一、發(fā)展現(xiàn)狀
1、“十一五”以來行業(yè)主要經(jīng)濟、技術指標及進出口情況
鍛造行業(yè):
(1)鍛造行業(yè)的總產(chǎn)量從2006年的384萬噸發(fā)展到2009年的776萬噸,規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量由400多家發(fā)展到450多家,從業(yè)人數(shù)由120000多人壯大到135000多人。
(2)材料利用率:冷、溫鍛件為90%以上,熱精鍛件平均為85%,普通模鍛件平均為75%;自由鍛件平均為68%。國外先進水平普通模鍛件平均為84%。
(3)能源消耗:每噸鍛件綜合能源消耗0.83噸標煤,日本每噸鍛件綜合能耗為0.52噸標煤。
(4)生產(chǎn)率:冷溫鍛件手工操作平均班產(chǎn)為1000-2000件,步進梁機械手自動化操作平均班產(chǎn)5000件。目前絕大多數(shù)企業(yè)還是手工操作。
(5)全員勞動生產(chǎn)率:國內(nèi)52噸/人*年;國外175噸/人*年。
(6)進出口情況:冷鍛汽車傘齒輪等少數(shù)品種己有部分出口美國?傮w上說有出口,但多限于中、低檔產(chǎn)品。有進口,主要是高端機械裝備、高檔次鍛件及其制成品零組件,如汽輪機特大型低壓轉(zhuǎn)子、自由鍛件、F級以上燃氣輪機渦輪盤,高速列車車輪車軸,風電關鍵鍛件等。
(7)精密冷鍛件年產(chǎn)量為20萬噸左右;精密塑性成形工藝由單工位冷鍛成形發(fā)展到多工位冷鍛成形;鍛造溫度由室溫下的冷鍛發(fā)展到溫一冷聯(lián)合成形和熱一冷聯(lián)合成形。
(8)精度指標:冷鍛件外徑誤差≦0. 05mm,內(nèi)徑誤差≦0. 08mm,厚度誤差≦0.15mm
沖壓及飯金行業(yè):
(1)2009年沖壓、鈑金行業(yè)年產(chǎn)值9000多億元,從業(yè)人員達380多萬人,年耗薄鋼板、管/帶材近1億多噸,新購設備費用300多億元,新購沖壓模具費用400多億元。
(2)材料利用率:平均為75%。
(3)全員勞動生產(chǎn)率:轎車單車沖壓、鈑金生產(chǎn)工時約為55.1小時。
2、主要產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)及龍頭企業(yè)
鍛造行業(yè):
重量達百噸以上特大型鍛鋼件的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在幾大重型機械集團公司,如一重、二重、上重、中信重工等,但民營企業(yè)也有萬噸級以上鍛造液壓機,如山東通裕集團。一重、二重年產(chǎn)量均大于15萬噸。單件重量在50噸以上百噸以下大型自由鍛生產(chǎn)企業(yè)有20多家;單件重量在50噸以下大型自由鍛的生產(chǎn)企業(yè)多達120多家。我國精密鍛造(冷、溫鍛)主要產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)在江蘇和浙江兩省,特別是在江蘇有江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司、江蘇飛船股份有限公司,江蘇森威精鍛有限公司三家龍頭企業(yè)(均是民營企業(yè))。這三家企業(yè)在精鍛產(chǎn)品、工藝水平、模具技術和加工設備條件等方面均位居國內(nèi)同行業(yè)前列,是我國先進冷、溫精鍛生產(chǎn)技術的領軍企業(yè)。目前三家龍頭企業(yè)年產(chǎn)各種冷、溫精密鍛件年產(chǎn)能可達8萬噸,產(chǎn)量約占全國冷、溫精鍛件產(chǎn)量的近一半。
國內(nèi)除了其他規(guī)模較小的精鍛企業(yè)外,另有上海納鐵福傳動軸有限公司、德西福格汽車零部件集團等2-3家專業(yè)從事冷/溫精密鍛造外資(獨資)企業(yè)。其裝備水平和自動化程度略高于上述三家國內(nèi)龍頭企業(yè)。
沖壓及飯金行業(yè):
沖壓、飯金行業(yè)服務于汽車、航空航天、軌道交通、船舶、電站設備、摩托車、家電、電工電器(包括集成電路、移動電話、微型計算機等)、容器封頭制造、工程機械、金屬切削機床、輥彎(冷彎)型鋼等行業(yè)。其中汽車沖壓件的銷售額占沖壓行業(yè)總銷售額60%0汽車轎車的沖壓零件數(shù)量占零件總數(shù)量的75%以上,而一架飛機的鈑金、沖壓零件數(shù)量也占零件總數(shù)的50%以上。沖壓、鈑金行業(yè)是一個非常龐大的行業(yè),但由于大部份的企業(yè)隸屬于主機廠,作為分廠或車間存在,專業(yè)化程度低,行業(yè)交流很不活躍。
大型沖壓企業(yè)集中在幾大汽車集團,如上汽、一汽、東風汽車、中國長安汽車、廣州汽車、中國重汽等。飛機制造、軌道交通車輛制造也是鈑金和沖壓集中的行業(yè)。為計算機、手機制造、家用電器等行業(yè)提供飯金生產(chǎn)的企業(yè)多為獨立的鈑金沖壓企業(yè),且多集中在江蘇、浙江、廣東深圳、重慶、河北、長春、安徽、山東等地。
3、“十一五”取得的技術和產(chǎn)品重大突破
“十一五”期間,我國在精密鍛壓技術領域,主要圍繞汽車等重大產(chǎn)品的研制以及跟蹤國際先進成形技術前沿,開展了科技攻關,取得了一系列科技成果。一批先進的精密塑性成形技術在我國得到應用與發(fā)展,在應用基礎技術、關鍵工藝技術、模具技術和裝備技術等方面都積累了一定的基礎,促進了相關領域的技術進步和生產(chǎn)發(fā)展。典型的研究開發(fā)成果有:
