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汽車鑄造工藝的發展及動向

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汽車鑄造工藝的發展及動向

發布日期:2017-10-09 作者: 點擊:

    在科學技術迅猛發展的今天,由于鑄造成形工藝的特殊優勢,有些複雜結構件目前尚無其他制造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經濟且便捷的金屬成形工藝。随着全球經濟一體化,在國際間的合作日益密切、競争日趨激烈之時,中國汽車鑄造業應更充分地發揮鑄造資源優勢,發展自己的鑄造工業。


   1. 中國鑄造業現狀

    中國是當今世界上最大的鑄件生産國家,據資料介紹,我國鑄造産品的産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,鑄件的産量已達到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”地區的鑄件産量占全國的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,年産值超過10億元,出口額達6 000美元。昆山富士和機械有限公司生産汽車發動機和制動系統的鑄件,年産量達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産企業,具有年産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、使山西的鑄造産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、山西華翔年産量分别達4萬t、2萬t、12萬t。“東三省”有一汽集團、哈飛集團等骨幹汽車企業帶動了汽車鑄件産量的增長。一汽集團鑄造公司,已經形成40萬t鑄件的生産能力。遼甯北方曲軸有限公司,到“十一五”末将形成年産15萬台發動機、100萬件曲軸、産值20億的曲軸生産基地。“珠江三角洲”壓鑄行業發達,有700多個壓鑄企業,年産量達20萬t。東風日産、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、氣缸蓋的壓鑄件産量逐年增長。


    2. 國外鑄造業現狀

    近幾年來,全球鑄造業持續增長,2004年鑄件産量比上一年度增長8.4%,中國生産鑄件2242萬t,全球排名第一,比上一年增長23.6%。全球十大鑄件生産國的産量與增長率見表1。從表1可見,2004年中國的鑄件産量約占全球鑄件産量的1/4。巴西鑄件産量增長最快,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。美國鑄件産量自2000年以來,已經退居到第2位。2004年美國鑄件總産量為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内低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産普通汽車鑄件的鑄造廠紛紛關閉,逐步将鑄件的生産轉向中國、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年日本鑄件總産量為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、中矽耐熱球鐵等材料。其真空壓鑄的鑄件能焊接和熱處理,半固态鑄造生産用于汽車鋁輪毂,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。


    3. 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,生産薄壁高強度複合鑄件,并減少加工餘量,生産近終形鑄件。随着汽車技術的快速發展,為縮短鑄件生産準備周期和降低新産品開發的風險,要求采用快速制模技術、計算機仿真模拟、三維建模、數控技術。而清潔生産、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、髒、累的勞動密集型行業員工的勞動環境。


    4. 汽車鑄造技術發展趨勢

    國内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産中的鑄件技術及發展趨勢。


    4.1 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,型闆利用率高,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。國内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、上海聖德曼鑄造公司、華東泰克西、山西三聯、廣西玉柴、無錫柴油機廠等。


    4.2 近淨形技術

    (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以内,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幹砂加抽真空技術。據2003年統計,我國有150家企業用該工藝生産箱體類、管件閥體類、耐熱耐磨合金鋼類等三大類鑄件,總産量超過10萬t。國内汽車鑄造廠,有的采用國産鑄造生産線:有的采用簡易生産線或單機生産;有的采用國外引進鑄造生産線生産。一汽集團公司1993年從美國福康公司引進造型用振動台,生産 EPS模的預發泡機和成型機等設備,生産汽車進氣管。長沙發動機總廠從意大利引進自動化鑄造線生産鋁合金氣缸體、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産複雜箱體鑄件,尺寸精度可達到 CT7-CT8級,産品出口美國。成都成工集團,用8塊泡沫模片粘結成整體的工藝生産裝載機變速器,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條消失模鑄造生産線,大批量生産鋁合金氣缸體、氣缸蓋鑄件。今後,該工藝将大量采用快速制模技術和模拟仿真技術,以縮短生産準備周期,實現鑄件的快捷生産。未來的發展方向必定是質量好、複雜、精密、壽命長的高檔模具。提高該技術的模具材料、成形工藝、塗料技術、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,采用近淨形技術可以生産出無餘量的鑄造産品。熔模精密鑄造工藝有水玻璃制殼工藝、複合制殼工藝、矽溶膠制殼工藝。汽車産品材料有碳素鋼、合金鋼、有色合金與球墨鑄鐵。國外有高合金鋼、超合金材料。熔煉設備國内采用普通、快速中頻爐;國外采用真空爐、翻轉爐、高頻爐技術。采用矽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年精鑄件的産量為60萬t,産值達到110億元。東風汽車精密鑄造有限公司采用矽溶膠+水玻璃複合型制殼工藝,生産高技術含量、高附加值産品,将原來鑄件、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将來的發展趨勢是鑄件産品越來越接近零部件産品,傳統的精鑄件隻作為毛坯,已經不适應市場的快速應變。零部件産品的複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的應用成為零部件産品開發的主要技術。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。


