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

1 我國(guó)鑄造模具目前的狀況和存在的主要問(wèn)題

1.1 發(fā)展情況

(1)產(chǎn)業(yè)慨況

近年來(lái),隨著我國(guó)制造業(yè),特別是汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展,鑄件市場(chǎng)需求大幅上揚(yáng),帶動(dòng)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(guó)模具總量的8%,年銷(xiāo)售額約80億元。由于市場(chǎng)對(duì)大型、復(fù)雜、高品質(zhì)、高性能鑄件的要求,帶動(dòng)我國(guó)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(mén)類(lèi)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(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)經(jīng)營(yíng)管理委員會(huì)編制的《全國(guó)模具專(zhuān)業(yè)廠基本情況》統(tǒng)計(jì),近4年來(lái)鑄造模具每年平均增長(zhǎng)速度高達(dá) 24%(表1)。

表1 我國(guó)鑄造模具生產(chǎn)情況匯總

總體來(lái)說(shuō),中、小型鑄造模具的制作完全可滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)的需求,大型、復(fù)雜、精密的鑄造模具依賴(lài)進(jìn)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(jìn)口不少(主要進(jìn)口國(guó)是日本、韓國(guó)、德國(guó)、意大利、美國(guó));可喜的是國(guó)內(nèi)使用的大型、復(fù)雜的鑄造模具已從原先大量引進(jìn)到目前國(guó)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(guó)鑄造模生產(chǎn)廠點(diǎn)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(guò)300人,年產(chǎn)值超5000萬(wàn)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(wàn)元,模具的檔次多為中、低檔。模具使用壽命及制造周期見(jiàn)表2和表3。

表2 我國(guó)壓鑄模使用壽命 萬(wàn)模次

表3 鑄造模具制造周期 月

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

鑄造模具生產(chǎn)廠家集中分布在我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省、市及汽車(chē)、摩托車(chē)生產(chǎn)基地。如浙江省有被稱(chēng)為“中國(guó)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(diǎn)相對(duì)分散,由于經(jīng)濟(jì)開(kāi)放較早,吸收國(guó)外先進(jìn)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(guó)工業(yè)和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)重鎮(zhèn)的地域優(yōu)勢(shì),發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁,企業(yè)普遍起點(diǎn)較高,員工素質(zhì)好,發(fā)展勢(shì)頭大。此外工業(yè)基礎(chǔ)較好的長(zhǎng)春、大連、煙臺(tái)、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(chē)變速箱殼體、離合器外殼,發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、摩托車(chē)曲軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)支架,電機(jī)罩蓋、機(jī)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(dòng)機(jī)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(chǎng)形勢(shì)

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(chē)零件的鑄件以其數(shù)量大、品種多、要求嚴(yán)名列首位。以壓鑄件為例,世界各國(guó)壓鑄的汽車(chē)零件在整個(gè)壓鑄產(chǎn)業(yè)中占有最大的份額(表 4)。

表4 各國(guó)汽車(chē)零件壓鑄件占?jí)鸿T總產(chǎn)量之比 %

目前,正值我國(guó)汽車(chē)工業(yè)進(jìn)入高速增長(zhǎng)期,產(chǎn)量連續(xù)多年大幅度增長(zhǎng),2009年產(chǎn)量估計(jì)達(dá)到1300萬(wàn)輛,強(qiáng)烈地增大對(duì)鑄造模具的需求,可預(yù)測(cè)到未來(lái)我國(guó)鑄造模的生產(chǎn)仍將獲得主要來(lái)自國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)的強(qiáng)勁推力。我國(guó)摩托車(chē)生產(chǎn)連續(xù)多年來(lái)產(chǎn)量全球第一,年產(chǎn)量在2000萬(wàn)輛以上,摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的中型、復(fù)雜壓鑄模已幾乎全部來(lái)自國(guó)內(nèi)制造。同時(shí)我國(guó)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(zhǎng)的國(guó)內(nèi)巨大的需求市場(chǎng)。此外,在經(jīng)濟(jì)全球化浪潮中,產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程的國(guó)際分工正在形成,外商基于成本的壓力在我國(guó)大量采購(gòu)鑄件,甚至還在中國(guó)設(shè)立鑄造生產(chǎn)基地,我國(guó)正承擔(dān)著國(guó)際金屬鑄件及制品的生產(chǎn)制造任務(wù)。同時(shí)隨著我國(guó)模具質(zhì)量與國(guó)外差距的逐步縮小,價(jià)格低廉也驅(qū)使國(guó)外模具采購(gòu)量劇增,巨大的海外模具市場(chǎng)的需求對(duì)該產(chǎn)業(yè)的興旺起著推波助瀾的作用?？深A(yù)測(cè)未來(lái)一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),我國(guó)鑄造模具產(chǎn)業(yè)無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)際市場(chǎng)發(fā)展空間都很大。但也應(yīng)清楚地看到,我國(guó)鑄造模具的制造水平與國(guó)外還有差距,受當(dāng)前國(guó)際金融危機(jī)的影響,國(guó)際鑄造市場(chǎng)萎縮,國(guó)外鑄造模具制造業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)剩,從而加劇了行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng),加上國(guó)內(nèi)存在著企業(yè)間無(wú)序的壓價(jià)競(jìng)標(biāo),良莠不齊的各企業(yè)出口策略,給整個(gè)鑄造模具制造產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了不良影響。

