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汽車鑄造工藝的發(fā)展及動向

查看：1694 　發(fā)稿日期：2016-01-13 17:02:05

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，由于鑄造成形工藝的特殊優(yōu)勢，有些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件目前尚無其他制造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經(jīng)濟且便捷的金屬成形工藝。隨著全球經(jīng)濟一體化，在國際間的合作日益密切、競爭日趨激烈之時，中國汽車鑄造業(yè)應(yīng)更充分地發(fā)揮鑄造資源優(yōu)勢，發(fā)展自己的鑄造工業(yè)。 ·2008年中國醫(yī)療器械行業(yè)分析及投資咨詢報告

    1. 中國鑄造業(yè)現(xiàn)狀

    中國是當今世界上最大的鑄件生產(chǎn)國家，據(jù)資料介紹，我國鑄造產(chǎn)品的產(chǎn)值在國民經(jīng)濟中約占1%左右。最近幾年，鑄件進出口貿(mào)易增長較快，鑄件的產(chǎn)量已達到9%左右。我國鑄造廠點多達2萬多個，鑄造行業(yè)從業(yè)人員達120萬之多�！伴L三角”地區(qū)的鑄件產(chǎn)量占全國的1/3，該地區(qū)主要以民營企業(yè)為主，汽車和汽車零部件行業(yè)的發(fā)展有力地拉動了鑄造行業(yè)的發(fā)展。萬豐奧特是亞洲最大的鋁合金車輪企業(yè)，年產(chǎn)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(chǎn)汽車發(fā)動機和制動系統(tǒng)的鑄件，年產(chǎn)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(xiàn)代化氣缸體鑄件生產(chǎn)企業(yè)，具有年產(chǎn)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(chǎn)業(yè)有得天獨厚的優(yōu)勢，具有500個鑄造企業(yè)，80%為民營企業(yè)。山西國際、河津山聯(lián)、山西華翔年產(chǎn)量分別達4萬t、2萬t、12萬t�！皷|三省”有一汽集團、哈飛集團等骨干汽車企業(yè)帶動了汽車鑄件產(chǎn)量的增長。一汽集團鑄造公司，已經(jīng)形成40萬t鑄件的生產(chǎn)能力。遼寧北方曲軸有限公司，到“十一五”末將形成年產(chǎn)15萬臺發(fā)動機、100萬件曲軸、產(chǎn)值20億的曲軸生產(chǎn)基地。“珠江三角洲”壓鑄行業(yè)發(fā)達，有700多個壓鑄企業(yè)，年產(chǎn)量達20萬t。東風(fēng)日產(chǎn)、廣州本田、廣州豐田和零部件企業(yè)有力帶動了壓鑄業(yè)的發(fā)展，轎車氣缸體、氣缸蓋的壓鑄件產(chǎn)量逐年增長。

    2. 國外鑄造業(yè)現(xiàn)狀

    近幾年來，全球鑄造業(yè)持續(xù)增長，2004年鑄件產(chǎn)量比上一年度增長8.4%，中國生產(chǎn)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(chǎn)國的產(chǎn)量與增長率見表1。從表1可見，2004年中國的鑄件產(chǎn)量約占全球鑄件產(chǎn)量的1/4。巴西鑄件產(chǎn)量增長最快，達到25.8%。增長率超過2位數(shù)的國家有巴西、中國、墨西哥、印度，都是發(fā)展中國家。而發(fā)達國家的鑄件增長率普遍較低。美國鑄件產(chǎn)量自2000年以來，已經(jīng)退居到第2位。2004年美國鑄件總產(chǎn)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(nèi)低20%～50%。近年來因鑄造環(huán)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(chǎn)普通汽車鑄件的鑄造廠紛紛關(guān)閉，逐步將鑄件的生產(chǎn)轉(zhuǎn)向中國、印度、墨西哥、巴西等發(fā)展中國家。日本的鑄造業(yè)不景氣，其從業(yè)人員在減少。2004年日本鑄件總產(chǎn)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(shù)創(chuàng)新方面作了大量工作，開發(fā)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(tài)鑄造生產(chǎn)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(fā)展，并取代重力鑄造，其性能提高，成本降低。

    3. 汽車鑄造技術(shù)的發(fā)展方向

    汽車技術(shù)正向輕量化、數(shù)值化、環(huán)保化方面發(fā)展。據(jù)有關(guān)資料報道，汽車自重每減少10%，油耗可減少5.5%，燃料經(jīng)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(tǒng)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(shè)計多零件組合鑄件，生產(chǎn)薄壁高強度復(fù)合鑄件，并減少加工余量，生產(chǎn)近終形鑄件。隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展，為縮短鑄件生產(chǎn)準備周期和降低新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險，要求采用快速制模技術(shù)、計算機仿真模擬、三維建模、數(shù)控技術(shù)。而清潔生產(chǎn)、廢物再生是鑄造業(yè)的發(fā)展趨勢，降低能耗是其持續(xù)發(fā)展的主題。我國汽車鑄造業(yè)必須走高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)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(yè)的能源消耗大戶和污染大戶，以利改善鑄造業(yè)熱、臟、累的勞動密集型行業(yè)員工的勞動環(huán)境。

