸件生产国的产量与增长率见表1。从表1可见,2004年中国的铸件产量约占全球铸件产量的1/4。巴西铸件产量增长最快,达到25.8%。增长率超过2位数的国家有巴西、中国、墨西哥、印度,都是发展中国家。而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自2000年以来,已经退居到第2位。2004年美国铸件总产量为1231万t,其中灰铁件占35%、球铁件占33%、铸钢件占8.4%、铝合金件占16%。从需求上看,球铁铸件和铝铸件的需求在增长。2003年进口铸件占总需求的1 5%,进口铸件的价格比美国国内低20%~50%。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因,美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭,逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气,其从业人员在减少。2004年日本铸件总产量为639万t,其中灰铁件占42%、球铁件占30%、铸钢件占4%、铝合金件占21%。从需求上看,球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作了大量工作,开发了球型低膨胀铸造砂、高减振铸铁材料、中硅耐热球铁等材料。其真空压铸的铸件能焊接和热处理,半固态铸造生产用于汽车铝轮毂,提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展,并取代重力铸造,其性能提高,成本降低。
2、汽车铸造技术的发展方向汽车技术正向轻量化、数值化、环保化方面发展。据有关资料报道,汽车自重每减少10%,油耗可减少5.5%,燃料经济性可提高3%-5%,同时降低排放10%左右。铸件轻量化主要有两个途径。一是采用铝、镁等非铁合金铸件,美国2003年统计有2/3的铝铸件用于汽车上,每车达到107 kg。二是减小铸件壁厚、设计多零件组合铸件,生产薄壁高强度复合铸件,并减少加工余量,生产近终形铸件。随着汽车技术的快速发展,为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风险,要求采用快速制模技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术。而清洁生产、废物再生是铸造业的发展趋势,降低能耗是其持续发展的主题。我国汽车铸造业必须走高效、节能、节材、环保和绿色铸造之路,因为国家和社会要求严厉管控汽车铸造业的能源消耗大户和污染大户,以利改善铸造业热、脏、累的劳动密集型行业员工的劳动环境。
3、 汽车铸造技术发展趋势
国内外汽车铸造技术发展趋势很多,现仅简介一些在汽车行业大量流水线生产中的铸件技术及发展趋势。
3.1砂型铸造成形技术
潮模造型经过手工紧实一震击+压实紧实→高压+微震紧实→气冲紧实→静压紧实几个发展阶段。静压造型技术的实质是“气中预紧实+压实”,其有以下优点:铸型轮廓清晰,表面硬度高且均匀,拔模斜度小,型板利用率高,工艺装备磨损小,铸型表面粗糙度低,铸型型废率低。因此,是目前最新、最先进的造型工艺,并已成为当今的主流紧实工艺。目前,高压造型和单一气冲造型已逐渐被静压造型所替代,原先高压造型线和气冲造型线的主机已逐渐更新为静压造型主机,新建铸造厂均首选采用静压造型技术。当前,国外比较有名的制造静压造型设备的厂家有德国的KW公司、HWS公司和意大利萨威力公司。国内汽车铸造厂家大都选用 HWS公司或KW公司制造的设备,如一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西三联、广西玉柴、无锡柴油机厂等。
4.2近净形技术
(1)消失模铸造成形工艺
