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中国汽车铸造技术的现状及未来
点击次数:3944 发布时间:2014-05-17

1、汽车制造业 

(1)典型的跨国产业 

做为各行各业的装备、做为交通工具、做为家庭的耐用消费品,汽车的历史只有百年,但全世界现已拥有汽车6亿辆以上,平均不到10人一辆汽车。美国等发达国家,更是乘着汽车轮子快速发展。突飞猛进的信息技术让世界步入了信息化时代,互相之间更紧密了,地球显得小多了,经济化已不再是学者们的预言,而是现实。WTO给予化的经济往来以通行的"游戏"规划,越来越多的国家感到,本国经济的状况,与经济的景气度息息相关。

几年前的亚洲金融危机,使多数国家受到波及。美国连续几年的经济繁荣又使很多国家借势发展,如今美国经济增长率明显下降,其负面影响也将是性的。  

做为典型的跨国产业-汽车制造业;对经济化的形成发挥着重要作用。汽车业不仅大规模的进行海外投资,近几年更是跨国购并,强强联合,屡见不鲜,纷纷组建跨国公司,如轰动的"戴姆勒----克莱斯勒"跨国公司就是几年前应运而生的。组建跨国公司的目的就是为了实现资源共享、优势互补和低成本规模效应。而当美国经济渐入衰退之时,地处大洋彼岸德国的戴姆勒---克莱斯勒跨国公司总部也不得不宣布,今后三年内裁员2.6万人,跨国公司理所当然地首先受到跨国影响。显然,做为典型的跨国产业,汽车制造的组织方式正在发生根本性变化。与汽车制造和销售的化步伐相一致,汽车零部件的采购体系也在进一步发展。面对日益发展的贸易和投资自由化形成的新的竞争形势,脱离汽车工业分工的大格局,在封闭状态下发展一国汽车工业很难有出路。技术引进和坚持不懈的国产化努力,在国内市场得到很好保护的情况下,可以发挥替代进口的作用。但由于范围规模经济的优势,无法在任何一个国家的内部市场实现。因此,做为典型的跨国产业,各国的汽车工业应该尽可能溶入汽车工业的分工体系中,通过参与竞争而不断提高竞争力。

(2)颇受瞩目的中国汽车业

无论从经济化的趋势,还是从汽车业是典型的跨国产业的特点来看,中国汽车业的生存与发展,同国内外汽车需求市场和世界汽车发展的走向密不可分。

不论美国,还是欧盟,在我国入世的谈判中,与中国的主要争论的焦点之一就是有关汽车的条款。随着汽车业大规模重组、兼并的继续,人们预计到2005年将形成5-6个跨国大集团控制汽车业的格局。因此,发达国家把现在*剩下的zui大的汽车潜在市场-中国,视为他们汽车发展战略的必争之地,对中国汽车业颇为关注,他们通过直接投资和贸易来推行他们的竞争策略。  

中国的汽车制造业从卡车起步。普档的中重型卡车的规模已名列世界前几名,且比较适于中国的国情需求。而轿车起步较晚,且规模不大,跨国公司看好的中国这个世界zui大的潜在汽车市场,所指的是中国的轿车市场,尤其是家庭用轿车市场,对于中国汽车业的卡车的比较优势,轿车的巨大市场潜力,国内各界更是极为关心、关注。 

汽车业的产业关联度大,对经济的带动性强,对整个国民经济有波及效益和导向作用,颇受各方重视是必然的。 

中国的卡车制造业有经济规模,有较完善的国内市场营销体系,只要坚持自主开放发展,中国的一汽、二汽有可能成为亚洲数一、数二的卡车制造商,,而轿车业的发展潜力很大,据分析,我国的家庭年收入达8-10万元以上时,家庭对轿车的需求会明显增加。目前,全国年收入9万元以上的家庭已达700万户左右,2005年将达4000万户以上。届时,即使只有5%的家庭购车,一年的轿车需求量也将达到200万台。去年在全国七大城市进行抽样调查,约70%家庭表示今后五年有购车意向。2000年我国汽车总销量为208万辆,其中轿车只有61万辆,约占汽车总销量的30%,而发达国家的汽车总销量中。70%以上为轿车。我国的轿车潜在需求量极大。 

我国政府制定的第十个五年计划中,已经明确载明:要发展经济型轿车,支持重点改造汽车工业,鼓励轿车进入家庭,要提高汽车及关键零部件的制造水平,要积极发展节能、低排放的车用发动机和混合动力系统。 

当然,如何促进潜在的巨大市场成为现实的大市场,要靠长期的不懈努力,当前正在大力规范汽车消费环境和使用环境,而为了满足不断变化的对轿车的多样化、个性化的需求,轿车制造企业也正在制定发展战略和中长期规划,进一步扩大战略合作,加快开发符合中国的不同用户的不同需求的各种轿车。包括卡车、轿车及其它乘用车、商用车在内的整个中国汽车业,在加入WTO、不再受政府格外保护之后,必将经受汽车业这种跨国产业的激烈竞争和大规模重组的考验,而成为汽车业的一部分,中国汽车业成为制造环节的强者是可能做到的,而在产品开发环节和营销环节取得长足进步则需要较长时间。 