(1)中空分流冷鍛成形工藝和閉塞冷鍛造工藝。用于汽車變速箱圓柱直齒輪、錐齒輪及異形件的生產(chǎn),所生產(chǎn)的齒輪鍛件其齒形部分的尺寸精度達IT7級、齒面粗糙度達到Ra0.8~0.2μm,齒形不用滾齒切削加工,只需熱處理便可直接使用。汽車異形精密零件的工作部位僅留 0. 20mm余量/單邊,可直接進行磨削加工。
(2)多工位冷擠壓成形工藝及裝備。用于汽車變速箱復雜軸類件的大批量生產(chǎn),所生產(chǎn)的軸類零件徑向尺寸公差達到士0. 25mm,軸向彎曲偏差≤0. 3mm,表面粗糙度Ra≤1.6μm,只需進行精加工。
(3)多工位溫一冷聯(lián)合成形工藝。用于汽車變速箱倒擋中間齒輪和離合器結合齒系列產(chǎn)品和汽車等速萬向節(jié)殼體零件的生產(chǎn),齒形部分不需切削加工,達到直接裝配使用的要求。
(4)有色金屬流動控制成形冷溫擠壓工藝。用于汽車復雜鋁合金零件的生產(chǎn),實現(xiàn)渦旋盤的一次精密成形,精度達到尺寸公差IT8-9級,表面粗糙度達到Ra1.6μm。
(5)精密復雜冷溫鍛模具技術。掌握了冷溫精鍛件尺寸精度及模具變形控制與補償?shù)年P系。模具生產(chǎn)中可達到的技術指標:齒輪模具型腔精度達到0.005~0.01mm;冷鍛齒輪零件達到7級傳動精度,可替代齒形切削加工;表面粗糙度RZ≤10μm;齒形模總壽命5萬件以上。
隨著我國汽車產(chǎn)量迅速增長,對精密鍛造技術提出巨大需求,上述冷溫鍛技術研究開發(fā)成果在我國精鍛行業(yè)廣泛應用,形成了批量生產(chǎn)能力,其典型產(chǎn)品如:汽車差速器錐齒輪、結合齒輪、倒檔直齒輪、汽車等速萬向節(jié)鐘型殼和三銷槽殼、同步器齒環(huán)等。
在大型精密模鍛件方面,建成了具有國際創(chuàng)新意義的前軸精輥制坯一整體模鍛生產(chǎn)線近20多條等。使得我國汽車關鍵精密鍛件的生產(chǎn)工藝水平、質(zhì)量、經(jīng)濟效益有了較為顯著的提高。
以轎車直錐齒輪為例,采用冷鍛技術和刨齒切削加工的傳統(tǒng)制造技術相比,材料利用率由60%提高到90%以上,齒輪強度和抗彎疲勞壽命分別提高20%和35%,生產(chǎn)效率提高6~8倍。以載重汽車EQ140十字軸鍛件為例,開發(fā)的閉式溫精鍛與普通熱模鍛相比,鍛件的工作部位僅留0. 30mm余量,可直接進行磨削加工;單件用料由1. 7kg減少到1. 15kg,加熱溫度由1240℃降至800℃,通過減少坯料重量和降低加熱溫度而減少電能0. 35kwh/單件以上,其關鍵力學性能扭轉(zhuǎn)疲勞壽命由8萬次增加到23.4萬次。
鍛造余熱淬火工藝得到開發(fā)利用并己大力發(fā)展。大約有20%大批量自動生產(chǎn)的鍛件采用了余熱熱處理工藝。
“十一五”期間約有5%的模鍛企業(yè)開始使用數(shù)字模擬軟件進行工藝優(yōu)化和開發(fā)。大約50%的企業(yè)使用高速銑床開展模具加工。
在大鍛件生產(chǎn)方面有了重大突破。相繼制造完成了CPR1000為代表的二代加反應堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器整套鍛件、AP1000為代表的第三代核島鍛件、百萬千瓦級超超臨界高中壓轉(zhuǎn)子(12%Cr轉(zhuǎn)子鍛件)及超純凈低壓轉(zhuǎn)子鍛件、1100MW核電發(fā)電機轉(zhuǎn)子及核電汽輪機拼焊轉(zhuǎn)子、特大型高Cr支撐輥鍛件、超大硯低速船用柴油機組合式曲軸、重型石化反應器鍛件等重大技術裝備優(yōu)質(zhì)鍛件,其世界級的鍛鋼件制造能力己經(jīng)形成。生產(chǎn)的****卡普蘭超低碳不銹鋼葉片單件凈重40t,采用260t鋼錠生產(chǎn)的水電大軸,鍛件單重150t,產(chǎn)品質(zhì)量達到國外向類產(chǎn)品先進水平。生產(chǎn)的二沖程低速船用柴油機半組合式曲軸獲得丹麥MAN B&W公司和瑞士W. NSD公司的認可。
“十一五’期間,我國建成了360MN立式黑色金屬擠壓機,為我國生產(chǎn)大口徑厚壁無縫鋼管奠定了基礎。當前在建的40OMN到80OMN模鍛壓機以及260MN到600MN多向模鍛壓力機將為我國飛機制造、電力和石油化工領域的發(fā)展奠定了基礎。
“十一五”期間,隨著航空、鐵路車輛領域的發(fā)展,我國鋁擠壓生產(chǎn)得到了發(fā)展。2008年我國鋁擠壓材產(chǎn)量己增加到600萬噸,占鋁材總產(chǎn)量的60%左右,成為鋁型材生產(chǎn)和消費大國,品種已超過10000種,壁板的****寬度為932mm,型材的****斷面積達400cm2,長度達10m-30m,同時可用扁擠壓筒寬展法擠壓寬度為680mm的16孔空心壁板型材,用異形針穿孔法生產(chǎn)無縫異形空心旋翼大梁型材,用自行設計和制造的670mm X 270mm
X 1600mm扁擠壓筒和扁錠、固定擠壓墊片,為高速鐵道和地鐵研制成功軌道車輛用大型鋁合金型材等。我國目前生產(chǎn)的棒材****直徑達∮620mm,管材的規(guī)格范圍為∮5mmX 0. 5mm~∮1200mmX 120mm。
“十一五”期間,我國在鍛壓設備方面也取得了良好的成績?勺灾鞣(wěn)定生產(chǎn)40MN以下離合器式螺旋壓力機,還可生產(chǎn)120MN熱模鍛壓力機組、125kJ以下程控全液壓模鍛錘以及400kJ以下程控液壓對擊錘,同時能夠提供成套汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線。
