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    《鑄造行業“十三五”技術發展規劃綱要》——壓鑄篇
    發布日期:2023/5/15 點擊次數:1566 文章作者:
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    “十二五”期間,我國在鑄造技術創新、行業進步等方面取得了顯著成果。2014年我國鑄件總產量達到4620萬噸,較2013年的4450萬噸增長了3.8%,連續15年位居世界鑄件產量第一大國。但是仍未解決我國鑄造行業“大而不強”的問題,一方面在大量出口低端鑄件的同時,仍需要進口大量高端鑄件產品;另一方面在國防和國家重點工程建設急需的重大技術裝備的研發過程中,由于國外技術封鎖,關鍵鑄件常常成為制約相關領域發展的瓶頸。

     

      “十三五”時期是深入實施創新驅動發展戰略,加快建設創新型國家的關鍵時期。對于在裝備制造業中發揮重要作用的鑄造業,是科技提升、產業轉型、提升核心競爭力的重要機遇期。為了清晰認識國際鑄造科技發展大勢,規劃鑄造技術發展方向,根據《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》、《國家“十三五”科學和技術發展規劃》和《中國制造2025》提出的目標和任務,結合我國鑄造行業科技發展實際,編制了《鑄造行業“十三五”技術發展規劃綱要》(以下簡稱《綱要》)。

     

      《綱要》由18個部分組成:鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金、鑄造金屬基復合材料、鑄造耐磨材料、快速鑄造、熔模鑄造、壓鑄、反重力鑄造、擠壓鑄造、消失模鑄造、數值模擬、網絡制造、造型材料、鑄造裝備與檢測技術、環保與安全、汽車鑄件、鑄造標準。其中《綱要》中的13個領域的規劃內容涉及到《中國制造2025》全部五個重大工程,覆蓋了高端裝備創新工程10大領域中的8個領域。

     

      《綱要》結合國內外鑄造技術發展現狀,結合發展熱點問題和中國鑄造技術發展需求,指出了發展目標和發展重點,提出了重點發展的項目及關鍵技術?!毒V要》突出了戰略性和宏觀性,具有針對性和可操作性,可作為中國鑄造行業2016—2020年鑄造技術發展的指南。

     

      第八章著重介紹了壓鑄的技術發展規劃,特此摘錄,供讀者閱讀。

     

      1 國內外發展現狀及發展趨勢

     

      1.1 國內發展現狀及發展趨勢

      壓鑄是鑄造工藝中應用最廣、發展速度最快的金屬熱加工成形工藝方法之一。壓鑄作為一種先進的有色合金精密零部件成形技術,適應了現代制造業中產品復雜化、精密化、輕量化、節能化、綠色化的要求,其產品已遍及汽車、機械、家電、通訊、五金等許多領域。

     

      國內壓鑄從20世紀50年代開始起步,前30年內年增長率超過10%。1990年至今,年均增長15%以上,2012年產量達318萬噸。經過多年的努力,我國已構建起一個完整的壓鑄產業及其配套產業鏈和若干較為發達的壓鑄工業基地,產量世界最大,成為世界壓鑄大國。

     

      1.1.1 壓鑄件合金材料

      壓鑄件合金材料主要以有色金屬及其合金為主,壓鑄鋁合金用量最為突出。我國除傳統壓鑄鋁合金范圍擴大外,還有試驗采用壓鑄新技術以某種變形鋁合金來生產較高力學性能的受力件,以及汽車結構件所需的特殊鋁合金也在國內壓鑄生產中開始采用。壓鑄鎂合金材質和性能的研究進一步深入,對汽車鎂合金壓鑄件的應用開發進一步加大。國際上先進國家對高硅、特種鋁合金、結構件用鋁合金的應用和研究比國內領先較多,鎂合金研究與國內相當。此外,國際上對材料基礎性的研究要較國內更廣泛和深入,成果顯著,國內對此方面投入較小。鋅合金壓鑄件的產量逐漸減少,多屬中小零件。銅合金壓鑄件的產量很少,中小零件較多。黑色金屬及其合金壓鑄件在我國的起步與國外相近,但國內外的發展已較長時期都處于幾近停頓狀態。

     

      1.1.2 壓鑄設備

      汽車工業的高速發展,大型和高端壓鑄件需求增加,推動了國產壓鑄機技術的提高,高壓射速度、較短的建壓時間、實時控制壓射系統、4000 t大型壓鑄機、自動化周邊配套設備和壓鑄單元等陸續推出市場,拉近了與國外先進設備的差距。但國產設備在穩定性、密封元件耐用性、精度重復性等方面與國外先進設備還有較大的差距。大型兩板機占領國內市場,給傳統壓鑄機市場帶來極大沖擊,國內有些廠家已開始兩板機的研制。鎂合金熱室壓鑄機與國外差距較大,目前大多依賴進口。在壓鑄機自動化集成方面國內廠家開始涉足,但配套資源和處理方式上與先進廠家還有不小差距。近年來,國內自主研發了壓鑄與擠鑄兩用的設備,成為國際上創新的新機種。