    4. 汽車鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢

    國內(nèi)外汽車鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢很多，現(xiàn)僅簡介一些在汽車行業(yè)大量流水線生產(chǎn)中的鑄件技術(shù)及發(fā)展趨勢。

    4.1 砂型鑄造成形技術(shù)

    潮模造型經(jīng)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(fā)展階段。靜壓造型技術(shù)的實質(zhì)是“氣中預(yù)緊實+壓實”，其有以下優(yōu)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(shù)。當前，國外比較有名的制造靜壓造型設(shè)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(nèi)汽車鑄造廠家大都選用 HWS公司或KW公司制造的設(shè)備，如一汽鑄造公司、東風(fēng)汽車鑄造廠、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、山西三聯(lián)、廣西玉柴、無錫柴油機廠等。

    4.2 近凈形技術(shù)

    （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(nèi)，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(shù)”、“鑄造的綠色工程”。該工藝方法是采用無粘結(jié)劑干砂加抽真空技術(shù)。據(jù)2003年統(tǒng)計，我國有150家企業(yè)用該工藝生產(chǎn)箱體類、管件閥體類、耐熱耐磨合金鋼類等三大類鑄件，總產(chǎn)量超過10萬t。國內(nèi)汽車鑄造廠，有的采用國產(chǎn)鑄造生產(chǎn)線：有的采用簡易生產(chǎn)線或單機生產(chǎn)；有的采用國外引進鑄造生產(chǎn)線生產(chǎn)。一汽集團公司1993年從美國�？倒疽M造型用振動臺，生產(chǎn) EPS模的預(yù)發(fā)泡機和成型機等設(shè)備，生產(chǎn)汽車進氣管。長沙發(fā)動機總廠從意大利引進自動化鑄造線生產(chǎn)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(jié)成整體的工藝生產(chǎn)復(fù)雜箱體鑄件，尺寸精度可達到 CT7-CT8級，產(chǎn)品出口美國。成都成工集團，用8塊泡沫模片粘結(jié)成整體的工藝生產(chǎn)裝載機變速器，鑄件質(zhì)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(fā)展，通用汽車公司投資建造了6條消失模鑄造生產(chǎn)線，大批量生產(chǎn)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(shù)和模擬仿真技術(shù)，以縮短生產(chǎn)準備周期，實現(xiàn)鑄件的快捷生產(chǎn)。未來的發(fā)展方向必定是質(zhì)量好、復(fù)雜、精密、壽命長的高檔模具。提高該技術(shù)的模具材料、成形工藝、涂料技術(shù)、工裝設(shè)備的技術(shù)水平，使EPS鑄件獲得更廣闊的發(fā)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(shù)有了長足的發(fā)展，采用近凈形技術(shù)可以生產(chǎn)出無余量的鑄造產(chǎn)品。熔模精密鑄造工藝有水玻璃制殼工藝、復(fù)合制殼工藝、硅溶膠制殼工藝。汽車產(chǎn)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(shè)備國內(nèi)采用普通、快速中頻爐；國外采用真空爐、翻轉(zhuǎn)爐、高頻爐技術(shù)。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(guān)注精鑄件在汽車業(yè)的應(yīng)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(fā)展，2003年精鑄件的產(chǎn)量為60萬t，產(chǎn)值達到110億元。東風(fēng)汽車精密鑄造有限公司采用硅溶膠+水玻璃復(fù)合型制殼工藝，生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品，將原來鑄件、鍛件、機加工及多件組裝結(jié)構(gòu)設(shè)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(fā)展趨勢是鑄件產(chǎn)品越來越接近零部件產(chǎn)品，傳統(tǒng)的精鑄件只作為毛坯，已經(jīng)不適應(yīng)市場的快速應(yīng)變。零部件產(chǎn)品的復(fù)雜程度和質(zhì)量檔次越來越高，研發(fā)手段越來越強，專業(yè)化協(xié)作開始顯現(xiàn)，CAD、CAM、 CAE的應(yīng)用成為零部件產(chǎn)品開發(fā)的主要技術(shù)。東風(fēng)汽車公司、一汽集團公司的精鑄企業(yè)作為中國精鑄行業(yè)的領(lǐng)軍者，一定能憑強大的研發(fā)實力和先進的技術(shù)快速發(fā)展。

    4.3 制芯技術(shù)

