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快速发展的中国大陆熔模精密铸造业
 
慧聪网   2005年12月9日17时9分   信息来源:中国机电企业网    

   熔模铸造是以最终产品为摹本,将石蜡类材料压制成精确光洁的蜡模,在蜡模上涂敷多层耐火材料,待浆料干燥硬化后形成型壳,然后将凝固在型壳内的蜡模熔化使之流出,再将型壳焙烧使之坚固、干燥,最后再将熔化的液态金属浇注入型壳中,液态金属在型壳中冷却、凝固后即成为精确光洁的铸件。这种铸造工艺可以生产出精密复杂、接近于产品最后形状,可不加工或很少加工就可直接使用的金属零部件或精美工艺品,所以,它是一种近净形的金属液态成形工艺。

   与砂型铸造方法相比,具有以下特点: 
   1.铸件尺寸精度高,表面粗糙度值低,可以实现少加工或无切削加工; 
   2.可以铸造薄壁件或重量很轻的铸件;特别适合铸造带有花纹、文字或沟槽类的铸件;
   3.能够铸造特别复杂的铸件,或将众多零件组合、焊接。

   中国是熔模铸造技术的发源地之一。据考证,在距今2500年前的春秋时期就已出现了失蜡铸造。1978年在湖北随州出土的曾侯乙墓的尊和盘是早期失蜡铸造的代表作。现代熔模铸造工艺是在20世纪初期开始形成。第二次世界大战期间,由于国防、航空发展的需要,美、英等国首先采用熔模铸造的方法生产喷气涡轮发动机叶片。进入80年代以来,世界各地熔模铸造的产量、产值、质量,都有很大的增长和提高,当前熔模铸造正向精密、大型、复杂、部件整铸的方向发展。 

   我国的熔模铸造是在50年代开始应用于工业生产,首先从航天、航空部门逐步发展到所有的工业部门中,得到广泛的应用。

   一.中国大陆精铸业的发展状况

   1.中国大陆精密铸造行业的规模

   中国大陆精铸行业虽然在20世纪50年代中期已经建立,并逐渐得到推广应用,但真正的飞速发展却是在20世纪90年代初至今的十多年间,特别是最近几年。目前,中国熔模铸造有两类水平的工艺,第一类企业采用中温模料制模和硅溶胶或硅酸乙酯粘结剂制壳的熔模铸造工艺,即国际通用的熔模铸造工艺。第二类为采用低温模料和水玻璃粘结剂制壳工艺,其铸件尺寸精度和表面粗糙度比第一类差,达不到国际熔模铸造水平。根据大陆的情况,还有采用中温或低温模料制模,表面层采用硅溶胶、加固层采用水玻璃制壳的复合工艺,能够在保证较高的尺寸精度和表面质量情况下降低成本。据统计,2001年采用第一类的厂家超过350家,年产量7.5万吨,年产值32.8亿元;第二类工艺生产厂家(包括复合工艺)超过1350家,年产量近20万吨,年产值15亿元。而2002年,产量更达到32.1万吨,产值达到54.9亿元。2002年的产量是1988年的6.4倍。而产值则是1988年3.3亿的16.6倍。
 
   2.工艺水平、铸件质量和产品类别从用途和质量水平看

   目前我国精密铸造生产的铸件主要是:采用第一类工艺生产的航空及燃气轮机用铸件,质量达到国际水平,厂家有50家,年产量0.5万吨,年产值4亿元;采用第一类和复合工艺生产的商业用精铸件,其质量检查项目和标准低于航空件,有300家左右,年产量7万吨,年产值28.8亿元;采用第二类工艺生产的尺寸精度和表面粗糙度要求低的熔模精铸毛坯件,有1350家左右,年产量近20万吨,年产值15亿元。从三种质量水平铸件的比重分布可以看出,水平高的航空精铸件产量很少,仅占总产量的1.8%,一般商用精铸件占25.6%,而且质量还达不到国际标准,水玻璃铸件却占总产量的72.6%。总体与美国、英国、欧日等先进国家和地区熔模铸件的市场结构相比,有明显的差距,高质量的精铸件比例还很低。

   尽管如此,中国熔模铸造工艺的各个环节还是有了长足的进步,对熔模铸造发展有较大影响的新材料、新工艺、新设备也很多,如水溶性型芯、陶瓷型芯、金属材质改进、大型熔模铸造技术、钛合金熔模铸造、定向凝固和单晶铸造、过滤技术、热等静压、快速成型技术、计算机在熔模铸造中应用以及机械化自动化等技术发展使熔模铸造不仅能生产小型铸件,而且能生产较大铸件,最大的熔模铸件的轮廓尺寸已近2m,而最小壁厚却不到2mm。同时熔模铸件也更趋精密,除线性公差外,零件也能达到较高的几何公差。熔模铸件的表面粗糙度值也越来越小,可达到Ra0.4um。
 