     

      1.1.3 壓鑄模具

      國內壓鑄模具方面隨著壓鑄專業的突飛猛進,也取得了很大的進步。以發動機缸體、變速箱殼體為代表的精密復雜模具的開發和制造及市場使用,奠定了國內廠家的地位。在模具設計上,模擬分析軟件應用普遍,但缺少的是具有豐富工藝技能和實踐經驗的優秀設計師,模具出口優勢不強。模具加工方法(設備)和手段已逐漸與國際靠攏,差距在縮小,但高精尖加工設備大多依賴進口。模具鋼材料方面還需加緊確立國產材料在行業中的地位。此外,在模具材料熱處理技術、提高模具壽命手段、模具冷卻技術、模具表面處理技術、模具適應自動化和提高生產效率降低故障等問題上,還需加大研發的力度和投入。

     

      1.1.4 壓鑄工藝

      對各種壓鑄合金材料的鑄造性能、物理性能、使用條件等試驗研究比過去有了較大進展,尤其鎂合金的研究更為深入,對受力結構件合金材料的試驗研究加大了投入。壓鑄機控制系統更加完善與易于使用,速度、壓力、時間、位移、溫度、脫模劑、冷卻等參數設置和調整方便和快捷。但與國外相比,設置點(段)位還有差距,澆注、排溢、填充、真空系統的試驗研究不夠。國際上,在壓鑄工藝技術出現了較多新的變化,如局部擠壓工藝技術、點冷和局部超強冷卻、超低速壓鑄、半固態壓鑄、模具表面激光焊接技術等,對行業有較大促進作用。合金材料和壓鑄工藝國家標準已完成編制,但標準的基礎數據試驗研究還不夠充分和詳實。

     

      1.1.5 壓鑄件質量控制和檢測技術

      壓鑄質量控制和檢測技術在越來越多生產企業得到重視,許多企業配備了從材料檢測的光譜分析、密度和密度指數、金相檢驗、力學性能,到產品檢測的X光檢驗、工業CT檢驗、尺寸和光潔度檢測、清潔度檢測、密封檢測、孔隙率檢測的國產或進口儀器和設備,提高了壓鑄專業整體的檢測水平和能力。在壓鑄專業為之服務的配套下游工序如熱處理、拋丸、表面處理和涂覆、浸滲、輔助材料都有了較大的發展和提高。

     

      1.1.6 壓鑄作業的節能與環保

      壓鑄生產過程的能源消耗較大。合金熔化除了用電以外,還有用油、氣或燃料的。目前,國產壓鑄機和熔化爐均有節能效果較好的面市供應。壓鑄生產屬于熱加工作業,防暑降溫很重要。在生產過程中會產生工業污染物,需要加以綜合治理。國內有的壓鑄企業已經采取措施,主要是先從廢氣與煙霧、廢油與廢水的治理做起。

     

      1.2 國外發展現狀及發展趨勢

      國外重點針對汽車輕量化要求,開發新技術生產高品質汽車鋁合金壓鑄件替代鋼鐵材料的零部件。這類壓鑄件突破傳統壓鑄工藝限制,可以進行熱處理和焊接,達到很高延伸率和足夠的強度。典型零件包括減震塔,底盤件,車門框板,副車架,空間支架以及自動變速箱等。對鋁合金壓鑄的材料和工藝研究一直處于較重要的位置,發展較快,市場應用廣泛。國外鋁合金壓鑄件消除內部氣孔,能夠進行T6熱處理和焊接,伸長率可以達到10%以上,拉伸強度可以達到210 MPa以上。國外壓鑄生產效率較高,如汽車四缸缸體壓鑄可達到15萬件/年。高性能壓射系統,實時控制技術以及兩模板合模系統是當前壓鑄設備先進性重要體現。大型壓鑄設備性能穩定,技術成熟。

     

      1.3 國內外的差距

      當前,我國壓鑄業在高端壓鑄裝備、材料性能、鑄件質量、模具開發及設計、智能化程度、生產效率等方面均與國外有較大差距。

     ?。?)企業競爭力不強,技術實力欠缺;

     ?。?)科研項目的投入不夠,課題的設立與當前實際需要不緊密;

     ?。?)先進技術的推廣應用不夠普及;