    目前，國內(nèi)外汽車鑄造制芯有3種制芯工藝，在現(xiàn)代汽車鑄造中常并行采用的主要工藝有熱芯盒制芯、殼芯制芯、冷芯盒制芯等，傳統(tǒng)的合脂或油砂制芯已被淘汰。冷芯盒技術(shù)工藝有兩個特點：一是硬化速度快，初始強度高，生產(chǎn)率高；二是砂芯尺寸精度高，可滿足生產(chǎn)薄壁高強度鑄件的砂芯。因此，制芯工藝技術(shù)有以冷芯盒技術(shù)為主的發(fā)展趨勢。一汽鑄造公司、東風(fēng)汽車鑄造廠、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、山西國際鑄造公司等均采用冷芯盒制芯技術(shù)。當代先進的110L冷芯盒制芯機見圖1。

    最先進的制芯工藝是結(jié)合鎖芯（Key Core）和冷芯盒等技術(shù)的制芯中心，整個射芯、取芯、修整毛刺、多個芯子定位組合成一體、上涂料、烘干等工序，全部用一臺或多臺制芯機與機械手自動化完成。國外比較有名的制芯中心生產(chǎn)廠有西班牙LORMENDl公司、德國 Laempe公司和Hottinger公司、意大利的FA公司等。東風(fēng)汽車鑄造廠、一汽鑄造公司、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、上海柴油機、洛拖二鐵、濰柴、江西五十鈴等均采用冷芯盒制芯中心技術(shù)。

    4.4 鑄鐵熔煉技術(shù)

    目前，國內(nèi)外鑄鐵熔煉技術(shù)有兩種主要方式：一是采用大型熱風(fēng)除塵沖天爐與工頻保溫爐雙聯(lián)熔煉工藝；二是采用中頻感應(yīng)電爐熔煉工藝技術(shù)。美國因達公司和彼樂公司生產(chǎn)的中頻爐技術(shù)開始越來越受到重視，該技術(shù)日益成熟，其清潔、環(huán)保、節(jié)能、高效、安全的優(yōu)勢突出，是今后發(fā)展的方向。

    因此，鑄鐵則由過去用工頻爐熔煉逐步過渡到用高效省電的中頻電爐熔化。一、汽鑄造公司、東風(fēng)汽車公司采用因達公司和彼樂公司生產(chǎn)的中頻爐和保溫爐技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)應(yīng)用球化劑、孕育劑、蠕化劑和其他各種添加劑產(chǎn)品，形成商品化、標準化、規(guī)格化、系列化。鑄鐵孕育多用帶光電控制的隨流孕育機。新開發(fā)出的喂絲球化方法及其與

    現(xiàn)代化檢測技術(shù)相結(jié)合的SINTER CASTZ藝是鑄鐵球化及蠕化處理的一種很有優(yōu)勢的工藝，應(yīng)用者日益增多。國外金屬爐料經(jīng)過破碎、凈化、稱量，大大提高熔化效率和鐵水質(zhì)量。國內(nèi)的天津豐田、天津勤美達、蘇州勤美達等鑄造廠已對爐料采用破碎處理工藝。

    4.5 鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形技術(shù)

    鋁合金是汽車上應(yīng)用最快和最廣的輕金屬，因為鋁合金本身的性能已經(jīng)達到質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕的要求。最初，鋁合金僅用于一些不受沖擊的部件。后來，通過強化合金元素，鋁合金的強度大大提高，由于質(zhì)輕、散熱性好等特性，可以滿足發(fā)動機活塞、氣缸體、氣缸蓋在惡劣環(huán)境下工作的要求。鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形核心技術(shù)可以提高凈化、精煉、細化、變質(zhì)等材質(zhì)質(zhì)量控制，使得鋁鑄件質(zhì)量達到一致性和穩(wěn)定性。隨著我國汽車業(yè)的發(fā)展，特別是家用轎車的快速增加和汽車零部件出口量的增大，汽車鋁鑄件將有很大的增長。我國2003年鑄件總產(chǎn)量為1 987萬t，其中鋁鎂合金為117萬t，占總產(chǎn)量的5.8%。豐田汽車希望在近兩年將鋁制氣缸體由現(xiàn)在的35%提高到50%。日產(chǎn)汽車計劃在2010年以前，70%的汽油機轎車的氣缸體采用鋁制材料，近100%的氣缸蓋及變速器殼體采用鋁制材料。本田汽車公司早在1994年，將汽油發(fā)動機氣缸體全部換成鋁制氣缸體。鋁合金氣缸體、氣缸蓋等有色金屬則多采用壓鑄（包括真空壓鑄）、低壓壓鑄、高壓壓鑄、金屬型重力鑄造以及很有發(fā)展前途的半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)。東風(fēng)本田發(fā)動機公司、東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動機分公司鋁壓鑄車間采用2500t壓鑄機生產(chǎn)鋁氣缸體，并實現(xiàn)了國產(chǎn)化。鋁氣缸蓋成形工藝主要有兩種，一是以歐美為代表的重力鑄造成形工藝，上海皮爾博格、南京泰克西等公司選用意大利法塔公司重力鑄造機生產(chǎn)鋁氣缸蓋；二是以日韓為代表的低壓鑄造成形工藝，東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動機分公司鋁壓鑄車間、廣東肇慶鑄造公司、天津豐田鑄造公司都選用日本新東等公司的低壓鑄造機生產(chǎn)鋁氣缸蓋。