   3.配套业务逐步齐全 

   由于精铸行业的飞速发展,带动了相关的配套业务的快速发展。主要表现在模具加工、设备制造、原辅材料生产。据初步统计,以加工设备为主的制造精铸用模具的专业厂,已经在精铸厂集中的地区如广东、山东和武汉等地形成,专用设备的制造厂林立;精铸原辅材料生产厂和供应商已经发展到近百家,而且由于第一类精铸工艺生产所需的模料、锆英粉、砂带等辅料和一些先进的设备尚不能国内生产,每年要从国外进口数以千吨的原辅材料。但由于我国基础工业和资源条件与其他发展中国家相比要好得多,因此,精铸服务业发展的同时,还将向东南亚国家乃至世界延伸和发展他们的市场。 

   4.行业与国际水平间的差距和优势与国际熔模铸造水平相比

   中国的精铸业应用第一类工艺生产的航空精铸件产量很少,高质量的精铸件也不多,大多生产精度要求不高的管件、五金、马具和汽车零件,合金种类单一,特别是高温合金和有色合金所占的比重太小,从表2可以看出,我国的精铸水平还是十分落后。

   但是,中国的劳动力成本较低,原材料丰富,在产品价格上占有较大的优势,只要将产品质量提高,在国际上仍有很大的竞争力。同时,国内高新技术产业的兴起,机械行业向精密化、小型化发展,以及建筑行业陆续出台的一些法规和地方法规,用铸铜和不锈钢铸件代替铸铁管件,为精铸行业提供了前所未有的商机。

   同时,中国民营精铸业的加盟和迅猛发展,为中国精铸业注入了新鲜的活力,已经成为国家精铸业最强劲、也是最现实的竞争对手。这类企业从80年代至90年代初,多以合资和独资的形式,从台湾、日本等地引进料硅溶胶制壳工艺,主要分布在沿海及周边地区,其产品大部分销往国际市场,同时也由于其体制先进、机制灵活、管理高效,所以效益非常好。虽仅有20多年的发展,但已成为中国大陆精铸业承担出口业务的生力军。另一方面,由于其设备设施水平高,工艺和质量水平在国内属先进水平,基本上达到了国外的一般水平,有直接出口订单和市场同盟,产品价值保持在较高的水平,基本与国际接轨。无论从技术水平还是从营销渠道上讲,他们都是国资精铸企业强有力的竞争对手。而以东风精密铸造有限公司等厂家为代表的一部分第二、第三类工艺企业近年来无论工艺技术水平、产品质量和劳动生产率正在加速向国际市场推进,并将继续为提升中国精铸业水平积极努力。

   二.熔模精铸业将继续呈高速发展趋势

   目前,中国大陆已经形成了一批在技术和管理上逐步走上国际化经营轨道,熟悉国际市场的精铸业,他们带动了行业的快速发展。

   上个世纪以来,中国大陆精铸业年产值从仅占全球精铸总产值的5.4%,发展到2001年的7.7%,并呈现加速发展趋势。而中国这个巨大的市场给精铸业的发展提供了广阔的空间。表现在:

   1.国内市场不断增大

   中国经济的高速发展使得国内的精铸市场日益扩大,如汽车产业的高速发展带动汽车用精铸产品产量与品牌的快速提升,房屋建筑业的发展使得建筑五金需求量激增,在华投资企业直接从本地区采购零件,原国际市场订单变为国内市场订单。
 
   2.出口逐年增长

   经过10余年的努力,部分企业已能批量生产有一定精度要求的机器零件和高质量的航空精铸件,在技术和性价比上已具备挑战商业件的能力,出口量逐年增加。如图2所示,年出口量产值从1993年的1.57亿元上升到2002年的34亿元,呈高速上升势态,随着全球经济一体化和全球采购的深入,出口还将继续高速增长。
 
   3.精铸件代替砂铸件、锻件的市场广阔

   精密铸造的优点之一是能生产各种合金和非常复杂、薄壁的铸件,铸件尺寸精度高,表面粗糙度低,并能实现少或无切削加工,这是砂铸和锻件无法比拟的。随着对零件要求的提高,将会有越来越多的砂铸件或锻件被精铸件取代。

