《鑄造行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》——壓鑄篇
發(fā)布日期：2023/5/15 點擊次數(shù)：7322 文章作者：
“十二五”期間，我國在鑄造技術(shù)創(chuàng)新、行業(yè)進步等方面取得了顯著成果。2014年我國鑄件總產(chǎn)量達到4620萬噸，較2013年的4450萬噸增長了3.8%，連續(xù)15年位居世界鑄件產(chǎn)量第一大國。但是仍未解決我國鑄造行業(yè)“大而不強”的問題，一方面在大量出口低端鑄件的同時，仍需要進口大量高端鑄件產(chǎn)品；另一方面在國防和國家重點工程建設(shè)急需的重大技術(shù)裝備的研發(fā)過程中，由于國外技術(shù)封鎖，關(guān)鍵鑄件常常成為制約相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。
“十三五”時期是深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家的關(guān)鍵時期。對于在裝備制造業(yè)中發(fā)揮重要作用的鑄造業(yè)，是科技提升、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、提升核心競爭力的重要機遇期。為了清晰認識國際鑄造科技發(fā)展大勢，規(guī)劃鑄造技術(shù)發(fā)展方向，根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》、《國家“十三五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》和《中國制造2025》提出的目標和任務(wù)，結(jié)合我國鑄造行業(yè)科技發(fā)展實際，編制了《鑄造行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》（以下簡稱《綱要》）。
《綱要》由18個部分組成：鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金、鑄造金屬基復(fù)合材料、鑄造耐磨材料、快速鑄造、熔模鑄造、壓鑄、反重力鑄造、擠壓鑄造、消失模鑄造、數(shù)值模擬、網(wǎng)絡(luò)制造、造型材料、鑄造裝備與檢測技術(shù)、環(huán)保與安全、汽車鑄件、鑄造標準。其中《綱要》中的13個領(lǐng)域的規(guī)劃內(nèi)容涉及到《中國制造2025》全部五個重大工程，覆蓋了高端裝備創(chuàng)新工程10大領(lǐng)域中的8個領(lǐng)域。
《綱要》結(jié)合國內(nèi)外鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合發(fā)展熱點問題和中國鑄造技術(shù)發(fā)展需求，指出了發(fā)展目標和發(fā)展重點，提出了重點發(fā)展的項目及關(guān)鍵技術(shù)。《綱要》突出了戰(zhàn)略性和宏觀性，具有針對性和可操作性，可作為中國鑄造行業(yè)2016—2020年鑄造技術(shù)發(fā)展的指南。
第八章著重介紹了壓鑄的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，特此摘錄，供讀者閱讀。
1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
壓鑄是鑄造工藝中應(yīng)用最廣、發(fā)展速度最快的金屬熱加工成形工藝方法之一。壓鑄作為一種先進的有色合金精密零部件成形技術(shù)，適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)中產(chǎn)品復(fù)雜化、精密化、輕量化、節(jié)能化、綠色化的要求，其產(chǎn)品已遍及汽車、機械、家電、通訊、五金等許多領(lǐng)域。
國內(nèi)壓鑄從20世紀50年代開始起步，前30年內(nèi)年增長率超過10%。1990年至今，年均增長15%以上，2012年產(chǎn)量達318萬噸。經(jīng)過多年的努力，我國已構(gòu)建起一個完整的壓鑄產(chǎn)業(yè)及其配套產(chǎn)業(yè)鏈和若干較為發(fā)達的壓鑄工業(yè)基地，產(chǎn)量世界最大，成為世界壓鑄大國。
1.1.1 壓鑄件合金材料
壓鑄件合金材料主要以有色金屬及其合金為主，壓鑄鋁合金用量最為突出。我國除傳統(tǒng)壓鑄鋁合金范圍擴大外，還有試驗采用壓鑄新技術(shù)以某種變形鋁合金來生產(chǎn)較高力學(xué)性能的受力件，以及汽車結(jié)構(gòu)件所需的特殊鋁合金也在國內(nèi)壓鑄生產(chǎn)中開始采用。壓鑄鎂合金材質(zhì)和性能的研究進一步深入，對汽車鎂合金壓鑄件的應(yīng)用開發(fā)進一步加大。國際上先進國家對高硅、特種鋁合金、結(jié)構(gòu)件用鋁合金的應(yīng)用和研究比國內(nèi)領(lǐng)先較多，鎂合金研究與國內(nèi)相當。此外，國際上對材料基礎(chǔ)性的研究要較國內(nèi)更廣泛和深入，成果顯著，國內(nèi)對此方面投入較小。鋅合金壓鑄件的產(chǎn)量逐漸減少，多屬中小零件。銅合金壓鑄件的產(chǎn)量很少，中小零件較多。黑色金屬及其合金壓鑄件在我國的起步與國外相近，但國內(nèi)外的發(fā)展已較長時期都處于幾近停頓狀態(tài)。
