一、发展现状
1、“十一五”以来行业主要经济、技术指标及进出口情况
锻造行业:
(1)锻造行业的总产量从2006年的384万吨发展到2009年的776万吨,规模以上企业数量由400多家发展到450多家,从业人数由120000多人壮大到135000多人。
(2)材料利用率:冷、温锻件为90%以上,热精锻件平均为85%,普通模锻件平均为75%;自由锻件平均为68%。国外先进水平普通模锻件平均为84%。
(3)能源消耗:每吨锻件综合能源消耗0.83吨标煤,日本每吨锻件综合能耗为0.52吨标煤。
(4)生产率:冷温锻件手工操作平均班产为1000-2000件,步进梁机械手自动化操作平均班产5000件。目前绝大多数企业还是手工操作。
(5)全员劳动生产率:国内52吨/人*年;国外175吨/人*年。
(6)进出口情况:冷锻汽车伞齿轮等少数品种己有部分出口美国。总体上说有出口,但多限于中、低档产品。有进口,主要是高端机械装备、高档次锻件及其制成品零组件,如汽轮机特大型低压转子、自由锻件、F级以上燃气轮机涡轮盘,高速列车车轮车轴,风电关键锻件等。
(7)精密冷锻件年产量为20万吨左右;精密塑性成形工艺由单工位冷锻成形发展到多工位冷锻成形;锻造温度由室温下的冷锻发展到温一冷联合成形和热一冷联合成形。
(8)精度指标:冷锻件外径误差≦0. 05mm,内径误差≦0. 08mm,厚度误差≦0.15mm
冲压及饭金行业:
(1)2009年冲压、钣金行业年产值9000多亿元,从业人员达380多万人,年耗薄钢板、管/带材近1亿多吨,新购设备费用300多亿元,新购冲压模具费用400多亿元。
(2)材料利用率:平均为75%。
(3)全员劳动生产率:轿车单车冲压、钣金生产工时约为55.1小时。
2、主要产业集聚区及龙头企业
锻造行业:
重量达百吨以上特大型锻钢件的生产企业主要集中在几大重型机械集团公司,如一重、二重、上重、中信重工等,但民营企业也有万吨级以上锻造液压机,如山东通裕集团。一重、二重年产量均大于15万吨。单件重量在50吨以上百吨以下大型自由锻生产企业有20多家;单件重量在50吨以下大型自由锻的生产企业多达120多家。我国精密锻造(冷、温锻)主要产业集聚区在江苏和浙江两省,特别是在江苏有江苏太平洋精锻科技股份有限公司、江苏飞船股份有限公司,江苏森威精锻有限公司三家龙头企业(均是民营企业)。这三家企业在精锻产品、工艺水平、模具技术和加工设备条件等方面均位居国内同行业前列,是我国先进冷、温精锻生产技术的领军企业。目前三家龙头企业年产各种冷、温精密锻件年产能可达8万吨,产量约占全国冷、温精锻件产量的近一半。
国内除了其他规模较小的精锻企业外,另有上海纳铁福传动轴有限公司、德西福格汽车零部件集团等2-3家专业从事冷/温精密锻造外资(独资)企业。其装备水平和自动化程度略高于上述三家国内龙头企业。
冲压及饭金行业:
冲压、饭金行业服务于汽车、航空航天、轨道交通、船舶、电站设备、摩托车、家电、电工电器(包括集成电路、移动电话、微型计算机等)、容器封头制造、工程机械、金属切削机床、辊弯(冷弯)型钢等行业。其中汽车冲压件的销售额占冲压行业总销售额60%0汽车轿车的冲压零件数量占零件总数量的75%以上,而一架飞机的钣金、冲压零件数量也占零件总数的50%以上。冲压、钣金行业是一个非常庞大的行业,但由于大部份的企业隶属于主机厂,作为分厂或车间存在,专业化程度低,行业交流很不活跃。
大型冲压企业集中在几大汽车集团,如上汽、一汽、东风汽车、中国长安汽车、广州汽车、中国重汽等。飞机制造、轨道交通车辆制造也是钣金和冲压集中的行业。为计算机、手机制造、家用电器等行业提供饭金生产的企业多为独立的钣金冲压企业,且多集中在江苏、浙江、广东深圳、重庆、河北、长春、安徽、山东等地。
3、“十一五”取得的技术和产品重大突破
“十一五”期间,我国在精密锻压技术领域,主要围绕汽车等重大产品的研制以及跟踪国际先进成形技术前沿,开展了科技攻关,取得了一系列科技成果。一批先进的精密塑性成形技术在我国得到应用与发展,在应用基础技术、关键工艺技术、模具技术和装备技术等方面都积累了一定的基础,促进了相关领域的技术进步和生产发展。典型的研究开发成果有:
(1)中空分流冷锻成形工艺和闭塞冷锻造工艺。用于汽车变速箱圆柱直齿轮、锥齿轮及异形件的生产,所生产的齿轮锻件其齿形部分的尺寸精度达IT7级、齿面粗糙度达到Ra0.8~0.2μm,齿形不用滚齿切削加工,只需热处理便可直接使用。汽车异形精密零件的工作部位仅留 0. 20mm余量/单边,可直接进行磨削加工。