消失模铸造也称气化模铸造、实型铸造、无型腔铸造。该工艺尺寸精度高达0.2 mm以内,表面粗糙度可达Ra5μm~Ra6μm,被铸造界誉之为“21世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。该工艺方法是采用无粘结剂干砂加抽真空技术。据2003年统计,我国有150家企业用该工艺生产箱体类、管件阀体类、耐热耐磨合金钢类等三大类铸件,总产量超过10万t。国内汽车铸造厂,有的采用国产铸造生产线:有的采用简易生产线或单机生产;有的采用国外引进铸造生产线生产。一汽集团公司1993年从美国福康公司引进造型用振动台,生产 EPS模的预发泡机和成型机等设备,生产汽车进气管。长沙发动机总厂从意大利引进自动化铸造线生产铝合金气缸体、气缸盖铸件。合肥叉车集团用4段泡沫模片粘结成整体的工艺生产复杂箱体铸件,尺寸精度可达到 CT7-CT8级,产品出口美国。成都成工集团,用8块泡沫模片粘结成整体的工艺生产装载机变速器,铸件质量达320 kg,与砂型铸造比较,毛坯减重15%,成品率达95%以上。消失模工艺近几年在美国有较大的发展,通用汽车公司投资建造了6条消失模铸造生产线,大批量生产铝合金气缸体、气缸盖铸件。今后,该工艺将大量采用快速制模技术和模拟仿真技术,以缩短生产准备周期,实现铸件的快捷生产。未来的发展方向必定是质量好、复杂、精密、寿命长的高档模具。提高该技术的模具材料、成形工艺、涂料技术、工装设备的技术水平,使EPS铸件获得更广阔的发展前景。
(2)熔模精密铸造成形工艺
我国汽车熔模精密铸造技术有了长足的发展,采用近净形技术可以生产出无余量的铸造产品。熔模精密铸造工艺有水玻璃制壳工艺、复合制壳工艺、硅溶胶制壳工艺。汽车产品材料有碳素钢、合金钢、有色合金与球墨铸铁。国外有高合金钢、超合金材料。熔炼设备国内采用普通、快速中频炉;国外采用真空炉、翻转炉、高频炉技术。采用硅溶胶制壳工艺的零件表面粗糙度可达Ra1.6μm、尺寸精度可达CT4级,最小壁厚可达0.5~1.5mm。欧、美、日等国家开始关注精铸件在汽车业的应用与拓展。我国汽车用精铸件的市场需求量也在不断快速增长和发展,2003年精铸件的产量为60万t,产值达到110亿元。东风汽车精密铸造有限公司采用硅溶胶+水玻璃复合型制壳工艺,生产高技术含量、高附加值产品,将原来铸件、锻件、机加工及多件组装结构设计制造成一个整体精密铸件,显著降低了制造成本。
熔模精密铸造成形工艺将来的发展趋势是铸件产品越来越接近零部件产品,传统的精铸件只作为毛坯,已经不适应市场的快速应变。零部件产品的复杂程度和质量档次越来越高,研发手段越来越强,专业化协作开始显现,CAD、CAM、 CAE的应用成为零部件产品开发的主要技术。东风汽车公司、一汽集团公司的精铸企业作为中国精铸行业的领军者,一定能凭强大的研发实力和先进的技术快速发展。
4、我国汽车铸造业面临的问题
我国汽车铸造业在经过“计划经济”转入“市场经济”的过程中,经历了起步、稳定、发展、成熟4个阶段,取得了令世人瞩目的成绩。但是,我们必须清醒地认识汽车铸造业的历史重任及与发达国家的现实差距,牢牢把握国内外铸造技术的发展趋势,适时适宜地采用先进的铸造技术,实施铸造业的可持续发展战略,目前汽车铸造业主要有以下问题。
铸造企业平均规模与经济规模和国外比有较大差距。我国的铸件产量虽然已经连续5年位居世界首位,有一批产量较高的大中型企业,但大多数铸造企业规模偏小。就整个铸造行业而言.其现状仍然是厂点散(铸造厂点达2万多个),从业人员多(达120万人之多),效益低下(厂均铸件仅为500 t/年),只相当于美、日、德、法、意等工业发达国家的1/9-1/4。
铸造企业整体技术装备水平和国外比有较大差距。企业间技术装备水平差距较大,少数企业的个别生产车间的技术装备水平,已接近或达到国际先进水平,但是整体水平不高。据统计,我国已从国外进口自动造型线210多条,还有国产造型生产线250多条,这些生产线主要集中在汽车内燃机件的大批量生产企业中。
·我国铸造企业的研发与创新能力和国外比差距较大,从整体来看,铸件的技术含量和附加值较低。据统计,全球有30多项重大的铸造发明中没有一项是中国的。我国生产高技术含量、高附加值、具有自主知识产权、享有国际声誉的铸件产品寥寥无几,而每年都要花费一定费用进口工业生产中技术要求高的铸件产品。