    4.3 制芯技術 

    目前,國内外汽車鑄造制芯有3種制芯工藝,在現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,傳統的合脂或油砂制芯已被淘汰。冷芯盒技術工藝有兩個特點:一是硬化速度快,初始強度高,生産率高;二是砂芯尺寸精度高,可滿足生産薄壁高強度鑄件的砂芯。因此,制芯工藝技術有以冷芯盒技術為主的發展趨勢。一汽鑄造公司、東風汽車鑄造廠、上海聖德曼鑄造公司、華東泰克西、山西國際鑄造公司等均采用冷芯盒制芯技術。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合鎖芯(Key Core)和冷芯盒等技術的制芯中心,整個射芯、取芯、修整毛刺、多個芯子定位組合成一體、上塗料、烘幹等工序,全部用一台或多台制芯機與機械手自動化完成。國外比較有名的制芯中心生産廠有西班牙LORMENDl公司、德國 Laempe公司和Hottinger公司、意大利的FA公司等。東風汽車鑄造廠、一汽鑄造公司、上海聖德曼鑄造公司、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。


    4.4 鑄鐵熔煉技術

    目前,國内外鑄鐵熔煉技術有兩種主要方式:一是采用大型熱風除塵沖天爐與工頻保溫爐雙聯熔煉工藝;二是采用中頻感應電爐熔煉工藝技術。美國因達公司和彼樂公司生産的中頻爐技術開始越來越受到重視,該技術日益成熟,其清潔、環保、節能、高效、安全的優勢突出,是今後發展的方向。


    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、東風汽車公司采用因達公司和彼樂公司生産的中頻爐和保溫爐技術,已經開發應用球化劑、孕育劑、蠕化劑和其他各種添加劑産品,形成商品化、标準化、規格化、系列化。鑄鐵孕育多用帶光電控制的随流孕育機。新開發出的喂絲球化方法及其與現代化檢測技術相結合的SINTER CASTZ藝是鑄鐵球化及蠕化處理的一種很有優勢的工藝,應用者日益增多。國外金屬爐料經過破碎、淨化、稱量,大大提高熔化效率和鐵水質量。國内的天津豐田、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

    鋁合金是汽車上應用最快和最廣的輕金屬,因為鋁合金本身的性能已經達到質量輕、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。後來,通過強化合金元素,鋁合金的強度大大提高,由于質輕、散熱性好等特性,可以滿足發動機活塞、氣缸體、氣缸蓋在惡劣環境下工作的要求。鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形核心技術可以提高淨化、精煉、細化、變質等材質質量控制,使得鋁鑄件質量達到一緻性和穩定性。随着我國汽車業的發展,特别是家用轎車的快速增加和汽車零部件出口量的增大,汽車鋁鑄件将有很大的增長。我國2003年鑄件總産量為1 987萬t,其中鋁鎂合金為117萬t,占總産量的5.8%。豐田汽車希望在近兩年将鋁制氣缸體由現在的35%提高到50%。日産汽車計劃在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,将汽油發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展前途的半固态壓鑄成形技術。東風本田發動機公司、東風日産發動機分公司鋁壓鑄車間采用2500t壓鑄機生産鋁氣缸體,并實現了國産化。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産鋁氣缸蓋;二是以日韓為代表的低壓鑄造成形工藝,東風日産發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産鋁氣缸蓋。


