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中国大型精密压铸模具发展方向探讨

编辑:深圳川茂金属材料有限公司   字号:
摘要:中国大型精密压铸模具发展方向探讨
一、国内外压铸模具的技术现状和发展趋势

1.1国内外压铸模具现状

中国压铸行业是一个新兴的行业,在上个世纪八十年代,中国只有几家单位有1000吨以下的压铸机,国内只能制造最大630吨压铸机,并且大部分压铸机合模机构还是全液压的,非常落后。压铸领域仅限于个别军工或大型国营企业,压铸行业非常落后。随着80年代末,中国摩托车行业的发展,中国陆续引进了国外的大批500至1000吨压铸机,国内首台1000吨压铸机也在90年开发成功,中国压铸行业因此得以快速发展,由此也拉动了中国压铸模具企业。

在上世纪九十年代,大部分压铸模具依赖进口,特别是台湾进口居多。中国压铸模具企业特别是宁波北仑压铸模具企业快速发展真正开始起步应该是在九十年代末,基本上都是以摩托车配件压铸模具开始,应该说基本上都是小型压铸模具,基本上在280吨至800吨压铸机上使用的压铸模具为主,这时的压铸模具企业无论是从加工设备、检测设备等硬件,还是压铸人才都处于初始阶段,模具制造水平都相对较低。

自2000年开始,随着中国汽车行业开始发展,国内开始引进1000吨以上压铸机,国内外资企业如力劲公司等压铸机企业也开始生产1000吨以上压铸机。这个期间企业引进的基本上在1000吨至1600吨压铸机,而模具基本上全部是随着设备一同引进,国内很少能够生产。在经历了一轮引进后,因为国外压铸模具价格较高,个别企业为了降低成本开始寻求国内能够复制汽车配件的模具企业。为此包括辉旺公司在内的部分较大一点的模具企业看准市场,积极应对挑战,加大了先进、大型装备的投入,购置了三坐标检测等先进检测设备,开始复制汽车配件压铸模具。在这个过程中,企业加以吸收消化,逐步开始转型,以生产中型包括汽车手动变速箱壳体压铸模具为主,带动了模具企业快速发展,模具企业装备水平明显提高,模具制造水平以及制造能力大幅提高。目前这类模具已基本上没有企业从国外引进。

随着国内汽车行业近几年的快速发展,特别是国内民族品牌汽车的崛起,中国汽车行业竞争越来越大。原来的外资企业原来的汽车缸体基本上是采用低压浇注或从国外进口,压铸汽车缸体由于投入大,加上外国企业从自身利益出发,很少国内生产。而汽车自动档变速箱更是全部进口,并且作为从中国赚钱的工具。随着国内汽车企业,如吉利公司先后成功开发了自动档变速箱和汽车压铸缸体,国内其它企业也纷纷寻求国产化,以降低成本,提高竞争力。近两三年,国内汽车行业以及相关的压铸企业纷纷购买大型压铸机从2000吨到3800吨,基本上都是以生产自动档变速箱壳体和汽车发动机缸体为主。但是国内能够生产汽车缸体以及自动档变速箱的模具企业很少,如已生产1.3、1.4、1.6、1.8、2.0、2.4各排量的汽车四缸体以及3.2排量的V6缸体压铸模具的只有辉旺公司一家,而大部分这类模具主要依赖进口,进口模具价格是国内的1-2倍。随着今年国家出台的诸多利好政策,中国汽车行业今年上半年小排量的汽车增长迅速,而小排量的汽车以家庭居多,小排量汽车发动机缸体为减低成本势必要采用压铸,另外自动档的需求也会逐步成为主流。因此,汽车发动机缸体、自动档变速箱壳体压铸模具市场空间巨大。国内对于大型精密压铸模具的需求将会越来越大。

另一方面,国外的模具模具市场竞争日趋激烈,特别是由于金融危机的影响,汽车行业竞争加剧。为了减低成本,必然要降低模具价格,因此国外模具业也在努力降低生产成本。模具行业是人力成本较高的行业,国外的人力成本是中国及东南亚地区的十几倍,而人力成本中有70%以上是非核心技术人员。因此,现在国外模具业正逐渐将模具转向人力成本低的地区生产。其次是国外使用模具的主要企业有加快向国外转移的趋势。因此,无论是国内还是国外,大型精密压铸模具的市场前景广阔。

