我國鑄造模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展建議

中國模協(xié)技術(shù)委員會 蔡紫金(執(zhí)筆) 高 鵬(執(zhí)筆)

1 我國鑄造模具目前的狀況和存在的主要問題

1.1 發(fā)展情況

(1)產(chǎn)業(yè)慨況

近年來,隨著我國制造業(yè),特別是汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,鑄件市場需求大幅上揚,帶動了鑄造模具制造業(yè)的興旺,生產(chǎn)總量在沖模、塑料模之后排列第三的鑄造模具約占我國模具總量的8%,年銷售額約80億元。由于市場對大型、復(fù)雜、高品質(zhì)、高性能鑄件的要求,帶動我國鑄造模具在生產(chǎn)規(guī)模和制造質(zhì)量以及其技術(shù)水平的提升,逐步形成了門類齊全、配套完善和分布廣泛的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。根據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會經(jīng)營管理委員會編制的《全國模具專業(yè)廠基本情況》統(tǒng)計,近4年來鑄造模具每年平均增長速度高達 24%(表1)。

表1 我國鑄造模具生產(chǎn)情況匯總

總體來說,中、小型鑄造模具的制作完全可滿足國內(nèi)的需求,大型、復(fù)雜、精密的鑄造模具依賴進口的狀況得到較大改善;中、低檔模具供大于求,大型且要求高的鑄造模依然進口不少(主要進口國是日本、韓國、德國、意大利、美國);可喜的是國內(nèi)使用的大型、復(fù)雜的鑄造模具已從原先大量引進到目前國產(chǎn)替代,并有少量出口,且出口量遂年遞增。

(2)企業(yè)慨況

我國鑄造模生產(chǎn)廠點眾多,規(guī)模都不很大,以小型模具企業(yè)為主,人數(shù)不超過300人,年產(chǎn)值超5000萬元的企業(yè)很少,生產(chǎn)效率較高的企業(yè)年人均生產(chǎn)率也只在20～30萬元,模具的檔次多為中、低檔。模具使用壽命及制造周期見表2和表3。

表2 我國壓鑄模使用壽命 萬模次

表3 鑄造模具制造周期 月

目前國內(nèi)所使用的各類鑄造模具主要來自模具制造專業(yè)廠或隸屬于鑄造企業(yè)的模具車間(分廠)。專業(yè)制造廠服務(wù)于全社會,承接著各行業(yè)所需的各類型的鑄造模具。相對而言,設(shè)備較先進,技術(shù)較優(yōu)良和規(guī)模較大的企業(yè),是我國商品鑄造模具的主要供應(yīng)商,其實力和技術(shù)狀況最能反映國內(nèi)當(dāng)前水平。星羅棋布、數(shù)量眾多的鑄造模具制造專業(yè)廠絕大部分是民營企業(yè),它們具有很強的市場適應(yīng)能力和資本增殖能力,對市場需求反映敏捷,產(chǎn)出大,生存力強。相較于其他種類模具領(lǐng)域,外商進入較少。

鑄造模具生產(chǎn)廠家集中分布在我國沿海經(jīng)濟發(fā)達省、市及汽車、摩托車生產(chǎn)基地。如浙江省有被稱為“中國壓鑄模生產(chǎn)之鄉(xiāng)”的北侖、“鑄造模之鄉(xiāng)”的象山,分別盛產(chǎn)壓鑄模、重力和低壓鑄造模。廣東省鑄造模生產(chǎn)主要在廣州、東莞、深圳、佛山等地,廠點相對分散,由于經(jīng)濟開放較早,吸收國外先進技術(shù)快,外向型企業(yè)較多,模具出口量較大。華東地區(qū)生產(chǎn)廠家主要集中在上海、蘇州、常州、昆山、南通等地,憑著緊靠我國工業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)重鎮(zhèn)的地域優(yōu)勢,發(fā)展勢頭強勁,企業(yè)普遍起點較高,員工素質(zhì)好,發(fā)展勢頭大。此外工業(yè)基礎(chǔ)較好的長春、大連、煙臺、重慶等地鑄造模的產(chǎn)出也不少。