    4.6 鎂合金成形技術

    鎂合金的比強度和比剛度高i優于鋼和鋁合金,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。鎂是目前汽車工業中應用的最輕的金屬,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量的理想材料,鎂合金壓鑄件可以代替一些複雜的結構件,如儀表闆骨架幾十個鋼部件經沖壓、焊接而成,一質量約10 kg,若改為鎂合金壓鑄件,一次壓鑄成形,質量僅為4 kg,生産成本大大降低。随着、鎂合金新材料的不斷開發和加工技術的完善,鎂合金在汽車市場中将不斷拓寬和持續穩定增長。鎂合金生産以壓鑄為主的成形技術,一直是汽車工業關注的焦點,鎂合金壓鑄件需求量占到汽車工業對鎂合金需求量的80%,汽車用鎂合金壓鑄材料,除滿足耐高溫和抗蠕變性能外,還必須充分考慮設計、加工、表面處理及相關壓鑄成形工藝。由于壓鑄鎂合金有可鑄造性的突出優勢.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——鎂合金的半固态加工技術出現。該技術工藝已經主要用于生産一體化的鎂、鋁合金鑄件。國外鎂合金在汽車上應用前景廣闊,歐、美國家鎂合金壓鑄件産量以每年25%的速度增長。 Audi A6轎車變速器殼體為鎂合金壓鑄件,質量僅為14.2 kg,奧迪公司最早将鎂鑄件用于儀表闆骨架。福特汽車公司用鎂合金生産座椅骨架,取代鋼制骨架,使座椅質量從4 kg減為1 kg。福特公司正在研究用鎂合金生産氣缸體。日本三菱公司與澳大利亞科技部合作開發一種質量僅為7.5 kg的超輕質量的鎂合金發動機。寶馬公司直列六缸鎂合金氣缸體已經批量投産。美國通用生産鎂壓鑄件進氣岐管。雷諾公司已生産出鎂合金車輪鑄件。東風汽車鑄造廠已經批量生産鎂合金壓鑄件,目前東風汽車公司和一汽鑄造公司正在開發承擔國家科技部的重點科技攻關項目、,如變速器殼、齒輪室罩蓋、氣門室罩蓋、轉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産出轎車鎂合金變速器外殼壓鑄件。近幾年,國内還相繼建立了一些大型的外資鎂壓鑄企業,如上海鎂鎂、蘇州GF等公司。


    4.7 半固态壓鑄成形技術

    半固态技術發源于美國,在美國這一技術已經基本成熟并處于全球領先地位。此技術被稱之為21世紀最有前途的材料成形技術。Alumax公司率先将該技術轉化為生産力,生産的鋁合金汽車制動總泵體毛坯尺寸接近零件尺寸,加工量占鑄件質量的13%,同樣的金屬型鑄件的加工餘量則占鑄件質量的40%。20世紀80年代以來,歐洲等國在半固态應用方面作了大量研究和應用工作。意大利是半固态加工技術應用最早的國家之一,Stampal-saa公司用該技術為 Ford汽車公司生産齒輪箱蓋和搖臂零件。目前,日本的Speed Star Wheel公司已經利用該技術生産重約5 kg的鋁合金輪毂鑄件。我國半固态金屬加工技術起步較晚,始于20世紀70年代後期。與國外相比,我國在半固态金屬成形技術領域的研究還很落後。就目前我國的研究現狀來看,該技術發展動向是金屬觸變成形技術已經基本成熟,而流變成形技術的發展緩慢。因此,今後将有更多的研究人員轉向流變成形理論和應用方面的研究。目前,半固态金屬成形技術主要應用于鋁、鎂、鉛等低熔點金屬的成形,對高熔點黑色金屬的應用較少,這是今後研究的方向。目前,國内外學者已經開發出了半固态成形過程數值模拟軟件,但是還有不足,需要加強應用計算機技術。


    4.8 鑄鐵材質

    (1)薄壁高強度灰鑄鐵件技術

    我國2003年鑄件總産量為1987萬t,其中灰鑄鐵件為1049萬t,占總産量的53%。灰鑄鐵件在汽車上的大量應用是由于該材料具有較低的成本和良好的鑄造性能優勢。随着汽車技術輕量化要求,灰鑄鐵的增長和發展将受到一定的影響,因此其發展趨勢是加強薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術的開發與應用。薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術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、石墨形态等金相組織的技術要求高。如大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋要求本體硬度分别為1 70~228 HBS、179~235HBS,強度和尺寸要求高,表面粗糙度Ra<50 pm。灰鑄鐵的材質牌号在不斷提高,HT300已用于氣缸體、氣缸蓋的生産,有的産品可能要達到HT350。國内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、檢測技術等方面作了大量工作,并将這些技術應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