“十一五”期間,我國沖壓、飯金成形工藝技術也取得了進展,得到了大力的發(fā)展,特別是汽車沖壓生產(chǎn)和大型飯金件生產(chǎn)獲得了重大進步,主要有:
(1)液壓成形技術。液壓拉深成形時拉深力大大增加,減少了回彈;由于板材不是在剛性圓角上進行拉深,而是通過液體間隙的壓力被拉深,因而成形件應力分布均勻,成形件精度很高;成形工序減少,使模具費用降低,成本降低。
(2)管狀內(nèi)高壓成形技術。內(nèi)高壓成形技術是指通過壓力介質(zhì)加工幾何形狀復雜的空心件,零件的成形精度高、重量輕、整體性好,減少了焊縫,可以減少腐蝕;此外,由于冷作硬化還提高了成形零件的剛性,因此,內(nèi)高壓成形具有明顯的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢。
(3)熱成形技術。熱成形技術最早應用于航天、航空等領域。近些年來,為減輕零部件重量,提高車身防撞能力,一些新材料和特種材料開始應用到汽車制造中。高強度汽車板熱沖壓技術主要用于生產(chǎn)轎車車身結構中對強度要求高的部件,如門內(nèi)側梁、柱,底板中央通道、車身縱梁和橫梁、門檻、保險杠等安全防撞件。這些部件的強度級別直接關系轎車的安全性能,尤其是國家提高了對汽車防撞級別的要求,這些部件的強度級別更是
關系到整車的安全星級。
&, nbsp; (4)利用CAD/CAE技術,提高產(chǎn)品的工藝性,減少工序數(shù)量。CAD/CAE技術的發(fā)展,為產(chǎn)品和工藝的并行設計提供了強大的技術平臺。以前蓋外板零件為例,采用方料時材料利用率只有60%左右,而通過模擬和優(yōu)化采用弧形料,材料利用率提高到了80%。
(5)板料多點成形技術。板料多點成形技術是一種柔性加工技術,應用的產(chǎn)品包括欽合金船體外板成形、高速列車流線型車頭覆蓋件成形、薄板三維曲面零件成形、大型建筑結構件成形、飛機蒙皮件以及大型高精度反射器面板等的多點成形,這種成形技術可以省去新產(chǎn)品開發(fā)過程中因模具設計、制造、實驗、修改等復雜程序所耗費的時間和資金,能夠快速、低成本和高質(zhì)量的開發(fā)出新產(chǎn)品。
(6)鈑金沖壓工藝是航空航天制造工程的支柱工藝之一。噴丸成形、強力旋壓,針合金及鋁合金超塑性成形、大型鏡面蒙皮成形等現(xiàn)代先進工藝技術,在航空航天飯金沖壓成形中廣泛應用。鈑金沖壓零件構成了飛機、火箭機體的空氣動力外形,以及尺寸不一、形狀復雜、選材各異、產(chǎn)量不等、品種繁多的各種產(chǎn)品零件。大型飛機有30000~50000個鈑金沖壓件,其中不少零件采用專用設備成形。
4、為重大裝備配套的典型產(chǎn)品取得了較大進展
制造完成了擁有自主知識產(chǎn)權的CPR1000與AP1000核島鍛件;百萬千瓦高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子、超臨界與超超臨界轉(zhuǎn)子(主要為超純低壓和12%Cr轉(zhuǎn)子鍛件)、核電常規(guī)島低壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)子;超大型鍛鋼支承輥與8%Cr新型支承輥鍛件;大型316不銹鋼鍛件;重型石化反應器鍛件等重大技術裝備,并逐漸形成了自主品牌優(yōu)勢。
2008年至今,一重、二重己經(jīng)交付和正在生產(chǎn)的核電設備材料涵蓋CPR1000所有鍛件。第三代大型核電鍛件也實現(xiàn)了單件產(chǎn)品研制的突破。例如:一重研制成功AP1000核電蒸汽發(fā)生器錐形筒體鍛件,二重2009年底率先在世界上成功完成了AP1000鍛造主管道試制件的制造;15000噸液壓機、AP1000錐形筒體等高端產(chǎn)品獲國家科技進步一等獎。
大型鑄鍛件行業(yè)“十一五”科技支撐項目取得豐碩成果,針對超臨界火電機組對大型鍛件國產(chǎn)化的迫切需求,開展的“大型火電機組關鍵鑄鍛件制造技術研究”等項目工作,進行了制造關鍵技術的研究,攻克多項關鍵制造技術,10%Cr型高中壓轉(zhuǎn)子、3. 5%NiCrMoV超純凈低壓轉(zhuǎn)子、9%-12%Cr型汽缸體及燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組高低壓復合轉(zhuǎn)子、12%Cr型汽缸體等產(chǎn)品己成功生產(chǎn)。一重、二重等企業(yè)10%Cr型高中壓轉(zhuǎn)子、3.5%NiCrMoV超純凈低壓轉(zhuǎn)子和9%-12%Cr型汽缸體實現(xiàn)了小批量制造。
“十一五”期間大型模鍛件制造技術有了顯著提高,以大運飛機約1m2鈦合金整體框為代表的模鍛件相繼制造成功,標志著大型模鍛件制造技術上了一個新臺階。“十二五”期間隨著800MN大型模鍛壓機、200MN模鍛壓機的相繼建成投產(chǎn),模鍛件大型化與制造技術會有更大提升。
隨著船舶噸位的巨型化,船用鍛件制造技術進步明顯,90機型與98機型鍛件實現(xiàn)了首件或部分批量制造。
國產(chǎn)高強度大口徑厚壁無縫鋼管己經(jīng)應用于超臨界、超超臨界機組核電站高壓鍋爐和高壓容器。這些鋼管長期在高壓、高溫(25MPa~28MPa/600℃)和腐蝕介質(zhì)的工況下運行,性能要求特殊,質(zhì)量要求高;使用高強度鋼管后發(fā)電效率可提高6.3%,達到44.63%,煤耗降低80g/ kWh,達到275g / kWh, C02排量降低10%以上,發(fā)電水耗降低6%,高強度大口徑厚壁無縫鋼管應用市場具有多規(guī)格、小批量特點。
