我國壓鑄工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展動向分析
壓鑄件的應用范圍很廣,幾乎涉及所有工業(yè)門類,而在應用中,若以數(shù)量之大,品種之多,要求之嚴,品質(zhì)之高以及金屬材料用量之大等多方面綜合而言,則應以汽車工業(yè)為最。在世界汽車工業(yè)的發(fā)展史上,各種零部件的設計和應用過程中,壓鑄零件的采用則是重大的研究課題之一,說明壓鑄工業(yè)在這方面擔任著不可替代的角色。因此,壓鑄工業(yè)的發(fā)展在很大程度上是以汽車工業(yè)為依托;也可以說,壓鑄工業(yè)則是汽車工業(yè)的重要的支撐工業(yè)之一。這種相互依存的關系,淵源甚早,到了二十世紀六十年代以后,尤為突出。
就汽車工業(yè)而言,有關提高性能、節(jié)約能源、降低成本、減少污染等許多問題,都離不開減輕整車重量這個關鍵的中心議題。至于汽車零件的技術性而言,多屬于形狀復雜、結構多變、立體性強、尺寸精密和致密性高等多種高要求的零件,而壓鑄工藝方法在減輕重量和滿足這些技術要求方面,則是得天獨厚的成型技術之一。
從節(jié)約能源來說,據(jù)有關資料介紹[2],能源消耗幾乎有80%與汽車有關,而這其中的60%則是與汽車的重量有關。為了節(jié)約能源,早在二十世紀七十年代期間,世界各個工業(yè)發(fā)達國家相繼提出汽車應降低燃料消耗的指標。例如,當時美國政府能源政策法令指示[3],新的車種(主要指轎車)的平均耗油指標是:于1980年為20mpg(8.5Km/L);到1985年應達到27.5mpg(11.68Km/L),其耗油量為1977年的一半。為了達到這一目標,汽車工業(yè)一方面努力改進動力系統(tǒng);另一方面著手減輕汽車的重量(輕質(zhì)化)。對于后一點,據(jù)有關文獻介紹[4]:車重減少100lb.(45.36Kg),相當于燃料的燃燒率提高0.4mpg(0.17Km/L)。減輕整車重量的最有效的途徑之一首先是改變材料,當時,用鋁合金鑄件(含各種鑄造方法)代替鑄鐵件,無疑是最佳的選擇,從而提出"以鋁代鐵"的口號,并且確認,在各種鋁合金鑄件中,壓鑄件應擺在最重要的位置。于是,一些發(fā)動機缸體、變速箱殼體、直孔式進氣歧管、輪轂、齒輪動力轉(zhuǎn)向舵殼體等重要的零件,各個國家都普遍采用鋁合金壓鑄件。例如,1977年已有資料報導[4],福特公司在改進了一種V8發(fā)動機缸體的設計,成功地采用鋁合金壓鑄件代替了鑄鐵件,僅這個零件就減.輕了45lb.(20.4Kg)。那個時期,世界各國一些領先的汽車制造商對汽車整車輕質(zhì)化工作方面,采用鋁合金壓鑄件已經(jīng)成為一種熱潮。
減輕汽車整車重量不但可以節(jié)約能源,同時也能降低廢氣CO2的排放量。據(jù)有關資料介紹[2],整車重量減少10%,不但可使燃料有效率提高5%,而且,每消耗1L(升)燃料,還能減少5.5lb.(2.5Kg)CO2的排放量。從環(huán)保的要求出發(fā),美國能源部于1993年[5]、德國環(huán)境保護部門于1994年[6]先后制定了汽車的平均耗油量為3L/100Km的目標。
汽車工業(yè)面對節(jié)能和環(huán)保的雙重壓力,要從根本上加以解決,減輕整車重量仍然是主要途徑。誠然,在鑄件的采用上,鋁合金壓鑄件在這方面毋庸置疑地繼續(xù)擔任主要角色,但這還不夠,還要尋找質(zhì)量更輕的材料。為此,近十余年來,汽車工業(yè)中一些領先的制造商提出了要更多地采用鎂合金制造零件的設想,擴大采用鎂合金制造零件則是其中的主攻課題之一,于是,壓鑄工藝又將再度顯示出其在汽車工業(yè)的零件制造中的重要地位。例如:有報導說[7],德國大眾公司于二十世紀80年代就成功地采用鎂合金壓鑄出手動變速箱殼體,其后又聲稱要進一步減輕汽車的重量,制訂了制造78mpg汽車的計劃,將這種車號稱為3升車。
至于壓鑄件市場中汽車工業(yè)所占的份額而言,據(jù)有關方面統(tǒng)計[8],由于各個國家的工業(yè)結構不同,所占份額也各不相同,大致為48~80%的范圍。我國在近年來大約為60~70%(指交通工具,含汽車和摩托車,但汽車工業(yè)的比例逐年大幅度增加)。