1.2国内外技术现状比较

模具是生产工具,模具的好坏直接影响压铸企业的生产和效益,模具是压铸企业生产之本。这一点已经在逐步得到压铸行业的认可,就连生产压铸机的厂商都在宣称,压铸70%靠模具,30%靠压铸机。因此,无论是在国内还是在国外,对于压铸企业在选择模具时,特别是选择大型精密压铸模具时,首先考虑的,应该是模具质量。而模具质量应该包括多项内容,如模具的尺寸精度、模具的压铸成品率、压铸的生产效率、模具的可靠性以及模具寿命。但是,对于模具制造精度,中国压铸模具企业普遍比较重视,随着先进设备的引进,以及先进的设计、制造软件的引进,这方面的差距在缩少。但是对于后几点,我国压铸模具企业与国外差距较大。

从目前国内模具企业的情况来看,目前大部分只关注模具的浇排系统,也就是只是关注能否压铸出产品,而对于模具的可靠性、模具的生产效率以及模具寿命关注不够。可以这样说,由于近几年压铸模具企业的装备水平、检测设备的引进以及加工软件的应用,模具加工精度普遍有所提高,对于浇排系统对压铸产品的质量影响也有所认识。但是,对于例如模具结构、模具强度计算、模具冷却水路的布置等影响模具压铸生产成品率、模具可靠性、生产效率、模具寿命的因素,大都关注不够,致使模具在使用时问题频出,或效率极低,严重的影响了压铸企业的生产、质量和效益。而德国和日本都在围绕后几点进行不断地研究、改进,在模具的压铸成品率、压铸的生产效率、模具的可靠性以及模具寿命模具等方面,中国压铸模具与国外模具差距比较大。使得大部分企业,宁愿化几倍的价格引进国外模具,而不愿采用国产模具。

而在大型精密压铸模具方面,包括能够生产汽车发动机缸体以及自动档变速箱壳体的模具这方面差距更大。由于这类产品由于产品质量直接影响发动机、变速箱的性能,加之后序加工费用非常大,因此对于模具的压铸成品率、压铸的生产效率、模具的可靠性要求更高。因此,国内也就是近两年,才有包括辉旺公司在内的极个别的模具厂家开发成功,并且由于国外模具价格极高,严重制约着汽车行业的发展。在国外,这类大型精密压铸模具主要集中在日本、德国和意大利,德国和日本尽管模具设计水平、研究水平制造水平要超过意大利,但是,由于价格太高,在中国的市场占有率不高,仅供给日系和德系的独资企业。由于意大利此类模具价格较低,因此,国内包括国外意大利生产的此类模具较多。而意大利的模具从目前在中国使用情况来看,其设计水平和制造水平并不高。但是,由于中国压铸模具制造企业起步较晚,技术积淀较少,特别是很多企业由于没有从事过压铸生产,也没有压铸专门人才,加之对大型压铸模具认知较少,在承接此类模具时,模具能够制造出来,但是大部分开发不成功。主要表现在几个方面:一是,模具使用存在较大问题,故障率高,滑块卡死,型芯断裂等等甚至出现模具开裂;二是,压铸生产效率极低,造成压铸成本过高;三是,压铸成品率底,并不稳定,产品经过加工后,出现气孔、缩孔以及泄露等,造成大量报废。四是,无法适应全自动压铸生产,由于近几年压铸企业装备水平的提高,引进全自动压铸装备的企业越来越多,而能够满足全自动压铸生产要求,在压铸模具方面,对于模具冷却以及模具可靠性等等方面要求更高,致使此类大型精密压铸模具,目前还是以进口为主,国内压铸模具企业很难与国外企业竞争。

当然,包括辉旺铸模在内的部分国内优秀压铸模具也意识到这个问题,为此,在关注重视压铸浇排系统的设计的前提下,紧紧围绕模具的压铸生产成品率、模具可靠性、模具的生产效率以及模具寿命等方面,积极开展研究工作,加大科研投入,并已取得了一定的成就。如辉旺公司已成功开发了包括汽车IP仪表盘镁合金压铸模具、自动档变速箱壳体、汽车四缸体以及目前国内最大、最复杂的V6缸体压铸模具等,制作了很多适应全自动压铸生产的模具,并承接了很多出口的高端模具。这些模具吸收了很多日本、德国的先进技术,取得了极好的效果,模具水平明显提高。尽管与日本、德国等先进的国家模具在细节方面,还存在一定的差距,但是模具整体水平有了极大的提高,有的已达到了国际水平,受到了用户的好评。