5、當前行業(yè)發(fā)展過程中存在的主要問題,與國際水平的差距分析
我國精密塑性成形技術的發(fā)展與工業(yè)發(fā)達國家相比還存在較大的差距,從工藝、裝備制造、基礎理論研究和生產(chǎn)管理方面綜合評價,我們的鍛壓行業(yè)總體落后發(fā)達國家15~20年。目前國際先進塑性成形技術向數(shù)字化、精密化、輕量化和高效化以及節(jié)材、節(jié)能和環(huán)保方向發(fā)展;先進塑性成形設備向自動化、柔性化和集成化方向發(fā)展。目前,我國鍛造企業(yè)數(shù)量多,但生產(chǎn)規(guī)模;設備數(shù)量多,但先進設備所占比例小,特別是高精、高效專用設備更少,例如:冷擠壓液壓機、機械壓力機、冷(溫)鍛機械壓力機,高速鐓鍛機、伺服壓力機、高速沖床等等,國產(chǎn)基本上是空白;數(shù)字化設計技術應用不廣,專業(yè)人才力量薄弱等。
面對市場對大型鑄鍛件的旺盛需求,一重、二重、上重等多家大型鑄鍛件生產(chǎn)企業(yè)都明顯準備不足。據(jù)介紹,2007年,中國對300MW以上機組的汽輪機、電機的低壓轉(zhuǎn)子需求約在210根左右,但一重由于生產(chǎn)能力所限,只提供了8根,而二重和上重加起來也不到8根,其余的只能靠進口解決。近年雖然有所好轉(zhuǎn),但總體趨勢未變。而進口的大型鑄鍛件交貨期長,價格一般比國內(nèi)高30%-50%。
我國鍛造行業(yè)單位產(chǎn)值的能耗為工業(yè)發(fā)達國家4倍,單位產(chǎn)值耗鋼量為1.3~1.5倍,沖壓、鈑金企業(yè)的人均產(chǎn)量指標落后10倍,鈑金、沖壓企業(yè)的人均產(chǎn)值也相應落后,從業(yè)人員的工資落后5-10倍。超高強度鋼、高強度鋁合金等新材料成形技術缺乏。強化本領域的應用基礎技術、共性技術、關鍵技術和前沿技術的研發(fā)創(chuàng)新,大力推進技術轉(zhuǎn)移和試驗驗證工作,凝聚和培養(yǎng)一批拔尖人才,是縮小差距并進入國際先進行列的主要途
徑。許多基礎應用技術和關鍵技術需要進一步研究解決,如:
(1)缺乏具有自主知識產(chǎn)權的先進塑性成形技術及裝備。我國先進塑性成形技術與裝各開發(fā)能力弱,缺少具有自主知識產(chǎn)權的先進技術,對國外的技術依賴很大,關鍵產(chǎn)品的制造技術依賴于進口。尤其是新材料塑性成形技術發(fā)展速度緩慢,例如高合金化的難變形合金,鋼錠的開坯難度大,開坯熱加工溫度的允許范圍減為100-1500C,一些難變形合金甚至嚴格限制在70℃范圍,鍛造裝備成形條件己不能勝任,嚴重影響了我國制造業(yè)的市場競爭力,迫切需要提高先進塑性成形技術與裝備的水平。
(2)基于模擬仿真的數(shù)字化成形技術需要進一步深入研究。我國在塑性成形制造過程模擬仿真技術研究方面,特別是在精密成形過程的宏觀模擬技術方面雖己取得重要進展,有關成果在生產(chǎn)實際中得到一定應用,并在國際學術界有一定的影響。但總的來說,我國在制造過程,特別是成形制造過程的模擬研究方面起步較晚,仍需進一步加強在精確模擬和虛擬設計等方面的更深入理論研究,要建立更為準確的多尺度、多學科、多功能、高精度、高效率的物理模型和數(shù)學模型,更深入的進行微觀組織與性能模擬與預測,并在工業(yè)中獲得更好、更廣泛的應用。
(3)物理實驗和基礎理論研究嚴重滯后,需要強化塑性理論、實驗研究。隨著國家研究所體制的改革,從事塑性成形生產(chǎn)理論研究和實驗研究的投入越來越少,這大大限制了行業(yè)的發(fā)展,特別是實驗研究需要進一步加強。
(4)精確量化無損檢測理論和設備落后。我國在對鍛壓零件的無損檢測理論和設備的研究方面投入不足,用于檢測大鍛件的高端無損檢測探頭和設備均是國外進口,很大程度上制約和影響了我國鍛造行業(yè)向精細化方向的發(fā)展。同時,鍛壓零件逐漸向輕量化和凈形化發(fā)展,關鍵鍛壓件的質(zhì)量保證能力尤顯重要。隨著新型材料的不斷涌現(xiàn)和鍛壓件形廓日益復雜,對精確量化無損檢測理論和設備研究提出了新的、更高的要求。
(5)輕型新材料塑性成形制造技術與裝備急需進一步開發(fā)。我國在輕金屬及新材料的精密塑性成形技術研究與開發(fā)方面,與國外發(fā)達國家相比還有較大差距。我國汽車鋁鍛件較少(平均每輛汽車約5公斤),而本田汽車公司每輛汽車使用量達40公斤。
(6)在精密塑性成形技術基礎研究、工業(yè)化應用及產(chǎn)品開發(fā)等領域有待進一步發(fā)展。以鎂合金為例,我國鎂的儲量、產(chǎn)量及出口量均處于世界首位,但由于原鎂生產(chǎn)技術較落后,出口產(chǎn)品絕大多數(shù)是廉價的鎂錠,而軍工生產(chǎn)所需要的高性能鎂合金板材和型材還需要從俄羅斯進口。我國在鋁鎂合金、欽合金等溫精密塑性成形、薄壁件精確塑性成形等方面與美國等工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大差距。
(7)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的先進塑性成形技術與裝備急需研究。安全、環(huán)保、節(jié)能將成為汽車工業(yè)技術發(fā)展的主題。圍繞環(huán)保、輕量化和可回收再利用,汽車零部件材料及其成形技術需要不斷開發(fā),以促進制造技術的發(fā)展。尤其是在材料/零件設計/工藝/裝備一體化技術發(fā)展方面。到2015年,我國汽車工業(yè)總體科技水平與世界先進水平的差距將從目前的15年縮短到7~8年,零部件出口額占汽車產(chǎn)品出口額比例不低于30%,關鍵零部件國內(nèi)自制率不低于50%。汽車行業(yè)的發(fā)展,迫切需要如超高強度鋼熱成形等先進成形技術的發(fā)展,以促進關鍵零部件制造技術的全面提高。
