鍛造行業(yè)在新工藝、新材料、新設(shè)備上的探索

文/韓文干·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造分公司

鍛造行業(yè)在新工藝、新材料、新設(shè)備上的探索

文/韓文干·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造分公司

創(chuàng)新是推動(dòng)鍛造業(yè)向前的不竭動(dòng)力，也是社會(huì)發(fā)展的力量之源。圍繞下游行業(yè)的發(fā)展變化，鍛造生產(chǎn)企業(yè)在以新材料、新工藝、新設(shè)備為特征的“三新”技術(shù)推廣應(yīng)用中大膽探索，不僅摸索出一條適應(yīng)企業(yè)自身發(fā)展的新路子，而且在客觀上也支撐和助推了下游整車業(yè)的發(fā)展。

新工藝帶來(lái)新收益

精益化設(shè)計(jì)，提高材料利用率

2010年，東風(fēng)鍛造公司對(duì)29個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)、收益改善空間大的產(chǎn)品實(shí)施了精益化設(shè)計(jì)，取得了減少材料損耗、鍛件輕量化、降低能源消耗、提高客戶機(jī)加工效率等綜合目標(biāo)。8個(gè)曲軸零件平均節(jié)材10％、降耗7％、提高客戶機(jī)加工效率20％。其中，東風(fēng)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)公司的主打產(chǎn)品雷諾dCi11發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸毛坯每根就節(jié)省鋼材3.8kg，提高曲軸加工效率25％。通過(guò)對(duì)這29個(gè)產(chǎn)品實(shí)施精益化設(shè)計(jì)，全年節(jié)材達(dá)五百余萬(wàn)元。在此基礎(chǔ)上，2011年，他們又進(jìn)一步探索“低成本運(yùn)營(yíng)”的新途徑和新方法，通過(guò)持續(xù)開(kāi)展精益化設(shè)計(jì)和精益化制造，使產(chǎn)品材料利用率由60.41％提升至61.36％，全年節(jié)約鋼材六百余萬(wàn)元。

改進(jìn)工藝，提高生產(chǎn)效率

中國(guó)重汽鍛造廠的16t電液錘生產(chǎn)線承擔(dān)著中國(guó)重汽公司的前軸、曲軸等大型鍛件毛坯的生產(chǎn)任務(wù)。起初，16t電液錘模鍛所需的STR、HOWO前軸坯料一直是由外協(xié)廠家提供，這些通過(guò)二火甚至三火加熱后的坯料，不僅費(fèi)用較高，而且還嚴(yán)重影響到終鍛后前軸、曲軸的外觀質(zhì)量。為有效地消除這種現(xiàn)象，他們通過(guò)配裝1000mm輥鍛機(jī)，實(shí)現(xiàn)了前軸輥鍛、模鍛、切邊及校正等所有工序的一火鍛造。結(jié)果顯示，使用輥鍛裝置后的產(chǎn)品，每件消耗定額較使用前下降近10kg。一機(jī)集團(tuán)富成鍛造公司16t、10t組成的大錘生產(chǎn)線承擔(dān)著70％以上的鍛件生產(chǎn)任務(wù)，過(guò)去執(zhí)行的加熱工藝路線是，棒料先從10t預(yù)鍛后再上16t終鍛，后經(jīng)過(guò)反復(fù)探索，他們?cè)?0t錘上直接鍛打四缸汽車曲軸毛坯，將六缸汽車曲軸毛坯改為一次加熱，不通過(guò)10t錘的預(yù)鍛而直接上16t鍛打，不僅實(shí)現(xiàn)了單錘作業(yè)，而且將原有的一條生產(chǎn)線改變成為兩條生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率翻番增長(zhǎng)。杭州萬(wàn)向集團(tuán)十字軸熱鍛成形，原工藝采用空氣錘制坯后再通過(guò)摩擦壓力機(jī)一次單件成形工藝，經(jīng)過(guò)大膽摸索，現(xiàn)改成采用程控全液壓模鍛錘成形工藝，一料三件。其工藝路線為：加熱、模鍛錘（制坯→預(yù)鍛→終鍛）五錘成形、切邊。由于模鍛錘的打擊頻率高，每錘的打擊能量及打擊步序均可通過(guò)程序設(shè)定，一條生產(chǎn)線3人操作可完成原來(lái)三條生產(chǎn)線15人工作量。采用一料三件鍛錘成形工藝，不僅大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且節(jié)約了材料。一料三件，兩件間飛邊可共用，三件的飛邊量為原工藝兩件的飛邊量。

