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铸造机械/压铸设备 |
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我国铸锻行业的现状与发展前景 |
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| http://cn.newmaker.com
5/30/2005 11:50:00 AM
佳工机电网
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铸造和锻造是机械工业毛坯的提供者，是机械制造行业的基石，对我国国民经济的发展起着重要的作用，在汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业中，铸锻件都占有较大的比重。各种大小类型的机器，铸锻件一般占整个重量的50～70％。如柴油机中铸锻件的重量占总重的70～90％；汽车工业中关键零件——发动机，如缸体、缸盖、曲轴、缸套、活塞、进气管、排气管等八大件几乎全部由铸锻工艺成形而成，汽车中铸锻件重占39％～48％；在矿冶(钢、铁、有色)、能源(火、水、核电等)、海洋和航空航天等工业的重、大、难装备中铸锻件都占很大的比重和起重要作用。
据我国2020年的经济发展预测，今后我国每年需约10万吨大型铸锻件。其将主要用于18套70万KW的水轮机组和约14个水电站项目的大型铸锻件；大型冷、热轧钢机牌坊和轧辊；800-1200吨的加氢反应器以及670万KW的核电站建设。但目前我国的发电机转子等大型铸锻件每年却需要从韩国、日本和俄罗斯等国进口。
面对全球化，信息化的飞速发展，我国铸锻业面临着巨大的发展机遇，但同时我们应当清醒认识自己的现状及与发达国家的现实差距，把握现代铸锻技术的发展趋势，从而更好的迎接挑战，振兴和发展中国铸锻业，将我国的铸锻业进一步做大作强。
一、我国铸造业的发展现状
1、我国铸造业与国外的主要差距
（1）产量大，厂点多，规模小，经济效益差
我国铸件产量从2001年起连续三年位居世界第一，2001年铸件产量1488万吨，2002年1626万吨，2003年1800万吨，年产值1000亿元以上。生产厂家达2万多个，铸造业的从业人员在120万人以上，平均每家产量在800吨左右。而美国年产铸件1400万吨左右，铸造厂家仅3000多家，平均每家产量在4600吨；钢铁铸件厂家1900家，平均每家产量10000吨/年；有色铸件厂家1100家，平均每年产量为 1200多吨。德国年产铸件440多万吨，铸造厂家1000多家，平均每家年产量在4000吨以上。
（2）我国所生产的铸件等级低、精度差、价格低
目前各企业生产的铸件等级普遍低于国际市场1～2个等级，铸件重量比国外平均高出10％～20％，加工余量大1～3倍以上，废品率高出5%～10%。另外由于工艺相对落后，我国铸件工艺出品率也较低，例如我国铸钢件工艺出品率平均为50％，而国外是普遍达到70％。由于铸件等级偏低，价格也相应偏低。尤其高等级、高质量、高附加值铸件生产能力差。美国等西方发达国家在铁基材料的生产方面已转向高附加值的特种材料，超高性能合金铸钢及高性能及特种铸铁方面，同时铁基材料铸造产量在逐年减少，有色合金铸造产量在逐步增加，如美国从1998～2003年五年间铁基材料铸件生产量减少了7%，相应的非铁合金铸件产量增加3%。
（3）我国铸造技术、铸造设备相对落后