(8)裝備-工藝-模具分離現(xiàn)象嚴重。鍛壓行業(yè)模具壽命低制約著生產(chǎn)效率的提高,我國模鍛模具壽命平均僅為國外先進水平的二分之一,甚至三分之一。主要是模具材料和模具熱處理與國外有較大差距,另外操作不規(guī)范也是原因之一。鍛壓行業(yè)的發(fā)展需要堅持“裝備-工藝-模具”一體化同步發(fā)展的途徑。
(9)缺乏聯(lián)合創(chuàng)新機制使原材料制約了鍛壓技術的發(fā)展。眾所周知,非調(diào)質(zhì)鋼的優(yōu)點是省略熱處理工藝,不僅節(jié)約熱處理能耗,而且沒有“三廢”排放。所以既節(jié)能,又環(huán)保,是綠色產(chǎn)品,為綠色鍛造創(chuàng)造條件,F(xiàn)在推廣應用非調(diào)質(zhì)鋼難的原因主要有兩方面:一是非調(diào)質(zhì)鋼的價格高于調(diào)質(zhì)鋼,鍛造企業(yè)不愿意使用,這是重要原因;二是標準管理上的缺少和不科學,國內(nèi)仍然用調(diào)質(zhì)鋼技術標準來檢查判斷非調(diào)質(zhì)鋼的力學性能。國外非調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展很快,其品種不斷擴大,標準不斷更新,不僅大量用于汽車鍛件,且推廣應用到其他制造業(yè),國外90%以上曲軸和連桿均采用非調(diào)質(zhì)鋼,汽車鍛件中約有30%采用非調(diào)質(zhì)鋼。
(10)新材料研發(fā)有待加強。新材料的發(fā)展水平,已成為衡量一個國家科技發(fā)展水平和國民經(jīng)濟實力的重要標志之一。隨著汽車工業(yè)的進一步發(fā)展,汽車加強了對減重、環(huán)保和新材料的應用,除了設計方法外,采用新材料和新制造技術是汽車減重和環(huán)保的主要途徑。高新技術材料、高性能先進復合材料、高比模、高比強、高性能陶瓷材料及新型功能材料都是未來汽車工業(yè)發(fā)展中必不可少的。
(11)目前實際存在的傳統(tǒng)工業(yè)結構和部門條塊管理模式,不利于鍛壓行業(yè)與原材料制造行業(yè)以及鍛件用戶之間的緊密聯(lián)系、協(xié)同攻關和聯(lián)合創(chuàng)新,迫切需要建立一種新的合作機制,推動建立“材料-設計(產(chǎn)品)-鍛壓(制造技術)-使用(性能)”的一體化研究鏈。
(12)國產(chǎn)通用模鍛設備存在的問題及面臨的形勢。國內(nèi)目前仍以能耗高、效率低的摩擦壓力機、老式模鍛錘為主,大噸位的熱模鍛壓力機、離合器式螺旋壓力機、電動螺旋壓力機、冷(溫)鍛機械壓力機、全自動鍛造線絕大多數(shù)是從國外引進的。特別是冷(溫)鍛機械壓力機,國內(nèi)目前仍處于研發(fā)、試制階段。為實現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的目標,國內(nèi)現(xiàn)有鍛造設備急需更新、改造,提高國內(nèi)熱模鍛壓力機、離合器式螺旋壓力機、電動螺旋壓力機、冷(溫)鍛機械壓力機、特種鍛壓設備以及加熱爐和全自動鍛造線的研發(fā)、制造水平是當務之急。
(13)沖壓、飯金企業(yè)的自動化、信息化水平與國際先進水平差距較大。美國企業(yè)閉環(huán)控制的自動化生產(chǎn)更加安全可靠,便于整條生產(chǎn)線運行的維護。企業(yè)都有自己的工裝模具維護車間,模具上安裝或內(nèi)嵌有各種傳感器,例如檢測沖頭是否穿過板坯的傳感器,檢測板坯是否到達工位。這些傳感器的應用極大的提高了整條生產(chǎn)線的安全可靠性。國內(nèi)多數(shù)企業(yè)使用的設備自動化水平低,精度不高,效率低,而進口國外設備價格過高。應該研發(fā)專業(yè)設備,趕超國外水平。目前需要研發(fā)的設備有:噴涂設備、電鍍替代技術與設備、高精度校平機、折彎機和-高度自動化激光切割機。
(14)加速封頭冷成形的工藝開發(fā)研究。近十年封頭行業(yè)的平均增長在30%-35%,封頭企業(yè)主要在壓力容器的出口方面,受到進口國的監(jiān)控,如美國、歐盟等許可證的要求,即使擁有許可,對材料的指定性要求較高,國內(nèi)材料不能滿足要求,導致進口材料,出口產(chǎn)品的現(xiàn)象,形成貿(mào)易壁壘。封頭有冷成形和熱成形兩種方式,其在設備、工藝、技術、管理上完全不同,高端產(chǎn)品需要采用冷成形方法,企業(yè)轉(zhuǎn)型投資較大,需要國家的政策扶持。冷成形封頭的優(yōu)勢在于:經(jīng)過冷成形后,封頭產(chǎn)品性能更穩(wěn)定、尺寸公差更。ㄓ稍瓉淼10-20mm,達到3-4mm),可以提高機械化和自動化程度。目前國內(nèi)封頭熱成形行業(yè)缺少熱成形模壓設備及配套設備,需要大規(guī)格專用加熱設備、熱處理設備、切割設備;在國外廣泛應用封頭冷成形,產(chǎn)品性能好、精度高,屬于高端產(chǎn)品,封頭冷成形是中國封頭行業(yè)的發(fā)展方向。