1.2 存在的主要問(wèn)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(jìn)工業(yè)國(guó)家比仍有差距,模具調(diào)試時(shí)間長(zhǎng),造成鑄造行業(yè)每年依然大量從國(guó)外引進(jìn)大型高端模具。

(2)國(guó)內(nèi)鑄造模具生產(chǎn)廠點(diǎn)數(shù)目很大,普遍規(guī)模小,還沒(méi)有可與國(guó)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(zhuān)業(yè)化分工不明顯。

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

(4)壓鑄模具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)修訂于2004年3月頒布實(shí)施,但內(nèi)容比較簡(jiǎn)單,指導(dǎo)力不強(qiáng),低壓和重力鑄造模具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還未制定。

(5)模具數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)和計(jì)算機(jī)仿真模擬分析技術(shù)的應(yīng)用,顯示出越來(lái)越大的優(yōu)越性。目前國(guó)內(nèi)完全實(shí)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(jìn)口,三維設(shè)計(jì)和CAE技術(shù)的應(yīng)用水平和普及程度遠(yuǎn)不及國(guó)內(nèi)塑料模具廠家。

(6)目前國(guó)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(shí)基本還是選用進(jìn)口鋼材,很大程度上影響模具企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 我國(guó)鑄造模具與國(guó)際先進(jìn)水平的主要差距

(1)我國(guó)鑄造模具制造歷史短、經(jīng)驗(yàn)不足

鑄造模具主要服務(wù)于汽車(chē)工業(yè),國(guó)外已有幾十年歷史,我國(guó)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(jì)與制作經(jīng)驗(yàn)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(guò)程中普遍存在質(zhì)量控制不夠嚴(yán)謹(jǐn)、制造精度較差,以及設(shè)計(jì)中對(duì)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(guó)內(nèi)基本都已能制造,對(duì)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(shí)間長(zhǎng)、使用故障率高和壽命不理想使用戶(hù)缺乏采購(gòu)信心。以汽車(chē)的心臟——發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄模具為例,我國(guó)從事缸體壓鑄件生產(chǎn)的廠家不下20家,但現(xiàn)運(yùn)行的模具幾乎全部從日、歐、美引進(jìn)。德國(guó)一家專(zhuān)業(yè)模具廠,早在1984年開(kāi)始就已生產(chǎn)缸體壓鑄模具,先后已生產(chǎn)了超過(guò)50多套,而我國(guó)近3年才有國(guó)產(chǎn)的缸體壓鑄模具問(wèn)世,至今各廠產(chǎn)出累計(jì)也不過(guò)10套左右。

(2)裝備及相應(yīng)配套的差距

國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)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(jī)床,配備多臺(tái)精度高的檢測(cè)設(shè)備,熱處理配套專(zhuān)業(yè)廠擁有承載大、10 Par以上的真空爐進(jìn)行鑲塊的熱處理,有些模具廠還設(shè)有專(zhuān)供試模的車(chē)間,同時(shí),熱模鋼(部分經(jīng)過(guò)3D鍛造)、優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)件及配件供應(yīng)暢通。同比國(guó)內(nèi)的模具廠家上述關(guān)鍵設(shè)備無(wú)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(yùn)用國(guó)外軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),使用進(jìn)口機(jī)床、刀具、檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行加工及檢測(cè),購(gòu)買(mǎi)進(jìn)口的熱作鋼材,安裝在模具體上的標(biāo)準(zhǔn)件和各類(lèi)配件也要進(jìn)口,因而模具制造成本大。