    4.6 鎂合金成形技術(shù)

    鎂合金的比強度和比剛度高i優(yōu)于鋼和鋁合金，遠大于工程塑料。鎂合金還具有耐高溫、抗腐蝕和抗蠕變性能。鎂是目前汽車工業(yè)中應(yīng)用的最輕的金屬，它比鋁輕1/3，比鋼鐵輕3/4，比非金屬的塑料還輕1/5。因此，鎂合金是汽車減輕質(zhì)量的理想材料，鎂合金壓鑄件可以代替一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，如儀表板骨架幾十個鋼部件經(jīng)沖壓、焊接而成，一質(zhì)量約10 kg，若改為鎂合金壓鑄件，一次壓鑄成形，質(zhì)量僅為4 kg，生產(chǎn)成本大大降低。隨著、鎂合金新材料的不斷開發(fā)和加工技術(shù)的完善，鎂合金在汽車市場中將不斷拓寬和持續(xù)穩(wěn)定增長。鎂合金生產(chǎn)以壓鑄為主的成形技術(shù)，一直是汽車工業(yè)關(guān)注的焦點，鎂合金壓鑄件需求量占到汽車工業(yè)對鎂合金需求量的80%，汽車用鎂合金壓鑄材料，除滿足耐高溫和抗蠕變性能外，還必須充分考慮設(shè)計、加工、表面處理及相關(guān)壓鑄成形工藝。由于壓鑄鎂合金有可鑄造性的突出優(yōu)勢.鑄造壁厚可以達到1～1.5 mm，拔模斜度1°-2°盡管鎂合金鑄造的重點仍放在壓力壓鑄方面，但仍面臨壓鑄鎂合金的性能與成本問題。因此，一種新型工藝——鎂合金的半固態(tài)加工技術(shù)出現(xiàn)。該技術(shù)工藝已經(jīng)主要用于生產(chǎn)一體化的鎂、鋁合金鑄件。國外鎂合金在汽車上應(yīng)用前景廣闊，歐、美國家鎂合金壓鑄件產(chǎn)量以每年25%的速度增長。 Audi A6轎車變速器殼體為鎂合金壓鑄件，質(zhì)量僅為14.2 kg，奧迪公司最早將鎂鑄件用于儀表板骨架。福特汽車公司用鎂合金生產(chǎn)座椅骨架，取代鋼制骨架，使座椅質(zhì)量從4 kg減為1 kg。福特公司正在研究用鎂合金生產(chǎn)氣缸體。日本三菱公司與澳大利亞科技部合作開發(fā)一種質(zhì)量僅為7.5 kg的超輕質(zhì)量的鎂合金發(fā)動機。寶馬公司直列六缸鎂合金氣缸體已經(jīng)批量投產(chǎn)。美國通用生產(chǎn)鎂壓鑄件進氣岐管。雷諾公司已生產(chǎn)出鎂合金車輪鑄件。東風(fēng)汽車鑄造廠已經(jīng)批量生產(chǎn)鎂合金壓鑄件，目前東風(fēng)汽車公司和一汽鑄造公司正在開發(fā)承擔國家科技部的重點科技攻關(guān)項目、，如變速器殼、齒輪室罩蓋、氣門室罩蓋、轉(zhuǎn)向盤骨架等鎂合金壓鑄件。上海乾通汽車附件有限公司率先生產(chǎn)出轎車鎂合金變速器外殼壓鑄件。近幾年，國內(nèi)還相繼建立了一些大型的外資鎂壓鑄企業(yè)，如上海鎂鎂、蘇州GF等公司。

    4.7 半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)

    半固態(tài)技術(shù)發(fā)源于美國，在美國這一技術(shù)已經(jīng)基本成熟并處于全球領(lǐng)先地位。此技術(shù)被稱之為21世紀最有前途的材料成形技術(shù)。Alumax公司率先將該技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，生產(chǎn)的鋁合金汽車制動總泵體毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占鑄件質(zhì)量的13%，同樣的金屬型鑄件的加工余量則占鑄件質(zhì)量的40%。20世紀80年代以來，歐洲等國在半固態(tài)應(yīng)用方面作了大量研究和應(yīng)用工作。意大利是半固態(tài)加工技術(shù)應(yīng)用最早的國家之一，Stampal-saa公司用該技術(shù)為 Ford汽車公司生產(chǎn)齒輪箱蓋和搖臂零件。目前，日本的Speed Star Wheel公司已經(jīng)利用該技術(shù)生產(chǎn)重約5 kg的鋁合金輪轂鑄件。我國半固態(tài)金屬加工技術(shù)起步較晚，始于20世紀70年代后期。與國外相比，我國在半固態(tài)金屬成形技術(shù)領(lǐng)域的研究還很落后。就目前我國的研究現(xiàn)狀來看，該技術(shù)發(fā)展動向是金屬觸變成形技術(shù)已經(jīng)基本成熟，而流變成形技術(shù)的發(fā)展緩慢。因此，今后將有更多的研究人員轉(zhuǎn)向流變成形理論和應(yīng)用方面的研究。目前，半固態(tài)金屬成形技術(shù)主要應(yīng)用于鋁、鎂、鉛等低熔點金屬的成形，對高熔點黑色金屬的應(yīng)用較少，這是今后研究的方向。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開發(fā)出了半固態(tài)成形過程數(shù)值模擬軟件，但是還有不足，需要加強應(yīng)用計算機技術(shù)。