2、中国汽车铸造业概况

(1)年轻的产业

从总体而言,作为有数千年铸造历史的铸造古国,中国的汽车铸造业却只有四十几年的历史,如此年轻的中国汽车铸造业,基本上是在计划经济体制下建立起来的隶属主机厂的自给自足式的铸造厂。这也是由于汽车工业本身就是中国的新兴幼稚产业,全社会能为汽车工业协作供货的能力、水平,在当时极为有限。因此,汽车铸造厂当年的"大而全,小而全",亦属不得已而为之。汽车铸件比传统产业的铸件复杂,质量要求较高,供货节拍较快,因此,须采用具有一定水平的较高生产率的铸造设备、设施,资金的投入也较高。但由于隶属主机厂,又不是主机厂的主体专业,所以,所能安排的实际投入又是很有限的。即使引进了某些国外设备,也因资金有限只能引进部分主要设备,而无能力引进全套设备,从而导致了铸造专业厂比同样隶属于主机厂的机械加工、装配等专业厂的技术水平要落后,生产效率要低,往往成为制约主机?quot;瓶颈"。在艰难的渡过了起步阶段之后,中国汽车铸造业面临其用户-汽车业对铸件的越来越高的要求,面临社会对铸造业越来越严的要求。为了实现可持续发展战略,必须使汽车达到节能、环保的目标。因此,汽车要努力提高燃料的经济性,要严格控制排放。为达到这样的目标,减轻汽车自重是重要措施,为使汽车减轻自重,便要求汽车铸件必须轻量化、化。对汽车铸件的轻量化、化的要求,给我国汽车铸铁件的铸造工艺水平、设备与模具的水平和铸造原、辅材料的水平的提高,形成了巨大的压力。而我国汽车铝铸造,只是近几年随着轿车工业的兴起才刚刚开始,汽车镁铸造几乎要从零开始。足见我国汽车铸造业压力之大。另一方面,社会已经再不能原谅铸造业这个能源消耗大户和污染大户的放任自流。对资源的保护,对环境的保护已是大家的共识。我国汽车铸造业必须走、节能、节材、环保之路,走绿色铸造之路,别无选择。年轻的中国汽车铸造业任重道远。

(2)几种典型汽车铸件

1)缸体

汽车上zui重要、zui复杂的铸件位于汽车的心脏-发动机上。为防止汽车有"心脏病,发动机上的主要铸件的质量尢为重要。缸体便是发动机上zui大、zui复杂的铸件,其壁厚zui薄处往往不到3mm,大多用高强度灰铸铁铸造,也有用蠕墨铸件的,由于汽车轻量化的进展,采用铝合金的也越来越多,国外有的汽车制造厂家甚至开始考虑用镁合金铸造缸体。生产缸体所用的铸造方法因材质不同,因各厂条件不同有多种选择,包括湿砂造型中的气冲造型,静压造型,高压多触头造型、无箱挤压造型、震压造型等。对于铸铝缸体,则采用压铸、低压铸造,国外还采用消失模铸造、挤压铸造(用铝基复合材料的予嵌缸套),以及半固态铸造等,还有采用砂型铸造的(如DISA造型工艺)。

目前,对铸件材质的缸体而言,应用zui广的仍然是湿砂造型,尤其是气流予紧实的静压或气冲造型的出现,更体现出很多优越性-能耗低、噪音小、污染少、效率高、运行可靠。近来,国外设备制造厂家对造型机又不断改进,先后已出现气冲加压实,气流增益气冲加压实,静压加压实、主动多触头压实、成型挤压、压实等改进方式,使砂型硬度更加均匀化。随着大功率半导体元器件及计算机、微电子技术的发展,采用电伺服系统代替造型线惯常所用的液压,气动驱动,使造型线节拍进一步加快,并且运行可靠性大大提高,同时明显的简化了液压控制系统,使维护保养工作量也相应在减少。造型线采用双筒式落砂机,则可使铸件和浇冒口在落砂的同时得到予清理。造型线的浇注往往制约全线的开动率,应采用自动浇注设备。有的厂家采用气压浇包和接触式浇注工艺,有利于节约铁水,保证质量和保护砂箱。浇注过程中采用随流孕育的较多,有的采用型内孕育与过滤相结合。  

缸体是采用砂芯zui多的铸件。除了水套砂芯薄而复杂,依各厂条件不同,分别采用冷芯盒制芯,热芯盒制芯或壳芯制芯外,其它的砂芯-包括曲轴箱砂芯、缸筒与顶端砂芯、前、后端面砂芯等大多采用冷芯盒制芯,以保证尺寸精度和节能,冷芯盒应用越来越广泛。冷芯盒制芯以ISOCURE 三乙胺硬化法居多(新近,美国又开发出更先进的ISOMAX),SO2法硬化有其优点。而温芯盒制芯法则是节能和环保两种优点兼而有之,加强制芯单元的密封和通风很有必要。而开发和应用无毒、无污染的环保型树脂粘结剂则更显重要。为提高铸件内表面质量和内腔清洁度,砂芯应涂料。用水基涂料取代醇基涂料有利于防污染。涂料后采用微波烘干则节能、效率高。采用Key--core工艺,利用砂芯上开设的工艺孔,二次填砂固化,使多个砂芯组合为一个整体组合砂芯,然后整体涂料、烘干,这样铸件尺寸精度可大大提高,总体尺寸误差可<0.3mm。采用计算机控制的"制芯中心"可使全部制芯过程实现自动化。缸体的砂芯甚多,为了减少芯砂对型砂性能的影响和加强环境保护,应大力推行芯砂再生回用,尤其采用热法再生,可使石英砂经焙烧相变后,高温膨胀率大为下降,用这样的再生砂来制芯,比新石英砂更能保证铸件质量,再生砂的使用也降低了生产成本。 

缸体造型所用的型砂,其混砂设备有碾轮式、摆轮式、叶片式等混砂机。有的厂家采用双盘碾轮式连续混砂机,有的采用逆流转子式混砂机,混砂效率都较高,同时安装有型砂性能在线控制仪来保证混砂质量。在型砂系统中,尚有旧砂磁选设备,砂块破碎设备和筛分设备及旧砂冷却设备来保证回用旧砂的质量。同时对新砂、煤粉、膨润土等添加材料,准确定量,按工艺确定的比例给料,并根据实时控制的数据随时调整加水量,确保型砂性能。也有采用对全系统型砂的性能进行闭环实时控制的或型砂质量计算在线专家系统控制的。应注意,型砂系统的型砂周转量较大,惰性较强,型砂性能的调整应以趋势来判断,采用有预见性的调整措施,以保证型砂系统的质量稳定。为了环保,应着手旧砂再生和废砂的综合利用。  

