汽車(chē)鑄造工藝的發(fā)展及動(dòng)向

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，由于鑄造成形工藝的特殊優(yōu)勢，有些復雜結構件目前尚無(wú)其他制造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經(jīng)濟且便捷的金屬成形工藝。隨著(zhù)全球經(jīng)濟一體化，在國際間的合作日益密切、競爭日趨激烈之時(shí)，中國汽車(chē)鑄造業(yè)應更充分地發(fā)揮鑄造資源優(yōu)勢，發(fā)展自己的鑄造工業(yè)。

   1. 中國鑄造業(yè)現狀

    中國是當今世界上的鑄件生產(chǎn)大國，據資料介紹，我國鑄造產(chǎn)品的產(chǎn)值在國民經(jīng)濟中約占1%左右。最近幾年，鑄件進(jìn)出口貿易增長(cháng)較快，鑄件的產(chǎn)量已達到9%左右。我國鑄造廠(chǎng)點(diǎn)多達2萬(wàn)多個(gè)，鑄造行業(yè)從業(yè)人員達120萬(wàn)之多?！伴L(cháng)三角”地區的鑄件產(chǎn)量占全國的1/3，該地區主要以民營(yíng)企業(yè)為主，汽車(chē)和汽車(chē)零部件行業(yè)的發(fā)展有力地拉動(dòng)了鑄造行業(yè)的發(fā)展。萬(wàn)豐奧特是亞洲的鋁合金車(chē)輪企業(yè)，年產(chǎn)值超過(guò)10億元，出口額達6 000美元。昆山富士和機械有限公司生產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機和制動(dòng)系統的鑄件，年產(chǎn)量達4萬(wàn)t，銷(xiāo)售收入5.5億元。華東泰克西是一個(gè)先進(jìn)的現代化氣缸體鑄件生產(chǎn)企業(yè)，具有年產(chǎn)1 00萬(wàn)件

    轎車(chē)氣缸體鑄件能力。山西是鑄造資源大省，有豐富的生鐵、煤炭、鋁鎂、電力、勞力資源、使山西的鑄造產(chǎn)業(yè)有得天獨厚的優(yōu)勢，具有500個(gè)鑄造企業(yè)，80%為民營(yíng)企業(yè)。山西國際、河津山聯(lián)、山西華翔年產(chǎn)量分別達4萬(wàn)t、2萬(wàn)t、12萬(wàn)t?！皷|三省”有一汽集團、哈飛集團等骨干汽車(chē)企業(yè)帶動(dòng)了汽車(chē)鑄件產(chǎn)量的增長(cháng)。一汽集團鑄造公司，已經(jīng)形成40萬(wàn)t鑄件的生產(chǎn)能力。遼寧北方曲軸有限公司，到“十一五”末將形成年產(chǎn)15萬(wàn)臺發(fā)動(dòng)機、100萬(wàn)件曲軸、產(chǎn)值20億的曲軸生產(chǎn)基地?！爸榻侵蕖眽鸿T行業(yè)發(fā)達，有700多個(gè)壓鑄企業(yè)，年產(chǎn)量達20萬(wàn)t。東風(fēng)日產(chǎn)、廣州本田、廣州豐田和零部件企業(yè)有力帶動(dòng)了壓鑄業(yè)的發(fā)展，轎車(chē)氣缸體、氣缸蓋的壓鑄件產(chǎn)量逐年增長(cháng)。

    2. 國外鑄造業(yè)現狀

    近幾年來(lái)，全球鑄造業(yè)持續增長(cháng)，2004年鑄件產(chǎn)量比上一年度增長(cháng)8.4%，中國生產(chǎn)鑄件2242萬(wàn)t，比上一年增長(cháng)23.6%。全球十大鑄件生產(chǎn)國的產(chǎn)量與增長(cháng)率見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，2004年中國的鑄件產(chǎn)量約占全球鑄件產(chǎn)量的1/4。巴西鑄件產(chǎn)量增長(cháng)最快，達到25.8%。增長(cháng)率超過(guò)2位數的國家有巴西、中國、墨西哥、印度，都是發(fā)展中國家。而發(fā)達國家的鑄件增長(cháng)率普遍較低。美國鑄件產(chǎn)量自2000年以來(lái)，已經(jīng)退居到第2位。2004年美國鑄件總產(chǎn)量為1231萬(wàn)t，其中灰鐵件占35%、球鐵件占33%、鑄鋼件占8.4%、鋁合金件占16%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長(cháng)。2003年進(jìn)口鑄件占總需求的1 5%，進(jìn)口鑄件的價(jià)格比美國國內低20%～50%。近年來(lái)因鑄造環(huán)保要求高、能源消耗大、勞動(dòng)力昂貴等原因，美國大型汽車(chē)公司生產(chǎn)普通汽車(chē)鑄件的鑄造廠(chǎng)紛紛關(guān)閉，逐步將鑄件的生產(chǎn)轉向中國、印度、墨西哥、巴西等發(fā)展中國家。日本的鑄造業(yè)不景氣，其從業(yè)人員在減少。2004年日本鑄件總產(chǎn)量為639萬(wàn)t，其中灰鐵件占42%、球鐵件占30%、鑄鋼件占4%、鋁合金件占21%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長(cháng)。日本鑄造界在技術(shù)創(chuàng )新方面作了大量工作，開(kāi)發(fā)了球型低膨脹鑄造砂、高減振鑄鐵材料、中硅耐熱球鐵等材料。其真空壓鑄的鑄件能焊接和熱處理，半固態(tài)鑄造生產(chǎn)用于汽車(chē)鋁輪轂，提高了強度和伸長(cháng)率。鎂合金壓鑄進(jìn)一步發(fā)展，并取代重力鑄造，其性能提高，成本降低。