(2)多工位冷挤压成形工艺及装备。用于汽车变速箱复杂轴类件的大批量生产,所生产的轴类零件径向尺寸公差达到士0. 25mm,轴向弯曲偏差≤0. 3mm,表面粗糙度Ra≤1.6μm,只需进行精加工。
(3)多工位温一冷联合成形工艺。用于汽车变速箱倒挡中间齿轮和离合器结合齿系列产品和汽车等速万向节壳体零件的生产,齿形部分不需切削加工,达到直接装配使用的要求。
(4)有色金属流动控制成形冷温挤压工艺。用于汽车复杂铝合金零件的生产,实现涡旋盘的一次精密成形,精度达到尺寸公差IT8-9级,表面粗糙度达到Ra1.6μm。
(5)精密复杂冷温锻模具技术。掌握了冷温精锻件尺寸精度及模具变形控制与补偿的关系。模具生产中可达到的技术指标:齿轮模具型腔精度达到0.005~0.01mm;冷锻齿轮零件达到7级传动精度,可替代齿形切削加工;表面粗糙度RZ≤10μm;齿形模总寿命5万件以上。
随着我国汽车产量迅速增长,对精密锻造技术提出巨大需求,上述冷温锻技术研究开发成果在我国精锻行业广泛应用,形成了批量生产能力,其典型产品如:汽车差速器锥齿轮、结合齿轮、倒档直齿轮、汽车等速万向节钟型壳和三销槽壳、同步器齿环等。
在大型精密模锻件方面,建成了具有国际创新意义的前轴精辊制坯一整体模锻生产线近20多条等。使得我国汽车关键精密锻件的生产工艺水平、质量、经济效益有了较为显著的提高。
以轿车直锥齿轮为例,采用冷锻技术和刨齿切削加工的传统制造技术相比,材料利用率由60%提高到90%以上,齿轮强度和抗弯疲劳寿命分别提高20%和35%,生产效率提高6~8倍。以载重汽车EQ140十字轴锻件为例,开发的闭式温精锻与普通热模锻相比,锻件的工作部位仅留0. 30mm余量,可直接进行磨削加工;单件用料由1. 7kg减少到1. 15kg,加热温度由1240℃降至800℃,通过减少坯料重量和降低加热温度而减少电能0. 35kwh/单件以上,其关键力学性能扭转疲劳寿命由8万次增加到23.4万次。
锻造余热淬火工艺得到开发利用并己大力发展。大约有20%大批量自动生产的锻件采用了余热热处理工艺。
“十一五”期间约有5%的模锻企业开始使用数字模拟软件进行工艺优化和开发。大约50%的企业使用高速铣床开展模具加工。
在大锻件生产方面有了重大突破。相继制造完成了CPR1000为代表的二代加反应堆压力容器和蒸汽发生器整套锻件、AP1000为代表的第三代核岛锻件、百万千瓦级超超临界高中压转子(12%Cr转子锻件)及超纯净低压转子锻件、1100MW核电发电机转子及核电汽轮机拼焊转子、特大型高Cr支撑辊锻件、超大砚低速船用柴油机组合式曲轴、重型石化反应器锻件等重大技术装备优质锻件,其世界级的锻钢件制造能力己经形成。生产的****卡普兰超低碳不锈钢叶片单件净重40t,采用260t钢锭生产的水电大轴,锻件单重150t,产品质量达到国外向类产品先进水平。生产的二冲程低速船用柴油机半组合式曲轴获得丹麦MAN B&W公司和瑞士W. NSD公司的认可。
“十一五’期间,我国建成了360MN立式黑色金属挤压机,为我国生产大口径厚壁无缝钢管奠定了基础。当前在建的40OMN到80OMN模锻压机以及260MN到600MN多向模锻压力机将为我国飞机制造、电力和石油化工领域的发展奠定了基础。
“十一五”期间,随着航空、铁路车辆领域的发展,我国铝挤压生产得到了发展。2008年我国铝挤压材产量己增加到600万吨,占铝材总产量的60%左右,成为铝型材生产和消费大国,品种已超过10000种,壁板的****宽度为932mm,型材的****断面积达400cm2,长度达10m-30m,同时可用扁挤压筒宽展法挤压宽度为680mm的16孔空心壁板型材,用异形针穿孔法生产无缝异形空心旋翼大梁型材,用自行设计和制造的670mm X 270mm
X 1600mm扁挤压筒和扁锭、固定挤压垫片,为高速铁道和地铁研制成功轨道车辆用大型铝合金型材等。我国目前生产的棒材****直径达∮620mm,管材的规格范围为∮5mmX 0. 5mm~∮1200mmX 120mm。
“十一五”期间,我国在锻压设备方面也取得了良好的成绩。可自主稳定生产40MN以下离合器式螺旋压力机,还可生产120MN热模锻压力机组、125kJ以下程控全液压模锻锤以及400kJ以下程控液压对击锤,同时能够提供成套汽车覆盖件冲压生产线。