发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、原辅材料已形成商品化系列化供应，生产普遍实现机械化、自动化、智能化(计算机控制、机器人操作)。
铸铁熔炼使用大型、高效、除尘、微机测控、外热送风无炉衬水冷连续作业冲天炉，普遍使用电炉与冲天炉双联熔炼，采用氮气连续脱硫或摇包脱硫使铁液中硫含量达0.01%以下；熔炼合金钢精炼多用AOD、VOD等设备；采用直读光谱仪进行炉前成分控制；采用无损检测技术有效控制铸件质量。
普遍采用液态金属过滤技术，提高铸件性能和成品率，广泛应用合金包芯线处理技术。在球墨铸铁件生产中广泛采用小冒口和无冒口铸造。铸钢件采用保温冒口、保温补贴，工艺出品率由60％提高到80％。在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺，砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统，制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。成功地采用EPC技术大批量生产汽车汽缸体、缸盖等复杂铸件；在工艺设计、模具加工中，采用CAD／CAM／RPM技术；铸造CAE技术已在大多数工厂得到应用，约有50%的铸件其铸造工艺经计算机仿真优化；铸件废品率仅2％～5％；普遍进行ISO9000、IS014000等认证。铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂等飞速发展。
而我国铸造生产技术水平高、装备好的仅限于少数骨干企业，行业整体技术水平落后。具体表现在，模样仍以手工或简单机械进行模具加工；铸造原辅材料生产供应的社会化、专业化、商品化差距大，在品种质量等方面远不能满足新工艺新技术发展的需要；工艺设计多凭个人经验，计算机控制及辅助工艺CAE技术应用少；铸造技术装备等基础条件差；生产过程手工操作比例高，现场工人技术素质低；仅少数大型汽车、内燃机集团铸造厂采用先进的造型制芯工艺，大多铸造企业仍用震压造型机甚至手工造型为主。低压铸造只能生产非铁件；用EPC技术稳定投入生产的仅限于排气管、壳体等铸件，且生产率低下，铸件尺寸精度和表面粗糙度水平低；虽然建成了较完整的铸造行业标准体系，但多数企业被动执行标准，有的企业废品率高达30％以上。
近年开发推广了一些先进熔炼设备，提高了金属液温度和综合质量，冲天炉—电炉双联工艺在一些工厂得以应用； 一些大中型铸造企业开始在熔炼方面用计算机技术控制金属液成分、温度及生产率等。开始引进AOD、VOD等精炼设备和技术，提高了高级合金铸钢的内在质量。 一些铸造厂开始采用直读光谱仪，炉前有效控制了金属液成分，采用超声波等检测方法控制铸件质量；在工艺设计上已开始重视应用铸造工艺仿真软件进行CAE分析。在铸造模具生产上已开始采用CAD、CAM技术。另外高强度薄壁灰铸铁件铸造技术的应用，使最薄壁厚达６mm的缸体、缸盖铸件本体断面硬度差小于HB30，组织均匀致密。
（4）我国铸造行业清洁生产与环境保护意识差，能耗大。
我国多数中小企业根本没有采取环保措施，目前还没有几家企业通过ISO14000认证。在国外，由于环保法制严格，铸造厂都重视环保技术。如电炉排尘有9国规定100～250mg／m3、冲天炉排尘，11国规定100～1000mg／m3，或0.25～1.5kg／t铁液；砂处理排尘，8国规定100～250mg／m3。另据统计，中国制造业铸件生产过程中材料和能源的投入约占产值的55％～70％。每生产1吨合格铸铁件的能耗为550～700kg标煤，国外为300～400kg标煤；生产1t合格铸钢件的能耗为800～1000kg标煤，国外为500～800kg标煤。当前世界上工业发达国家铸造技术的发展在减低能耗，保护环境，减少污染，美国在这方面制定了较为详细的计划，提出到了2020年铸造行业的能耗降低20%的目标。