    3. 汽車(chē)鑄造技術(shù)的發(fā)展方向

    汽車(chē)技術(shù)正向輕量化、數值化、環(huán)?；矫姘l(fā)展。據有關(guān)資料報道，汽車(chē)自重每減少10%，油耗可減少5.5%，燃料經(jīng)濟性可提高3%-5%，同時(shí)降低排放10%左右。鑄件輕量化主要有兩個(gè)途徑。一是采用鋁、鎂等非鐵合金鑄件，美國2003年統計有2/3的鋁鑄件用于汽車(chē)上，每車(chē)達到107 kg。二是減小鑄件壁厚、設計多零件組合鑄件，生產(chǎn)薄壁高強度復合鑄件，并減少加工余量，生產(chǎn)近終形鑄件。隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的快速發(fā)展，為縮短鑄件生產(chǎn)準備周期和降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險，要求采用快速制模技術(shù)、計算機仿真模擬、三維建模、數控技術(shù)。而清潔生產(chǎn)、廢物再生是鑄造業(yè)的發(fā)展趨勢，降低能耗是其持續發(fā)展的主題。我國汽車(chē)鑄造業(yè)必須走高效、節能、節材、環(huán)保和綠色鑄造之路，因為社會(huì )要求嚴厲管控汽車(chē)鑄造業(yè)的能源消耗大戶(hù)和污染大戶(hù)，以利改善鑄造業(yè)熱、臟、累的勞動(dòng)密集型行業(yè)員工的勞動(dòng)環(huán)境。

    4. 汽車(chē)鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢

    國內外汽車(chē)鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢很多，現僅簡(jiǎn)介一些在汽車(chē)行業(yè)大量流水線(xiàn)生產(chǎn)中的鑄件技術(shù)及發(fā)展趨勢。

    4.1 砂型鑄造成形技術(shù)

    潮模造型經(jīng)過(guò)手工緊實(shí)一震擊+壓實(shí)緊實(shí)→高壓+微震緊實(shí)→氣沖緊實(shí)→靜壓緊實(shí)幾個(gè)發(fā)展階段。靜壓造型技術(shù)的實(shí)質(zhì)是“氣中預緊實(shí)+壓實(shí)”，其有以下優(yōu)點(diǎn)：鑄型輪廓清晰，表面硬度高且均勻，拔模斜度小，型板利用率高，工藝裝備磨損小，鑄型表面粗糙度低，鑄型型廢率低。因此，是目前、進(jìn)的造型工藝，并已成為當今的主流緊實(shí)工藝。目前，高壓造型和單一氣沖造型已逐漸被靜壓造型所替代，原先高壓造型線(xiàn)和氣沖造型線(xiàn)的主機已逐漸更新為靜壓造型主機，新建鑄造廠(chǎng)均采用靜壓造型技術(shù)。當前，國外比較有名的制造靜壓造型設備的廠(chǎng)家有德國的KW公司、HWS公司和意大利薩威力公司。國內汽車(chē)鑄造廠(chǎng)家大都選用 HWS公司或KW公司制造的設備，如一汽鑄造公司、東風(fēng)汽車(chē)鑄造廠(chǎng)、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、山西三聯(lián)、廣西玉柴、無(wú)錫柴油機廠(chǎng)等。

    4.2 近凈形技術(shù)

    （1）消失模鑄造成形工藝

    消失模鑄造也稱(chēng)氣化模鑄造、實(shí)型鑄造、無(wú)型腔鑄造。該工藝尺寸精度高達0.2 mm以?xún)?，表面粗糙度可達Ra5μm～Ra6μm，被鑄造界譽(yù)之為“21世紀的鑄造新技術(shù)”、“鑄造的綠色工程”。該工藝方法是采用無(wú)粘結劑干砂加抽真空技術(shù)。據2003年統計，我國有150家企業(yè)用該工藝生產(chǎn)箱體類(lèi)、管件閥體類(lèi)、耐熱耐磨合金鋼類(lèi)等三大類(lèi)鑄件，總產(chǎn)量超過(guò)10萬(wàn)t。國內汽車(chē)鑄造廠(chǎng)，有的采用國產(chǎn)鑄造生產(chǎn)線(xiàn)：有的采用簡(jiǎn)易生產(chǎn)線(xiàn)或單機生產(chǎn)；有的采用國外引進(jìn)鑄造生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)。一汽集團公司1993年從美國?？倒疽M(jìn)造型用振動(dòng)臺，生產(chǎn) EPS模的預發(fā)泡機和成型機等設備，生產(chǎn)汽車(chē)進(jìn)氣管。長(cháng)沙發(fā)動(dòng)機總廠(chǎng)從意大利引進(jìn)自動(dòng)化鑄造線(xiàn)生產(chǎn)鋁合金氣缸體、氣缸蓋鑄件。合肥叉車(chē)集團用4段泡沫模片粘結成整體的工藝生產(chǎn)復雜箱體鑄件，尺寸精度可達到 CT7-CT8級，產(chǎn)品出口美國。成都成工集團，用8塊泡沫模片粘結成整體的工藝生產(chǎn)裝載機變速器，鑄件質(zhì)量達320 kg，與砂型鑄造比較，毛坯減重15%，成品率達95%以上。消失模工藝近幾年在美國有較大的發(fā)展，通用汽車(chē)公司投資建造了6條消失模鑄造生產(chǎn)線(xiàn)，大批量生產(chǎn)鋁合金氣缸體、氣缸蓋鑄件。今后，該工藝將大量采用快速制模技術(shù)和模擬仿真技術(shù)，以縮短生產(chǎn)準備周期，實(shí)現鑄件的快捷生產(chǎn)。未來(lái)的發(fā)展方向必定是質(zhì)量好、復雜、精密、壽命長(cháng)的模具。提高該技術(shù)的模具材料、成形工藝、涂料技術(shù)、工裝設備的技術(shù)水平，使EPS鑄件獲得更廣闊的發(fā)展前景。