優(yōu)化工藝流程，科學(xué)配置資源

讓適宜的設(shè)備生產(chǎn)適宜的鍛件是東風(fēng)鍛造公司科學(xué)配置資源的有效舉措。他們?cè)谌P對(duì)比分析每臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)能、動(dòng)能匹配、鍛件特點(diǎn)及工藝流程等因素后，對(duì)設(shè)備和鍛件原有的制造匹配模式進(jìn)行大幅度的調(diào)整，從而消除小馬拉大車和大馬拉小車的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備產(chǎn)能的最大釋放和產(chǎn)出的最優(yōu)化。如3632362和3632363兩個(gè)零件，原在俄羅斯80MN鍛壓機(jī)上生產(chǎn)，日產(chǎn)鍛件分別為665件和396件，轉(zhuǎn)換到63MN鍛壓機(jī)上生產(chǎn)后，日產(chǎn)出效率分別提升了114％和197.2％。F3000曲軸原在國(guó)產(chǎn)80MN鍛壓機(jī)上生產(chǎn)，日產(chǎn)鍛件928件，調(diào)整到俄羅斯80MN鍛壓機(jī)上生產(chǎn)后，日產(chǎn)出效率提高了66.4％。通過(guò)生產(chǎn)資源科學(xué)配置，該公司90％的生產(chǎn)線的產(chǎn)出效率都得到了大幅度的提升。除此之外，他們還在提速生產(chǎn)節(jié)拍上巧做文章。根據(jù)設(shè)備實(shí)際產(chǎn)能狀況、產(chǎn)品特點(diǎn)、工藝參數(shù)、行業(yè)產(chǎn)出情況，對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍重新進(jìn)行了合理提速，為進(jìn)一步提高產(chǎn)出效率夯實(shí)了基礎(chǔ)。

適應(yīng)發(fā)展需要，推廣新技術(shù)

隨著整車廠發(fā)展需要，零部件行業(yè)新技術(shù)推廣如火如荼，鋁合金替代鋼材助推整車“輕量化”，鑄件產(chǎn)品逐步被鍛件替代，以不斷提高其內(nèi)在性能，部分鍛件被沖壓件替代，達(dá)到持續(xù)降低成本目的等等。例如，為適應(yīng)中馬力以上柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸由“鑄”向“鍛”的升級(jí)步伐，一拖鍛造開(kāi)發(fā)出十余種原本使用鑄鐵件的錫柴鍛鋼曲軸；一汽巴勒特鍛造公司根據(jù)客戶要求，將17型鉤尾框由過(guò)去的鑄件改為鍛件以提高強(qiáng)度等。非調(diào)質(zhì)鋼是通過(guò)微合金化、控制軋制（鍛制）和控制冷卻等強(qiáng)韌化方法，取消了調(diào)質(zhì)處理，達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼力學(xué)性能的一類優(yōu)質(zhì)或特殊質(zhì)量結(jié)構(gòu)鋼，在國(guó)外廣泛使用，隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的推廣，因?yàn)槠涑杀緝?yōu)勢(shì)明顯優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼，逐漸被國(guó)內(nèi)鍛造企業(yè)大量采用。例如，東風(fēng)鍛造非調(diào)質(zhì)鋼產(chǎn)品用量比重已達(dá)到40％以上。

新材料助推“輕量化”

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)材料的開(kāi)發(fā)方向是鋁合金、錳合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料（如金屬基復(fù)合材料、玻璃鋼和碳纖維復(fù)合材料）和熱塑性材料等。這幾年，鋁合金、高強(qiáng)度鋼、合成塑料、復(fù)合材料和陶瓷在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

實(shí)踐表明，鋁合金產(chǎn)品替代原有鋼材產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)“輕量化”的主要材料。資料顯示，2011年全世界鋁的總消費(fèi)量約5740萬(wàn)噸，其中鑄造產(chǎn)品（壓鑄件與鑄件，前者占80％左右）約1660萬(wàn)噸，占29％；壓力加工產(chǎn)品4080萬(wàn)噸（平軋產(chǎn)品，即板、帶、箔約2100萬(wàn)噸，占52％；擠壓與拉伸材1800萬(wàn)噸，占44％；鍛件122.4萬(wàn)噸，占3％；粉、膏、其他約41萬(wàn)噸，占1％），占71％。在上述的鋁消費(fèi)總量中，原鋁占71％，再生鋁1660萬(wàn)噸，占29％。

從零部件所使用的材料看，主要還是以鋼材為主，即使在技術(shù)比較發(fā)達(dá)的日本，用于軋制及擠壓的鋁產(chǎn)品占17.6％，用于壓鑄件及鑄件的鋁產(chǎn)品占80.27％，用于諸如懸架系統(tǒng)零件與輪轂之類的重載承力結(jié)構(gòu)件的鍛件占2.2％。其中，鍛件雖然在鋁制零部件所占比重有限，但對(duì)保證汽車的安全平穩(wěn)行駛起著至關(guān)重要的作用。