“十一五”期间,我国冲压、饭金成形工艺技术也取得了进展,得到了大力的发展,特别是汽车冲压生产和大型饭金件生产获得了重大进步,主要有:
(1)液压成形技术。液压拉深成形时拉深力大大增加,减少了回弹;由于板材不是在刚性圆角上进行拉深,而是通过液体间隙的压力被拉深,因而成形件应力分布均匀,成形件精度很高;成形工序减少,使模具费用降低,成本降低。
(2)管状内高压成形技术。内高压成形技术是指通过压力介质加工几何形状复杂的空心件,零件的成形精度高、重量轻、整体性好,减少了焊缝,可以减少腐蚀;此外,由于冷作硬化还提高了成形零件的刚性,因此,内高压成形具有明显的技术和经济优势。
(3)热成形技术。热成形技术最早应用于航天、航空等领域。近些年来,为减轻零部件重量,提高车身防撞能力,一些新材料和特种材料开始应用到汽车制造中。高强度汽车板热冲压技术主要用于生产轿车车身结构中对强度要求高的部件,如门内侧梁、柱,底板中央通道、车身纵梁和横梁、门槛、保险杠等安全防撞件。这些部件的强度级别直接关系轿车的安全性能,尤其是国家提高了对汽车防撞级别的要求,这些部件的强度级别更是
关系到整车的安全星级。
&, nbsp; (4)利用CAD/CAE技术,提高产品的工艺性,减少工序数量。CAD/CAE技术的发展,为产品和工艺的并行设计提供了强大的技术平台。以前盖外板零件为例,采用方料时材料利用率只有60%左右,而通过模拟和优化采用弧形料,材料利用率提高到了80%。
(5)板料多点成形技术。板料多点成形技术是一种柔性加工技术,应用的产品包括钦合金船体外板成形、高速列车流线型车头覆盖件成形、薄板三维曲面零件成形、大型建筑结构件成形、飞机蒙皮件以及大型高精度反射器面板等的多点成形,这种成形技术可以省去新产品开发过程中因模具设计、制造、实验、修改等复杂程序所耗费的时间和资金,能够快速、低成本和高质量的开发出新产品。
(6)钣金冲压工艺是航空航天制造工程的支柱工艺之一。喷丸成形、强力旋压,针合金及铝合金超塑性成形、大型镜面蒙皮成形等现代先进工艺技术,在航空航天饭金冲压成形中广泛应用。钣金冲压零件构成了飞机、火箭机体的空气动力外形,以及尺寸不一、形状复杂、选材各异、产量不等、品种繁多的各种产品零件。大型飞机有30000~50000个钣金冲压件,其中不少零件采用专用设备成形。
4、为重大装备配套的典型产品取得了较大进展
制造完成了拥有自主知识产权的CPR1000与AP1000核岛锻件;百万千瓦高低压联合转子、超临界与超超临界转子(主要为超纯低压和12%Cr转子锻件)、核电常规岛低压与发电机转子;超大型锻钢支承辊与8%Cr新型支承辊锻件;大型316不锈钢锻件;重型石化反应器锻件等重大技术装备,并逐渐形成了自主品牌优势。
2008年至今,一重、二重己经交付和正在生产的核电设备材料涵盖CPR1000所有锻件。第三代大型核电锻件也实现了单件产品研制的突破。例如:一重研制成功AP1000核电蒸汽发生器锥形筒体锻件,二重2009年底率先在世界上成功完成了AP1000锻造主管道试制件的制造;15000吨液压机、AP1000锥形筒体等高端产品获国家科技进步一等奖。
大型铸锻件行业“十一五”科技支撑项目取得丰硕成果,针对超临界火电机组对大型锻件国产化的迫切需求,开展的“大型火电机组关键铸锻件制造技术研究”等项目工作,进行了制造关键技术的研究,攻克多项关键制造技术,10%Cr型高中压转子、3. 5%NiCrMoV超纯净低压转子、9%-12%Cr型汽缸体及燃气-蒸汽联合循环机组高低压复合转子、12%Cr型汽缸体等产品己成功生产。一重、二重等企业10%Cr型高中压转子、3.5%NiCrMoV超纯净低压转子和9%-12%Cr型汽缸体实现了小批量制造。
“十一五”期间大型模锻件制造技术有了显著提高,以大运飞机约1m2钛合金整体框为代表的模锻件相继制造成功,标志着大型模锻件制造技术上了一个新台阶。“十二五”期间随着800MN大型模锻压机、200MN模锻压机的相继建成投产,模锻件大型化与制造技术会有更大提升。
随着船舶吨位的巨型化,船用锻件制造技术进步明显,90机型与98机型锻件实现了首件或部分批量制造。