    4.8 鑄鐵材質(zhì)

    （1）薄壁高強度灰鑄鐵件技術(shù)

    我國2003年鑄件總產(chǎn)量為1987萬t，其中灰鑄鐵件為1049萬t，占總產(chǎn)量的53%。灰鑄鐵件在汽車上的大量應(yīng)用是由于該材料具有較低的成本和良好的鑄造性能優(yōu)勢。隨著汽車技術(shù)輕量化要求，灰鑄鐵的增長和發(fā)展將受到一定的影響，因此其發(fā)展趨勢是加強薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術(shù)的難點是使最薄壁厚僅為3-5 mm的本體斷面硬度差<40HBS，組織細密均勻。轎車氣缸體和大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋鑄件的硬度、珠光體量、碳化物含量、石墨形態(tài)等金相組織的技術(shù)要求高。如大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋要求本體硬度分別為1 70～228 HBS、179～235HBS，強度和尺寸要求高，表面粗糙度Ra<50 pm�；诣T鐵的材質(zhì)牌號在不斷提高，HT300已用于氣缸體、氣缸蓋的生產(chǎn)，有的產(chǎn)品可能要達到HT350。國內(nèi)汽車鑄造廠在材料工藝、熔煉工藝、造型工藝、制芯工藝、模具制造工藝、檢測技術(shù)等方面作了大量工作，并將這些技術(shù)應(yīng)用在轎車氣缸體和大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋等鑄件上。

    （2）蠕墨鑄鐵技術(shù)

    蠕墨鑄鐵具有球墨鑄鐵的強度，與灰鑄鐵相比又有類似的防振、導(dǎo)熱能力及鑄造性能.有好的塑性和耐熱疲勞性能，可以解決大功率氣缸蓋的熱疲勞裂紋問題。鐵素體機體蠕鐵的工作溫度可達到700℃；高硅鉬蠕鐵的工作溫度可達870℃。蠕墨鑄鐵不會取代球墨鑄鐵，也不會取代灰鑄鐵。蠕墨鑄鐵廣泛應(yīng)用的巨大潛在市場是汽車業(yè)，其主要產(chǎn)品則是發(fā)動機氣缸體和大功率柴油機氣缸蓋。隨著汽車輕量化和比功率（功率/排量）的提高，氣缸體和氣缸蓋的工作溫度越來越高，許多部位的工作溫度超過200℃，在此溫度下，鋁合金的強度大幅度下降，而蠕鐵則具有很大的優(yōu)勢。它將成為唯一能滿足技術(shù)、環(huán)保和性能要求的先進的汽車發(fā)動機材料。因為蠕墨鑄鐵具有強度高、壁薄的特點，可以減輕質(zhì)量。歐寶公司的研究表明，同樣功率的發(fā)動機氣缸體如果采用蠕鐵，壁厚可以由原來的7 mm減為3 mm，鑄件質(zhì)量可減輕25%。

    蠕墨鑄鐵的蠕化處理范圍很窄，核心技術(shù)是采用合適的生產(chǎn)技術(shù)與相應(yīng)的蠕化劑。國外寶馬汽車公司、戴姆勒一克萊斯勒汽車公司、達夫公司的發(fā)動機氣缸體用蠕墨鑄鐵生產(chǎn)。福特（Ford）公司與辛特（Sinter）合作，于1999年在巴西每年生產(chǎn)10萬件氣缸體。德國Halberg鑄造廠，從1 991年開始為奧迪生產(chǎn)V8蠕鐵氣缸體，壁厚3.5 mm，147 kW的氣缸體質(zhì)量僅74 kg。東風(fēng)汽車公司鑄造廠，于1 984年5月正式在流水線上批量生產(chǎn)蠕墨鑄鐵排氣管，成為我國第一家在流水線上批量生產(chǎn)蠕墨鑄鐵件的工廠。在20世紀90年代初，又先后成功開發(fā)了蠕鐵變速器殼體和上海大眾桑塔納轎車排氣管。一汽鑄造公司無錫柴油機分公司于20世紀80年代開始大批量生產(chǎn)蠕鐵氣缸蓋。上海圣德曼鑄造有限公司為上海大眾生產(chǎn)中硅鉬蠕鐵排氣管。

    （3）球墨鑄鐵技術(shù)