從國(guó)內(nèi)鋁制零部件企業(yè)的構(gòu)成看，主要有三方面力量。一是既有的生產(chǎn)企業(yè)，這類企業(yè)是目前我國(guó)鋁制品的主力；二是國(guó)內(nèi)新上馬的企業(yè)，這些企業(yè)起點(diǎn)較高，市場(chǎng)目標(biāo)定位清晰；三是外國(guó)獨(dú)資企業(yè)，這類企業(yè)依靠國(guó)外本部強(qiáng)大的技術(shù)力量，將在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中成為國(guó)內(nèi)同行強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

國(guó)內(nèi)鋁制零部件企業(yè)眾多，但規(guī)模不一。西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司于2000年12月18日改制成立，前身是20世紀(jì)50年代籌備、60年代動(dòng)工興建的西南鋁加工廠，現(xiàn)直屬于中國(guó)鋁業(yè)公司。西南鋁擁有具有國(guó)際先進(jìn)水平的高精鋁及鋁合金板帶材熱連軋生產(chǎn)線、3萬(wàn)噸模鍛水壓機(jī)、1.25萬(wàn)噸臥式擠壓機(jī)、2800mm熱軋機(jī)和冷軋機(jī)、1850mm特薄板軋機(jī)、1700mm鋁箔軋機(jī)、8000t臥式擠壓機(jī)等設(shè)備。主要產(chǎn)品有鋁及鋁合金板、帶、箔、管、棒、型材和模鍛件、自由鍛件、壓鑄件、鋁焊管、鋁鋰合金、高溫合金、彩色涂層鋁板等產(chǎn)品，是我國(guó)生產(chǎn)規(guī)模最大、技術(shù)裝備最先進(jìn)、品種規(guī)格最齊全的綜合性特大型鋁業(yè)加工企業(yè)。西南鋁曾成功突破了巨型鋁合金鍛環(huán)的成形難關(guān)，軋制出直徑為6.10m的巨型鋁合金鍛環(huán)，相關(guān)技術(shù)水平亞洲領(lǐng)先。

法士特公司走在汽車鋁制零部件生產(chǎn)的前列，自主研發(fā)的12擋全鋁合金殼體輕量化變速器新產(chǎn)品總減輕108kg，自主研發(fā)出9擋、10擋、12擋、16擋和20擋全鋁合金殼體變速器。為了把汽車鋁制零部件進(jìn)一步推向深入，目前，法士特投資引進(jìn)意大利2700t鋁合金壓鑄生產(chǎn)線、600t鋁合金壓鑄生產(chǎn)線和美國(guó)的鋁合金消失模鑄造自動(dòng)生產(chǎn)線，已投入批量化生產(chǎn)，為變速器的輕量化發(fā)展奠定了更加牢固的基礎(chǔ)。

2012年6月2日，總投資58億元的酒鋼集團(tuán)公司東興鋁業(yè)嘉酒風(fēng)電基地載能特色鋁合金節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目工程在嘉峪關(guān)開(kāi)工建設(shè)，該項(xiàng)目核心是特色鋁合金生產(chǎn)線以及與之相關(guān)配套工程，綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)世界先進(jìn)水平，是目前國(guó)際上單系列產(chǎn)能最大的特色鋁合金生產(chǎn)線。該工程按照產(chǎn)品一流、技術(shù)一流、管理一流、環(huán)保一流的目標(biāo)，分步建設(shè)、分期投產(chǎn)，嚴(yán)格落實(shí)投資、工期、質(zhì)量和安全責(zé)任，確保項(xiàng)目3年內(nèi)全部建設(shè)完成，2015年上半年特色鋁合金生產(chǎn)能力將全部形成。

日本神戶鋼鐵公司（Kobe Steel，Ltd.）原本計(jì)劃投資10億日元，在蘇州建立神戶汽車鋁產(chǎn)品（中國(guó)）公司（Kobe Aluminum Automotive Products（China）Co.，Kapp China），主要生產(chǎn)汽車鋁產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)的股比是，神戶鋼鐵公司占60％股份、三井公司（Mitsui＆Co.）占25％、豐田貿(mào)易公司（Toyota Tsusho Corp.）占15％，項(xiàng)目于2010年12月開(kāi)工建設(shè)，專門生產(chǎn)汽車懸架系統(tǒng)鍛件，設(shè)備主要有一臺(tái)63MN的機(jī)械傳動(dòng)壓力機(jī)（Mechanical Press），鍛件生產(chǎn)能力12萬(wàn)件/年。后出于對(duì)鋁合金鍛件需求將不斷上升的判斷，2011年12月15日神戶鋼鐵公司對(duì)外稱，將對(duì)蘇州鋁鍛壓廠追加45億日元投資，再增建1臺(tái)63MN的機(jī)械壓力機(jī)，使鍛件生產(chǎn)能力翻一番，達(dá)到25萬(wàn)件/年。根據(jù)進(jìn)度，此臺(tái)新增鍛壓機(jī)將于2013年投產(chǎn)。