国产高强度大口径厚壁无缝钢管己经应用于超临界、超超临界机组核电站高压锅炉和高压容器。这些钢管长期在高压、高温(25MPa~28MPa/600℃)和腐蚀介质的工况下运行,性能要求特殊,质量要求高;使用高强度钢管后发电效率可提高6.3%,达到44.63%,煤耗降低80g/ kWh,达到275g / kWh, C02排量降低10%以上,发电水耗降低6%,高强度大口径厚壁无缝钢管应用市场具有多规格、小批量特点。
5、当前行业发展过程中存在的主要问题,与国际水平的差距分析
我国精密塑性成形技术的发展与工业发达国家相比还存在较大的差距,从工艺、装备制造、基础理论研究和生产管理方面综合评价,我们的锻压行业总体落后发达国家15~20年。目前国际先进塑性成形技术向数字化、精密化、轻量化和高效化以及节材、节能和环保方向发展;先进塑性成形设备向自动化、柔性化和集成化方向发展。目前,我国锻造企业数量多,但生产规模小;设备数量多,但先进设备所占比例小,特别是高精、高效专用设备更少,例如:冷挤压液压机、机械压力机、冷(温)锻机械压力机,高速镦锻机、伺服压力机、高速冲床等等,国产基本上是空白;数字化设计技术应用不广,专业人才力量薄弱等。
面对市场对大型铸锻件的旺盛需求,一重、二重、上重等多家大型铸锻件生产企业都明显准备不足。据介绍,2007年,中国对300MW以上机组的汽轮机、电机的低压转子需求约在210根左右,但一重由于生产能力所限,只提供了8根,而二重和上重加起来也不到8根,其余的只能靠进口解决。近年虽然有所好转,但总体趋势未变。而进口的大型铸锻件交货期长,价格一般比国内高30%-50%。
我国锻造行业单位产值的能耗为工业发达国家4倍,单位产值耗钢量为1.3~1.5倍,冲压、钣金企业的人均产量指标落后10倍,钣金、冲压企业的人均产值也相应落后,从业人员的工资落后5-10倍。超高强度钢、高强度铝合金等新材料成形技术缺乏。强化本领域的应用基础技术、共性技术、关键技术和前沿技术的研发创新,大力推进技术转移和试验验证工作,凝聚和培养一批拔尖人才,是缩小差距并进入国际先进行列的主要途
径。许多基础应用技术和关键技术需要进一步研究解决,如:
(1)缺乏具有自主知识产权的先进塑性成形技术及装备。我国先进塑性成形技术与装各开发能力弱,缺少具有自主知识产权的先进技术,对国外的技术依赖很大,关键产品的制造技术依赖于进口。尤其是新材料塑性成形技术发展速度缓慢,例如高合金化的难变形合金,钢锭的开坯难度大,开坯热加工温度的允许范围减为100-1500C,一些难变形合金甚至严格限制在70℃范围,锻造装备成形条件己不能胜任,严重影响了我国制造业的市场竞争力,迫切需要提高先进塑性成形技术与装备的水平。
(2)基于模拟仿真的数字化成形技术需要进一步深入研究。我国在塑性成形制造过程模拟仿真技术研究方面,特别是在精密成形过程的宏观模拟技术方面虽己取得重要进展,有关成果在生产实际中得到一定应用,并在国际学术界有一定的影响。但总的来说,我国在制造过程,特别是成形制造过程的模拟研究方面起步较晚,仍需进一步加强在精确模拟和虚拟设计等方面的更深入理论研究,要建立更为准确的多尺度、多学科、多功能、高精度、高效率的物理模型和数学模型,更深入的进行微观组织与性能模拟与预测,并在工业中获得更好、更广泛的应用。
(3)物理实验和基础理论研究严重滞后,需要强化塑性理论、实验研究。随着国家研究所体制的改革,从事塑性成形生产理论研究和实验研究的投入越来越少,这大大限制了行业的发展,特别是实验研究需要进一步加强。
(4)精确量化无损检测理论和设备落后。我国在对锻压零件的无损检测理论和设备的研究方面投入不足,用于检测大锻件的高端无损检测探头和设备均是国外进口,很大程度上制约和影响了我国锻造行业向精细化方向的发展。同时,锻压零件逐渐向轻量化和净形化发展,关键锻压件的质量保证能力尤显重要。随着新型材料的不断涌现和锻压件形廓日益复杂,对精确量化无损检测理论和设备研究提出了新的、更高的要求。
(5)轻型新材料塑性成形制造技术与装备急需进一步开发。我国在轻金属及新材料的精密塑性成形技术研究与开发方面,与国外发达国家相比还有较大差距。我国汽车铝锻件较少(平均每辆汽车约5公斤),而本田汽车公司每辆汽车使用量达40公斤。
(6)在精密塑性成形技术基础研究、工业化应用及产品开发等领域有待进一步发展。以镁合金为例,我国镁的储量、产量及出口量均处于世界首位,但由于原镁生产技术较落后,出口产品绝大多数是廉价的镁锭,而军工生产所需要的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口。我国在铝镁合金、钦合金等温精密塑性成形、薄壁件精确塑性成形等方面与美国等工业发达国家相比仍有较大差距。