·我国铸造企业普遍存在劳动强度高、能耗高、资源消耗高、环境污染程度高现象。铸造是一个劳动力密集的行业,国内一些企业在生产过程中,如熔化过程中加料、浇注过程中人工浇注、铸件落砂清理过程中的搬运都不用设备,因而人工操作劳动强度很大。铸造是耗能大户,铸件制造成本高的原因之一就是铸造的能耗过高,我国平均水平的能耗约是工业发达国家的2倍或更多一些。铸造行业也是环境污染大户,据测算,每年的SO,等废气排放量约165m3,粉尘90万t,废砂1 800万~2250万t,废渣530万t。
铸造企业工程技术人员和技术工人严重断层,研发人员匮乏。由于铸造行业的环境差、劳动强度高、人员待遇低等原因,使得一些工程技术人员和技术工人流失。而在铸造生产线上工作的相关人员许多是没有经过系统培训,满足不了现代化生产的要求。随着我国高校铸造专业减少,今后的铸造技术人才,特别是具有创新能力的高级技术人才缺乏的状况将更加严重。
6 我国汽车铸造业的对策和建议
汽车铸造业面临一些新的机遇和挑战。国外工业发达国家将铸件产品逐步向发展中国家转移,为我们提供了机遇。但同时汽车技术的要求、顾客对铸件产品的要求、国家对环保法律法规的要求、铸造企业自身的要求等越来越严格。这些又给铸造企业提出了更高的挑战。面对机遇和挑战,中国如何将铸造大国转变为铸造强国,其对策和建议如下。铸造企业应向专业化方向发展,进一步提升企业利于市场竞争的专业化水平。要大力发展商品化、专业化生产。进一步提高扩大优势企业的专业化发展,要尽量生产同类大小、壁厚、材质、复杂程度的铸件,这样可增大生产批量,进一步提高规模效益,同时降低原材料、生产过程的管理难度,产品的质量保证能力得到提高,企业的效益相应得到提高。专业化不是简单的集中整合,也不是建大厂。专业化的原则是组建大批人员精干、运转自如、决策速度快和应变能力强等优势的专业化小型铸造企业。铸造企业应把提高铸件产品质量、降低生产成本作为永恒的主题。我们的铸件品质与国外比差距较大,如铸件的尺寸精度、表面粗糙度比国外差1~2级;铸件的稳定性和一致性差异大;我国复杂铸件的不良品率在1O%左右,国外复杂铸件的不良品率≤5%。这样浪费了大量主辅原材料、能耗、人工成本,使得铸件生产成本提高。因此,企业必须大力降低能耗和原材料消耗,努力抓好环境保护和劳动保障工作。铸造企业应突出质量管理这条主线,建立质量保证体系,不断提高运行质量。同时,企业要建立健全高水平的产品质量标准。要把质量的观点从铸件实物的各种指标扩展为用户的实物质量、服务质量、价格和交付期的综合体现。铸造企业应抓紧技术开发和技术结构调整工作。企业在技术开发的方式上要充分利用国内各方面的资源,采用联合攻关,利益共享的方式进行技术开发。企业与企业之间,既是竞争对手,又是合作伙伴,因此企业要想得到更快发展就必须加强技术开发合作。企业要把自己的技术力量充分调动起来,建立起以企业为中心的产、学、研相结合的关系平台。要用高新技术改造传统的铸造技术,适时适宜地采用先进技术,把提高技术与效益结合起来。如采用高效、节能、环保、安全的熔炼、造型、制芯、清理、配砂等设备;采用先进的并行开发技术、计算机辅助设计、工艺模拟优化技术、快速样件试制技术等。
铸造企业应加速市场和产品的结构调整。汽车铸造企业不能再依附于大汽车厂,要成为独立的铸件产品制造商、供应商.不仅要面向国内市场,而且要面向全球市场。成为真正的国际、国内OEM供应商。国外的大汽车制造公司实行全球采购,原来依附于大汽车厂的铸造厂已变成独立的、专业化的铸造企业。要提高复杂铸件、高技术含量、高附加值铸件的比例,提高企业效益。应大力发展铸件毛坯的深加工,进一步提高铸件的附加值。发展和培育本企业的特色产品,使其成为名牌产品,为企业增加无形资产。
·铸造企业要继续加强教育培训工作。要大力培养铸造方面的专业人才,企业要建立感情留人、事业留人、待遇留人的激励机制,调动科技人员积极性,为本企业技术进步发展多做贡献。加强职工队伍的技术和职业道德培训,提高全行业职工队伍的技术与劳动素质。
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