    球墨鑄鐵由于具有高強度、高韌性和低價格.所以在汽車市場上仍有很大發(fā)展。我國球鐵產(chǎn)量也在持續(xù)增長，2003年產(chǎn)量占總產(chǎn)量的24%，同時制定許多球鐵標準，研究開發(fā)了適應(yīng)球鐵在流水線上大量生產(chǎn)的先進工藝，如搖包、氣動脫硫，型內(nèi)、蓋包球化，多種瞬時孕育，音頻、超聲、熱分析檢測技術(shù)。當前，在工業(yè)發(fā)達國家中，球墨鑄鐵件的產(chǎn)量在鑄件總產(chǎn)量中占25%以上，美國2003年球鐵產(chǎn)量占鑄件總產(chǎn)量的33%。汽車鑄造業(yè)球鐵產(chǎn)品技術(shù)工藝的發(fā)展趨勢有以下4個方面。

    一是鑄態(tài)珠光體、高強度（QT700-2、QT740-3）的載貨車和轎車曲軸，鑄態(tài)鐵素體、高伸長率（QT400—18、QT440-10）的汽車排氣管和橋殼底盤類鑄件。更高牌號QT800-2、QT900-2也在開發(fā)應(yīng)用之中。

    二是保安類鑄件，鑄態(tài)生產(chǎn)轎車轉(zhuǎn)向節(jié)的材質(zhì)技術(shù)條件十分嚴格，要求鑄件零缺陷，100%的無損檢測，目前已有3項自動檢測技術(shù)用于生產(chǎn)。

    三是耐熱球鐵件，即高硅鉬、中硅鉬、高鎳球鐵，該材質(zhì)生產(chǎn)的排氣管件，有很好的抗高溫性能：目前國內(nèi)汽車公司鑄造廠已經(jīng)生產(chǎn)出鑄態(tài)中硅鉬鐵素體球鐵排氣管件。

    四是奧貝球鐵，該材料特有的材質(zhì)性能成為鑄造業(yè)的焦點，這是一種很有開發(fā)應(yīng)用潛力的材料，主要用于生產(chǎn)曲軸等產(chǎn)品。

    除上述外，汽車鑄造廠已經(jīng)生產(chǎn)出鑄態(tài)球鐵冷激凸輪軸。

    4.9 鑄造過程計算機應(yīng)用技術(shù)

    隨著汽車鑄造技術(shù)的快速發(fā)展，為縮短鑄件生產(chǎn)準備周期和降低新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險，采用快速原型技術(shù)、計算機仿真模擬、三維建模、數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣�？焖僭图夹g(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用有了很大的發(fā)展。它除了應(yīng)用開發(fā)新產(chǎn)品試制用的模具及熔模鑄造的蠟?zāi)Ｍ�，還可以制做酚醛樹脂殼型、殼芯，可以直接用來裝配成砂型。國外公司在接到客戶提供三維CAD數(shù)據(jù)后，根據(jù)不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，最快可在3周時間內(nèi)為客戶提供鑄件。模擬造型過程正在成為國際汽車鑄造關(guān)注的前沿領(lǐng)域之一，清華大學(xué)、日本新東工業(yè)等對濕型砂緊實過程進行模擬。值得注意的是，德國亞琛工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)正在對射芯過程進行數(shù)據(jù)模擬。國內(nèi)汽車鑄造業(yè)CAD-CAM-CAE一體化設(shè)計開發(fā)得到充分應(yīng)用，特別是CAE凝固模擬虛擬技術(shù)，應(yīng)用Magma、華鑄軟件對新產(chǎn)品的鑄件充型、凝固的溫度場和流動場模擬分析處理，預(yù)測和分析鑄件的缺陷。鑄造專家系統(tǒng)得到進一步應(yīng)用，如型砂質(zhì)量管理、鑄造缺陷分析、壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計及缺陷診斷。

    4.10 鑄造檢測技術(shù)

    鑄造檢測技術(shù)是保證鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵手段。鑄件尺寸檢查，有常用的檢查卡具、卡板，有專用的檢測夾具。對于氣缸體、氣缸蓋等復(fù)雜件，采用三坐標儀自動測量鑄件尺寸和超聲波儀檢測鑄件的壁厚。無損檢測技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，對重要件時常采用熒光磁粉檢測表面裂紋；采用超聲波或音頻檢測球鐵的球化率；采用渦流檢測鑄件的基體組織（珠光體含量）。為滿足重要件的檢測要求，可將上述3項檢測儀器組合成一條自動檢測線。采用X射線檢測鑄件內(nèi)部的縮孔與縮松缺陷，日本本田對球鐵轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件100%用X射線探傷：采用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測鑄件內(nèi)腔質(zhì)量，氣密性滲漏檢測�；瘜W(xué)成分檢測，真空直讀光譜儀和碳硫測定儀在爐前、爐后鐵水質(zhì)量上得到普遍應(yīng)用.微量元素和氣體元素N、O、H的分析得到重視：爐前快速熱分析得到推廣應(yīng)用，快速預(yù)報鑄鐵的碳硅當量、孕育效果、基體組織和力學(xué)性能。