对于铸铁材质的缸体,所用的熔炼设备大多为冲于炉-感应炉双联熔炼,也有采用感应炉-感应炉双联熔炉炼的。用电弧炉做为保温炉的在减少,而变频感应炉作为保温炉的在增加。为了节能和环保,冲天炉宜采用水冷热风除尘冲天炉,热风可能提高铁水温度与质量及熔化率。用具有高发热值的铸造焦取代冶金焦对提高铁水温度,保证铁水质量,提高熔化效率是很必要的。炉料的予净化处理是必须的。冲天炉的熔化过程控制可采用微机等散式控制系统,冲天炉熔炼铁水的检测采用测温仪、碳当量检测仪和化学成分直读光谱仪等。清洁、长寿命的耐火材料有利于提高冲天炉炉衬寿命和环保。冲天炉熔炼的废渣的综合利用有利于减少排放污染。  

缸体铸件经去除浇冒口后,在清理线上磨各面,然后经鼠笼式抛丸室清理。对于多品种缸体宜采用夹持式抛丸清理机进行抛丸。然后手工对缸体逐个精整及吹净水套内腔残留物。经尺寸检查,气密性试验,铣加工定位点及终检后进行涂漆或其它防锈处理,成为用户要求的合格缸体铸件。 

2)缸盖

缸盖也是汽车上既复杂又关键的铸件,发动机的燃烧室、进气口、排气口都位于缸盖上。缸盖的材质可以是高强度灰铸铁或蠕墨铸铁,但应用zui广的还是铝合金缸盖,而镁合金缸盖在国外也开始使用。缸盖的铸造方法较多,诸如:砂型铸造、金属型重力铸造、低压铸造,国外还包括消失模铸造、压铸(采用Douler砂芯等)和新兴的半固态铸造等。 

今以金属型重力铸造铝缸盖为例。缸盖的外形皆由金属模具形成,可采用计算机自动控制金属模的模温,部分内腔由砂芯形成,砂芯的制造工艺与前述缸体的制芯过程基本相同,主要是芯砂粘结剂和砂芯涂料不同。 

铝合金熔化可采用反射炉,但氧化、吸气严重,烧损大、温度难控、浪费能源、污染环境。采用感应电炉时,铝水在炉内的翻腾有利于成份均匀化,但感应炉磁场对测温仪有干扰,感应炉的维修较难。值得广为采用的是连续燃气炉,可实现炉料预热,连续熔化、成份均匀、温控制、节约能源,适于大量生产。应注意炉料要洁净,除用一般的铝液精炼,变质处理方法外,可采用铝合金熔剂喷吹综合处理装置-使精炼、变质、晶粒细化一步完成。缸盖的传统浇注方式为底注式,便于铝液的平稳充型。现在多采用顶注式,与模具的冷却系统相配合,更利于顺序凝固的形成,从而显著的提高铸件的致密性。浇注过程中模具的的排气要通畅,多采用自动浇注-包括单机式,双机组式以及多机组直列式。而多工位转盘式浇注机适合大批量生产,但投资大。多机组旋转式浇注机则投资较少。用长效锶变质剂时,采用定量保温浇注炉效果更佳。铝液质量的现场检验多采用测氢仪和直读光谱仪等。金属模具的维护保养很重要,可定期用喷射小颗粒干冰的方法来清除模具的积垢,此法简便易行,不污染环境。 

浇注后的铝缸盖铸件在清理线上锯掉浇、冒口、铣平面、经渗漏试验后,往往经粗加工和铣加工定位点之后再发往用户。 

采用低压铸造铝缸盖的厂家也比较多,而用电磁泵低压铸造工工艺,可改善铸件材质的金相组织和机械性能。 

3)变速箱壳体

卡车变速箱壳体材质多为灰铸铁,也有用蠕墨铸铁的。普遍采用砂型铸造。而轿车变速箱壳体,则是典型的大型、复杂的薄壁壳体铸件,材质多为铝合金,采用镁合金的正在增加,一般都采用压铸工艺。为提高压铸件质量,可采用低速中压填充压铸,双压射冲头压铸,真空压铸、加氧压铸等。压铸生产中的喷涂料、浇注和取件都是自动的,并且有校正压铸机和铸件成形状况的在线检测装置。  

变速箱壳体所用铝合金的熔化和精炼与前述的铝缸盖基本相同。压射参数对压铸件气孔的影响颇大,必须合理调整之。采用闭合压射结束时间控制系统。可实现无飞边压铸。压铸件质量的检测可采用X光探伤,超声波测试等。压铸模具的材料的延性和韧性对防止压铸模热裂和龟裂十分重要。改善模具工作状态良好的操作与保养都有助于延长压铸模的使用寿命。国外近来开发的半固态镁合金压射成型技术,可使镁合金充填平稳,不紊流,防止氢气卷入,避免合金---铸型间反应,是注塑成型与压铸成型的复合工艺。 

4)进气歧管

进气歧管的不规则的变截面的进气道内腔形状一直是汽车铸造业的难题。而近年来发动机电子喷射技术的发展,使进气岐管更加复杂。因此,很多厂家选择消失模工艺作为进气歧管的铸造方法是理所当然的。卡车用的进气歧管多为灰铸铁,普遍用砂型铸造。而轿车的进气歧管材质为铝合金,所采用的铸造方法包括消失模铸造、金属型重力铸造。 

采用消失模工艺铸造铝进气歧管,其熔化及精炼过程与本文前述的缸盖的铝合金熔化及精炼一样。要采用小粒径的EPS珠粒,以保证予发泡和成型。成型模片的胶合必须按工艺规定进行。装配好的消失模模样的涂料工艺很重要,要控制好涂料的性能和涂层厚度,这对浇注时模样热解产物的排除,对铝液的充填速度和消失模铸件的质量至关重要。涂料烘干后的模样经填充干砂,震实后即可浇注。所获得的消失模进气歧管铸件在消除冒口之后,还应做渗漏检查,如有渗漏,可按合同规定进行浸渗补漏。

