本章对铝合金压铸行业发展进行初步预测:
一、技术趋势
20世纪90年代以后,中国的压铸工业取得了令人惊叹的发展,目前,铝合金压铸工艺已成为汽车用铝合金成形工艺中应用最广泛的工艺之一,在各种汽车成型工艺方法中占49%。
(一)压铸技术的发展
压铸铝合金力学性能的提高往往伴随着铸造工艺性能的降低,压力铸造因其高压快速凝固的特点是这种矛盾在某些方面更加突出,因此一般压铸件难于进行固溶热处理,这就制约了压铸铝合金力学性能的提高,虽然充氧压铸、真空压铸等是提高合金力学性能的有效途径,但广泛采用仍有一定的难度,所以新型压铸铝合金的开发研制一直在进行。
1 3段压射
早期的卧式冷室压铸机的压铸过程只有一个速度押送金属液进入模具,压射速度只有1M—2M/S。采用这种工艺,铸件内部气孔多,组织疏松,不久便改进为2级压射,把压射过程简单地分解为慢速和快速2个阶段,但快速的速度也不过3M/S。后来为了增加压铸件的致密度,在慢速和快速之后增加了一个压力提升的阶段,成为慢压射、快压射和增压3个阶段,这就是经典的3段压射。
2 真空压铸法
真空压铸法与普通压铸法相比有以下特点:(1)气孔率大大降低;(2)真空压铸的铸件硬度高,微观组织细小;(3)真空压铸件的力学性能较高。
近来,真空压铸以抽出型腔中的气体为主,主要有两种形式:(1)从模具中直接抽气;(2)置模具于真空箱中抽气。采用真空压铸时,模具的排气道位置和排气道面积的设计至关重要。排气道存在一个“临界面积”,其与型腔内抽出的气体量、抽气时间及充填时间有关。
3 充氧压铸法
在金属液充型过程中,应使金属液以弥散喷射状态充型。浇道尺寸的大小也对充氧压铸的效果有较大影响,适当的浇道尺寸既可以满足金属液以紊流形式充满铸型,又可以避免金属液温度下降得过快。氧化物的高度弥散分布不会对铸件产生不利影响,反而可提高铸件的硬度,并使热处理后的组织细化。充氧压铸可用于与氧反应的AL、MG及ZN合金。
目前,采用充氧压铸可生产各种铝合金铸件,如:液压变速器壳体、加热器用热交换器、液压传动阀体、计算机用托架等对于需热处理或组焊、要求气密性高和在较高温度下使用的压铸件,充氧压铸具有技术和经济上的优势。
4 半固态压铸技术
半固态压住是在液态金属凝固时进行搅拌,在一定的冷却速度下获得约50%甚至更高固相组分的浆料,然后用浆料进行压铸的技术。
半固态压铸技术目前有两种成形工艺:流变成形工艺和触变成形工艺。前者是将液态金属送入特殊设计的压射成形机筒中,由螺旋装置施加剪切使其冷却成半固态浆料,然后进行压铸。后者是将固态金属粒或碎屑送入螺旋压射成形机中,在加热和受剪切的条件下使金属颗粒变成浆料后压铸成形。
半固态压铸成形工艺的关键是有效制取半固态合金浆料、精确控制固液组分的比例及半固态成形过程自动化控制的研究开发。为实现半固态成形的自动化生产,美国科学家认为需要大力发展以下几种技术:
(1)具有自适性、灵活性的棒料运输;
(2)精密的压铸润滑及维护;
(3)可控的铸件冷却系统;
(4)等离子除气及处理。
5 电磁泵低压铸造
电磁泵低压铸造是一种新崛起的低压铸造工艺,与气体式低压铸造技术相比,在加压方式方面是完全不同的。其采用非接触式的电磁力直接作用于液态金属,大大降低了由于压缩空气不纯及压缩空气中氧的分压过高所带来的氧化和吸气等问题,实现了铝液的平稳输送和充型,可防止由于紊流造成的二次污染。另外电磁泵系统完全采用计算机数字控制,工艺执行非常准确、重复性好,使铝合金铸件在成品率、力学性能、表面质量和金属利用率等方面都具有明显的优势。这项技术随着研究的不断深入,工艺也愈来愈成熟。
(二)压铸设备的发展
压铸机是在压力作用下把熔融金属液压射到模具中冷却成型,开模后得到固体金属铸件的一种工业机械。我们知道,压铸机通常按其压室的工作状态分为热式压铸机和冷式压铸机。热室压铸机的压室浸在保温坩埚内的液态金属中,压射机构安装在保温坩埚的上方;冷室压铸机的压室与保温炉是分开的,压铸时从保温炉中取出金属液注入压室后进行压铸。冷室压铸机按其压室与压射机构的位置区分,将压室和压射位置处于水平位置的称为立式压铸机,立式压铸机中垂直压射并垂直方向开模的称为全立式压铸机。#p#分页标题#e#
从严格意义上说,我国压铸机械行业走过了40年的光辉历程。40年来,我国压铸机械行业随着科学技术和工业生产的进步,尤其是随着汽车、摩托车以及家用电器等工业的发展,获得了极其迅速的发展,并显现出集中化和集群化的趋势。