(7)资源节约型、环境友好型的先进塑性成形技术与装备急需研究。安全、环保、节能将成为汽车工业技术发展的主题。围绕环保、轻量化和可回收再利用,汽车零部件材料及其成形技术需要不断开发,以促进制造技术的发展。尤其是在材料/零件设计/工艺/装备一体化技术发展方面。到2015年,我国汽车工业总体科技水平与世界先进水平的差距将从目前的15年缩短到7~8年,零部件出口额占汽车产品出口额比例不低于30%,关键零部件国内自制率不低于50%。汽车行业的发展,迫切需要如超高强度钢热成形等先进成形技术的发展,以促进关键零部件制造技术的全面提高。
(8)装备-工艺-模具分离现象严重。锻压行业模具寿命低制约着生产效率的提高,我国模锻模具寿命平均仅为国外先进水平的二分之一,甚至三分之一。主要是模具材料和模具热处理与国外有较大差距,另外操作不规范也是原因之一。锻压行业的发展需要坚持“装备-工艺-模具”一体化同步发展的途径。
(9)缺乏联合创新机制使原材料制约了锻压技术的发展。众所周知,非调质钢的优点是省略热处理工艺,不仅节约热处理能耗,而且没有“三废”排放。所以既节能,又环保,是绿色产品,为绿色锻造创造条件。现在推广应用非调质钢难的原因主要有两方面:一是非调质钢的价格高于调质钢,锻造企业不愿意使用,这是重要原因;二是标准管理上的缺少和不科学,国内仍然用调质钢技术标准来检查判断非调质钢的力学性能。国外非调质钢发展很快,其品种不断扩大,标准不断更新,不仅大量用于汽车锻件,且推广应用到其他制造业,国外90%以上曲轴和连杆均采用非调质钢,汽车锻件中约有30%采用非调质钢。
(10)新材料研发有待加强。新材料的发展水平,已成为衡量一个国家科技发展水平和国民经济实力的重要标志之一。随着汽车工业的进一步发展,汽车加强了对减重、环保和新材料的应用,除了设计方法外,采用新材料和新制造技术是汽车减重和环保的主要途径。高新技术材料、高性能先进复合材料、高比模、高比强、高性能陶瓷材料及新型功能材料都是未来汽车工业发展中必不可少的。
(11)目前实际存在的传统工业结构和部门条块管理模式,不利于锻压行业与原材料制造行业以及锻件用户之间的紧密联系、协同攻关和联合创新,迫切需要建立一种新的合作机制,推动建立“材料-设计(产品)-锻压(制造技术)-使用(性能)”的一体化研究链。
(12)国产通用模锻设备存在的问题及面临的形势。国内目前仍以能耗高、效率低的摩擦压力机、老式模锻锤为主,大吨位的热模锻压力机、离合器式螺旋压力机、电动螺旋压力机、冷(温)锻机械压力机、全自动锻造线绝大多数是从国外引进的。特别是冷(温)锻机械压力机,国内目前仍处于研发、试制阶段。为实现节能减排、可持续发展的目标,国内现有锻造设备急需更新、改造,提高国内热模锻压力机、离合器式螺旋压力机、电动螺旋压力机、冷(温)锻机械压力机、特种锻压设备以及加热炉和全自动锻造线的研发、制造水平是当务之急。
(13)冲压、饭金企业的自动化、信息化水平与国际先进水平差距较大。美国企业闭环控制的自动化生产更加安全可靠,便于整条生产线运行的维护。企业都有自己的工装模具维护车间,模具上安装或内嵌有各种传感器,例如检测冲头是否穿过板坯的传感器,检测板坯是否到达工位。这些传感器的应用极大的提高了整条生产线的安全可靠性。国内多数企业使用的设备自动化水平低,精度不高,效率低,而进口国外设备价格过高。应该研发专业设备,赶超国外水平。目前需要研发的设备有:喷涂设备、电镀替代技术与设备、高精度校平机、折弯机和-高度自动化激光切割机。
(14)加速封头冷成形的工艺开发研究。近十年封头行业的平均增长在30%-35%,封头企业主要在压力容器的出口方面,受到进口国的监控,如美国、欧盟等许可证的要求,即使拥有许可,对材料的指定性要求较高,国内材料不能满足要求,导致进口材料,出口产品的现象,形成贸易壁垒。封头有冷成形和热成形两种方式,其在设备、工艺、技术、管理上完全不同,高端产品需要采用冷成形方法,企业转型投资较大,需要国家的政策扶持。冷成形封头的优势在于:经过冷成形后,封头产品性能更稳定、尺寸公差更小(由原来的10-20mm,达到3-4mm),可以提高机械化和自动化程度。目前国内封头热成形行业缺少热成形模压设备及配套设备,需要大规格专用加热设备、热处理设备、切割设备;在国外广泛应用封头冷成形,产品性能好、精度高,属于高端产品,封头冷成形是中国封头行业的发展方向。