    （2）熔模精密鑄造成形工藝

    我國汽車(chē)熔模精密鑄造技術(shù)有了長(cháng)足的發(fā)展，采用近凈形技術(shù)可以生產(chǎn)出無(wú)余量的鑄造產(chǎn)品。熔模精密鑄造工藝有水玻璃制殼工藝、復合制殼工藝、硅溶膠制殼工藝。汽車(chē)產(chǎn)品材料有碳素鋼、合金鋼、有色合金與球墨鑄鐵。國外有高合金鋼、超合金材料。熔煉設備國內采用普通、快速中頻爐；國外采用真空爐、翻轉爐、高頻爐技術(shù)。采用硅溶膠制殼工藝的零件表面粗糙度可達Ra1.6μm、尺寸精度可達CT4級，壁厚可達0.5～1.5mm。歐、美、日等國家開(kāi)始關(guān)注精鑄件在汽車(chē)業(yè)的應用與拓展。我國汽車(chē)用精鑄件的市場(chǎng)需求量也在不斷快速增長(cháng)和發(fā)展，2003年精鑄件的產(chǎn)量為60萬(wàn)t，產(chǎn)值達到110億元。東風(fēng)汽車(chē)精密鑄造有限公司采用硅溶膠+水玻璃復合型制殼工藝，生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品，將原來(lái)鑄件、鍛件、機加工及多件組裝結構設計制造成一個(gè)整體精密鑄件，顯著(zhù)降低了制造成本。

    熔模精密鑄造成形工藝將來(lái)的發(fā)展趨勢是鑄件產(chǎn)品越來(lái)越接近零部件產(chǎn)品，傳統的精鑄件只作為毛坯，已經(jīng)不適應市場(chǎng)的快速應變。零部件產(chǎn)品的復雜程度和質(zhì)量檔次越來(lái)越高，研發(fā)手段越來(lái)越強，專(zhuān)業(yè)化協(xié)作開(kāi)始顯現，CAD、CAM、 CAE的應用成為零部件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)。東風(fēng)汽車(chē)公司、一汽集團公司的精鑄企業(yè)作為中國精鑄行業(yè)的領(lǐng)軍者，一定能憑強大的研發(fā)實(shí)力和先進(jìn)的技術(shù)快速發(fā)展。

    4.3 制芯技術(shù) 

    目前，國內外汽車(chē)鑄造制芯有3種制芯工藝，在現代汽車(chē)鑄造中常并行采用的主要工藝有熱芯盒制芯、殼芯制芯、冷芯盒制芯等，傳統的合脂或油砂制芯已被淘汰。冷芯盒技術(shù)工藝有兩個(gè)特點(diǎn)：一是硬化速度快，初始強度高，生產(chǎn)率高；二是砂芯尺寸精度高，可滿(mǎn)足生產(chǎn)薄壁高強度鑄件的砂芯。因此，制芯工藝技術(shù)有以冷芯盒技術(shù)為主的發(fā)展趨勢。一汽鑄造公司、東風(fēng)汽車(chē)鑄造廠(chǎng)、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、山西國際鑄造公司等均采用冷芯盒制芯技術(shù)。當代先進(jìn)的110L冷芯盒制芯機見(jiàn)圖1。

    進(jìn)的制芯工藝是結合鎖芯（Key Core）和冷芯盒等技術(shù)的制芯中心，整個(gè)射芯、取芯、修整毛刺、多個(gè)芯子定位組合成一體、上涂料、烘干等工序，全部用一臺或多臺制芯機與機械手自動(dòng)化完成。國外比較有名的制芯中心生產(chǎn)廠(chǎng)有西班牙LORMENDl公司、德國 Laempe公司和Hottinger公司、意大利的FA公司等。東風(fēng)汽車(chē)鑄造廠(chǎng)、一汽鑄造公司、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、上海柴油機、洛拖二鐵、濰柴、江西五十鈴等均采用冷芯盒制芯中心技術(shù)。

    4.4 鑄鐵熔煉技術(shù)

    目前，國內外鑄鐵熔煉技術(shù)有兩種主要方式：一是采用大型熱風(fēng)除塵沖天爐與工頻保溫爐雙聯(lián)熔煉工藝；二是采用中頻感應電爐熔煉工藝技術(shù)。美國因達公司和彼樂(lè )公司生產(chǎn)的中頻爐技術(shù)開(kāi)始越來(lái)越受到重視，該技術(shù)日益成熟，其清潔、環(huán)保、節能、高效、安全的優(yōu)勢突出，是今后發(fā)展的方向。

    因此，鑄鐵則由過(guò)去用工頻爐熔煉逐步過(guò)渡到用高效省電的中頻電爐熔化。一、汽鑄造公司、東風(fēng)汽車(chē)公司采用因達公司和彼樂(lè )公司生產(chǎn)的中頻爐和保溫爐技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)應用球化劑、孕育劑、蠕化劑和其他各種添加劑產(chǎn)品，形成商品化、標準化、規格化、系列化。鑄鐵孕育多用帶光電控制的隨流孕育機。新開(kāi)發(fā)出的喂絲球化方法及其與現代化檢測技術(shù)相結合的SINTER CASTZ藝是鑄鐵球化及蠕化處理的一種很有優(yōu)勢的工藝，應用者日益增多。國外金屬爐料經(jīng)過(guò)破碎、凈化、稱(chēng)量，大大提高熔化效率和鐵水質(zhì)量。國內的天津豐田、天津勤美達、蘇州勤美達等鑄造廠(chǎng)已對爐料采用破碎處理工藝。

    4.5 鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形技術(shù)