(3)產(chǎn)品慨況

壓鑄模具的產(chǎn)品是鋁、鋅、鎂、銅等合金壓鑄件,其中鋁合金壓鑄件比例最大,約占60%,典型產(chǎn)品有汽車變速箱殼體、離合器外殼,發(fā)動機缸體、摩托車曲軸箱、發(fā)動機支架,電機罩蓋、機油濾清器底座等。

重力、低壓鑄造模具的產(chǎn)品是黑色金屬、鋁、銅等合金鑄件,典型的產(chǎn)品有發(fā)動機缸體、缸蓋、排氣管、后轎、減速器、曲軸、變速器外殼等。

(4)面臨的市場形勢

鑄造模具的產(chǎn)品應(yīng)用范圍很廣,幾乎涉及到所有工業(yè)制造領(lǐng)域,其中汽車零件的鑄件以其數(shù)量大、品種多、要求嚴名列首位。以壓鑄件為例,世界各國壓鑄的汽車零件在整個壓鑄產(chǎn)業(yè)中占有最大的份額(表 4)。

表4 各國汽車零件壓鑄件占壓鑄總產(chǎn)量之比 %

目前,正值我國汽車工業(yè)進入高速增長期,產(chǎn)量連續(xù)多年大幅度增長,2009年產(chǎn)量估計達到1300萬輛,強烈地增大對鑄造模具的需求,可預(yù)測到未來我國鑄造模的生產(chǎn)仍將獲得主要來自國內(nèi)汽車工業(yè)的強勁推力。我國摩托車生產(chǎn)連續(xù)多年來產(chǎn)量全球第一,年產(chǎn)量在2000萬輛以上,摩托車發(fā)動機所需的中型、復(fù)雜壓鑄模已幾乎全部來自國內(nèi)制造。同時我國龐大家電行業(yè)、建筑行業(yè)以及拓展迅猛的通訊行業(yè)己向鑄造模制造企業(yè)提供了持續(xù)的、穩(wěn)步增長的國內(nèi)巨大的需求市場。此外,在經(jīng)濟全球化浪潮中,產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程的國際分工正在形成,外商基于成本的壓力在我國大量采購鑄件,甚至還在中國設(shè)立鑄造生產(chǎn)基地,我國正承擔(dān)著國際金屬鑄件及制品的生產(chǎn)制造任務(wù)。同時隨著我國模具質(zhì)量與國外差距的逐步縮小,價格低廉也驅(qū)使國外模具采購量劇增,巨大的海外模具市場的需求對該產(chǎn)業(yè)的興旺起著推波助瀾的作用?？深A(yù)測未來一段較長時間內(nèi),我國鑄造模具產(chǎn)業(yè)無論國內(nèi)還是國際市場發(fā)展空間都很大。但也應(yīng)清楚地看到,我國鑄造模具的制造水平與國外還有差距,受當(dāng)前國際金融危機的影響,國際鑄造市場萎縮,國外鑄造模具制造業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩,從而加劇了行業(yè)內(nèi)的競爭,加上國內(nèi)存在著企業(yè)間無序的壓價競標(biāo),良莠不齊的各企業(yè)出口策略,給整個鑄造模具制造產(chǎn)業(yè)帶來了不良影響。

1.2 存在的主要問題

(1)大型、復(fù)雜的鑄造模具主要還處在模仿、消化吸收階段,自主創(chuàng)新的核心技術(shù)不多,模具的質(zhì)量、加工的精度、使用的可靠性、穩(wěn)定性及使用壽命與先進工業(yè)國家比仍有差距,模具調(diào)試時間長,造成鑄造行業(yè)每年依然大量從國外引進大型高端模具。