(15)企业管理信息化程度亟待加强。国外先进企业管理信息系统普遍应用,提高了公司的管理水平和生产效率。企业都有自己的管理信息系统MRPⅡ,原材料供应商所供应的材料都带有条形码,在入库时,通过扫描,原材料的各种信息自动进入生产数据库,伴随着原材料进入加工过程,各个加工环节的电脑主机自动将加工信息输入到数据库,并且这些信息将一直被附带到最终产品上。
(16)我国锻压行业专业化水平低,“专、精、特”不足,重复投入、低水平建设现象严重。现有的产业结构及管理模式,造成企业只注重近期市场和局部利益。当前的许多新技术仅局限于科研院所研究人员的试验模拟,同企业的实际生产结合不力,导致基础数据积累不足或不可靠,需要院校与企业配合起来使研究成果与现场控制相结合,加快研究成果向产业的转移,加强基础研究与批量生产的紧密结合,加速先进技术在产业环境下的
推广应用。
(17)人才队伍建设不适应技术发展和技术创新的需要。企业人才队伍技术水平与需求差距较大,满足不了“十二五”技术进步的要求,呼吁企业加强自身培训和再教育,院校根据企业的需求进行人才的培养,在金属塑性成形专业领域,培养博士、硕士人才固然必要,但更多的需求是工程技术人员和技师,以及一大批既有一定技术理论又有实际操作技能的技术工人队伍。锻压行业人才危机和匮乏即体现在各类人才培养比例不当,也体现在锻压专业在人们心中失宠。德国、日本企业在生产中积累的各种生产诀窍和工艺装置,可谓是现代先进制造技术和各类技术人才聪明才智的完美结合。中国企业应当重视企业文化的建设,加速各类人才的培养,培育员工的创新意识,注重企业知识库的积累,运用员工的聪明才智逐渐完善企业的制造技术和工艺设备。
(18)行业技术标准对行业技术发展和生产水平提高具有重要意义,标准的修订或制定是一项十分重要的基础工作。相对来说,我国锻压行业工艺基础研究不足,标准工作和标准的水平跟不上发展需要,例如汽车行业锻件材料的技术标准,己经跟不上技术进步的速度,制约了企业先进技术的推广和应用。
6、行业技术发展趋势
金属塑性成形的产品主要集中在运载、能源、化工及国防工业的各种重大装备中,往往是重要承力件、关键传动件和安全保障件。例如汽轮机发电机的转子、叶片、叶轮,航空器起落架、涡轮盘,机车车轴、连杆,载重汽车的前轴、转向节、轿车等速万向节、覆盖件等。在家用电器、计算机、办公用品和其他民用产品中、电子电器产品中也大量采用各种锻压成形件。这些行业近年来的发展对金属塑性成触技术提出了新的要求和发
展方向,即精密化、数字化、高效化、轻量化和低能耗。
精密化趋势 我国锻压生产长期以来处于一种粗放状态,以能源消耗高、材料利用率低、环境影响严重为主要特点。为适应科学发展观和可持续发展的理念,对精密成形技术提出了更高的要求,如:当前国际造船业现状是“船等机(即中、低速柴油发动机),机等轴(即柴油机曲轴),一轴难求”。说明船用柴油机曲轴制造技术是当今造船业的核心技术。船用曲轴锻造成形难度极大,材料利用率低,废品率高。长期以来国际上只有日本、韩国和西班牙可以提供船用曲轴商品锻件和成品。其重量达几十吨的船用曲轴锻件的料净比(锻件重量/成品重量)达到1.2比1,真正实现全纤维近净成形。而我国船用曲轴锻件料净比只能达到1.8比1,曲柄单面加工余量达60~80mm,金属纤维都被切断,影响了机械性能。又如:轿车发动机连杆的重量公差由2.5%降到1.0%,冲压覆盖件车身装配几何尺寸标准差(6σ)在1990-1993年间,从6mm降到了3mm;1993~1995年又从3mm降到2mm。今天轿车工业已进入要求实现“近零冲压”的阶段,要求尺寸偏差进一步降到1mm以下,力求实现“亚毫米”公差水平,“近零冲压技术”是当前企业关注的焦点。
十字轴、交叉轴、万向节行星轮等几十种轿车精密零件,材料利用率要从40%提高到80%~90%,齿轮精锻尺寸精度提高到无需机械加工的程度。迅速发展大量优质、高效、节能、省力的塑性成形新技术,实现工业界梦寐以求的“净成形”(无余量的完全零件形状-Net shape)的奋斗目标是当前的主要发展方向,尤其是冷温热精密成形技术、精密冲裁技术与装备的进步将成为精密化的核心。