    鋁合金是汽車(chē)上應用最快和最廣的輕金屬，因為鋁合金本身的性能已經(jīng)達到質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕的要求。最初，鋁合金僅用于一些不受沖擊的部件。后來(lái)，通過(guò)強化合金元素，鋁合金的強度大大提高，由于質(zhì)輕、散熱性好等特性，可以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機活塞、氣缸體、氣缸蓋在惡劣環(huán)境下工作的要求。鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形核心技術(shù)可以提高凈化、精煉、細化、變質(zhì)等材質(zhì)質(zhì)量控制，使得鋁鑄件質(zhì)量達到一致性和穩定性。隨著(zhù)我國汽車(chē)業(yè)的發(fā)展，特別是家用轎車(chē)的快速增加和汽車(chē)零部件出口量的增大，汽車(chē)鋁鑄件將有很大的增長(cháng)。我國2003年鑄件總產(chǎn)量為1 987萬(wàn)t，其中鋁鎂合金為117萬(wàn)t，占總產(chǎn)量的5.8%。豐田汽車(chē)希望在近兩年將鋁制氣缸體由現在的35%提高到50%。日產(chǎn)汽車(chē)計劃在2010年以前，70%的汽油機轎車(chē)的氣缸體采用鋁制材料，近99%的氣缸蓋及變速器殼體采用鋁制材料。本田汽車(chē)公司早在1994年，將汽油發(fā)動(dòng)機氣缸體全部換成鋁制氣缸體。鋁合金氣缸體、氣缸蓋等有色金屬則多采用壓鑄（包括真空壓鑄）、低壓壓鑄、高壓壓鑄、金屬型重力鑄造以及很有發(fā)展前途的半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)。東風(fēng)本田發(fā)動(dòng)機公司、東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機分公司鋁壓鑄車(chē)間采用2500t壓鑄機生產(chǎn)鋁氣缸體，并實(shí)現了國產(chǎn)化。鋁氣缸蓋成形工藝主要有兩種，一是以歐美為代表的重力鑄造成形工藝，上海皮爾博格、南京泰克西等公司選用意大利法塔公司重力鑄造機生產(chǎn)鋁氣缸蓋；二是以日韓為代表的低壓鑄造成形工藝，東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機分公司鋁壓鑄車(chē)間、廣東肇慶鑄造公司、天津豐田鑄造公司都選用日本新東等公司的低壓鑄造機生產(chǎn)鋁氣缸蓋。

    4.6 鎂合金成形技術(shù)

    鎂合金的比強度和比剛度高i優(yōu)于鋼和鋁合金，遠大于工程塑料。鎂合金還具有耐高溫、抗腐蝕和抗蠕變性能。鎂是目前汽車(chē)工業(yè)中應用的最輕的金屬，它比鋁輕1/3，比鋼鐵輕3/4，比非金屬的塑料還輕1/5。因此，鎂合金是汽車(chē)減輕質(zhì)量的理想材料，鎂合金壓鑄件可以代替一些復雜的結構件，如儀表板骨架幾十個(gè)鋼部件經(jīng)沖壓、焊接而成，一質(zhì)量約10 kg，若改為鎂合金壓鑄件，一次壓鑄成形，質(zhì)量?jì)H為4 kg，生產(chǎn)成本大大降低。隨著(zhù)、鎂合金新材料的不斷開(kāi)發(fā)和加工技術(shù)的完善，鎂合金在汽車(chē)市場(chǎng)中將不斷拓寬和持續穩定增長(cháng)。鎂合金生產(chǎn)以壓鑄為主的成形技術(shù)，一直是汽車(chē)工業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，鎂合金壓鑄件需求量占到汽車(chē)工業(yè)對鎂合金需求量的80%，汽車(chē)用鎂合金壓鑄材料，除滿(mǎn)足耐高溫和抗蠕變性能外，還必須充分考慮設計、加工、表面處理及相關(guān)壓鑄成形工藝。由于壓鑄鎂合金有可鑄造性的突出優(yōu)勢.鑄造壁厚可以達到1～1.5 mm，拔模斜度1°-2°盡管鎂合金鑄造的重點(diǎn)仍放在壓力壓鑄方面，但仍面臨壓鑄鎂合金的性能與成本問(wèn)題。因此，一種新型工藝——鎂合金的半固態(tài)加工技術(shù)出現。該技術(shù)工藝已經(jīng)主要用于生產(chǎn)一體化的鎂、鋁合金鑄件。國外鎂合金在汽車(chē)上應用前景廣闊，歐、美國家鎂合金壓鑄件產(chǎn)量以每年25%的速度增長(cháng)。 Audi A6轎車(chē)變速器殼體為鎂合金壓鑄件，質(zhì)量?jì)H為14.2 kg，奧迪公司最早將鎂鑄件用于儀表板骨架。福特汽車(chē)公司用鎂合金生產(chǎn)座椅骨架，取代鋼制骨架，使座椅質(zhì)量從4 kg減為1 kg。福特公司正在研究用鎂合金生產(chǎn)氣缸體。日本三菱公司與澳大利亞科技部合作開(kāi)發(fā)一種質(zhì)量?jì)H為7.5 kg的超輕質(zhì)量的鎂合金發(fā)動(dòng)機。寶馬公司直列六缸鎂合金氣缸體已經(jīng)批量投產(chǎn)。美國通用生產(chǎn)鎂壓鑄件進(jìn)氣岐管。雷諾公司已生產(chǎn)出鎂合金車(chē)輪鑄件。東風(fēng)汽車(chē)鑄造廠(chǎng)已經(jīng)批量生產(chǎn)鎂合金壓鑄件，目前東風(fēng)汽車(chē)公司和一汽鑄造公司正在開(kāi)發(fā)承擔科技部的重點(diǎn)科技攻關(guān)項目、，如變速器殼、齒輪室罩蓋、氣門(mén)室罩蓋、轉向盤(pán)骨架等鎂合金壓鑄件。上海乾通汽車(chē)附件有限公司率先生產(chǎn)出轎車(chē)鎂合金變速器外殼壓鑄件。近幾年，國內還相繼建立了一些大型的外資鎂壓鑄企業(yè)，如上海鎂鎂、蘇州GF等公司。

    4.7 半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)