(3)人才的差距

國(guó)內(nèi)企業(yè)中掌握和運(yùn)用新技術(shù)的人才不能滿(mǎn)足發(fā)展需要,模具高級(jí)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(zhēng)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(yíng)者、精通技術(shù)工藝的管理者、能熟練運(yùn)用信息化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)師。國(guó)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(shí)強(qiáng),社會(huì)上有較完善的專(zhuān)科教育和技能培訓(xùn),企業(yè)內(nèi)強(qiáng)化對(duì)員工的崗位培訓(xùn)。近期日本對(duì)未來(lái)幾年模具的發(fā)展技術(shù)倡導(dǎo):“可以不依賴(lài)于技能的模具設(shè)計(jì)、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(guó)內(nèi)、外鑄造模具技術(shù)指標(biāo)對(duì)照表

3 我國(guó)鑄造模具的發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)

貫徹落實(shí)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(jì)、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(jìng)爭(zhēng)力,突出做強(qiáng)骨干企業(yè),推動(dòng)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?jī)晌粩?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(kāi)發(fā)制造水平及模具使用壽命達(dá)到目前國(guó)際先進(jìn)工業(yè)國(guó)家水平;做到中、小型鑄造模具完全滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要,大型鑄造模具國(guó)內(nèi)配套率超過(guò)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(diǎn)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(jì)理論和技術(shù)發(fā)展制約著水平的進(jìn)一步提升,模具澆注系統(tǒng)、排渣排氣系統(tǒng)、補(bǔ)縮系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上普遍還處在仿效和類(lèi)推的做法,往往造成設(shè)計(jì)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(guò)程中氣體分布及排放機(jī)理、快速凝固技術(shù)。

(2)加快對(duì)新型、特殊成形工藝的鑄造模具的研發(fā)

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于一些有特殊性能要求的優(yōu)質(zhì)鑄件,如高強(qiáng)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(wú)法滿(mǎn)足軍工、航天、航空等行業(yè)需求,這部分鑄造模具國(guó)外還未達(dá)到完全成熟階段。加快對(duì)新型、特殊工藝鑄造模具的研發(fā),在這些領(lǐng)域中與國(guó)際先進(jìn)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(diǎn),從而帶動(dòng)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(kāi)發(fā)、研究及其推廣是重點(diǎn)課題。

(3)加快對(duì)新材料應(yīng)用的鑄造模具的研發(fā)

充分利用我國(guó)鎂合金資源的優(yōu)勢(shì),拓展鎂合金壓鑄件的應(yīng)用。開(kāi)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(diǎn)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(guó)鑄造模具制造水平與國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的最明顯差距在使用壽命上,有些關(guān)鍵的先進(jìn)制造技術(shù)還沒(méi)有很好掌握,應(yīng)對(duì)下列課題進(jìn)行研究:模具使用過(guò)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(chē)壓鑄模目前依然大量進(jìn)口,影響到汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展,應(yīng)對(duì)進(jìn)口模具進(jìn)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(kāi)展攻關(guān):展開(kāi)橋車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體壓鑄模具的研發(fā)制造;自動(dòng)波汽車(chē)變速箱壓鑄模具的研發(fā)制造。

5 我國(guó)鑄造模具的發(fā)展建議

(1)建議通過(guò)企業(yè)自身的發(fā)展壯大以及政府的扶持,做強(qiáng)行業(yè)骨干企業(yè),在“十二五”期間重點(diǎn)培育和造就3～5家年產(chǎn)值超億元企業(yè),開(kāi)展難度大、高端鑄造模具的開(kāi)發(fā)和攻關(guān),增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

(2)建議繼續(xù)大力支持有關(guān)高等院校和科研機(jī)構(gòu)加速對(duì)鑄造模具CAE軟件的研究和開(kāi)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(kāi)發(fā),以鼓勵(lì)推廣應(yīng)用,在經(jīng)濟(jì)政策上應(yīng)給予以適當(dāng)?shù)姆龀?并在應(yīng)用過(guò)程中不斷完善和提高。起步不算太早的日本、韓國(guó)在鑄造CAE軟件開(kāi)發(fā)的做法,以及黃巖、寧波地區(qū)通過(guò)地方資助推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)塑料模具CAE軟件的經(jīng)驗(yàn)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(huì)的作用,組織力量,參考北美鑄造學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),對(duì)壓鑄模具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行第二次修訂,并著手制定低壓鑄造模具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和重力鑄造模具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

(4)建議國(guó)家在鋼鐵行業(yè)中重點(diǎn)扶持2～3個(gè)生產(chǎn)廠點(diǎn),這些廠點(diǎn)只能做到“小、專(zhuān)、精”。加速提升冶煉、鍛造技術(shù),進(jìn)行新模具鋼種的研發(fā),熱切期待市場(chǎng)能提供鑄造模具行業(yè)所需的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的國(guó)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(guó)家或鑄造模具制造廠家相對(duì)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(cè)和鑒定中心等技術(shù)研究和服務(wù)的平臺(tái)。