     ?。?)國產壓鑄設備的參數范圍與精度還有差距。在大型壓鑄機(2000噸以上)的設計制造與國外差距較大,主要體現在設備穩定性和壓射性能等方面。

     

      1.4 問題分析與解決思路

      從上述的差距來看,主要問題大致為:專業技術人員和生產操作人員嚴重缺乏;有關鑄造方面的相關產業沒有組成互相關聯的整體,產業鏈不夠緊密;對于國外的先進技術,國內有能力接受的企業不多。因此,需要大力推行壓鑄生產實現自動化、智能化,創造良好的生產環境。吸引有更多的從業人員,加緊培養專業人才;根據我國的條件與能力,選擇適合的研發項目。

     

      2 發展目標

      總的發展目標——配合《中國制造–2025》,建設壓鑄強國,壓鑄企業要向“高端型、智能型、外向型、服務型”進軍,并涌現一批高端壓鑄設備和壓鑄生產企業。

     ?。?)開展先進壓鑄工藝技術的試驗;

     ?。?)向更高熔點金屬壓鑄邁進;

     ?。?)推進半固態加工技術發展,擴展復合材料的加工;

     ?。?)設立壓鑄操作站。

     

      3 發展重點

      3.1 技術路線

     ?。?)通過實現大項目的成果,作為示范性的可復制的標桿,建立孵化基地;

     ?。?)建立產學設計研發團隊,參與上游客戶產品聯合設計,使之盡可能適應壓鑄工藝性,產品快速成型技術和3D打印技術在產品設計上的應用,薄壁和厚大壁壓鑄件的設計與壓鑄工藝技術開發;

     ?。?)開發鋁合金薄壁結構件的壓鑄成套技術裝備,與汽車工業聯手,由國內自行設計,其后各個環節,先立足國內,必要時由國外進行配套。

     

      3.2 技術研究

      3.2.1 共性技術研究

     ?。?)薄壁結構件設計與壓鑄工藝技術;

     ?。?)與高效率相適應的精密復雜模具制造技術、模具溫度自動控制技術、延長模具壽命等的試驗研究和開發;

     ?。?)填充模擬技術的研究推廣,壓鑄澆口技術、壓鑄參數的優化及選用、缺陷、模具熱狀態分析;

     ?。?)高性能、高可靠和高精度的自動化壓鑄機單元及附屬設備研究和開發,結合多項高端壓鑄技術。

     

      3.2.2 關鍵技術研究

     ?。?)壓鑄工藝基礎技術及特殊壓鑄工藝技術的研究和應用。如真空壓鑄、半固態壓鑄、慢壓射技術、預填充技術、鹽芯技術、結構件壓鑄技術(雙真空)、擠壓鑄造、局部增壓技術等;

     ?。?)壓鑄合金材料和熔煉技術研發。進一步提升有色合金材料的壓鑄性能和使用性能試驗研究,開發新的合金品種,如復合材料、結構件合金材料、高延展性能材料等,提高熔煉設備熱效率的研發及產品應用;

     ?。?)高性能和可靠性自動化壓鑄機及附屬設備研發。高可靠性實時控制壓射系統和參數自動控制調整系統的研發應用,所有附屬配套設備的自動化集成技術應用,適應多種先進工藝技術推廣的壓鑄設備開發;

     ?。?)精密復雜模具制造技術開發。高效冷卻技術,模具材料的改進及開發新的鋼材,模具溫度自動控制技術與裝備,延長模具壽命方法的試驗研究及推廣,模具表面處理技術的研究;

     ?。?)壓鑄模擬技術的研究推廣。如金屬填充、速度、壓力、溫度、凝固、缺陷(氣孔、縮松)、熱狀態分析(模具表面溫度場、溫度梯度);壓鑄參數的優化及選用。

     

      4 重點項目

      為達到“十三五”的發展目標,建議創建的重點項目有:

     ?。?)高檔壓鑄設備——壓鑄機實時控制(數控)壓射系統及全自動化機器人的壓鑄單元;

     ?。?)開發鋁合金薄壁結構件的壓鑄成套技術裝備——與汽車工業聯手實施產、學、研、用相結合;

     ?。?)綠色壓鑄——創建可復制的示范性企業。

      5 政策建議

     ?。?)在環保治理方面,給予適當的扶持政策;

     ?。?)有條件的,可采用合金材料集中熔煉,降低能源消耗及污染物排放,國家應在稅收上適當減免或補貼;

     ?。?)加強對投資大、見效慢的壓鑄專業基礎性技術研究的扶持,可建立產學研機構重點攻關及推廣;

     ?。?)規范行業的統計工作,制止盲目的、無序的統計數據發布。
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