因此,加快大型精密压铸模具的开发研究,提高模具设计、制造水平,超过意大利,缩少与日本、德国模具水平的差距,对于占领国内市场,开拓国际市场,以及带动中国压铸模具整体水平的提升,都具有深远的意义。同时,提升中国大型精密压铸模具水平,对增强中国汽车行业的竞争力,提升汽车行业开发能力、制造水平同样具有重大意义。

二、中国大型精密压铸模具的研发方向

中国大型精密压铸模具尽管经过几年的努力,已经有了很大进步,但是与国外先进国家还有一定的差距。为了进一步适应当前压铸企业对大型精密压铸模具的要求,以及满足汽车行业快速发展,对大型精密压铸模具需求,压铸模具企业必须从技术以及管理等各个层面,提升企业能力,提升大型精密压铸模具的设计、制造水平。以带动中国压铸模具整体水平的提升。

压铸模具水平的高低主要取决于以下几个方面,一是模具生产产品的尺寸精度;二是模具生产铸件的成品率;三是模具的生产效率;四是模具生产的可靠性;五是模具的使用寿命。因此,我们应该紧紧围绕上述几点,开展工作,以提高中国大型精密压铸模的水平。

1)针对第一点模具生产产品的尺寸精度,即模具的制造精度,中国压铸模具企业都非常重视,但是也仅仅是从购买先进设备这个手段来实现。实际上这远远是不够的。模具制造企业应从两个方面进行改进。一是提高加工装备水平,二是提高管理水平。对于第一点,大部分企业都能够理解,但是对于第二点,中国压铸模具制造企业普遍没有意识到,实际上,仅仅有好的设备,如果管理跟不上,同样无法做出高精度的模具。例如刀具磨损,机床精度下降或产生变化等等都会影响加工精度。针对这一点,必须从管理入手,如建立刀具库,在使用之前全部检测,定期对机床进行精度检测等等,只有抓好各个环节,才能确保加工质量,确保模具质量。

2)针对提高模具生产铸件的成品率,中国大部分模具企业只重视模具的浇排系统,很多企业购买了模流分析软件,在设计前期就开始重点关注。当然,浇排系统对铸件成品率的影响是非常大的,但是,大部分企业对模具温度平衡,也就是模具冷却水的布置重视不够,实际上模具平衡问题不仅仅影响模具压铸生产的成品率,对模具的生产效率同样至关重要。压铸生产中模具温度场直接影响产品质量,并且只有模具内冷做好,才能确保适应全自动压铸的生产,因为在全自动生产的条件下,是无法用人工喷涂来调节模具温度,满足压铸生产要求的。对于这一点,日本和德国企业非常重视,如日本企业制造的模具冷却水全部安装阀门进行控制,有的采用了高压冷却系统,对于小到4mmm的型芯都进行冷却,并且安装有温度感应装置,通过温度变化控制冷却水量或压力。辉旺公司在承制日本或德国模具,在试模阶段,客户都要求冷却水必须到位,并且在试模过程中重点关注模具温度场的变化,并加以调整,以满足全自动生产为验收标准。对模具冷却水的控制要求是压铸工艺上的重点关注对象。随着中国压铸企业整体实力的提高,提高自动化水平,向国外企业看齐。特别是近几年有实力的企业集团投资压铸,基本上都是起点非常高,基本上按压铸岛的方式全自动生产,压铸机基本上是全自动,因此对于模具的要求非常高,而我们国家大部分压铸模具制造的模具无法满足需求,存在很大差距。因此,必须加大对模具冷却的研究,加大适应全自动压铸生产模具的研究,这是中国压铸模具企业以及压铸企业重点关注的问题,也是大型精密压铸模具未来的重点研究方向之一。

3)针对是模具的生产效率,国外企业非常重视,一方面,正如上个问题重点关注模具内冷却,减少用喷涂解决模具温度平衡,减少喷涂时间,减少铸件在模具上的冷却时间,提高生产节奏,提高压铸生产效率;另一方面,重点关注模具拆装的快速,以及减少模具维修维护、更换易损件的时间。而大型压铸模具安装、拆卸如采用人工压压板等传统方式是非常占用时间的,通常需要一个班次。而国外,无论是压铸机还是压铸模具,都非常重视这个问题,包括模具的定位、模具的夹紧、顶出复位杆安装、行程开关连接、抽芯油缸油管连接、冷却水管连接等等,都做到快速连接,并且如果模具需要几个油缸或行程开关的接头在模具上串、并联好,做的非常人性化。而在型芯更换等其它细小环节上都下足了功夫,充分考虑了模具的使用性、模具的生产效率。安装或拆卸都非常迅速,大大的节约了时间,提高了生产效率。因此,这是中国压铸模具企业以及压铸企业重点关注的问题,也是大型精密压铸模具未来的研究方向之一。