5)排气歧管

由于汽车发动机的排气温度较高,因此,排气歧管材质基本上是灰铸铁、球墨铸铁或或蠕墨铸铁。排气歧管也是形状较复杂的薄壁铸件。多为砂型铸造,也有采用消失模铸造的。今以球墨铸铁材质的砂型铸造的排气歧管为例。其造型与制芯过程与前面所说的缸体造型、制芯工艺基本相同。 

在球铁熔化方面,很多厂家采用冲天炉-感应炉双联熔炼。为保证球铁质量,除了采用球铁用生铁、采用铸造焦之外,还应对冲天炉的出炉铁水进行脱硫处理,多采用氮气多孔塞底吹脱硫包连续脱硫,采用抗潮、防爆的颗粒状脱硫剂。球化处理多为盖包法,近来已将冶金行业的包芯线法引入铸造业作为球化处理工艺。这对提高球化合金的吸收率、稳定球化质量,降低成本、减少环境污染都是有利的。孕育方式则以随流孕育居多,也有采用型内球化和型内孕育的,还有采用珠粒状球化剂的,可延长球化剂失效时间,并可随时补加球化剂,以保证铁水的球化状态。国外还有采用脱硫-球化-孕育一次完成的新工艺,可减少镁和孕育的消耗,提高球化率、节能。炉前的碳当量检测,快速碳、硫测定和快速金相分析对控制球铁铁水质量是很重要的。  

排气歧管为铸态球墨铸铁件,无需热处理,对球铁铸件的球化率的检测,可采用超声波法。 

由于蠕墨铸铁有良好的耐热疲劳性,因此很适于生产排气歧管。严格的化学成分控制和良好的蠕化剂,是稳定生产蠕铁铸件的关键。 

6)曲轴、凸轮轴

由轴、凸轮轴是典型的汽车轴类铸件,属既要求韧性、耐疲劳性、又要求在摩擦副部位的表面具有耐磨性的高速回转运动的厚断面汽车铸件。所用材质多为球铁。包括奥贝球铁。凸轮轴材质有时还用合金铸铁,激冷铸铁或合金钢。所用造型方法,除了各种砂型铸造方法外,采用壳型(包括铁型覆砂)铸造的很多。也有采用自硬砂造型和消失模铸造的。 

7)活塞

活塞顶部是发动机燃烧室的一部分,活塞的圆柱面通过活塞环紧贴缸筒内壁做高速的往复运动。活塞是形成发动机动力的关键汽车铸件。其材质为铝合金,包括纤维增强复合材料铝合金。铸造方法包括金属型重力铸造、低压铸造、挤压铸造等

8)车轮轮毂

车毂是回转运动类的汽车铸件,轿车车轮轮毂材质为铝合金。有几种铸造方法-低压铸造、挤压铸造(包括旋转式垂直挤压)、金属型重力铸造、差压铸造等。

当然,汽车上的铸件的种类很多,不一一列举。近年来,国外很多种轿车铸件开始采用镁合金,以适应汽车轻量化的要求。这些镁合金铸造包括:离合器外壳、变速箱外壳、变速箱上盖、发动机罩盖、方向盘骨架、座椅骨架、仪表盘骨架、车门内板、轮辋、转向支架、刹车支架、气门支架等,甚至还有缸盖和缸体。

3、方兴未艾的铝、镁铸造业

(1)汽车与铝、镁铸件

对应于百年历史的世界汽车业,中国的汽车业只有不到五十年的历史,中国汽车业从卡车起步,并且至今仍以卡车为主。因此,中国的汽车铸造业是以铸铁为主的。2000年汽车铸铁件产量约90万吨(不完全统计)无论是一汽、二汽,还是上汽、天汽、北汽、南汽等汽车企业集团,他们集团内所辖的铸造厂多以铸铁厂为主,具有较多的铸铁件生产经验。后来所建的铸造厂,很多也是以铸铁厂为主,包括年产8.5万吨铸件的山西绛县中美合资的铸造有限公司,投资8000万美元的江苏镇江中意合资华东(Teksid)铸造中心-这个现代化的铸造中心,只生产铸铁缸体,年生产能力100万个发动机缸体铸件。以铸铁为主是现阶段中国汽车市场需求所决定的。而市场需求预测也表明,正像前边对中国汽车业的分析所言,中国轿车的发展空间很大。而对轿车的低油耗和低排放的严格要求,必然使轿车必须更多的采用轻量化的铸件(即铝、镁铸件)。汽车自重每减少10%,其油耗可减少5.5%,排放可减少10%。如果一辆轿车自重减少120kg后,行驶5000公里,则由于油耗与排放减少所节省的费用,就可相当于又生产出一个铝缸体,因此,中国汽车业,尤其是轿车业的发展,必将导致铝、镁铸件的与日俱增。 

老牌的欧美汽车业,随着节能、环保要求的日益苛刻,近年来,铝、镁铸件的需求量呈明显上升之势。如,近十年,美国汽车铝铸件增加1.7倍,据分析,美国汽车上的一些铸铁件将不断被铸铝件所取代,如铝缸盖将从目前的80%增至2007年的95%,铝缸轮体将从目前的25%增至2007年的60%。铝车将从目前的50%增至2007年的70%。美国通用公司计划从2000年至2005年,每年减少铸铁件20万吨左右,而铝缸盖和铝缸体则每年增加三倍。而且,不仅是轿车,大客车和轻型卡车上的铝铸件也在大幅度增加,欧洲的每车铝铸件1990年为55kg,2006年将达到90kg。意大利Teksid集团在意大利本土的铝铸造厂,2000年仅消失模法生产的铝缸盖和铝缸体就高达15000吨。 