(2)國內(nèi)鑄造模具生產(chǎn)廠點數(shù)目很大,普遍規(guī)模小,還沒有可與國外同行優(yōu)秀企業(yè)抗衡的高水平企業(yè),缺乏領(lǐng)航的企業(yè),行業(yè)內(nèi)專業(yè)化分工不明顯。

(3)企業(yè)的標(biāo)準化程度較低,鑄造模具的標(biāo)準件商品化生產(chǎn)及使用覆蓋面都遠遠低于沖模和塑料模。

(4)壓鑄模具國家標(biāo)準經(jīng)修訂于2004年3月頒布實施,但內(nèi)容比較簡單,指導(dǎo)力不強,低壓和重力鑄造模具的國家標(biāo)準還未制定。

(5)模具數(shù)字化設(shè)計制造是提高鑄造模具生產(chǎn)企業(yè)整體水平的有效技術(shù)手段,其中三維設(shè)計和計算機仿真模擬分析技術(shù)的應(yīng)用,顯示出越來越大的優(yōu)越性。目前國內(nèi)完全實現(xiàn)CAD/CAM/CAE一體化的鑄造模具制造企業(yè)極少,且所選用的軟件主要依靠進口,三維設(shè)計和CAE技術(shù)的應(yīng)用水平和普及程度遠不及國內(nèi)塑料模具廠家。

(6)目前國產(chǎn)的熱作模具鋼性能和穩(wěn)定性仍未盡人意,制造出口模具和要求高的鑄造模具時基本還是選用進口鋼材,很大程度上影響模具企業(yè)的市場競爭力。

2 我國鑄造模具與國際先進水平的主要差距

(1)我國鑄造模具制造歷史短、經(jīng)驗不足

鑄造模具主要服務(wù)于汽車工業(yè),國外已有幾十年歷史,我國近十年才初具規(guī)模,其需求的大型、復(fù)雜、精密鑄造模具設(shè)計與制作經(jīng)驗不足,目前基本還處在學(xué)習(xí)模仿階段,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的大多是以造復(fù)制模為主,創(chuàng)新不多。制造過程中普遍存在質(zhì)量控制不夠嚴謹、制造精度較差,以及設(shè)計中對模具的熱平衡分析、冷卻系統(tǒng)設(shè)置、零件的快換、安裝的快捷、生產(chǎn)的安全性等考慮欠周全。盡管各種鑄件產(chǎn)品的模具國內(nèi)基本都已能制造,對于難度較大的模具上規(guī)模的廠家都有承接的勇氣,但往往因尺寸不到位、調(diào)試時間長、使用故障率高和壽命不理想使用戶缺乏采購信心。以汽車的心臟——發(fā)動機缸體壓鑄模具為例,我國從事缸體壓鑄件生產(chǎn)的廠家不下20家,但現(xiàn)運行的模具幾乎全部從日、歐、美引進。德國一家專業(yè)模具廠,早在1984年開始就已生產(chǎn)缸體壓鑄模具,先后已生產(chǎn)了超過50多套,而我國近3年才有國產(chǎn)的缸體壓鑄模具問世,至今各廠產(chǎn)出累計也不過10套左右。

(2)裝備及相應(yīng)配套的差距

國外先進工業(yè)國家規(guī)模稍大的模具廠家往往擁有數(shù)量較多的大型、中型5軸或3軸高速加工中心機床,配備多臺精度高的檢測設(shè)備,熱處理配套專業(yè)廠擁有承載大、10 Par以上的真空爐進行鑲塊的熱處理,有些模具廠還設(shè)有專供試模的車間,同時,熱模鋼(部分經(jīng)過3D鍛造)、優(yōu)質(zhì)標(biāo)準件及配件供應(yīng)暢通。同比國內(nèi)的模具廠家上述關(guān)鍵設(shè)備無論數(shù)量、檔次和規(guī)格都存在較大差距,而且制造出口的鑄造模具和大型的高端模具幾乎全要吃“洋飼料”──運用國外軟件進行設(shè)計,使用進口機床、刀具、檢測設(shè)備進行加工及檢測,購買進口的熱作鋼材,安裝在模具體上的標(biāo)準件和各類配件也要進口,因而模具制造成本大。