(15)企業(yè)管理信息化程度亟待加強。國外先進企業(yè)管理信息系統(tǒng)普遍應用,提高了公司的管理水平和生產(chǎn)效率。企業(yè)都有自己的管理信息系統(tǒng)MRPⅡ,原材料供應商所供應的材料都帶有條形碼,在入庫時,通過掃描,原材料的各種信息自動進入生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫,伴隨著原材料進入加工過程,各個加工環(huán)節(jié)的電腦主機自動將加工信息輸入到數(shù)據(jù)庫,并且這些信息將一直被附帶到最終產(chǎn)品上。
(16)我國鍛壓行業(yè)專業(yè)化水平低,“專、精、特”不足,重復投入、低水平建設現(xiàn)象嚴重,F(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)結構及管理模式,造成企業(yè)只注重近期市場和局部利益。當前的許多新技術僅局限于科研院所研究人員的試驗模擬,同企業(yè)的實際生產(chǎn)結合不力,導致基礎數(shù)據(jù)積累不足或不可靠,需要院校與企業(yè)配合起來使研究成果與現(xiàn)場控制相結合,加快研究成果向產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移,加強基礎研究與批量生產(chǎn)的緊密結合,加速先進技術在產(chǎn)業(yè)環(huán)境下的
推廣應用。
(17)人才隊伍建設不適應技術發(fā)展和技術創(chuàng)新的需要。企業(yè)人才隊伍技術水平與需求差距較大,滿足不了“十二五”技術進步的要求,呼吁企業(yè)加強自身培訓和再教育,院校根據(jù)企業(yè)的需求進行人才的培養(yǎng),在金屬塑性成形專業(yè)領域,培養(yǎng)博士、碩士人才固然必要,但更多的需求是工程技術人員和技師,以及一大批既有一定技術理論又有實際操作技能的技術工人隊伍。鍛壓行業(yè)人才危機和匱乏即體現(xiàn)在各類人才培養(yǎng)比例不當,也體現(xiàn)在鍛壓專業(yè)在人們心中失寵。德國、日本企業(yè)在生產(chǎn)中積累的各種生產(chǎn)訣竅和工藝裝置,可謂是現(xiàn)代先進制造技術和各類技術人才聰明才智的完美結合。中國企業(yè)應當重視企業(yè)文化的建設,加速各類人才的培養(yǎng),培育員工的創(chuàng)新意識,注重企業(yè)知識庫的積累,運用員工的聰明才智逐漸完善企業(yè)的制造技術和工藝設備。
(18)行業(yè)技術標準對行業(yè)技術發(fā)展和生產(chǎn)水平提高具有重要意義,標準的修訂或制定是一項十分重要的基礎工作。相對來說,我國鍛壓行業(yè)工藝基礎研究不足,標準工作和標準的水平跟不上發(fā)展需要,例如汽車行業(yè)鍛件材料的技術標準,己經(jīng)跟不上技術進步的速度,制約了企業(yè)先進技術的推廣和應用。
6、行業(yè)技術發(fā)展趨勢
金屬塑性成形的產(chǎn)品主要集中在運載、能源、化工及國防工業(yè)的各種重大裝備中,往往是重要承力件、關鍵傳動件和安全保障件。例如汽輪機發(fā)電機的轉(zhuǎn)子、葉片、葉輪,航空器起落架、渦輪盤,機車車軸、連桿,載重汽車的前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轎車等速萬向節(jié)、覆蓋件等。在家用電器、計算機、辦公用品和其他民用產(chǎn)品中、電子電器產(chǎn)品中也大量采用各種鍛壓成形件。這些行業(yè)近年來的發(fā)展對金屬塑性成觸技術提出了新的要求和發(fā)
展方向,即精密化、數(shù)字化、高效化、輕量化和低能耗。
精密化趨勢 我國鍛壓生產(chǎn)長期以來處于一種粗放狀態(tài),以能源消耗高、材料利用率低、環(huán)境影響嚴重為主要特點。為適應科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的理念,對精密成形技術提出了更高的要求,如:當前國際造船業(yè)現(xiàn)狀是“船等機(即中、低速柴油發(fā)動機),機等軸(即柴油機曲軸),一軸難求”。說明船用柴油機曲軸制造技術是當今造船業(yè)的核心技術。船用曲軸鍛造成形難度極大,材料利用率低,廢品率高。長期以來國際上只有日本、韓國和西班牙可以提供船用曲軸商品鍛件和成品。其重量達幾十噸的船用曲軸鍛件的料凈比(鍛件重量/成品重量)達到1.2比1,真正實現(xiàn)全纖維近凈成形。而我國船用曲軸鍛件料凈比只能達到1.8比1,曲柄單面加工余量達60~80mm,金屬纖維都被切斷,影響了機械性能。又如:轎車發(fā)動機連桿的重量公差由2.5%降到1.0%,沖壓覆蓋件車身裝配幾何尺寸標準差(6σ)在1990-1993年間,從6mm降到了3mm;1993~1995年又從3mm降到2mm。今天轎車工業(yè)已進入要求實現(xiàn)“近零沖壓”的階段,要求尺寸偏差進一步降到1mm以下,力求實現(xiàn)“亞毫米”公差水平,“近零沖壓技術”是當前企業(yè)關注的焦點。
十字軸、交叉軸、萬向節(jié)行星輪等幾十種轎車精密零件,材料利用率要從40%提高到80%~90%,齒輪精鍛尺寸精度提高到無需機械加工的程度。迅速發(fā)展大量優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、省力的塑性成形新技術,實現(xiàn)工業(yè)界夢寐以求的“凈成形”(無余量的完全零件形狀-Net shape)的奮斗目標是當前的主要發(fā)展方向,尤其是冷溫熱精密成形技術、精密沖裁技術與裝備的進步將成為精密化的核心。