（5）我国铸造业管理水平相对滞后，规模化、程序化，法制化管理不到位
我国80%的企业还没有通过ISO认证，仍然停留在原有的管理模式上，即使部分企业通过了ISO认证，初步理顺了关系，走上了良性循环的管理道路，在执行贯彻ISO质量管理体系方面还有待于进一步深化。
2、铸造业所面临的形势
近年来，受国际、国内两个市场的拉动，铸造行业异常活跃，铸件市场发展强劲。近几年来，在重点行业的拉动下，铸件产量急剧增加，1999年以来连续五年每年以15%以上的速度增长。2003年虽然铸造行业遭到历史上原材料涨价风暴的打击，但铸件产量和铸件出口量基本上仍能保持平稳高速增长。
纵观国际市场，每年全世界铸件总需求量在8000万吨左右，各国生产的铸件绝大部分为自产自用，只有2000万吨铸件在世界铸件市场流通。一方面发达国家每年要从发展中国家采购大量低附加值铸件，同时又向发展中国家出口部分高附加值复杂铸件。目前发达国家进口铸件占到世界铸件流通量的80%以上。仅日本每年铸件产量缺口在200万吨以上，采购的地域主要是中国、印度、韩国和台湾。近几年来台湾、韩国也在削减铸件产量，来中国大陆采购铸件。其它发达国家铸件需求量也在扩大，如美国、英国、澳大利亚、加拿大、荷兰、西班牙等国客商也纷纷来我国采购铸件。我国铸件产量在满足国内市场的同时，铸件出口市场也越来越大，铸件出口量每年在以20%以上的速度增长，而且近年增幅越来越大。专家一致预测我国铸造业今后几年还仍保持快速发展期。
3、我国铸造业的发展方向
（1）加强产业结构调整与优化，形成合理的经济规模
要以产权、所有制调整为契机,切实调整和优化产业结构,形成以产品专业化为重点的经济规模。有实力的铸造企业根据市场经济规律,通过兼并、重组、联合等形式达到具有竞争力的经济规模。小企业则走“专、精、特”的路子,组建成人员精干、运转灵活、应变能力强的专业化小型铸造厂,通过合作和建立企业网络,与大型企业集团建立伙伴协作关系,优势互补,提高社会生产化水平,形成自己的竞争优势。
（2）加强技术进步，提高技术创新能力
要尽快建立和完善以企业为主体的技术创新体系,加快企业技术创新能力建设,大、中型铸造企业都要建立企业技术中心;积极推动产、学、研联合开发工程;逐步加大企业技术创新投入,着力开发计算机辅助设计、辅助制造、辅助工艺管理、计算机集成制造系统、计算机模拟仿真技术、敏捷制造技术、快速响应制造技术、精密制造技术等高新技术以及新材料、新工艺在铸造生产中的应用,用高新技术改造提升铸造企业,促进企业技术升级。
（3）采用先进铸造技术与装备，提高铸件品质
企业应根据产品品质要求,采用适合企业条件的先进、成熟、适用的工艺技术与装备。要通过优化铸造生产技术结构,不断提高铸件产品档次和品质。企业在加强生产管理的同时,要加强产品品质管理,强化品质意识,建立和完善品质保证体系,完善检测手段,及时修订企业产品品质标准,按国际认定的品质标准组织生产,增加企业的竞争力。
（4）开展绿色铸造技术，提高清洁化生产水平
铸造企业要从可持续发展的战略高度出发,重视铸造的清洁化生产。通过行业结构调整,关停污染严重的铸造厂点,积极推广铸造环保新技术、新材料和装备;企业要创造条件,贯彻ISO14000环境管理体系标准,并尽快通过认证,以取得参与市场的竞争权。
（5）开拓市场，提高经贸意识和国际化经营水平