近几年,轿车上镁铸件的应用以每年20%的高速增长,AudiA6型轿车,每车镁铸件已达14. 2kg今后将增至80kg左右,美国通用和德国皮尔堡生产出了进气歧管镁压铸件,雷诺公司已生产出镁车轮铸件,奥迪公司zui早将镁铸件用于仪表盘骨架,奔驰公司zui早将镁压铸件用于座椅骨架,而方向盘zui早采用镁铸件的是意大利菲亚特公司。1998年,福特公司的P2000车型所用的车轮镁压铸件重3.1kg,比钢板冲压车轮轻5kg左右。现在福特公司有六个铸造厂为其供应镁铸件,一年约12000吨,2004年将会达到45000吨。 

镁是目前工业中应用的zui轻的金属,比钢铁轻3/4。比铝轻1/3,甚至比非金属的塑料还轻1/5。镁合金的比强度和比刚度高,优于钢和铝合金,远高于工程塑料。镁可由海水、盐水及含镁的矿物中提炼出来,资源丰富。汽车上已有60余种零件可采用镁合金压铸件,包括仪表盘骨架、座椅骨架、方向盘、变速箱壳体、离合器外壳、缸盖、进气歧管、车轮、车门框架等。美国福特公司正在研究用镁合金生产缸体,大众在巴西的汽车生产的"甲壳虫"牌轿车,正在试用镁合金缸体,化工专家也正在开发适用于镁缸体的冷却剂。 

汽车铝、镁铸件在汽车上应用的增加,使汽车减重,从而减少油耗和排放的作用是显而见的。此外,由于旋转质量的减少(如,车轮用铝铸件代替钢材,用镁铸件代替铝铸件),还明显有利于改善汽车的加速和减速性能。减重也有助于质量的优化分布,从而改善汽车的驾驶性和安全性,如减少车体前部的重量(如将前置发动机的缸体由铸铁件改为铸铝 件),则使轿车更易于驾驶;而减少上部的质量(如将仪表盘骨架、方向盘由钢件改为镁铸件),则由于轿车整车重心的降低而使汽车行驶更加稳定、安全。镁铸件做成的仪表盘骨架、方向盘及座椅骨架等结构件,由于有良好塑性、能量吸收性和冲击抗力,可防止在碰撞的情况下,发生脆性断裂,从而大大提高汽车的安全性能。镁合金的优良的吸震性能,使采用镁铸件的汽车大大改善了减震和降噪。 

总之,铝、镁铸件在汽车上的应用,前景广阔。 

(2)我国汽车铝、镁铸造业

与老牌汽车工业国相比,我国的汽车铝、镁铸造业则是方兴未艾-汽车铝铸造业起步时间不长,正在长足发展,汽车镁铸造业则刚刚兴起,发展潜力巨大。国内生产铝车轮铸件的已有几个厂家,而用金属型重力铸造、低压铸造等方法生产缸盖等铝铸件的也有好几家。但一些中外合资企业所生产的发动机,至今尚有相当一部分铝铸件(如缸盖等),仍然是进口的。不过,有些已开始国产化,有些正在准备国产化,甚至轿车发动机铝缸体也已开始国产化-2000年11月,广州东风本田发动机公司,建成了年产10万件大型铸件的铝压铸车间,用2500吨压铸机成功生产出本田发动机铝缸体。轿车变速箱外壳多为铝压铸件。上海乾通汽车附件制造公司在我国率产出了轿车镁合金变速箱外壳压铸件。目前,已有几家汽车铸造厂开始汽车镁铸件的前期开发工作。 

尽管我国汽车铝铸造已有一定基础,但还应大力提高企业的管理水平和员工素质,以进一步提高汽车铝铸件质量的一致性和稳定性。应注意提高净化、精炼、细化、变质等材质质量控制技术,熔体实时测温与控温技术,熔体成份快速检测与调整、控制技术,以进一步提高铝合金铸件的材质质量。应实施对压铸过程的工艺参数的实时监控、跟踪测试和自动反馈,以提高铝压铸的工艺水平。在已经开展铝缸盖等铸件充填成形与凝固过程计算机模拟仿真分析与铸件工艺优化的同时还应开展铸造生产过程的仿真优化。这样不仅使铸件工艺进一步优化,也优化了铸造企业的工艺流程,使企业效益和效率进一步提高。铝合金半固态铸造法在发达国家发展很快,已经在汽车铝铸件上应用,我们基本上处在实验室阶段,应加速这一很有发展前途技术在我国的产业化进程。还应注意扩大废旧铝件、铝料的回收利用,生产再生铝比生产原生铝能耗费用可节省90%-95%,扩大回收利用,无疑是降低铝铸造厂生产成本,充分利用不着资源的有效措施。另外,还应提高机加工能力,使铝铸件毛坯经加工后,成为汽车零件,提高附加值,这是提高企业效益的又一途径。 

由于汽车镁铸造在我国几乎从零开始,所以,现在不像铸铁、铸铝那样,尚没有专业化的组织从事汽车镁铸造的开发、研究,因此,欲采用镁铸件的汽车制造厂家,几乎不了解如何进行镁结构件的设计,而欲生产汽车镁铸件的铸造厂家,也没有如何生产镁铸件的实践知识和经验,所以,普遍地对现有条件下设计与铸造镁铸件的兴趣有限。只有环保法规(汽车尾气排放法规)的严格要求和燃油税的开征,才能加速镁铸件在中国汽车上的广泛应用,当然,一部分进口件国产化时,如果原厂家坚持要求必须用镁铸件,不得选用铝铸件时,也是我国汽车采用镁铸件的动力之一。 