冷锻成形是一种优质、高效、低消耗的先进制造技术,被广泛地用于汽车零件的大批量生产中。当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总量40~45kg,其中齿形类零件总量达10kg以上。冷锻成形的齿轮单件重量可达1kg以上,齿形精度可达IT7级。闭塞冷锻是在封闭凹模内通过一个或两个冲头单向或对向挤压金属一次成形,获得无飞边的近净形精锻件。一些轿车精密零件如行星齿轮、半轴齿轮、星形套、十字轴等如果采用切削加工方法,不仅材料利用率很低(平均不到40%),而且耗费工时多,生产成本极高。国外采用闭塞锻造技术生产这些净形锻件,省去绝大部分切削加工,制件性能优异,成本大幅度降低。冷挤传动轴花键技术,己经在轻型载货车上应用。冷锻技术成形精度比温锻和热锻都要高,在精密成形领域有着其独特的优势。
冷锻技术在我国的起步虽然不算太晚,但发展速度与发达国家有很大的差距。到目前为止,我国生产的轿车上的冷锻件重量不足15kg,相当于发达国家的三分之一,开发潜力很大,加强冷锻技术开发与大公称压力长行程冷锻压力机开发是实现精密化的有效技术路线。
激光加工随着光、机电、材料、计算机、控制技术的发展己经逐步发展成为一项新的加工技术。具有加工对象广,热变形及热影响区小,加工精度高、节约能源、非接触式加工、自动化加工等显著的优点,对提高产品质量和劳动生产率、实现加工过程自动化、消除污染、减少材料消耗等的作用愈来愈重要。激光加工系统的应用比例大致如下。激光切割设备约占60%,激光焊接设备约占20%,激光热处理、熔覆设备约占15%,激光快
速制造等约占5%,主要用于航空零部件及其它高端产品的直接制造等。
数字化趋势 近几年由于市场需求的多样化,加以机械和控制技术的进步,促使金属板料无模成形有了新发展。目前典型的板料无模成形方法有旋压成形、成形锤渐进成形、多点成形和数字化渐进成形。汽车覆盖件的样件试制数字化成形是多点成形技术的重要发展方向,实现汽车覆盖件的多点成形,将使板料数字化多点成形技术推进到一个更为广阔的应用领域。另外,飞机的数字化制造正日益成为一个紧迫的课题。数字化渐进成形技术可以直接应用于汽车工业、航空航天飞行器、医疗器械等产品的制造上。利用渐进成形的方法相比一次拉伸成形的传统工艺能加工出曲面更复杂、延伸率更高的成形件。数字化渐进成形作为一种新的无模、柔性成形新工艺,是一项多学科交叉的工艺技术,它的发展可推动相关学科尤其是快速成形技术和塑性加工理论的发展,具有重要的理论意义,初步的工业应用也显示出该技术具有广阔的应用前景和巨大的开发潜力。
持续、稳定、准时生产出合格产品是企业的目标,而信息化建设是企业实现目标的快捷手段,通过数字化技术实现:对生产过程,质量状态一目了然;引入条码扫描和无线视频数据采集,可将产品信息快速录入;快速形成生产管理的各类统计分析报表,提高工作效率;动态的质量分析报表可以准确评估质量水平,提高竞争能力,对管理决策进行数据支持:建立完整的产品质量电子档案,实现产品质量可追溯;动态监控库存量,减少资金占用,对企业运营成本及效益了如指掌,通过企业信息化建设推动企业自动化的实现。
高效化趋势 在国际锻压领域,面对来自中国等发展中国家廉价且丰厚的劳动力资源的竞争,近年来大力发展高效率锻压技术,使劳动生产率比中国锻压企业高出数十倍,完全弥补了在劳动力成本方面的竞争劣势。以冲压行业为例,近年来国外逐步发展了两大类汽车车身自动化冲压生产线:
单机联线自动化:配置为5-6台压力机,配备拆垛、上下料机械手,穿梭翻转装备和码垛装置,全线总长约60米。由于工件传送距离长,工件的上下料换向和双动拉深必须用工件翻转装备。这种单机联线自动化冲压技术的生产节拍最高为6-9次/分,设备维修工件量大。
大型多工位压力机:八十年代中期,国外冲压技术发展到大型三坐标多工位压力机自动化连续冲压,由拆垛机,大型压力机,三坐标工件传送系统和码垛工位组成,生产节拍可达16-25次/分。其主要特点是:生产效率高,是手工送料流水线的4-5倍,是单机联线自动生产线的2-3倍。
八十年代中期以后,美国通用汽车公司牵头,大规模用多工位压力机改造原有的单机冲压线。美国三大汽车公司680多条冲压线中,70%为多工位压力机:日本国内的250条冲压线中,有80多台多工位压力机,占32%;美国还出现了只用多工位压力机的汽车冲压厂,一些新投资改造的汽车厂和新建汽车厂的这种发展趋势更为明显。