    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℃;高矽钼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。蠕墨鑄鐵廣泛應用的巨大潛在市場是汽車業,其主要産品則是發動機氣缸體和大功率柴油機氣缸蓋。随着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勢。它将成為唯一能滿足技術、環保和性能要求的先進的汽車發動機材料。因為蠕墨鑄鐵具有強度高、壁薄的特點,可以減輕質量。歐寶公司的研究表明,同樣功率的發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,鑄件質量可減輕25%。


    蠕墨鑄鐵的蠕化處理範圍很窄,核心技術是采用合适的生産技術與相應的蠕化劑。國外寶馬汽車公司、戴姆勒一克萊斯勒汽車公司、達夫公司的發動機氣缸體用蠕墨鑄鐵生産。福特(Ford)公司與辛特(Sinter)合作,于1999年在巴西每年生産10萬件氣缸體。德國Halberg鑄造廠,從1 991年開始為奧迪生産V8蠕鐵氣缸體,壁厚3.5 mm,147 kW的氣缸體質量僅74 kg。東風汽車公司鑄造廠,于1 984年5月正式在流水線上批量生産蠕墨鑄鐵排氣管,成為我國第一家在流水線上批量生産蠕墨鑄鐵件的工廠。在20世紀90年代初,又先後成功開發了蠕鐵變速器殼體和上海大衆桑塔納轎車排氣管。一汽鑄造公司無錫柴油機分公司于20世紀80年代開始大批量生産蠕鐵氣缸蓋。上海聖德曼鑄造有限公司為上海大衆生産中矽钼蠕鐵排氣管。


    (3)球墨鑄鐵技術

    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展。我國球鐵産量也在持續增長,2003年産量占總産量的24%,同時制定許多球鐵标準,研究開發了适應球鐵在流水線上大量生産的先進工藝,如搖包、氣動脫硫,型内、蓋包球化,多種瞬時孕育,音頻、超聲、熱分析檢測技術。當前,在工業發達國家中,球墨鑄鐵件的産量在鑄件總産量中占25%以上,美國2003年球鐵産量占鑄件總産量的33%。汽車鑄造業球鐵産品技術工藝的發展趨勢有以下4個方面。


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


    二是保安類鑄件,鑄态生産轎車轉向節的材質技術條件十分嚴格,要求鑄件零缺點,100%的無損檢測,目前已有3項自動檢測技術用于生産。


    三是耐熱球鐵件,即高矽钼、中矽钼、高鎳球鐵,該材質生産的排氣管件,有很好的抗高溫性能:目前國内汽車公司鑄造廠已經生産出鑄态中矽钼鐵素體球鐵排氣管件。


    四是奧貝球鐵,該材料特有的材質性能成為鑄造業的焦點,這是一種很有開發應用潛力的材料,主要用于生産曲軸等産品。


    除上述外,汽車鑄造廠已經生産出鑄态球鐵冷激凸輪軸。


    4.9 鑄造過程計算機應用技術

    随着汽車鑄造技術的快速發展,為縮短鑄件生産準備周期和降低新産品開發的風險,采用快速原型技術、計算機仿真模拟、三維建模、數控技術的應用越來越廣。快速原型技術在鑄造生産中的應用有了很大的發展。它除了應用開發新産品試制用的模具及熔模鑄造的蠟模外,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數據後,根據不同的産品結構,最快可在3周時間内為客戶提供鑄件。模拟造型過程正在成為國際汽車鑄造關注的前沿領域之一,清華大學、日本新東工業等對濕型砂緊實過程進行模拟。值得注意的是,德國亞琛工業大學、清華大學正在對射芯過程進行數據模拟。國内汽車鑄造業CAD-CAM-CAE一體化設計開發得到充分應用,特别是CAE凝固模拟虛拟技術,應用Magma、華鑄軟件對新産品的鑄件充型、凝固的溫度場和流動場模拟分析處理,預測和分析鑄件的缺點。鑄造專家系統得到進一步應用,如型砂質量管理、鑄造缺點分析、壓鑄工藝參數設計及缺點診斷。