    半固態(tài)技術(shù)發(fā)源于美國，在美國這一技術(shù)已經(jīng)基本成熟并處于全球地位。此技術(shù)被稱(chēng)之為21世紀最有前途的材料成形技術(shù)。Alumax公司率先將該技術(shù)轉化為生產(chǎn)力，生產(chǎn)的鋁合金汽車(chē)制動(dòng)總泵體毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占鑄件質(zhì)量的13%，同樣的金屬型鑄件的加工余量則占鑄件質(zhì)量的40%。20世紀80年代以來(lái)，歐洲等國在半固態(tài)應用方面作了大量研究和應用工作。意大利是半固態(tài)加工技術(shù)應用較早的國家之一，Stampal-saa公司用該技術(shù)為 Ford汽車(chē)公司生產(chǎn)齒輪箱蓋和搖臂零件。目前，日本的Speed Star Wheel公司已經(jīng)利用該技術(shù)生產(chǎn)重約5 kg的鋁合金輪轂鑄件。我國半固態(tài)金屬加工技術(shù)起步較晚，始于20世紀70年代后期。與國外相比，我國在半固態(tài)金屬成形技術(shù)領(lǐng)域的研究還很落后。就目前我國的研究現狀來(lái)看，該技術(shù)發(fā)展動(dòng)向是金屬觸變成形技術(shù)已經(jīng)基本成熟，而流變成形技術(shù)的發(fā)展緩慢。因此，今后將有更多的研究人員轉向流變成形理論和應用方面的研究。目前，半固態(tài)金屬成形技術(shù)主要應用于鋁、鎂、鉛等低熔點(diǎn)金屬的成形，對高熔點(diǎn)黑色金屬的應用較少，這是今后研究的方向。目前，國內外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了半固態(tài)成形過(guò)程數值模擬軟件，但是還有不足，需要加強應用計算機技術(shù)。

    4.8 鑄鐵材質(zhì)

    （1）薄壁高強度灰鑄鐵件技術(shù)

    我國2003年鑄件總產(chǎn)量為1987萬(wàn)t，其中灰鑄鐵件為1049萬(wàn)t，占總產(chǎn)量的53%?；诣T鐵件在汽車(chē)上的大量應用是由于該材料具有較低的成本和良好的鑄造性能優(yōu)勢。隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)輕量化要求，灰鑄鐵的增長(cháng)和發(fā)展將受到一定的影響，因此其發(fā)展趨勢是加強薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應用。薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術(shù)的難點(diǎn)是使最薄壁厚僅為3-5 mm的本體斷面硬度差<40HBS，組織細密均勻。轎車(chē)氣缸體和大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋鑄件的硬度、珠光體量、碳化物含量、石墨形態(tài)等金相組織的技術(shù)要求高。如大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋要求本體硬度分別為1 70～228 HBS、179～235HBS，強度和尺寸要求高，表面粗糙度Ra<50 pm?；诣T鐵的材質(zhì)牌號在不斷提高，HT300已用于氣缸體、氣缸蓋的生產(chǎn)，有的產(chǎn)品可能要達到HT350。國內汽車(chē)鑄造廠(chǎng)在材料工藝、熔煉工藝、造型工藝、制芯工藝、模具制造工藝、檢測技術(shù)等方面作了大量工作，并將這些技術(shù)應用在轎車(chē)氣缸體和大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋等鑄件上。

    （2）蠕墨鑄鐵技術(shù)

    蠕墨鑄鐵具有球墨鑄鐵的強度，與灰鑄鐵相比又有類(lèi)似的防振、導熱能力及鑄造性能.有好的塑性和耐熱疲勞性能，可以解決大功率氣缸蓋的熱疲勞裂紋問(wèn)題。鐵素體機體蠕鐵的工作溫度可達到700℃；高硅鉬蠕鐵的工作溫度可達870℃。蠕墨鑄鐵不會(huì )取代球墨鑄鐵，也不會(huì )取代灰鑄鐵。蠕墨鑄鐵廣泛應用的巨大潛在市場(chǎng)是汽車(chē)業(yè)，其主要產(chǎn)品則是發(fā)動(dòng)機氣缸體和大功率柴油機氣缸蓋。隨著(zhù)汽車(chē)輕量化和比功率（功率/排量）的提高，氣缸體和氣缸蓋的工作溫度越來(lái)越高，許多部位的工作溫度超過(guò)200℃，在此溫度下，鋁合金的強度大幅度下降，而蠕鐵則具有很大的優(yōu)勢。它將成為能滿(mǎn)足技術(shù)、環(huán)保和性能要求的先進(jìn)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機材料。因為蠕墨鑄鐵具有強度高、壁薄的特點(diǎn)，可以減輕質(zhì)量。歐寶公司的研究表明，同樣功率的發(fā)動(dòng)機氣缸體如果采用蠕鐵，壁厚可以由原來(lái)的7 mm減為3 mm，鑄件質(zhì)量可減輕25%。

    蠕墨鑄鐵的蠕化處理范圍很窄，核心技術(shù)是采用合適的生產(chǎn)技術(shù)與相應的蠕化劑。國外寶馬汽車(chē)公司、戴姆勒一克萊斯勒汽車(chē)公司、達夫公司的發(fā)動(dòng)機氣缸體用蠕墨鑄鐵生產(chǎn)。福特（Ford）公司與辛特（Sinter）合作，于1999年在巴西每年生產(chǎn)10萬(wàn)件氣缸體。德國Halberg鑄造廠(chǎng)，從1 991年開(kāi)始為奧迪生產(chǎn)V8蠕鐵氣缸體，壁厚3.5 mm，147 kW的氣缸體質(zhì)量?jì)H74 kg。東風(fēng)汽車(chē)公司鑄造廠(chǎng)，于1 984年5月正式在流水線(xiàn)上批量生產(chǎn)蠕墨鑄鐵排氣管，成為我國一家在流水線(xiàn)上批量生產(chǎn)蠕墨鑄鐵件的工廠(chǎng)。在20世紀90年代初，又先后成功開(kāi)發(fā)了蠕鐵變速器殼體和上海大眾桑塔納轎車(chē)排氣管。一汽鑄造公司無(wú)錫柴油機分公司于20世紀80年代開(kāi)始大批量生產(chǎn)蠕鐵氣缸蓋。上海圣德曼鑄造有限公司為上海大眾生產(chǎn)中硅鉬蠕鐵排氣管。