    4.11 綠色鑄造技術(shù)

    “綠色鑄造”是使鑄造產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理整個產(chǎn)品的生命周期中，對環(huán)境的負面影響最小，資源效率最高。鑄造行業(yè)歷來被認為是高能耗、高污染的行業(yè)，要不斷開發(fā)新的節(jié)能、清潔、低排放、低污染的鑄造材料以投入生產(chǎn)使用。對于樹脂，要想辦法降低游離甲醛和游離酚等有害物質(zhì)的含量；逐步加大冷芯盒技術(shù)應(yīng)用，以減少樹脂砂對環(huán)境的影響，實現(xiàn)達標排放：降低熱芯盒、殼芯砂的固化溫度，制芯工藝由熱芯盒法向溫芯盒法轉(zhuǎn)變，以節(jié)約能源。我國汽車鑄造廠每年消耗新砂近千萬噸，舊砂排放的污染，以及新砂資源大量的耗費，不堪重負，因此舊砂的再生利用技術(shù)勢在必行。先進工業(yè)國家廢砂排放量降到10%以下，在歐洲、日本等地區(qū)舊砂的再生利用技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。哈爾濱東安汽車發(fā)動機公司引進意大利的熱法再生設(shè)備，已在生產(chǎn)中應(yīng)用。一汽鑄造公司引進日本技術(shù)，熱法再生和機械再生結(jié)合，處理芯砂和型、芯砂混合砂已在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。目前，東風(fēng)汽車公司也正在加速舊砂再生技術(shù)開發(fā)應(yīng)用工作。加大廢鋼及回爐料的利用，以減少新生鐵和鋁資源的耗費。汽車鑄造業(yè)面向循環(huán)經(jīng)濟的鑄造技術(shù)，要以循環(huán)經(jīng)濟3R為行業(yè)準則，即以減量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環(huán)（Recycle）來開展工作。

    5. 我國汽車鑄造業(yè)面臨的問題

    我國汽車鑄造業(yè)在經(jīng)過“計劃經(jīng)濟”轉(zhuǎn)入“市場經(jīng)濟”的過程中，經(jīng)歷了起步、穩(wěn)定、發(fā)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(yè)的歷史重任及與發(fā)達國家的現(xiàn)實差距，牢牢把握國內(nèi)外鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢，適時適宜地采用先進的鑄造技術(shù)，實施鑄造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，目前汽車鑄造業(yè)主要有以下問題。

    鑄造企業(yè)平均規(guī)模與經(jīng)濟規(guī)模和國外比有較大差距。我國的鑄件產(chǎn)量雖然已經(jīng)連續(xù)5年位居世界首位，有一批產(chǎn)量較高的大中型企業(yè)，但大多數(shù)鑄造企業(yè)規(guī)模偏小。就整個鑄造行業(yè)而言.其現(xiàn)狀仍然是廠點散（鑄造廠點達2萬多個），從業(yè)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(yè)發(fā)達國家的1/9-1/4。

    鑄造企業(yè)整體技術(shù)裝備水平和國外比有較大差距。企業(yè)間技術(shù)裝備水平差距較大，少數(shù)企業(yè)的個別生產(chǎn)車間的技術(shù)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(jù)統(tǒng)計，我國已從國外進口自動造型線210多條，還有國產(chǎn)造型生產(chǎn)線250多條，這些生產(chǎn)線主要集中在汽車內(nèi)燃機件的大批量生產(chǎn)企業(yè)中。

    我國鑄造企業(yè)的研發(fā)與創(chuàng)新能力和國外比差距較大，從整體來看，鑄件的技術(shù)含量和附加值較低。據(jù)統(tǒng)計，全球有30多項重大的鑄造發(fā)明中沒有一項是中國的。我國生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值、具有自主知識產(chǎn)權(quán)、享有國際聲譽的鑄件產(chǎn)品寥寥無幾，而每年都要花費一定費用進口工業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)要求高的鑄件產(chǎn)品。

    我國鑄造企業(yè)普遍存在勞動強度高、能耗高、資源消耗高、環(huán)境污染程度高現(xiàn)象。鑄造是一個勞動力密集的行業(yè)，國內(nèi)一些企業(yè)在生產(chǎn)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(shè)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(yè)發(fā)達國家的2倍或更多一些。鑄造行業(yè)也是環(huán)境污染大戶，據(jù)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(yè)工程技術(shù)人員和技術(shù)工人嚴重斷層，研發(fā)人員匱乏。由于鑄造行業(yè)的環(huán)境差、勞動強度高、人員待遇低等原因，使得一些工程技術(shù)人員和技術(shù)工人流失。而在鑄造生產(chǎn)線上工作的相關(guān)人員許多是沒有經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)，滿足不了現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。隨著我國高校鑄造專業(yè)減少，今后的鑄造技術(shù)人才，特別是具有創(chuàng)新能力的高級技術(shù)人才缺乏的狀況將更加嚴重。