    4.10 鑄造檢測技術

    鑄造檢測技術是保證鑄件質量的關鍵手段。鑄件尺寸檢查,有常用的檢查卡具、卡闆,有專用的檢測夾具。對于氣缸體、氣缸蓋等複雜件,采用三坐标儀自動測量鑄件尺寸和超聲波儀檢測鑄件的壁厚。無損檢測技術的應用越來越廣,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,可将上述3項檢測儀器組合成一條自動檢測線。采用X射線檢測鑄件内部的縮孔與縮松缺點,日本本田對球鐵轉向節鑄件100%用X射線探傷:采用工業内窺鏡檢測鑄件内腔質量,氣密性滲漏檢測。化學成分檢測,真空直讀光譜儀和碳硫測定儀在爐前、爐後鐵水質量上得到普遍應用.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用,快速預報鑄鐵的碳矽當量、孕育效果、基體組織和力學性能。


    4.11 綠色鑄造技術

    “綠色鑄造”是使鑄造産品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理整個産品的生命周期中,對環境的負面影響最小,資源效率最高。鑄造行業曆來被認為是高能耗、高污染的行業,要不斷開發新的節能、清潔、低排放、低污染的鑄造材料以投入生産使用。對于樹脂,要想辦法降低遊離甲醛和遊離酚等有害物質的含量;逐步加大冷芯盒技術應用,以減少樹脂砂對環境的影響,實現達标排放: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變,以節約能源。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勢在必行。先進工業國家廢砂排放量降到10%以下,在歐洲、日本等地區舊砂的再生利用技術得到廣泛應用。哈爾濱東安汽車發動機公司引進意大利的熱法再生設備,已在生産中應用。一汽鑄造公司引進日本技術,熱法再生和機械再生結合,處理芯砂和型、芯砂混合砂已在生産中得到應用。目前,東風汽車公司也正在加速舊砂再生技術開發應用工作。加大廢鋼及回爐料的利用,以減少新生鐵和鋁資源的耗費。汽車鑄造業面向循環經濟的鑄造技術,要以循環經濟3R為行業準則,即以減量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循環(Recycle)來開展工作。


    5. 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,經曆了起步、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曆史重任及與發達國家的現實差距,牢牢把握國内外鑄造技術的發展趨勢,适時适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。我國的鑄件産量雖然已經連續5年位居世界首位,有一批産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),隻相當于美、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,少數企業的個别生産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,還有國産造型生産線250多條,這些生産線主要集中在汽車内燃機件的大批量生産企業中。


    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。我國生産高技術含量、高附加值、具有自主知識産權、享有國際聲譽的鑄件産品寥寥無幾,而每年都要花費一定費用進口工業生産中技術要求高的鑄件産品。


    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,國内一些企業在生産過程中,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,研發人員匮乏。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。而在鑄造生産線上工作的相關人員許多是沒有經過系統培訓,滿足不了現代化生産的要求。随着我國高校鑄造專業減少,今後的鑄造技術人才,特别是具有創新能力的高級技術人才缺乏的狀況将更加嚴重。


    6. 我國汽車鑄造行業的對策和建議

    汽車鑄造行業面臨一些新的機遇和挑戰。國外工業發達國家将鑄件産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、顧客對鑄件産品的要求、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,中國如何将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争的專業化水平。要大力發展商品化、專業化生産。進一步提高擴大優勢企業的專業化發展,要盡量生産同類大小、壁厚、材質、複雜程度的鑄件,這樣可增大生産批量,進一步提高規模效益,同時降低原材料、生産過程的管理難度,産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幹、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産品質量、降低生産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;鑄件的穩定性和一緻性差異大;我國複雜鑄件的不良品率在1O%左右,國外複雜鑄件的不良品率≤5%。這樣浪費了大量主輔原材料、能耗、人工成本,使得鑄件生産成本提高。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産品質量标準。要把質量的觀點從鑄件實物的各種指标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内各方面的資源,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,既是競争對手,又是合作夥伴,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産、學、研相結合的關系平台。要用高新技術改造傳統的鑄造技術,适時适宜地采用先進技術,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、工藝模拟優化技術、快速樣件試制技術等。


    鑄造企業應加速市場和産品的結構調整。汽車鑄造企業不能再依附于大汽車廠,要成為獨立的鑄件産品制造商、供應商.不僅要面向國内市場,而且要面向全球市場。成為真正的國際、國内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。要提高複雜鑄件、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産品,使其成為名牌産品,為企業增加無形資産。


    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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