    （3）球墨鑄鐵技術(shù)

    球墨鑄鐵由于具有高強度、高韌性和低價(jià)格.所以在汽車(chē)市場(chǎng)上仍有很大發(fā)展。我國球鐵產(chǎn)量也在持續增長(cháng)，2003年產(chǎn)量占總產(chǎn)量的24%，同時(shí)制定許多球鐵標準，研究開(kāi)發(fā)了適應球鐵在流水線(xiàn)上大量生產(chǎn)的先進(jìn)工藝，如搖包、氣動(dòng)脫硫，型內、蓋包球化，多種瞬時(shí)孕育，音頻、超聲、熱分析檢測技術(shù)。當前，在工業(yè)發(fā)達國家中，球墨鑄鐵件的產(chǎn)量在鑄件總產(chǎn)量中占25%以上，美國2003年球鐵產(chǎn)量占鑄件總產(chǎn)量的33%。汽車(chē)鑄造業(yè)球鐵產(chǎn)品技術(shù)工藝的發(fā)展趨勢有以下4個(gè)方面。

    一是鑄態(tài)珠光體、高強度（QT700-2、QT740-3）的載貨車(chē)和轎車(chē)曲軸，鑄態(tài)鐵素體、高伸長(cháng)率（QT400—18、QT440-10）的汽車(chē)排氣管和橋殼底盤(pán)類(lèi)鑄件。更高牌號QT800-2、QT900-2也在開(kāi)發(fā)應用之中。

    二是保安類(lèi)鑄件，鑄態(tài)生產(chǎn)轎車(chē)轉向節的材質(zhì)技術(shù)條件十分嚴格，要求鑄件零缺點(diǎn)，99%的無(wú)損檢測，目前已有3項自動(dòng)檢測技術(shù)用于生產(chǎn)。

    三是耐熱球鐵件，即高硅鉬、中硅鉬、高鎳球鐵，該材質(zhì)生產(chǎn)的排氣管件，有很好的抗高溫性能：目前國內汽車(chē)公司鑄造廠(chǎng)已經(jīng)生產(chǎn)出鑄態(tài)中硅鉬鐵素體球鐵排氣管件。

    四是奧貝球鐵，該材料特有的材質(zhì)性能成為鑄造業(yè)的焦點(diǎn)，這是一種很有開(kāi)發(fā)應用潛力的材料，主要用于生產(chǎn)曲軸等產(chǎn)品。

    除上述外，汽車(chē)鑄造廠(chǎng)已經(jīng)生產(chǎn)出鑄態(tài)球鐵冷激凸輪軸。

    4.9 鑄造過(guò)程計算機應用技術(shù)

    隨著(zhù)汽車(chē)鑄造技術(shù)的快速發(fā)展，為縮短鑄件生產(chǎn)準備周期和降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險，采用快速原型技術(shù)、計算機仿真模擬、三維建模、數控技術(shù)的應用越來(lái)越廣?？焖僭图夹g(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應用有了很大的發(fā)展。它除了應用開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品試制用的模具及熔模鑄造的蠟模外，還可以制做酚醛樹(shù)脂殼型、殼芯，可以直接用來(lái)裝配成砂型。國外公司在接到客戶(hù)提供三維CAD數據后，根據不同的產(chǎn)品結構，最快可在3周時(shí)間內為客戶(hù)提供鑄件。模擬造型過(guò)程正在成為國際汽車(chē)鑄造關(guān)注的前沿領(lǐng)域之一，清華大學(xué)、日本新東工業(yè)等對濕型砂緊實(shí)過(guò)程進(jìn)行模擬。值得注意的是，德國亞琛工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)正在對射芯過(guò)程進(jìn)行數據模擬。國內汽車(chē)鑄造業(yè)CAD-CAM-CAE一體化設計開(kāi)發(fā)得到充分應用，特別是CAE凝固模擬虛擬技術(shù)，應用Magma、華鑄軟件對新產(chǎn)品的鑄件充型、凝固的溫度場(chǎng)和流動(dòng)場(chǎng)模擬分析處理，預測和分析鑄件的缺點(diǎn)。鑄造專(zhuān)家系統得到進(jìn)一步應用，如型砂質(zhì)量管理、鑄造缺點(diǎn)分析、壓鑄工藝參數設計及缺點(diǎn)診斷。

    4.10 鑄造檢測技術(shù)

    鑄造檢測技術(shù)是保證鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵手段。鑄件尺寸檢查，有常用的檢查卡具、卡板，有專(zhuān)用的檢測夾具。對于氣缸體、氣缸蓋等復雜件，采用三坐標儀自動(dòng)測量鑄件尺寸和超聲波儀檢測鑄件的壁厚。無(wú)損檢測技術(shù)的應用越來(lái)越廣，對重要件時(shí)常采用熒光磁粉檢測表面裂紋；采用超聲波或音頻檢測球鐵的球化率；采用渦流檢測鑄件的基體組織（珠光體含量）。為滿(mǎn)足重要件的檢測要求，可將上述3項檢測儀器組合成一條自動(dòng)檢測線(xiàn)。采用X射線(xiàn)檢測鑄件內部的縮孔與縮松缺點(diǎn)，日本本田對球鐵轉向節鑄件99%用X射線(xiàn)探傷：采用工業(yè)內窺鏡檢測鑄件內腔質(zhì)量，氣密性滲漏檢測?；瘜W(xué)成分檢測，真空直讀光譜儀和碳硫測定儀在爐前、爐后鐵水質(zhì)量上得到普遍應用.微量元素和氣體元素N、O、H的分析得到重視：爐前快速熱分析得到推廣應用，快速預報鑄鐵的碳硅當量、孕育效果、基體組織和力學(xué)性能。