冷鍛成形是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗的先進制造技術,被廣泛地用于汽車零件的大批量生產(chǎn)中。當前國外一臺普通轎車采用的冷鍛件總量40~45kg,其中齒形類零件總量達10kg以上。冷鍛成形的齒輪單件重量可達1kg以上,齒形精度可達IT7級。閉塞冷鍛是在封閉凹模內(nèi)通過一個或兩個沖頭單向或?qū)ο驍D壓金屬一次成形,獲得無飛邊的近凈形精鍛件。一些轎車精密零件如行星齒輪、半軸齒輪、星形套、十字軸等如果采用切削加工方法,不僅材料利用率很低(平均不到40%),而且耗費工時多,生產(chǎn)成本極高。國外采用閉塞鍛造技術生產(chǎn)這些凈形鍛件,省去絕大部分切削加工,制件性能優(yōu)異,成本大幅度降低。冷擠傳動軸花鍵技術,己經(jīng)在輕型載貨車上應用。冷鍛技術成形精度比溫鍛和熱鍛都要高,在精密成形領域有著其獨特的優(yōu)勢。
冷鍛技術在我國的起步雖然不算太晚,但發(fā)展速度與發(fā)達國家有很大的差距。到目前為止,我國生產(chǎn)的轎車上的冷鍛件重量不足15kg,相當于發(fā)達國家的三分之一,開發(fā)潛力很大,加強冷鍛技術開發(fā)與大公稱壓力長行程冷鍛壓力機開發(fā)是實現(xiàn)精密化的有效技術路線。
激光加工隨著光、機電、材料、計算機、控制技術的發(fā)展己經(jīng)逐步發(fā)展成為一項新的加工技術。具有加工對象廣,熱變形及熱影響區(qū)小,加工精度高、節(jié)約能源、非接觸式加工、自動化加工等顯著的優(yōu)點,對提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率、實現(xiàn)加工過程自動化、消除污染、減少材料消耗等的作用愈來愈重要。激光加工系統(tǒng)的應用比例大致如下。激光切割設備約占60%,激光焊接設備約占20%,激光熱處理、熔覆設備約占15%,激光快
速制造等約占5%,主要用于航空零部件及其它高端產(chǎn)品的直接制造等。
數(shù)字化趨勢 近幾年由于市場需求的多樣化,加以機械和控制技術的進步,促使金屬板料無模成形有了新發(fā)展。目前典型的板料無模成形方法有旋壓成形、成形錘漸進成形、多點成形和數(shù)字化漸進成形。汽車覆蓋件的樣件試制數(shù)字化成形是多點成形技術的重要發(fā)展方向,實現(xiàn)汽車覆蓋件的多點成形,將使板料數(shù)字化多點成形技術推進到一個更為廣闊的應用領域。另外,飛機的數(shù)字化制造正日益成為一個緊迫的課題。數(shù)字化漸進成形技術可以直接應用于汽車工業(yè)、航空航天飛行器、醫(yī)療器械等產(chǎn)品的制造上。利用漸進成形的方法相比一次拉伸成形的傳統(tǒng)工藝能加工出曲面更復雜、延伸率更高的成形件。數(shù)字化漸進成形作為一種新的無模、柔性成形新工藝,是一項多學科交叉的工藝技術,它的發(fā)展可推動相關學科尤其是快速成形技術和塑性加工理論的發(fā)展,具有重要的理論意義,初步的工業(yè)應用也顯示出該技術具有廣闊的應用前景和巨大的開發(fā)潛力。
持續(xù)、穩(wěn)定、準時生產(chǎn)出合格產(chǎn)品是企業(yè)的目標,而信息化建設是企業(yè)實現(xiàn)目標的快捷手段,通過數(shù)字化技術實現(xiàn):對生產(chǎn)過程,質(zhì)量狀態(tài)一目了然;引入條碼掃描和無線視頻數(shù)據(jù)采集,可將產(chǎn)品信息快速錄入;快速形成生產(chǎn)管理的各類統(tǒng)計分析報表,提高工作效率;動態(tài)的質(zhì)量分析報表可以準確評估質(zhì)量水平,提高競爭能力,對管理決策進行數(shù)據(jù)支持:建立完整的產(chǎn)品質(zhì)量電子檔案,實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯;動態(tài)監(jiān)控庫存量,減少資金占用,對企業(yè)運營成本及效益了如指掌,通過企業(yè)信息化建設推動企業(yè)自動化的實現(xiàn)。
高效化趨勢 在國際鍛壓領域,面對來自中國等發(fā)展中國家廉價且豐厚的勞動力資源的競爭,近年來大力發(fā)展高效率鍛壓技術,使勞動生產(chǎn)率比中國鍛壓企業(yè)高出數(shù)十倍,完全彌補了在勞動力成本方面的競爭劣勢。以沖壓行業(yè)為例,近年來國外逐步發(fā)展了兩大類汽車車身自動化沖壓生產(chǎn)線:
單機聯(lián)線自動化:配置為5-6臺壓力機,配備拆垛、上下料機械手,穿梭翻轉(zhuǎn)裝備和碼垛裝置,全線總長約60米。由于工件傳送距離長,工件的上下料換向和雙動拉深必須用工件翻轉(zhuǎn)裝備。這種單機聯(lián)線自動化沖壓技術的生產(chǎn)節(jié)拍最高為6-9次/分,設備維修工件量大。
大型多工位壓力機:八十年代中期,國外沖壓技術發(fā)展到大型三坐標多工位壓力機自動化連續(xù)沖壓,由拆垛機,大型壓力機,三坐標工件傳送系統(tǒng)和碼垛工位組成,生產(chǎn)節(jié)拍可達16-25次/分。其主要特點是:生產(chǎn)效率高,是手工送料流水線的4-5倍,是單機聯(lián)線自動生產(chǎn)線的2-3倍。
八十年代中期以后,美國通用汽車公司牽頭,大規(guī)模用多工位壓力機改造原有的單機沖壓線。美國三大汽車公司680多條沖壓線中,70%為多工位壓力機:日本國內(nèi)的250條沖壓線中,有80多臺多工位壓力機,占32%;美國還出現(xiàn)了只用多工位壓力機的汽車沖壓廠,一些新投資改造的汽車廠和新建汽車廠的這種發(fā)展趨勢更為明顯。