(3)人才的差距

國內(nèi)企業(yè)中掌握和運用新技術(shù)的人才不能滿足發(fā)展需要,模具高級技術(shù)人才、高技能的員工、企業(yè)管理人員及外經(jīng)外貿(mào)人才短缺,人才緊缺導(dǎo)致企業(yè)間爭相挖聘,影響了模具企業(yè)的發(fā)展和穩(wěn)定。尤其缺乏優(yōu)秀的復(fù)合人才,如:精通技術(shù)的經(jīng)營者、精通技術(shù)工藝的管理者、能熟練運用信息化技術(shù)進行設(shè)計及分析、了解鑄造工藝及相關(guān)設(shè)備原理、掌握調(diào)試修復(fù)處理技術(shù)的設(shè)計師。國外模具企業(yè)中從事管理和技術(shù)工作人員比例往往較高(25%～35%),員工質(zhì)量意識強,社會上有較完善的?？平逃图寄芘嘤?xùn),企業(yè)內(nèi)強化對員工的崗位培訓(xùn)。近期日本對未來幾年模具的發(fā)展技術(shù)倡導(dǎo):“可以不依賴于技能的模具設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)”,這意味著技術(shù)型的模具工程人員要求數(shù)目更多和水平更高。

(4)技術(shù)指標(biāo)上的差距(表5)

表5 國內(nèi)、外鑄造模具技術(shù)指標(biāo)對照表

3 我國鑄造模具的發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)

貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀,依靠技術(shù)創(chuàng)新,推廣應(yīng)用現(xiàn)代信息化技術(shù)提升企業(yè)的設(shè)計、加工和管理水平,加大投資力度,提高企業(yè)的裝備水平和核心競爭力,突出做強骨干企業(yè),推動鑄造模具產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康快速發(fā)展。在“十二五”期間,保持鑄造模具年產(chǎn)量兩位數(shù)的增幅,培育造就3～5家年產(chǎn)值超億元企業(yè)。大型、復(fù)雜鑄造模具開發(fā)制造水平及模具使用壽命達到目前國際先進工業(yè)國家水平;做到中、小型鑄造模具完全滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要,大型鑄造模具國內(nèi)配套率超過70%,并增加模具出口量。

4 產(chǎn)品和技術(shù)等方面的發(fā)展重點和重大課題

(1)鑄造成形理論和技術(shù)的系統(tǒng)研究

目前,鑄造模具的設(shè)計理論和技術(shù)發(fā)展制約著水平的進一步提升,模具澆注系統(tǒng)、排渣排氣系統(tǒng)、補縮系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)設(shè)計上普遍還處在仿效和類推的做法,往往造成設(shè)計失誤,或加大模具的調(diào)試難度和難以提高鑄件合格率?！笆濉逼陂g應(yīng)加快和系統(tǒng)研究金屬鑄造成形理論、順序凝固精確控溫技術(shù)、鑄造過程中氣體分布及排放機理、快速凝固技術(shù)。

(2)加快對新型、特殊成形工藝的鑄造模具的研發(fā)

目前國內(nèi)對于一些有特殊性能要求的優(yōu)質(zhì)鑄件,如高強度件,高耐磨性件、薄壁件及高氣密性鑄件的模具研究甚少,無法滿足軍工、航天、航空等行業(yè)需求,這部分鑄造模具國外還未達到完全成熟階段。加快對新型、特殊工藝鑄造模具的研發(fā),在這些領(lǐng)域中與國際先進技術(shù)水平接近同步發(fā)展,最有利于搶占高端鑄造模具制高點,從而帶動一般模具技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量提升,制造出具有特色的、有核心技術(shù)的模具。其中真空壓鑄、半固態(tài)金屬鑄造、金屬擠壓鑄造、金屬液鍛所需模具的開發(fā)、研究及其推廣是重點課題。