關于壓鑄件在每輛汽車中的用量,以美國的資料為例,通常每輛汽車(指轎車)整車重量平均(因車種不同)在2900~3400lb(1315~1542Kg)的范圍[3](逐年減輕,僅作比較用),以鋁合金鑄件的用量來說,1980年平均每輛車為75lb.(34Kg)[3],1990年增至150lb.(68Kg)[3],到2000年再增至245lb.(111.3Kg)[9],而鋁合金壓鑄件則占全部鋁鑄件的60%以上。此外,汽車上除了鋁合金壓鑄件外,還采用了鋅合金、鎂合金和銅合金的壓鑄件,每輛汽車壓鑄件的用量可想而知。
還有,壓鑄工業(yè)中開發(fā)創(chuàng)新的一些高新技術,大多數(shù)都是圍繞汽車工業(yè)的零件的高新要求進行的,如:用A390鋁合金的整套壓鑄技術,壓鑄出全鋁汽缸體[10],摒棄了原來鋁合金壓鑄汽缸體中缸筒內(nèi)采用鑄入鑄鐵套的方法;采用超低含鐵量的新材料SF36制造汽車車體構架連接件[11],改變了車體的傳統(tǒng)制造方法;計算機模擬技術在壓鑄中的應用;半固態(tài)成型技術(含流變成型與觸變成型)和擠壓鑄造等一些新技術的研究試驗及開發(fā)應用;其他還有模具材料、壓鑄機、壓鑄工藝等的創(chuàng)新與改進,以及更有用鈦鋁合金(TiAl)壓鑄汽車氣門閥[12],開辟了鈦合金的壓鑄技術。凡此種種,多數(shù)都是以首先滿足汽車零件的需要為突破口。
近年來,燃料電池汽車(也有稱為混合式電動車)正在加速開發(fā)(我國亦同)。有關資料稱[13]:這種車雖然可能對鑄造技術有點影響,但至少在2010年之前尚不會過多地沖擊汽車工業(yè)中的壓鑄件市場,況且在新車種的零部件設計中還是要采用壓鑄件的。
壓鑄工業(yè)的市場領域十分廣泛,參照美國NADCA的有關資料加以分類,通常大致分為汽車工業(yè)、建筑及住宅用品產(chǎn)業(yè)、器械與儀器、電力/電信工業(yè)、電子計算機設備及其他。據(jù)有關方面報導的1996年的數(shù)據(jù)[8],各個國家不論其工業(yè)結構如何,壓鑄件市場份額中,汽車工業(yè)都占主導地位,如澳大利亞占80%、日本79.9%、西班牙65%、中國64.5%(含汽車和摩托車)、德國61%、印度60%、加拿大49%、美國48%。汽車工業(yè)占有如此巨大的份額,足見其在壓鑄工業(yè)中的重要位置。
中國壓鑄工業(yè)的發(fā)展動向
我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展,與其緊密關聯(lián)的壓鑄工業(yè)定會產(chǎn)生巨大的變化,這些變化以工業(yè)結構和技術趨向兩方面最為突出,現(xiàn)簡述如下:
我國壓鑄工業(yè)的工業(yè)結構
專業(yè)壓鑄廠的數(shù)量增多,其規(guī)模逐步加大,有的還增加對壓鑄件進行后續(xù)加工,包括機加工、熱處理、表面涂復等工序,直至向用戶交付加工好的成品零件。
有條件的零部件生產(chǎn)(如汽車的部件、組合件)企業(yè),設立壓鑄件廠,實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)壓鑄零件自我供應的良性循環(huán)和優(yōu)化的管理模式,這種生產(chǎn)方式的企業(yè)有所增加。
合并、聯(lián)合的趨勢有所抬頭,有終端產(chǎn)品企業(yè)與零部件企業(yè)的聯(lián)合、也有關聯(lián)工序的企業(yè)聯(lián)合、還有生產(chǎn)企業(yè)與供應商聯(lián)合,具有或聯(lián)合、或兼并、或依附等多種形式。
以國外壓鑄生產(chǎn)正值移師海外為契機,引進資金、技術、管理、市場和信息,構筑更多的外資、合資、合營、合股等新形式的壓鑄企業(yè)群體。
加入艦隊式的采購公司,成為供應商/制造商/承包商組成的集約化成套公司中的一員。這種艦隊式的成套公司在國際上已經(jīng)比較成熟,并且更多的是跨國的、全球性的。
我國壓鑄工業(yè)的技術趨向
壓鑄填充過程在理論上逐步提高,在實踐上不斷升華;
壓鑄工藝參數(shù)的檢測技術不斷普及和提高,為壓鑄過程的智能化奠定基礎;
壓鑄生產(chǎn)過程自動化程度逐步完備,并日益普及;
電子計算機技術的應用更加廣泛和深入,尤其在模擬技術上將發(fā)揮更為重要的作用;
大型壓鑄件的工藝技術逐漸成熟;
真空壓鑄的采用,進一步擴展壓鑄件的應用創(chuàng)造更多的機會;
模具型腔的材料有重大的改進,新的鋼種也會有所進展;
鎂合金壓鑄件會有大幅度的增長,某些領域的一些鋁合金壓鑄件可能改用鎂合金壓鑄件;
快速原型模樣設計的運用成為新的熱點。
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