    6. 我國汽車鑄造行業(yè)的對策和建議

    汽車鑄造行業(yè)面臨一些新的機遇和挑戰(zhàn)。國外工業(yè)發(fā)達國家將鑄件產(chǎn)品逐步向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，為我們提供了機遇。但同時汽車技術(shù)的要求、顧客對鑄件產(chǎn)品的要求、國家對環(huán)保法律法規(guī)的要求、鑄造企業(yè)自身的要求等越來越嚴格。這些又給鑄造企業(yè)提出了更高的挑戰(zhàn)。面對機遇和挑戰(zhàn)，中國如何將鑄造大國轉(zhuǎn)變?yōu)殍T造強國，其對策和建議如下。

    鑄造企業(yè)應(yīng)向?qū)I(yè)化方向發(fā)展，進一步提升企業(yè)利于市場競爭的專業(yè)化水平。要大力發(fā)展商品化、專業(yè)化生產(chǎn)。進一步提高擴大優(yōu)勢企業(yè)的專業(yè)化發(fā)展，要盡量生產(chǎn)同類大小、壁厚、材質(zhì)、復(fù)雜程度的鑄件，這樣可增大生產(chǎn)批量，進一步提高規(guī)模效益，同時降低原材料、生產(chǎn)過程的管理難度，產(chǎn)品的質(zhì)量保證能力得到提高，企業(yè)的效益相應(yīng)得到提高。專業(yè)化不是簡單的集中整合，也不是建大廠。專業(yè)化的原則是組建大批人員精干、運轉(zhuǎn)自如、決策速度快和應(yīng)變能力強等優(yōu)勢的專業(yè)化小型鑄造企業(yè)。

    鑄造企業(yè)應(yīng)把提高鑄件產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本作為永恒的主題。我們的鑄件品質(zhì)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(wěn)定性和一致性差異大；我國復(fù)雜鑄件的不良品率在1O%左右，國外復(fù)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(chǎn)成本提高。因此，企業(yè)必須大力降低能耗和原材料消耗，努力抓好環(huán)境保護和勞動保障工作。鑄造企業(yè)應(yīng)突出質(zhì)量管理這條主線，建立質(zhì)量保證體系，不斷提高運行質(zhì)量。同時，企業(yè)要建立健全高水平的產(chǎn)品質(zhì)量標準。要把質(zhì)量的觀點從鑄件實物的各種指標擴展為用戶的實物質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量、價格和交付期的綜合體現(xiàn)。

    鑄造企業(yè)應(yīng)抓緊技術(shù)開發(fā)和技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整工作。企業(yè)在技術(shù)開發(fā)的方式上要充分利用國內(nèi)各方面的資源，采用聯(lián)合攻關(guān)，利益共享的方式進行技術(shù)開發(fā)。企業(yè)與企業(yè)之間，既是競爭對手，又是合作伙伴，因此企業(yè)要想得到更快發(fā)展就必須加強技術(shù)開發(fā)合作。企業(yè)要把自己的技術(shù)力量充分調(diào)動起來，建立起以企業(yè)為中心的產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的關(guān)系平臺。要用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)，適時適宜地采用先進技術(shù)，把提高技術(shù)與效益結(jié)合起來。如采用高效、節(jié)能、環(huán)保、安全的熔煉、造型、制芯、清理、配砂等設(shè)備；采用先進的并行開發(fā)技術(shù)、計算機輔助設(shè)計、工藝模擬優(yōu)化技術(shù)、快速樣件試制技術(shù)等。

    鑄造企業(yè)應(yīng)加速市場和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整。汽車鑄造企業(yè)不能再依附于大汽車廠，要成為獨立的鑄件產(chǎn)品制造商、供應(yīng)商.不僅要面向國內(nèi)市場，而且要面向全球市場。成為真正的國際、國內(nèi)OEM供應(yīng)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(yè)化的鑄造企業(yè)。要提高復(fù)雜鑄件、高技術(shù)含量、高附加值鑄件的比例，提高企業(yè)效益。應(yīng)大力發(fā)展鑄件毛坯的深加工，進一步提高鑄件的附加值。發(fā)展和培育本企業(yè)的特色產(chǎn)品，使其成為名牌產(chǎn)品，為企業(yè)增加無形資產(chǎn)。

    鑄造企業(yè)要繼續(xù)加強教育培訓(xùn)工作。要大力培養(yǎng)鑄造方面的專業(yè)人才，企業(yè)要建立感情留人、事業(yè)留人、待遇留人的激勵機制，調(diào)動科技人員積極性，為本企業(yè)技術(shù)進步發(fā)展多做貢獻。加強職工隊伍的技術(shù)和職業(yè)道德培訓(xùn)，提高全行業(yè)職工隊伍的技術(shù)與勞動素質(zhì)。

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