面对激烈的国外市场竞争,要求企业具有较高的市场开拓能力。企业要提高经贸意识,熟悉世贸组织规则,运用世贸反倾销法和中国相关法律法规,增强自我保护能力。要在保证品质的前提下,努力降低生产成本,提高产品竞争力。
（6）实施人才战略，营造优良用人机制
铸造企业必须实施人才战略，以人为本。制定吸引、稳定科技人才政策，创造条件吸引科技人才到企业工作；要加强人才队伍建设，造就一大批科技创新、经营管理的复合型人才队伍；要加强全员职能培训，全面提升职工技能素质。
二、我国锻压行业的现状及发展
近年来，在机械行业迅速发展的拉动下，我国锻造行业的装备，工艺和技术取得了长足进步。据统计，全世界8 000吨以上的水压机总共20台，我国就有大型自由锻造水压机4台。就大型锻钢件生产能力而言，水压机能力过剩，但是作为锻造行业占主要位置的热模锻设备（包括其他各种成形设备）整体构成与国外先进水平相比，差距很大。 我国3万台锻造设备中，自由锻锤占80％，模锻设备占12％。从锻造设备的构成状态来看，相当多的锻件是由蒸空锤和摩擦压力机生产的，锻造工艺水平低，锻件质量不稳定，废品率2％～3％，尺寸精度和表面质量差，能耗高、污染严重。总体上看，我国的制造技术水平与发达国家的差距还很大。
锻造行业未来发展趋势如下：重点发展精密净形成形，发展少无切削技术；塑性加工的智能化；铸锻复合成形技术；液压成形技术；新材料精密成形工艺。
我国锻压行业应采取以下对策：大力发展各种热模锻及冷温锻精密成形技术；加强新产品开发能力，推广CAD、CAE、CAM技术在锻造生产中的应用；开展大型锻件成形工艺研究；积极发展楔横轧、辗环、摆辗等特种成形技术；引进先进技术紧密跟踪国际锻压技术的最新动态；重视和培养人才。
三、我国船用曲轴锻件的生产现状与发展
1、国外大、中型柴油机曲轴生产技术的发展
在发展造船工业的同时优先发展以船舶铸锻件产品为主导的船舶配套业，日本、韩国的船舶铸锻件产品的国产化配套率已达90％，而且其船舶配套件生产厂家大多已发展成为其国内乃至全球举足轻重的大型重工集团企业。在国外，中、高速柴油机曲轴基本上全部采用全纤维镦锻法成形，专业化生产，计算机控制，工艺技术CAE化。现已有２１套镦锻装置（RR和早期的TR镦锻装置）分别被德国、南斯拉夫、意大利、西班牙、捷克、日本等国的１８家企业所采用，用来锻造主轴颈为90～600mm，100～610mm,180～1500mm 的曲轴。镦锻装置采用计算机控制，操作控制准确、稳定，偏差范围小，工件范成性好。大部分发达国家，不但锻曲轴的镦锻装置自动化，连水压机也实行自动控制。现在，一种被称为新“TR”法的技术，更有利于拐颊上模型充满，在中间上部叉形弯曲模具突出一段行程，以便实行预锻，将支撑座分开，使之镦粗以后移开砧座，不需再提起锻件，这就使操作变得简单易行了。
低速机半组合曲轴：国外曲拐锻造历经百年已日臻完善。目前低速机半组合曲轴的曲拐毛坯的生产主要是弯锻法,占世界产量的85%以上,在个别种类曲拐毛坯生产是块锻法, 占世界产量的13%;模锻法实际生产中几乎不用。80年代以来，美国、德国、日本、俄罗斯等国均开展了塑性成形的工艺技术优化研究，取得了良好的效果。韩国造船业起步之初与我国情况大致相同，由于韩国高度重视曲轴等关键配套设备的研制生产，并果断上马曲轴项目，目前已形成曲轴从炼钢到曲轴成品的综合生产能力，不仅满足了本国大型船用曲轴需要，彻底摆脱了受制于日本和欧洲的境况，而且实现了曲轴出口。
2、国内大型柴油机曲轴生产技术的发展