    4.11 綠色鑄造技術(shù)

    “綠色鑄造”是使鑄造產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中，對環(huán)境的負面影響，資源效率。鑄造行業(yè)歷來(lái)被認為是高能耗、高污染的行業(yè)，要不斷開(kāi)發(fā)新的節能、清潔、低排放、低污染的鑄造材料以投入生產(chǎn)使用。對于樹(shù)脂，要想辦法降低游離甲醛和游離酚等有害物質(zhì)的含量；逐步加大冷芯盒技術(shù)應用，以減少樹(shù)脂砂對環(huán)境的影響，實(shí)現達標排放：降低熱芯盒、殼芯砂的固化溫度，制芯工藝由熱芯盒法向溫芯盒法轉變，以節約能源。我國汽車(chē)鑄造廠(chǎng)每年消耗新砂近千萬(wàn)噸，舊砂排放的污染，以及新砂資源大量的耗費，不堪重負，因此舊砂的再生利用技術(shù)勢在必行。工業(yè)國家廢砂排放量降到10%以下，在歐洲、日本等地區舊砂的再生利用技術(shù)得到廣泛應用。哈爾濱東安汽車(chē)發(fā)動(dòng)機公司引進(jìn)意大利的熱法再生設備，已在生產(chǎn)中應用。一汽鑄造公司引進(jìn)日本技術(shù)，熱法再生和機械再生結合，處理芯砂和型、芯砂混合砂已在生產(chǎn)中得到應用。目前，東風(fēng)汽車(chē)公司也正在加速舊砂再生技術(shù)開(kāi)發(fā)應用工作。加大廢鋼及回爐料的利用，以減少新生鐵和鋁資源的耗費。汽車(chē)鑄造業(yè)面向循環(huán)經(jīng)濟的鑄造技術(shù)，要以循環(huán)經(jīng)濟3R為行業(yè)準則，即以減量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環(huán)（Recycle）來(lái)開(kāi)展工作。

    5. 我國汽車(chē)鑄造業(yè)面臨的問(wèn)題

    我國汽車(chē)鑄造業(yè)在經(jīng)過(guò)“計劃經(jīng)濟”轉入“市場(chǎng)經(jīng)濟”的過(guò)程中，經(jīng)歷了起步、穩定、發(fā)展、成熟4個(gè)階段，取得了令世人矚目的成績(jì)。但是，我們必須清醒地認識汽車(chē)鑄造業(yè)的歷史重任及與發(fā)達國家的現實(shí)差距，牢牢把握國內外鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢，適時(shí)適宜地采用先進(jìn)的鑄造技術(shù)，實(shí)施鑄造業(yè)的可持續發(fā)展戰略，目前汽車(chē)鑄造業(yè)主要有以下問(wèn)題。

    鑄造企業(yè)平均規模與經(jīng)濟規模和國外比有較大差距。我國的鑄件產(chǎn)量雖然已經(jīng)連續5年位居世界首位，有一批產(chǎn)量較高的大中型企業(yè)，但大多數鑄造企業(yè)規模偏小。就整個(gè)鑄造行業(yè)而言.其現狀仍然是廠(chǎng)點(diǎn)散（鑄造廠(chǎng)點(diǎn)達2萬(wàn)多個(gè)），從業(yè)人員多（達120萬(wàn)人之多），效益低下（廠(chǎng)均鑄件僅為500 t/年），只相當于美、日、德、法、意等工業(yè)發(fā)達國家的1/9-1/4。

    鑄造企業(yè)整體技術(shù)裝備水平和國外比有較大差距。企業(yè)間技術(shù)裝備水平差距較大，少數企業(yè)的個(gè)別生產(chǎn)車(chē)間的技術(shù)裝備水平，已接近或達到國際先進(jìn)水平，但是整體水平不高。據統計，我國已從國外進(jìn)口自動(dòng)造型線(xiàn)210多條，還有國產(chǎn)造型生產(chǎn)線(xiàn)250多條，這些生產(chǎn)線(xiàn)主要集中在汽車(chē)內燃機件的大批量生產(chǎn)企業(yè)中。

    我國鑄造企業(yè)的研發(fā)與創(chuàng )新能力和國外比差距較大，從整體來(lái)看，鑄件的技術(shù)含量和附加值較低。據統計，全球有30多項重大的鑄造發(fā)明中沒(méi)有一項是中國的。我國生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值、具有自主知識產(chǎn)權、享有國際聲譽(yù)的鑄件產(chǎn)品寥寥無(wú)幾，而每年都要花費一定費用進(jìn)口工業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)要求高的鑄件產(chǎn)品。

    我國鑄造企業(yè)普遍存在勞動(dòng)強度高、能耗高、資源消耗高、環(huán)境污染程度高現象。鑄造是一個(gè)勞動(dòng)力密集的行業(yè)，國內一些企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，如熔化過(guò)程中加料、澆注過(guò)程中人工澆注、鑄件落砂清理過(guò)程中的搬運都不用設備，因而人工操作勞動(dòng)強度很大。鑄造是耗能大戶(hù)，鑄件制造成本高的原因之一就是鑄造的能耗過(guò)高，我國平均水平的能耗約是工業(yè)發(fā)達國家的2倍或更多一些。鑄造行業(yè)也是環(huán)境污染大戶(hù)，據測算，每年的SO，等廢氣排放量約165m3，粉塵90萬(wàn)t，廢砂1 800萬(wàn)～2250萬(wàn)t，廢渣530萬(wàn)t。