(3)加快對新材料應(yīng)用的鑄造模具的研發(fā)

充分利用我國鎂合金資源的優(yōu)勢,拓展鎂合金壓鑄件的應(yīng)用。開展鎂合金壓鑄生產(chǎn)工藝的研究、以鎂合金替代其他金屬的大型壓鑄件可行性探討,以及相關(guān)模具的技術(shù)研究,本課題重點應(yīng)圍繞大型鎂合金壓鑄模具的研發(fā)。

(4)攻克鑄造模具制造的關(guān)鍵技術(shù)

目前我國鑄造模具制造水平與國外先進工業(yè)國家的最明顯差距在使用壽命上,有些關(guān)鍵的先進制造技術(shù)還沒有很好掌握,應(yīng)對下列課題進行研究:模具使用過程中充分發(fā)掘耐熱鋼材的性能;型位鑲件失效分析及提高鑄造模具使用壽命的研究;厚度大于200mm的熱作鋼熱處理淬透性的研究;鑄造模具鑲塊表面處理技術(shù)的研究等。

(5)大型、復(fù)雜、精密壓鑄模的研發(fā)與制造

鑄造模具中的大型、復(fù)雜、精密汽車壓鑄模目前依然大量進口,影響到汽車行業(yè)的發(fā)展,應(yīng)對進口模具進行分析、消化和模仿,可抓住目前急需的和難度大的典型模具開展攻關(guān):展開橋車發(fā)動機缸體壓鑄模具的研發(fā)制造;自動波汽車變速箱壓鑄模具的研發(fā)制造。

5 我國鑄造模具的發(fā)展建議

(1)建議通過企業(yè)自身的發(fā)展壯大以及政府的扶持,做強行業(yè)骨干企業(yè),在“十二五”期間重點培育和造就3～5家年產(chǎn)值超億元企業(yè),開展難度大、高端鑄造模具的開發(fā)和攻關(guān),增強國際市場競爭力。

(2)建議繼續(xù)大力支持有關(guān)高等院校和科研機構(gòu)加速對鑄造模具CAE軟件的研究和開發(fā),特別要聯(lián)合鑄造行業(yè)生產(chǎn)廠家和相應(yīng)模具的制造廠家共同開發(fā),以鼓勵推廣應(yīng)用,在經(jīng)濟政策上應(yīng)給予以適當(dāng)?shù)姆龀?并在應(yīng)用過程中不斷完善和提高。起步不算太早的日本、韓國在鑄造CAE軟件開發(fā)的做法,以及黃巖、寧波地區(qū)通過地方資助推廣應(yīng)用國產(chǎn)塑料模具CAE軟件的經(jīng)驗很值得借鑒。

(3)建議在“十二五”期間,發(fā)揮模具工業(yè)協(xié)會的作用,組織力量,參考北美鑄造學(xué)會標(biāo)準和ISO國際標(biāo)準,對壓鑄模具的國家標(biāo)準進行第二次修訂,并著手制定低壓鑄造模具國家標(biāo)準和重力鑄造模具國家標(biāo)準。

(4)建議國家在鋼鐵行業(yè)中重點扶持2～3個生產(chǎn)廠點,這些廠點只能做到“小、專、精”。加速提升冶煉、鍛造技術(shù),進行新模具鋼種的研發(fā),熱切期待市場能提供鑄造模具行業(yè)所需的質(zhì)優(yōu)價廉的國產(chǎn)耐熱模具鋼材。

(5)為提高行業(yè)整體技術(shù)水平,建議國家或鑄造模具制造廠家相對集中的地區(qū)建立鑄造模具技術(shù)研究所、熱處理中心、鋼材表面處理中心、鑄造模具試模基地、鑄造模具檢測和鑒定中心等技術(shù)研究和服務(wù)的平臺。