大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体,全自动、智能化、操作安全,冲压件综合成本低,劳动生产率高,制件质量高,满足了汽车工业大批量生产的需要。压力机自身的技术和性能,在近十多年的实践中得到不断完善和发展。
以一台多工位压力机系统代替一条由5-6台压机组成的冲压线,按同规模冲压生产量比较,设备投资可减少20%-40%,能量消耗减少50%-70%,冲压件综合成本可节约40-50%,而且节省了大量生产面积和设备投资,降低了工人数量。
可进行柔性冲压生产的大型多工位压力机,代表了当今国际锻压技术的最高水平,是目前世界上大型覆盖件冲压设备的******发展阶段,也是车身覆盖件冲压成型生产的发展方向。
锻模CAD/CAE/CAM一体化技术和锻模高速铣制造技术。国外CAD/CAM技术应用于锻模始于20世纪70年代,国内大概始于20世纪90年代初,随着先进制造技术和手段的不断出现,使锻模CAD/CAM的发展更快,近年来锻模CAD/CAM与CAE一体化,锻造工艺过程的数值模拟在金属塑性成形领域广泛应用,并成为锻造工艺设计的有力工具,锻模CAD/CAE/CAM一体化显著提高了锻模设计和制造的效益,从而从根本上改变传统锻模设计制造完全依赖于设计者和制造者的经验,可大幅提高模具质量,降低锻模生
产周期,降低成本。
随着电子信息和机械制造技术的发展,制模技术已发展到高速数控加工阶段,极大地提高模具制造精度,缩短了制模时间,为精密锻造创造了条件。
采用高速铣加工技术可以减少模具的加工工序,提高加工效益,缩短制造周期,提高模具制造质量。而CAD/CAE/CAM一体化、模块标准化和高速铣技术三者相结合,将大大缩短模具设计和制造周期,使今天接到订单,明天或后天完成设计并制造出模具的愿望成为可能。
轻且化趋势用铝合金代替钢质零件是汽车轻量化的重要方向之一,是节能减排的一项重要技术措施。世界各国都把车辆轻量化摆在技术进步的首要位置,确定为技术攻关的主要战略目标。据统计分析,汽车重量每减少10%,可降低8%的油耗。据统计,一辆汽车每使用1公斤铝,可取代1.5公斤钢材,在使用周期内可减少40公斤C02排量。国外在过去的十年中由于铝合金在汽车上的开发应用,全球每年减少C02排量约5000万吨。目
前国外每辆轿车开发应用铝合金锻件的总重量平均己达到40kg,而我国轿车铝合金锻件应用仅为国外的10%左右。按我国2009年生产轿车800万辆统计,达到国外先进水平需用铝合金锻件30万吨;由于我国汽车铝合金只有简单零件实现锻造生产(年产量约3万吨),而复杂零件精密锻造还是空白,因此汽车实现轻量化的需求空间极大。
国外最新用于汽车连续生产的薄板钢材发展很快,目前有:金相转变诱发塑性钢(TRIP)、复相钢(CP)、硼合金钢。金相转变诱发塑性钢具有良好的可成形性和较高的强度,用于碰撞能量吸收工件,如汽车前保险杠。复相钢含有Nb、Ti等元素,可将金相结构调整至低变形率,具有高的吸收能和好的扩孔性能,主要用于制造与碰撞有关的车身结构件,如车门防撞板、车架的纵梁和横向梁等。硼合金钢在低强度时加热成形(大约900℃ )
在快速冷却时产生马氏体,退火时几乎没有弹性回弹,主要用于制造防撞梁、B柱加强板。
2009年我国汽车产量己经达到1360万辆,2010年达到1800万辆,而目前我国汽车中铝合金锻件的比例相当低,只有一些合资品牌的车型中部分采用进口铝合金锻件,因此随着汽车轻量化的迫切要求,降低能源消耗的压力越来越大,对铝合金精密锻造技术的需求日益增加,开发具有完全自主知识产权的铝合金精密锻造成套技术己经成为汽车轻量化发展的紧迫任务。
低消耗趋势锻压行业是材料、能源等各类资源的消耗大户,亦是污染环境的源头之一。未来锻压行业的发展方向必然是节能、节材、低成本、注重保护环境,降低污染排放、生产过程科学化、企业文明现代化,以低消耗为载体,追求技术、经济效益和社会效益****化。
精密剪切属无屑加工,没有锯口损耗;精密剪切在室温下进行,没有加热损耗,因此在吸收工业发达国家先进技术的基础上,结合我国国情,自主研发具有我国特色的精密剪切设备是发展方向。建设环境友好的高产量的锻造生产线及C02低排放的环境,促进可持续发展。
制造过程降低消耗一直围绕着降低原材料消耗,减少设备能源消耗,提高模具寿命,提高设备使用效率及自动化水平,提高产品合格率,减少产品制造工序和净近成形技术应用等方面开展工作。