    鑄造企業(yè)工程技術(shù)人員和技術(shù)工人嚴重斷層，研發(fā)人員匱乏。由于鑄造行業(yè)的環(huán)境差、勞動(dòng)強度高、人員待遇低等原因，使得一些工程技術(shù)人員和技術(shù)工人流失。而在鑄造生產(chǎn)線(xiàn)上工作的相關(guān)人員許多是沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統培訓，滿(mǎn)足不了現代化生產(chǎn)的要求。隨著(zhù)我國高校鑄造專(zhuān)業(yè)減少，今后的鑄造技術(shù)人才，特別是具有創(chuàng )新能力的高級技術(shù)人才缺乏的狀況將更加嚴重。

    6. 我國汽車(chē)鑄造行業(yè)的對策和建議

    汽車(chē)鑄造行業(yè)面臨一些新的機遇和挑戰。國外工業(yè)發(fā)達國家將鑄件產(chǎn)品逐步向發(fā)展中國家轉移，為我們提供了機遇。但同時(shí)汽車(chē)技術(shù)的要求、顧客對鑄件產(chǎn)品的要求、政府對環(huán)保法律法規的要求、鑄造企業(yè)自身的要求等越來(lái)越嚴格。這些又給鑄造企業(yè)提出了更高的挑戰。面對機遇和挑戰，中國如何將鑄造大國轉變?yōu)殍T造強國，其對策和建議如下。

    鑄造企業(yè)應向專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展，進(jìn)一步提升企業(yè)利于市場(chǎng)競爭的專(zhuān)業(yè)化水平。要大力發(fā)展商品化、專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。進(jìn)一步提高擴大優(yōu)勢企業(yè)的專(zhuān)業(yè)化發(fā)展，要盡量生產(chǎn)同類(lèi)大小、壁厚、材質(zhì)、復雜程度的鑄件，這樣可增大生產(chǎn)批量，進(jìn)一步提高規模效益，同時(shí)降低原材料、生產(chǎn)過(guò)程的管理難度，產(chǎn)品的質(zhì)量保證能力得到提高，企業(yè)的效益相應得到提高。專(zhuān)業(yè)化不是簡(jiǎn)單的集中整合，也不是建大廠(chǎng)。專(zhuān)業(yè)化的原則是組建大批人員精干、運轉自如、決策速度快和應變能力強等優(yōu)勢的專(zhuān)業(yè)化小型鑄造企業(yè)。

   鑄造企業(yè)應把提高鑄件產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本作為永恒的主題。我們的鑄件品質(zhì)與國外比差距較大，如鑄件的尺寸精度、表面粗糙度比國外差1～2級；鑄件的穩定性和一致性差異大；我國復雜鑄件的不良品率在1O%左右，國外復雜鑄件的不良品率≤5%。這樣浪費了大量主輔原材料、能耗、人工成本，使得鑄件生產(chǎn)成本提高。因此，企業(yè)必須大力降低能耗和原材料消耗，努力抓好環(huán)境保護和勞動(dòng)保障工作。鑄造企業(yè)應突出質(zhì)量管理這條主線(xiàn)，建立質(zhì)量保證體系，不斷提高運行質(zhì)量。同時(shí)，企業(yè)要建立健全高水平的產(chǎn)品質(zhì)量標準。要把質(zhì)量的觀(guān)點(diǎn)從鑄件實(shí)物的各種指標擴展為用戶(hù)的實(shí)物質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量、價(jià)格和交付期的綜合體現。

    鑄造企業(yè)應抓緊技術(shù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)結構調整工作。企業(yè)在技術(shù)開(kāi)發(fā)的方式上要充分利用國內各方面的資源，采用聯(lián)合攻關(guān)，利益共享的方式進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。企業(yè)與企業(yè)之間，既是競爭對手，又是合作伙伴，因此企業(yè)要想得到更快發(fā)展就必須加強技術(shù)開(kāi)發(fā)合作。企業(yè)要把自己的技術(shù)力量充分調動(dòng)起來(lái)，建立起以企業(yè)為中心的產(chǎn)、學(xué)、研相結合的關(guān)系平臺。要用高新技術(shù)改造傳統的鑄造技術(shù)，適時(shí)適宜地采用先進(jìn)技術(shù)，把提高技術(shù)與效益結合起來(lái)。如采用高效、節能、環(huán)保、安全的熔煉、造型、制芯、清理、配砂等設備；采用先進(jìn)的并行開(kāi)發(fā)技術(shù)、計算機輔助設計、工藝模擬優(yōu)化技術(shù)、快速樣件試制技術(shù)等。

    鑄造企業(yè)應加速市場(chǎng)和產(chǎn)品的結構調整。汽車(chē)鑄造企業(yè)不能再依附于大汽車(chē)廠(chǎng)，要成為獨立的鑄件產(chǎn)品制造商、供應商.不僅要面向國內市場(chǎng)，而且要面向全球市場(chǎng)。成為真正的國際、國內OEM供應商。國外的大汽車(chē)制造公司實(shí)行全球采購，原來(lái)依附于大汽車(chē)廠(chǎng)的鑄造廠(chǎng)已變成獨立的、專(zhuān)業(yè)化的鑄造企業(yè)。要提高復雜鑄件、高技術(shù)含量、高附加值鑄件的比例，提高企業(yè)效益。應大力發(fā)展鑄件毛坯的深加工，進(jìn)一步提高鑄件的附加值。發(fā)展和培育本企業(yè)的特色產(chǎn)品，使其成為產(chǎn)品，為企業(yè)增加無(wú)形資產(chǎn)。

    鑄造企業(yè)要繼續加強教育培訓工作。要大力培養鑄造方面的專(zhuān)業(yè)人才，企業(yè)要建立感情留人、事業(yè)留人、待遇留人的激勵機制，調動(dòng)科技人員積極性，為本企業(yè)技術(shù)進(jìn)步發(fā)展多做貢獻。加強職工隊伍的技術(shù)和職業(yè)道德培訓，提高全行業(yè)職工隊伍的技術(shù)與勞動(dòng)素質(zhì)。