大型多工位壓力機集機械、電子、控制和檢測技術為一體,全自動、智能化、操作安全,沖壓件綜合成本低,勞動生產(chǎn)率高,制件質(zhì)量高,滿足了汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的需要。壓力機自身的技術和性能,在近十多年的實踐中得到不斷完善和發(fā)展。
以一臺多工位壓力機系統(tǒng)代替一條由5-6臺壓機組成的沖壓線,按同規(guī)模沖壓生產(chǎn)量比較,設備投資可減少20%-40%,能量消耗減少50%-70%,沖壓件綜合成本可節(jié)約40-50%,而且節(jié)省了大量生產(chǎn)面積和設備投資,降低了工人數(shù)量。
可進行柔性沖壓生產(chǎn)的大型多工位壓力機,代表了當今國際鍛壓技術的最高水平,是目前世界上大型覆蓋件沖壓設備的******發(fā)展階段,也是車身覆蓋件沖壓成型生產(chǎn)的發(fā)展方向。
鍛模CAD/CAE/CAM一體化技術和鍛模高速銑制造技術。國外CAD/CAM技術應用于鍛模始于20世紀70年代,國內(nèi)大概始于20世紀90年代初,隨著先進制造技術和手段的不斷出現(xiàn),使鍛模CAD/CAM的發(fā)展更快,近年來鍛模CAD/CAM與CAE一體化,鍛造工藝過程的數(shù)值模擬在金屬塑性成形領域廣泛應用,并成為鍛造工藝設計的有力工具,鍛模CAD/CAE/CAM一體化顯著提高了鍛模設計和制造的效益,從而從根本上改變傳統(tǒng)鍛模設計制造完全依賴于設計者和制造者的經(jīng)驗,可大幅提高模具質(zhì)量,降低鍛模生
產(chǎn)周期,降低成本。
隨著電子信息和機械制造技術的發(fā)展,制模技術已發(fā)展到高速數(shù)控加工階段,極大地提高模具制造精度,縮短了制模時間,為精密鍛造創(chuàng)造了條件。
采用高速銑加工技術可以減少模具的加工工序,提高加工效益,縮短制造周期,提高模具制造質(zhì)量。而CAD/CAE/CAM一體化、模塊標準化和高速銑技術三者相結合,將大大縮短模具設計和制造周期,使今天接到訂單,明天或后天完成設計并制造出模具的愿望成為可能。
輕且化趨勢用鋁合金代替鋼質(zhì)零件是汽車輕量化的重要方向之一,是節(jié)能減排的一項重要技術措施。世界各國都把車輛輕量化擺在技術進步的首要位置,確定為技術攻關的主要戰(zhàn)略目標。據(jù)統(tǒng)計分析,汽車重量每減少10%,可降低8%的油耗。據(jù)統(tǒng)計,一輛汽車每使用1公斤鋁,可取代1.5公斤鋼材,在使用周期內(nèi)可減少40公斤C02排量。國外在過去的十年中由于鋁合金在汽車上的開發(fā)應用,全球每年減少C02排量約5000萬噸。目
前國外每輛轎車開發(fā)應用鋁合金鍛件的總重量平均己達到40kg,而我國轎車鋁合金鍛件應用僅為國外的10%左右。按我國2009年生產(chǎn)轎車800萬輛統(tǒng)計,達到國外先進水平需用鋁合金鍛件30萬噸;由于我國汽車鋁合金只有簡單零件實現(xiàn)鍛造生產(chǎn)(年產(chǎn)量約3萬噸),而復雜零件精密鍛造還是空白,因此汽車實現(xiàn)輕量化的需求空間極大。
國外最新用于汽車連續(xù)生產(chǎn)的薄板鋼材發(fā)展很快,目前有:金相轉(zhuǎn)變誘發(fā)塑性鋼(TRIP)、復相鋼(CP)、硼合金鋼。金相轉(zhuǎn)變誘發(fā)塑性鋼具有良好的可成形性和較高的強度,用于碰撞能量吸收工件,如汽車前保險杠。復相鋼含有Nb、Ti等元素,可將金相結構調(diào)整至低變形率,具有高的吸收能和好的擴孔性能,主要用于制造與碰撞有關的車身結構件,如車門防撞板、車架的縱梁和橫向梁等。硼合金鋼在低強度時加熱成形(大約900℃ )
在快速冷卻時產(chǎn)生馬氏體,退火時幾乎沒有彈性回彈,主要用于制造防撞梁、B柱加強板。
2009年我國汽車產(chǎn)量己經(jīng)達到1360萬輛,2010年達到1800萬輛,而目前我國汽車中鋁合金鍛件的比例相當?shù),只有一些合資品牌的車型中部分采用進口鋁合金鍛件,因此隨著汽車輕量化的迫切要求,降低能源消耗的壓力越來越大,對鋁合金精密鍛造技術的需求日益增加,開發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權的鋁合金精密鍛造成套技術己經(jīng)成為汽車輕量化發(fā)展的緊迫任務。
低消耗趨勢鍛壓行業(yè)是材料、能源等各類資源的消耗大戶,亦是污染環(huán)境的源頭之一。未來鍛壓行業(yè)的發(fā)展方向必然是節(jié)能、節(jié)材、低成本、注重保護環(huán)境,降低污染排放、生產(chǎn)過程科學化、企業(yè)文明現(xiàn)代化,以低消耗為載體,追求技術、經(jīng)濟效益和社會效益****化。
精密剪切屬無屑加工,沒有鋸口損耗;精密剪切在室溫下進行,沒有加熱損耗,因此在吸收工業(yè)發(fā)達國家先進技術的基礎上,結合我國國情,自主研發(fā)具有我國特色的精密剪切設備是發(fā)展方向。建設環(huán)境友好的高產(chǎn)量的鍛造生產(chǎn)線及C02低排放的環(huán)境,促進可持續(xù)發(fā)展。
制造過程降低消耗一直圍繞著降低原材料消耗,減少設備能源消耗,提高模具壽命,提高設備使用效率及自動化水平,提高產(chǎn)品合格率,減少產(chǎn)品制造工序和凈近成形技術應用等方面開展工作。