近年来,随着我国汽车、摩托车、家用电器、电子通讯等行业,特别是汽车工业的迅速发展,带动了我国压铸行业以前所未有的速度向前发展。据相关统计数据显示:
图表 2006—2009年中国压铸机产量
年份 |
冷室压铸机 |
热室压铸机 |
合计 |
2006年 |
1810台 |
2670台 |
4480台 |
2007年 |
1900台 |
2700台 |
4600台 |
2008年 |
1650台 |
2400台 |
4050台 |
2009年 |
1575台 |
2640台 |
4215台 |
自我国加入世贸组织,市场全面开放以后,国内压铸机制造行业受到冲击,形成国内压铸机市场更加激烈竞争的局面。客观来说,我国产压铸机质量性能水平与国外工业先进国家相比差距较大,但是由于压铸件的分布领域较广,从交通能源到家用电器,上天下海到千家万户的日用工业品,无不有压铸件的存在,而这些压铸件市场要求各不相同,这就给国产压铸机市场带来了空间,特别是中、小型压铸机,这个空间有可能还要延续相当长的时间。这就为加速国产压铸机质量、性能的提高,提供了一个有利的时机。中国作为世界机械工业的基础工业的加工基地,特别是压铸件加工基地,无疑给行业带来了良好的机遇,同时也刺激着我国对基础产品的质量提高,要求机械设备的质量、性能同步跟进。
对大型压铸机而言,随着我国汽车工业的发展及外销大型压铸件的需求量日益快速的增长,国产大型压铸机的生产数量实在难以满足其需求,这给大型压铸机的进口创造了良机。而对为数不多的国产大型压铸机而言,在性价比方面尚存一定优势。因此迫切谋求国外先进技术,引进国外先进元器件加速提高自身产品的质量性能已迫在眉睫。同时国外压铸机制造行业看准中国市场的巨大潜力。为了降低成本,扩大市场而寻求合作发展的趋势也愈来愈明显和迫切。这就给双方增进合作、取长补短,带来有利的契机。这就是当前我国压铸机生产和市场的主流。
另外,国内压铸机制造企业近年来像雨后春笋般的发展,所以国产压铸机面临的竞争局面,既有进口压铸机,还有国内数十家企业生产制造的压铸机。进口压铸机处在高质量、高性能和高价位,主要满足国内少部分客户的需求,而市场的绝大部分仍然是国产的压铸机,目前国产压铸机的质量、性能参差较大,价位也高低悬殊,但由于市场容量较大,对质量、性能较差的国产压铸机而言尚有一定的生存空间。因此,对我们而言,既有在质量性能的提高接受进口压铸机的挑战,又有国产压铸机自身的挑战,在不长的时期内将面临优胜劣汰的严峻局面。
面对大好的销售市场和激烈的竞争,未来数年,将是我国压铸产业高速发展的时期。
(三)压铸模具的发展
最早的压铸模模芯材料选用的是铸钢和锻钢等,由于其耐高温冲击性差,所以当时使用寿命也较短。随着科技的发展,压铸模芯材料也发生了重大变化,现都采用高温、高强度的3CR2N8VH13热锻钢作为模芯材料,近年来又采用了进口的8407材料,使模具的使用寿命大大提高,特别是近年国内大部分厂都采用了计算机设计及模拟充填技术,使压铸模生产质量大大提高,生产期大大缩短。
中国模具行业发展迅猛1996年至2004模具产量年平均增长率14%,2003年压铸模当年产值为38亿元。目前,中国国内模具对市场的满足率仅为80%左右,其中以中低档模具为主,大型、复杂的精密模具,在生产技术、模具质量和寿命以及生产能力方面均不能满足国民经济发展的需要,尤其是汽车、摩托车工业以及汽车附件的消耗和配套产品的需求,为压铸件生产提供了一个广阔的市场,压铸铝合金在汽车上的应用也将不断扩大。#p#分页标题#e#
(四)压铸技术方向
压铸业是汽车工业的重要支撑工业之一,一直以来与汽车业的发展密切相关。近年来汽车业的迅速发展带动了压铸市场的急遽扩大,并赋予其广阔的发展前景。而今,随汽车制造技术的发展,压铸件也面临新的技术挑战,压铸行业结构正发生巨大变化。
压铸件的应用范围很广,涉及到相当多的产品领域和工业门类。而在所有这些应用中,若以数量之大、品种之多、要求之严、品质之高以及金属材料用量之大等多方面综合而论,则应首推汽车工业。长期以来,汽车工业位居压铸工业最大市场,近年来我国汽车工业的发展也不断拉动压铸工业进入一个全新发展期。
在今后的压铸技术研究与开发中,铝合金压铸的深化依然会是压铸技术发展的一个主要方向。为了适应市场需求,今后将朝以下方向发展:
1.推广应用新型高强度、高耐磨性的压铸合金,研究可着色的压铸合金以及用于有特殊安全性要求的铸件等方面的新型压铸合金;
2.开发性能稳定、成分易于控制的压铸铝合金;
3.简化合金成分,减少合金牌号,为实现绿色化生产提供基础;
4.进一步完善压铸新工艺(真空压铸、充氧压铸、半固态压铸、挤压铸造等);
5.提高对市场的快速反应能力,推行并行工程(CE)和快速原型制造技术(RPM);
6.开展CAD/CAM/CAE系统的研究与开发
7.开发和应用更多的压铸合金汽车零部件。
二、市场前景
随着经济多年来的持续增长,人们的生活水平也大幅提高。居民以“住行”为主的新一轮消费结构升级开始启动。按全面小康社会的要求,百户城镇居民汽车拥有量为40%左右,按此目标汽车工业尚需持续发展10—20余年;2020年城镇化率将达到60%,城镇人口将增加3亿,约需住房100亿平方米,加上现在5.6亿城镇居民人均住房由原来25平方米提高到35平方米,约需增建住房56亿平方米,两者共需新建住房156亿平方米,按现在建设速度至少还要15年。为此,中国的“汽车热”“房产热”乃至“经济热”将延续下去,特别是制造业高速发展期将延续更久。社会的进步,人们的需求,决定了市场的走向,这就为压铸产业持续发展提供了最根本的保障。
从全球的经济发展趋势来看,全球经济一体化的趋势势不可挡,产业发展序列的国际分工正在形成。中国的经济水平,特别是拥有千万吨有色金属资源和丰富的劳动力资源以及巨大的市场,决定中国在国际产业分工中处于产品制造的大国位置,因此,我国将在很长期间将承担国际有色金属铸件及其制品的生产制造任务,世界有色金属铸件生产的中心向中国转移已成必然趋势。
压铸件产品的增长取决于其应用领域需求的增长。分析认为,我国汽车、通讯设备、电子电器、家电五金、装备制造业等产业的持续快速发展,以及国际压铸产业向中国的转移,为我国的压铸行业带来广阔的市场。
图表2011—2015年我国压铸件行业产量预测
(《2011年中国铝合金压铸行业市场调研报告》P83)
图表2011—2015年我国铝合金压铸行业产量预测
(《2011年中国铝合金压铸行业市场调研报告》P83)
三、竞争趋势
压力铸造自本世纪40年来问世以来,作为一种金属零件接近最后形状尺寸的精密加工工艺,其发展方兴未艾。在铸造设备及其控制、压铸工艺及压铸合金等方面不断取得新的进展的同时,市场需要大量生产复杂薄壁和美观的金属零件,满足当今汽车工业、电子通讯和家用电器、玩具等产业,对压铸件越来越高的要求。但由于压铸件一些固有的问题未得到彻底解决,合金的潜能未得到充分发挥,压铸业还面临进一步提高技术和管理水平以保证逐渐的高质量和低成本的任务。
在压铸件的市场份额中,汽车工业是占有主导地位的,如:美国有超过70%的压铸件用于汽车业;日本占79%;中国有65%的压铸件用于汽车及摩托车。汽车工业有如此巨大的份额,足见其在压铸市场中所占地位的重要。汽车市场的发展,尤其是轿车的发展,对压铸业影响巨大。
技术创新将要成为21世纪企业竞争的焦点,只有将关键的技术掌握在自己手里和采用先进的管理体制,才能提高对动态多变的市场的响应速度,提高企业的竞争能力。在技术层面的竞争主要侧重以下几个方面:
1.加大新材料研发力度,开发具有高强度、耐冲击、耐腐蚀、耐蠕变性能的高性能镁合金,及高韧性、高延展性铝合金,提高材料的工艺性能,开辟压铸件应用的新途径;#p#分页标题#e#
2.科学选择模具材料,应用表面处理技术,提高模具设计水平、加工精度和使用寿命,减少模具维修的时间与费用,提高模具的加工和使用的经济性;
3.在压铸工业设计过程中,广泛采用计算机应用技术,提高工艺设计水平,缩短产品开发周期,提高产品档次;
4.开发真空压铸技术;
5.开发能够满足大型压铸件生产需要的设备和模具制造技术;
6.优化产品结构,提高产品附加值和竞争力。
以下代表着行业竞争的发展方向:
1.大力普及优质、高效、低耗、清洁铸造工艺及设备,积极开发新型铸造设备及其控制系统;
2.加强铝合金及镁合金压铸工艺及相关技术的研究与开发,并借此推动我国汽车零部件制造业的发展;
3.从材料、工艺和设备多方面入手,降低能源消耗,实施绿色压铸;
4.加速应用信息、计算机技术以及压铸新技术改造传统压铸工艺的步伐,提升产品的档次和质量,提高压铸企业快速响应市场的能力及自动化水平。