   三.熔模精铸业必须坚持可持续发展之路

   欧美等先进国家由于铸造成本高和出于环保的要求,已经将污染大的砂铸逐渐转移到了发展中国家,精铸业虽然没有砂铸业对环境的污染大,但也存在废水废气的大量排放,因此,中国的精铸业必须在环保、产品结构、管理等方面下一番功夫,坚持可持续发展道路。 

   1.环保法律、法规和标准的要求是强制性的,是可持续发展的基础

   由于制模、制壳、焙烧、熔炼、浇注、清理和切割等熔模铸造生产过程中,经常可能出现污染源,我国已出台的《中华人民共和国环境保护法》、《建设项目环境保护管理办法》法律和《建设项目环境保护设计规定》法规,对环境保护做了明确的规定。我国现行实行的3级5类环境保护标准体系,对环境质量、污染物排放、环境监测等均有明确的标准。

   2.精、优、轻、重、绿是产品发展的方向

   "精",就是精密、准确;"优"即无缺陷;"轻"是结构和材质的轻量化;"重"是重要件;"绿"即清洁生产,绿色铸造。这是精铸企业提升核心竞争力的重要衡量指标。 

   3.改善产品结构,提升产品品质是中国精铸企业的共同责任

   中国精铸行业入世后必须全面提升铸件品质、改善产品结构、增加合金种类。一是通过引进和研制合金纯净化设备、技术,提高冶金质量;二是通过应用凝固模拟软件等重视铸件工艺设计,提高一次成品率;三是严格制造过程控制,在制模、制壳材料和工艺设备上增大投入,并致力质量体系的有效运行;四是通过建立和充实铸件矫正、修饰设备及不易损坏铸件的清理设备,加强后处理工艺,使铸件更精密美观;五是完善铸件无损检测设备,提升品质保证能力。

   4.精铸产品"三化"

   即精益化--以消耗最少资源制造增值的产品,甚至将产品做成艺术品;系列化--按市场布局,"有所为,有所不为",对现有产品做系列划分,开发新的产品要系统论证,体现宽型谱和企业战略发展方向;模块化--对已有产品向横向延伸开来,以满足用户需求和价值,实现以产品为主向以工艺为主的转化,进一步提升产品的市场竞争力。

   5.大力推进工艺装备的自动化、智能化和环保化,带动工艺的环保化

   目前,中国大陆精铸工艺装备制造水平还有相当大的差距,包括制模、制壳、熔炼、精整及其他后工艺设备的自动化、智能化水平与国际水平差距明显,同时包括厂房设施在内,从设计到生产流程的环境保护的手段还难以消除危害源。这在很多不同类型的企业中普遍存在。主要包括大量粉尘、有毒有害气体以及废渣、废弃物的排放等。这方面,国家和行业已有了一些标准,目前最积极的办法有两种:

   一是在全行业建立统一的原辅材料、设备、设施、环保规范,作为精铸企业进入和产业结构调整的强制性行业法规,并延伸到产业链中去。

   二是政府出台强制性技术法规及鼓励政策,引导企业积极行动,加大环保化投入和更新改造。对没有通过环境管理体系认证的企业限期整改,取得认证资格,对通过认证的企业给予适当的财税政策扶持。

   6.引入计算机信息管理,提高企业管理水平

   目前,一些企业除了技术上存在问题外,常引起拖延交货期、库存积压、材料消耗失控、效率低下等各方面问题,引入计算机管理和精益思想有助于企业更好的发挥人、财、物的效率,从而提高铸件质量、降低成本、最大限度满足顾客要求、并适应市场需求的变化。

   计算机在精铸生产中的应用,包括ERP、CRM、CAD、PDM、CAE等,逐步实现模拟设计、制造和网上交易及远程开发。中国精铸企业应加快信息化建设步伐。

   7.努力开拓国际和国内两个市场

   由于劳动力资源的紧缺和环保的变化,发达国家的铸造也正在向发展中国家转移,中国加入WTO后,对精铸件的出口形势是较为有利的。从目前的情况看,外资企业的国外订单比国内订单多得多,而且是直接订单,说明国内很多企业对国际市场还十分生疏,对国外市场开发上缺乏人才,缺乏投入,不了解国际市场经营规则,一开始就没有实质性突破,也未做大。因此,有必要利用好国际媒体宣传自己、了解别人,有必要走出国门参加展览,发展更多直接客户,有必要树立"精益、诚信"的观念和客户一起发展和扩大业务。

   8.内资企业有条件和有能力开发国内市场

   首先要加强团结、互通信息、规范行为;二是要选好企业产品定位和发展定位,行业协会也应积极的加以引导。当前既应避免企业数量扩张和一哄而上,又要引导向着精铸产业链有序发展,从总体上提升中国精铸业水平,实现可持续发展。
 
 
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