我国的汽车镁铸造应用研究与开发工作,应利用信息技术的有利条件,从创建镁合金的热物理和机械性能数据库开始,还要包括汽车镁结构件的寿命、设计、试验等方面的数据库,要加速镁合金汽车压铸件关键技术的研究,镁合金压铸设备的研制,镁合金铸造工艺的优化与检测、控制技术的研究等,这些研究与开发工作,应把原镁生产企业、汽车镁铸造企业及镁压铸设备制造商等联合起来,并实行"产-学-研"结合,在一些领域还可以搞中外合作,从而加速把我国汽车镁铸造业搞上去,尽快把我国的镁资源优势变成镁铸造优势。 

我国镁资源丰富,原镁产量居世界首位,由于国内应用开发滞后,所以我国生产的原镁的80%以上做为初级原料产品出口(甚至遭到进口国的反倾销制裁)。我国的原镁价格很低,这是我国汽车镁铸造业发展的有利条件。镁的化学活性高,易发生电解腐蚀和微电池腐蚀,因此,应严格控制镁合金中杂质和夹杂物含量,以提高镁铸件的耐蚀性。镁在液态时,会剧烈氧化和燃烧,需加以屏蔽、保护。目前,正在开发的阻燃镁合金,也是防止镁合金液化、燃烧的有效途径。镁铸件多采用压铸工艺,根据其壁厚,可分别采用热室压铸或冷室压铸。真空压铸、充氧压铸则有助于提高镁压铸件质量。铝合金的半固态触变铸造在发达国家已商业化,但对镁合金尚无现成设备。触变注射成形技术则是压铸与注塑工艺的复合,无需预制特殊的锭料,很适于镁合金的半固态成形。 

4.对加速我国汽车铝、镁铸造业发展的思考 

(1)关于大环境、大背景

    汽车业做为一种典型的跨国产业,受大环境、大背景的影响较大是不言而喻的。目前这种大环境、大背景的主要特点就是市场化、化、信息化和知识化。

1)市场化

九十年代以来,市场化愈来愈明显,过去实行计划经济的国家纷纷转入市场经济。我国的汽车工业,多年来一直是计划典范,受政府的保护也较多。而汽车铸造业基本是汽车主机厂的一部分,更没有进入市场。随着国企改革的深入,汽车铸造业也必须顺应市场化的大趋势,加速从计划经济转轨出来,驶入市场经济的轨道,把市场化做为我们汽车铸造业振兴的机遇,充分利用市场机制对生产力的推动作用和资源优化配置作用,加速发展,不断提高竞争力。在过去计划经济时,靠政府定价,铸件做为初级产品,附加值有限,而政府定价主要是着力于主机产品,主机厂把毛坯(铸件)的厂内计划价定得很低,改革开放价格放开后,至今改变不大的一个主要原因是汽车铸造迟迟未进入市场。因此,汽车铸造企业一定要进入市场,成为自负盈亏的市场竞争的主体,否则不仅无法参与竞争,就是同国内的民营企业也无力竞争。

2)化

在市场化的同时,经济化的风暴席卷世界,汽车业更是首当其冲。做为国企的中国汽车业,在艰难进行从计划经济向市场经济转轨的同时,又不得不与接轨。又转轨,又接轨,难上加难,但必须接轨。只有与接轨,我们才能在经济化的过程中,不至于被淘汰,才能有机会参与化的角逐、合作和专业分工。正如有人分析这种经济化也是世界范围产业结构大规模调整的表现-"一方面是发达国家之间产业的水平分工和流动,完成以高新技术和高附加值为主导的产业升级,另一方面是传统产业和高新技术产业中劳动密集型生产环节、生产车间甚至整个工厂以及同类性质的服务业,从发达国家向条件适合的工资较低的发展中国家垂直转移。而铸造业作为传统产业和劳动密集型产业,势必会由于中国加入WTO而溶入经济化这一潮流之中,并因此而享受发达国家铸造产品进出口关税的zui惠国待遇,从而更加有利于中国铸造产品的出口。而随着铸件出口的不断扩大,我们就可以在已进入其汽车售后服务配件市场的基础上,进入其汽车OEM件市场;就可以在已进入其一般汽车铸件市场的基础上,进入复杂的高附加值汽车铸件市场和经过机械加工的汽车零件市场。

 3)信息化

信息化不仅为经济化创造了有利条件,而且又加速了市场化和经济化的进程,使我们的国有企业,在转入市场经济轨道又与接轨的同时,立即加速行驶,驶入快车道,这对历史包袱沉重的国企无疑是更严峻的挑战。但市场经济是"快鱼吃慢鱼",挑战面前,我们只能加速提高自己,在信息化的有利大环境中,用信息技术使我们铸造这一传统产业力争实现跨越式的发展。

4)知识化

如果说,信息化为我们实现跨越式的快速发展创造了条件,那么,知识化则会使我们获得知识驱动而实现传统产业高新技术化。现今,知识已经成为竞争力的重要因素,技术创新是汽车铸造业发展的强大推动力,我们汽车铸造业必须坚持技术和管理不断更新,走高新技术化之路,才能应对经济化带来的愈来愈激烈的国内外市场的竞争,才能在竞争中实现新的发展。 

(2)关于汽车铸造企业

在市场化、化、信息化、知识化的大环境、大背景下,我们的汽车铸造企业必须加速企业的组织结构、产品结构、技术结构和市场结构等的调整。

1)组织结构调整

铸造的发展,并不完全依赖技术进步,企业的组织和制度创新,可有效的解决制约发展的机制和制度层面的问题。企业不在于大,不在于全,而在于精,在于对市场的响应能力,在于盈利能力。要进一步提高铸造企业的专业化水平,同一个企业不要什么都做,汽车是大量流水生产方式的产业,汽车铸件的同一品种的批量很大。因此,同一个铸造企业要尽力生产相同材质的、铸件大小和壁厚相近的、复杂程度差不多的同系列铸件,这样可使批量进一步增大,提高规模效益,同时使原材料、生产过程的管理难度减小,质量保证能力提高,企业的效率和效益水平也相应提高。随着企业股份制改造,多种资本的融入,必将使铸造企业的组织机构更为优化。通过组织结构调整,有利于管理过程优化和资源配置优化,促进创新机制的形成,有利于人力资源的开发,有利于创新的发挥,从而加速企业的整体优化。 