车、船主机曲轴生产工艺技术是制约车、船柴油机研制与生产进程的重要因素，其工艺过程复杂，范成性差，费用大。目前，我国车、船用中速柴油机、高速大马力柴油机曲轴，依然靠进口。主要问题是：材料冶金质量不高，锻件内部缺陷锻合情况不良；锻件范成性差，质量可靠性差；曲轴锻件余量、公差大，“缺角塌肩”严重；晶粒粗大，寿命低，成本高。军用型号柴油机曲轴锻件材质特殊，机械性能要求高，成形工艺的稳定可靠性是影响锻件毛坯质量最为关键的因素。
一般说来，舰船柴油机整体曲轴多采用在水压机上利用专用装置镦锻而成，小型曲轴则模锻或自由锻。在曲轴塑性成形中，首推全纤维整体镦锻曲轴，它分RR锻造法和TR锻造法两种。镦锻法除它生产率高，可比自由锻节约50％以上的原材料以及劳动条件大大改善外，更重要的是提高了曲轴的机械性能，保证柴油机的安全可靠运行。
在国内，整锻中速柴油机曲轴的有三家，天津重机厂，主要采用RR镦锻法，生产2000～5000马力的机车用柴油机8240型曲轴，生产质量差而不稳定。四川资阳内燃机厂也是引进了RR镦锻装置及技术生产柴油机曲轴，产品涉及内燃机车、船舶、石油机械等行业，共计30余个品种，年生产各类曲轴锻件1000余支，曲拐数2～9拐，重量从520kg～5105kg不等。船舶重工武汉重型铸锻有限公司上世纪八十年代引进了TR装置和技术，因受设备的限制，勉强装于4500吨水压机上，试制了12PC2－5V，L－V型PA6280，L－V型20/27， 12V230，12V280，6ATL255－8T23L,7FDL－16的中速柴油机曲轴，未进行批量生产。国内虽已采用镦锻法，但自引进TR技术二十年以来，从未对该项技术进行过系统的、规律性的研究，也未批量生产过，至今仍停留在国外50～70年代的水平上。
到2015年我国的造船能力应达到3000万吨，船用低速柴油机应达到855万马力。将这些主机全部折算为６缸的70机（缸径700ｍｍ，单缸功率约3000马力，单机功率约18000马力，每个曲拐零件重13.6吨，锻件约重26吨），则到2015年，就需要480台主机，也就是年需要曲轴480根，即年需曲拐锻件2680个，再加10％的毛坯备份量，每年需要曲拐锻件约2900个，锻件总重约7.5万吨。
目前，我国的低速机年生产能力约100万马力，且曲轴全部依赖进口。随着造船产量的激增，大型船用曲轴价格越涨越高，交货期也越拖越长，中国造船业常常“望轴兴叹”，只能尴尬地接受“船等机、机等轴”受制于人的境遇。业内人士指出，如果按目前中国每年承接的造船订单约100艘计算，那么用在曲轴购买上的钱，因为涨价因素每年就要多支出数千万美元。20多年来，由于低速柴油机曲轴一直依赖进口，致使中国虽然能造出世界一流的的船舶，却被“一根曲轴”滞缓了前进的步伐。随着中国造船业迅猛发展，曲轴国产化已成为必须迈过的一道坎。
可喜的是我国已全面启动船用大型柴油机曲轴生产项目。曲轴生产基地落户上海、青岛。对更有力地打破国外垄断、优化民族产业，真正实现造船业自主配套、降低造船成本、缩短生产周期、提高效益，实现民族造船业健康持续发展也具有重大意义。
目前，上重与十二所正在进行曲拐毛坯生产工艺的研究，首次使用了塑性成形仿真技术，将计算机仿真分析和实践经验相结合，开展成形工艺技术的优化设计，很快就锻出我国第一根合格的曲轴毛坯。
四、结语
近年来，随着我国制造业的迅速发展，铸锻业面临着巨大的发展机遇，具有良好的发展前景，但与发达的国家相比我国铸锻业还存在着技术落后、设备陈旧、管理水平低下，能源消耗大等问题，因而，我们铸锻行业需要进一步在材料应用、产品开发、质量管理与工艺研究等方面开展工作，开发精确成形技术、发展计算机应用技术，把握铸锻技术发展趋势、实施可持续发展战略，进一步促进我国铸锻业发展。
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