在鋁制零部件大行其道的同時(shí)，大型不銹鋼鍛件等新材料也得到了較快發(fā)展。例如，中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司通過(guò)專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，采用最新低碳鎂碳磚技術(shù)成功冶煉出一爐超低碳不銹鋼，經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。2012年6月6日，二重鑄鍛鋼事業(yè)部水壓機(jī)車間成功鍛制出兩支馬氏體不銹鋼軸。該軸采用電渣重熔錠生產(chǎn)，材質(zhì)較特殊，生產(chǎn)難度很大，在鋼錠進(jìn)入車間后，技術(shù)組派專人進(jìn)行全程技術(shù)服務(wù)，對(duì)加熱溫度、保溫效果、坯料表面裂紋、分料尺寸和鍛造溫度等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)，及時(shí)有效地解決生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)難題，保證了生產(chǎn)過(guò)程滿足工藝的要求。

新設(shè)備支撐新發(fā)展

模鍛錘向電液錘改變成為發(fā)展趨勢(shì)。與傳統(tǒng)鍛錘相比，電液錘具有節(jié)能效果明顯，優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)水平等優(yōu)點(diǎn)。一拖鍛造分公司是國(guó)內(nèi)大型鍛造企業(yè)之一，原有工藝裝備主要是以蒸汽為動(dòng)力的全系列模鍛錘和自由鍛錘機(jī)組，鍛造加熱以煤氣為主，能源利用效率低下，蒸汽僅有3％，煤氣不足15％，最高年份蒸汽消耗曾達(dá)20萬(wàn)噸，煤氣超過(guò)1億m3，能源成本接近1億元。2008年，公司對(duì)10t以上模鍛錘改造采用全液壓程控技術(shù)，使用動(dòng)力由浪費(fèi)極大的蒸汽轉(zhuǎn)為可有效控制的電能，當(dāng)年投資當(dāng)年見(jiàn)效，減少動(dòng)能成本支出近千萬(wàn)元。隨后，公司展開(kāi)了大規(guī)模的節(jié)能減排技術(shù)改造工作，先后投資4000萬(wàn)元對(duì)所有的模鍛錘、自由鍛錘和鍛造加熱設(shè)備進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)改造。據(jù)測(cè)算，實(shí)施節(jié)能減排改造后噸鍛件消耗動(dòng)能費(fèi)用同比下降60％以上，年節(jié)能2.5萬(wàn)噸以上標(biāo)煤，減少SO2排放量95t，減少水損70萬(wàn)噸，削減COD排放量350t，排污總量減少90％，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)主要蒸汽模鍛錘基本上已經(jīng)全部改造為電液錘。例如，中國(guó)重汽鍛造廠的兩臺(tái)16t電液錘，山西鍛造廠的兩臺(tái)16t電液錘，太陽(yáng)鍛造公司的兩臺(tái)10t電液錘等。

專業(yè)設(shè)備發(fā)揮不可替代的關(guān)鍵作用。針對(duì)下游的產(chǎn)品特點(diǎn)定制特色裝備，成為零部件生產(chǎn)企業(yè)的新取向。陜西法士特鍛造針對(duì)產(chǎn)品多為齒輪件的特點(diǎn)，通過(guò)購(gòu)置快鍛設(shè)備，達(dá)到產(chǎn)品專業(yè)化的同時(shí)，大幅提升了產(chǎn)出效率。江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司是國(guó)內(nèi)轎車領(lǐng)域精鍛齒輪產(chǎn)銷量最大的供應(yīng)商。通過(guò)專用設(shè)備，生產(chǎn)的汽車差速器半軸齒輪和行星齒輪、汽車變速器結(jié)合齒輪得到了國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平的整車制造商或其動(dòng)力總成供應(yīng)商的高度認(rèn)可，進(jìn)入了GKN、MAGNA、VW、GM、GETRAG、AAM、DANA和John Deere等著名企業(yè)的全球采購(gòu)體系，成為國(guó)內(nèi)同行企業(yè)中惟一一家同時(shí)為大眾汽車、通用汽車、福特汽車和豐田汽車等公司眾多車型配套精鍛齒輪的企業(yè)。作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、全球知名的葉片專業(yè)供應(yīng)商——無(wú)錫透平葉片有限公司（WTB）憑借引進(jìn)世界頂級(jí)的355MN離合器式螺旋壓力機(jī)等專業(yè)裝備，已為大型電站汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)及各類透平動(dòng)力裝備提供各種葉片200萬(wàn)片以上，擁有中國(guó)國(guó)內(nèi)70％以上的大葉片市場(chǎng)份額，產(chǎn)品更遠(yuǎn)銷日本、德國(guó)、意大利、法國(guó)、美國(guó)、印度等國(guó)家。

人物 Figure