2)产品结构调整

应提高复杂铸件、高技术含量、高附加值铸件的比例,使企业效益提高。应发展铸件毛坯的深加工,使铸件经机械加工后成为汽车零件产品,从而提高附加值。应着力于发展本企业的拳头产品,力争成为产品,为企业增加无形资产。在搞好铸件实物产品结构调整的同时,还应提高售后服务水平,要把服务看成是产品的一部分,服务也是一种产品。要把质量的观念从铸件实物的各种指标扩展为用户的满意度-这是包括实物质量、服务质量、价格和交货期的综合体现。一般认为我国的铸件价格具有市竞争力,因为我们的劳务成本低的优势大打折扣,但这方面的潜力要挖掘。随着原材料厂家装备的改善,质量水平的稳定提高,随着劳动报酬和社会保障水平的改善,随着环保投入的增加等等,我们铸件价格低的竞争力必将爱到影响,在产品结构调整过程中不可忽视这些问题。

3)技术结构调整

要用高新技术改造传统的铸造技术,吸纳各种适用的先进技术来提高汽车铸造企业的竞争实力,更有效的利用资源、节约能源、节约原材料,对环境友善。诸如,采用、节能的熔炼设备,采用清洁、环保型的精炼技术,发展可回收技术,充分利用废铸件、废料。在铝、镁铸件的新品开发和试制阶段,要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、快速样件试制技术和快速模具制造技术等,要建立企业的管理信息系统,采用ERP等先进的管理技术……,使我们的汽车铝、镁铸造企业成为、柔性、洁净,不断提高市场争力的现代企业。

4)市场结构调整

国外大的汽车制造公司愈来愈倾向于外购铸件,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。我们尚处于经济的转型期,自给自足,只为主机厂生产铸件的厂家仍然不少。因此,必须加速市场结构调整,汽车铸造企业不能再依附于大汽车厂,要面向市场需求,成为独立的商品铸件制造商、供应商,不仅面向国内市场,而且面向市场。目前,我国的汽车铝、镁铸件的市场覆盖面过窄,据不完全统计,2000年我国汽车铝铸件约10万吨(本文所谈汽车铸件,未包括每年200多万台的农用车,1000多万台的摩托车和大量的售后服务用汽车配件所需的铸件),2000年我国汽车镁铸件的产量就更少得可怜。随着汽车轻量化,随着轿车销量的不断扩大,随着出口汽车零部件(包括汽车铸件)的增加,随着市场结构的调整,我国汽车铝、镁铸件的产销量必将大幅度提高。  

(3)关于汽车铝、镁铸件

汽车铸件企业的结构,一方面是在市场化、化、信息化、知识化的大环境、大背景下,企业能得以生存和提升竞争力所必须的,另一方面也是使企业能更好地生产出当今汽车节能、环保、舒适、安全所需求的高水平的铝、镁汽车铸件。这类高水平的汽车铝、镁铸件的特点,可以概括为轻量化、化、强韧化和复合化。

轻量化的实现,首先是轻质材料取代较重的材料,因此汽车上的铸铁件,部分钢件正越来越被较轻的铝、镁铸件所取代,镁铸件还取代部分铝铸件,甚至个别塑料件,因为镁更轻。轻量化实现的另一途径就是减少铸件的壁厚,国外汽车铝铸件壁厚通常2.5-3.5mm,zui薄处可达1mm,而用触变注射成形法生产的镁铸件壁厚可达0.5mm。轻量化铝铸件,尤其镁铸件的开发,是我们汽车铸造业的薄弱环节。目前采用跟踪发展的办法-因为轿车基本是外国品牌的,外国用铝铸件,我们就用铝铸件,他们用镁,我们亦用镁铸件,逐渐过渡到联合开发和自主开发。对于我们来说,铝、镁铸件,尤其是镁铸件的开发,不仅是铸件产品结构、性能、功能的开发,而且涉及镁铸件所需的相应的新的原、辅材料的开发,模具与设备、检测仪器的开发等。

化不仅是为了保证薄壁铸件的实现,而且也是使铝、镁铸件尽可能接近或达到产品的zui终形状和尺寸要求,从而减少机械加工的费用。为此,要一改串行的新产品生产准备流程,从新产品开发阶段就融入铸造工艺的考虑,并采用CAE优化铸造工工艺,再将带有铸造工艺的CAD的三维数据直接做为CAM数控加工的依据,以确保模具的精度,从面保证铸件的化。

强韧化是对铸件材质的要求,没有强韧化,薄壁的铸件怎能保证使用性能,怎能保证汽车的安全!习惯上,人们对铸件的形状、尺寸的度较重视,但对摸不着、看不见的铸件内在质量-材质的性能,重视不够,尤其对铸件材质性能的实现过程缺乏系统的研究,这是比铸件成形过程更复杂的过程(包括冶金过程),对这一过程的控制则更复杂,不确定因素也较多。原、辅材料的质量、熔炼工艺、铸造工艺、模具温度等都对铸件的内在质量产生影响,应予严格控制。

复合化是从不同角度来说的。大家对铝基增强复合材料较熟悉。对于在铝缸体浇注前,预嵌缸套而实现的复合工艺也较了解。而将多个零件复合为一件(如42个钢件焊接组成的仪表盘骨架经改进设计,复合为一个镁压铸件)也是一种复合化。将传统的单一液态压铸发展为液一固相复合存在的半固态压铸则是压铸合金状态的复合化,而触变注射成形技术则是压铸与注塑工艺的复合化……,这种种复合化的特点,有效地推进了铝、镁汽车铸件的扩大应用。