4)针对模具生产的可靠性,同样中国压铸模具与发达国家存在差距,实际上模具可靠性对于压铸生产是非常至关重要的。这一点中国压铸模具生产企业,包括很多压铸企业,同样对此问题不够重视。很多压铸模具制造企业在设计、制造模具时往往只从经济利益考虑,模具往往做得偏小,特别是大型压铸模具,模具承受的作用力是非常大的,国外大型压铸模具一是设计的强度足够大,套板一般选择P20或4140锻钢,并进行热处理,这样的模具在使用期内,模具绝对可靠,寿命长。而我国普遍采用铸铁或铸钢,我们的模具往往最开始生产尚可,模具使用一段时间后,模具会出现这样那样的问题,出现滑块退让,甚至出现模具开裂、套板开裂等,模具可靠性较差,严重影响压铸生产。另一方面,国外先进模具普遍注意细节的改进。如国内一家日本合资企业一套缸体压铸模具,其行程开关从进线口到行程开关的盖全部用特殊的腊封起来,确保一点水气进不去。经了解,该模具从投入使用到模具报废,从来没有因为行程开关出现故障影响生产,这一点给使用单位留下了深刻的印象。而德国企业更多的从模具结构、模具设计以及制造工艺等方面不断改进,确保模具水平的提高,如考虑到滑块处容易进铝或杂物,清理不干净会挤坏模具,采用了先进的滑块结构,确保模具生产安全、可靠。这一点,中国压铸模具厂家必须有足够的意识,模具是工具,安全、可靠是非常重要的。

5)针对提高模具使用寿命,一方面我们要向国外企业学习,在模具结构、模具强度等方面强化,在模具材料、热处理、表面处理等方面进行研究、优化。另一方面,日本、德国先进的模具企业已开始在模具加工方面进行了研究,已采用先进的加工中心以及引进先进的加工技术,进行模具型腔的硬加工,减少模具表面的硬质层,大大提高了模具寿命。我们也应在这方面加强研究,提高我们的模具制造水平。辉旺公司已购买了两台德国DMG大型五轴联动加工中心,已开始对模具型腔的硬加工进行研究。

综上所述,我们应紧紧围绕上述五个方面,从压铸生产的方面考虑,提高设计、制造水平,关注模具细节,提高模具使用、维护的方便性,提高压铸生产效率,替顾客着想,这才是我们未来的研发方向和努力方向。只有这样,我们的压铸模具的水平才能提高,才能提升中国大型精密压铸模具水平,才能提升压铸行业的整体水平。

三、中国大型精密压铸模具的发展预测

随着汽车行业的快速发展以及国产化进程的加快,如汽车缸体、仪表盘、自动档变速箱壳体等大型、精密、复杂压铸件的需求会越来越大,大型、精密、复杂压铸模具的需求会越来越大。同时,在前经济危机的特殊历史背景下,对中国压铸行业和压铸模具行业来说,尽管存在困难,面临挑战,但是同样也带来了机遇。在世界和中国经济快速发展的时期,对于成本的降低,企业可能不会那么重视,而当经济形势不好的时候,降低成本提高竞力对企业来说就显得迫切了。而这恰恰会对中国压铸模具制造企业带来了机遇,应该说目前的形势,会给优秀的模具制造企业带来挑战,更带来了机遇。就以缸体模具为例,之前,由于国内模具水平的限制,这类模具普遍采用进口,而进口模具接近我们的两倍,当前行业下滑,如果继续采用进口成本肯定居高不下,这样企业为减低成本必然要寻求国内采购,毕竟中国制造业的成本远远低于国外企业。

因此,只要我们加大研发力度,提高模具设计、制造水平,达到国外同类产品水平,不仅仅会占领国内市场,同时也会开拓国际市场,前景非常广阔。相信,随着国内一些大型压铸模具企业的崛起,以及研发力度、投资力度的加大,国内大型精密压铸模具的水平一定会很快赶上世界先进水平,为中国压铸产业的发展做出贡献。

作者:金辉

单位:宁波市北仑辉旺铸模实业有限公司

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