为了充分发挥铝、镁铸件的特点和优良性能,必须将从产品开发到铸件生产,直至送达用户的整个过程,都纳入全面的质量保证体系之中,这样才能保证生产出用户满意的铝、镁汽车铸件。 

(4)展望-任重道远

在"四化"的大环境、大背景下,为了使我们汽车铝、镁铸造业长期繁荣,我们还应着重搞好四方面的结合:

1)管理和信息技术结合

在充分利用企业的传统资源的同时,真正把信息做为价值的资源充分利用,使企业不仅研(研发)、供、产、销四肢发达,而且神经系统(管理信息系统)健全,使铸造企业内部逐渐形成集成的电子信息化的先进的技术开发环境和现代企业管理环境,从面能够 有效的在企业内部的不同领域之间,平衡有限的资源,也就是说把企业的主要资源(六M:man, machine, metiral, manufacture, money, market)都以信息的形式体现出来,通过信息集成,对各种资源进行周密计划,运用,并争取借鉴和利用合作伙伴和供应商的核心能力,也就是说,对企业的业务和信息流程重组、再造,将合作伙伴、供应商和本企业的信息集成起来,从而增强企业的控制力,提高企业对市场的快速反应能力,实现以的方式、zui快的速度,提升铸造企业的市场竞争力。

2)科学和管理艺术结合

无论从铸造与宏观环境的,还是铸造企业自身的微观远行,这都是一个诸多不确定性因素影响的动态过程,单靠人的经验和管理艺术或固定程序来管理,是不可能对现场的不断变化和市场的变化做出迅速正确的反应的,必须凭藉科学的方法-比如,用虚拟技术对现场过程模拟、优化,以提高对现场的控制水平,比如,采用模糊理论、人工神经网络技术、不确定性管理等现代管理方法,来提高科学决策水平,从而正确的从宏观上把握和科学的在微观上运作这一复杂的不断变化着的铸造大系统。技术的革新也要与相应的企业组织和管理方法的科学变革相结合,才能zui大限度地发挥作用。基于而对事务处理的按顺序逻辑来处理事件的管理方法,不能对无法预料的事件和变化作出快速反应,因此,必须实施变化管理。企业的高层管理者还要根据趋势预测和战略分析,搞好风险管理和战略管理,要追求降低管理成本和不断提高管理效率。

3)专业化和系统集成结合

人们往往对各自领域的深钻较重视,强调高度的专业化,但计划经济时?quot;大而全"、"小而全"的观念仍然影响很大,至今在铸造厂与主机厂的关系方面,在铸造模具制造方面,在技术与管理咨询方面……专业化的程度远远不够。美国的三大汽车公司的汽车设计水平、汽车制造水平都是很高的,但他们不主张零部件都有要自己制造才好,他们从墨西哥的铸造厂订货大量的汽车铸件,欧洲的奔、宝马、大众、菲亚特等公司,日本的丰田公司等也都愈来愈倾向于外购汽车铸件。汽车零部件制造商(包括汽车铸造厂)已经不再是附属于某家汽车公司,而是面向市场的独立供应商。我们在追求这种高度专业化的同时,还要重视各领域之间的和高度集成。由于传统的管理客体主要集中在对物质资源的管理上,并且大多局限于有形物质资源的框架,因而缺乏对管理资源的总体、动态和系统的规划、整合与利用。我们既要搞好企业的各个方面管理,单项的突破也是重要的,但同时更要搞好覆盖企业全部的、全过程的、高度整合、集成的管理,也就是说,系统的、整体的提高比单项突破更重要。这样才能避?quot;一盘散砂",而形成整体的功能。铸造企业在成为独立供应商之后,不要满足于单纯的商品铸件水平,要不断提高附加值。比如,生产镁合金仪表盘骨架的铸造厂,要努力发展成具有精干的汽车零部件产品设计人员,掌握相关的专业技术,有必要的试验检测设施,从而可以完成整个仪表盘总成的一整套工作,也就是从单纯商品铸件走向集成的模块式供货,从而大大提高附加值和铸造企业效益。总这,推进专业化与系统集成方面的有效结合,将会使汽车铝、镁铸造企业不断拓展的空间。 

4)竞争与合作结合

通过技术创新、管理创新,不断提升企业的核心竞争力是不言而喻的。但汽车铸造业是大企业、小企业共同的事业,想垄断是不可能的,各企业之间不只是只有竞争,同时在一些领域也有合作。如美国正在实施的PNGV计划(新一代汽车合作伙伴计划),通用、福特和戴姆勒-克莱斯勒公司,美国的若干国家实验室、一些大学、一些铸造厂工业协会等就能联合起来,共同解决资金、生产资料和技术等问题,来实现新一代汽车对节能、环保等方面的更严格的要求,当然,合作的成果将是共享的。欧洲的为期三年的MADICA项目(Magnesium Die Casting),有44家企业,5所大学及研究所参加,共投资2500余万马克,旨在解决镁及镁合金生产、镁合金压铸生产与加工中的各种关键技术难题,建立起一套完整的镁压铸及加工的技术规范,从面更好地将压铸产品应用于汽车工业之中。我国的方兴未艾的汽车铝、镁铸造业,应引以为鉴,学会在合作中实现资源共享,实现优势互补。更坚持产-学-研结合,重大项目还应藉助政府的支持与组织更大规模的合作,要主动开展汽车厂-铸造厂-原材料供货厂之间多边合作,要扩大中外之间的合作,尤其是在汽车镁铸造领域的合作,在合作中求发展,在竞争中求发展,在竞争与合作的结合中求得新的发展。 

展望日趋激烈的化的市场竞争,深感任重道远。愿我国的汽车铝、镁铸造业在汽车轮子和信息技术的光电轮子的双重驱动下,加速前进,在竞争中去赢得未来。

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