1.1.2 壓鑄設(shè)備
汽車工業(yè)的高速發(fā)展，大型和高端壓鑄件需求增加，推動了國產(chǎn)壓鑄機技術(shù)的提高，高壓射速度、較短的建壓時間、實時控制壓射系統(tǒng)、4000 t大型壓鑄機、自動化周邊配套設(shè)備和壓鑄單元等陸續(xù)推出市場，拉近了與國外先進設(shè)備的差距。但國產(chǎn)設(shè)備在穩(wěn)定性、密封元件耐用性、精度重復(fù)性等方面與國外先進設(shè)備還有較大的差距。大型兩板機占領(lǐng)國內(nèi)市場，給傳統(tǒng)壓鑄機市場帶來極大沖擊，國內(nèi)有些廠家已開始兩板機的研制。鎂合金熱室壓鑄機與國外差距較大，目前大多依賴進口。在壓鑄機自動化集成方面國內(nèi)廠家開始涉足，但配套資源和處理方式上與先進廠家還有不小差距。近年來，國內(nèi)自主研發(fā)了壓鑄與擠鑄兩用的設(shè)備，成為國際上創(chuàng)新的新機種。
1.1.3 壓鑄模具
國內(nèi)壓鑄模具方面隨著壓鑄專業(yè)的突飛猛進，也取得了很大的進步。以發(fā)動機缸體、變速箱殼體為代表的精密復(fù)雜模具的開發(fā)和制造及市場使用，奠定了國內(nèi)廠家的地位。在模具設(shè)計上，模擬分析軟件應(yīng)用普遍，但缺少的是具有豐富工藝技能和實踐經(jīng)驗的優(yōu)秀設(shè)計師，模具出口優(yōu)勢不強。模具加工方法（設(shè)備）和手段已逐漸與國際靠攏，差距在縮小，但高精尖加工設(shè)備大多依賴進口。模具鋼材料方面還需加緊確立國產(chǎn)材料在行業(yè)中的地位。此外，在模具材料熱處理技術(shù)、提高模具壽命手段、模具冷卻技術(shù)、模具表面處理技術(shù)、模具適應(yīng)自動化和提高生產(chǎn)效率降低故障等問題上，還需加大研發(fā)的力度和投入。
1.1.4 壓鑄工藝
對各種壓鑄合金材料的鑄造性能、物理性能、使用條件等試驗研究比過去有了較大進展，尤其鎂合金的研究更為深入，對受力結(jié)構(gòu)件合金材料的試驗研究加大了投入。壓鑄機控制系統(tǒng)更加完善與易于使用，速度、壓力、時間、位移、溫度、脫模劑、冷卻等參數(shù)設(shè)置和調(diào)整方便和快捷。但與國外相比，設(shè)置點（段）位還有差距，澆注、排溢、填充、真空系統(tǒng)的試驗研究不夠。國際上，在壓鑄工藝技術(shù)出現(xiàn)了較多新的變化，如局部擠壓工藝技術(shù)、點冷和局部超強冷卻、超低速壓鑄、半固態(tài)壓鑄、模具表面激光焊接技術(shù)等，對行業(yè)有較大促進作用。合金材料和壓鑄工藝國家標準已完成編制，但標準的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)試驗研究還不夠充分和詳實。
1.1.5 壓鑄件質(zhì)量控制和檢測技術(shù)
壓鑄質(zhì)量控制和檢測技術(shù)在越來越多生產(chǎn)企業(yè)得到重視，許多企業(yè)配備了從材料檢測的光譜分析、密度和密度指數(shù)、金相檢驗、力學(xué)性能，到產(chǎn)品檢測的X光檢驗、工業(yè)CT檢驗、尺寸和光潔度檢測、清潔度檢測、密封檢測、孔隙率檢測的國產(chǎn)或進口儀器和設(shè)備，提高了壓鑄專業(yè)整體的檢測水平和能力。在壓鑄專業(yè)為之服務(wù)的配套下游工序如熱處理、拋丸、表面處理和涂覆、浸滲、輔助材料都有了較大的發(fā)展和提高。
1.1.6 壓鑄作業(yè)的節(jié)能與環(huán)保
壓鑄生產(chǎn)過程的能源消耗較大。合金熔化除了用電以外，還有用油、氣或燃料的。目前，國產(chǎn)壓鑄機和熔化爐均有節(jié)能效果較好的面市供應(yīng)。壓鑄生產(chǎn)屬于熱加工作業(yè)，防暑降溫很重要。在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生工業(yè)污染物，需要加以綜合治理。國內(nèi)有的壓鑄企業(yè)已經(jīng)采取措施，主要是先從廢氣與煙霧、廢油與廢水的治理做起。
1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
國外重點針對汽車輕量化要求，開發(fā)新技術(shù)生產(chǎn)高品質(zhì)汽車鋁合金壓鑄件替代鋼鐵材料的零部件。這類壓鑄件突破傳統(tǒng)壓鑄工藝限制，可以進行熱處理和焊接，達到很高延伸率和足夠的強度。典型零件包括減震塔，底盤件，車門框板，副車架，空間支架以及自動變速箱等。對鋁合金壓鑄的材料和工藝研究一直處于較重要的位置，發(fā)展較快，市場應(yīng)用廣泛。國外鋁合金壓鑄件消除內(nèi)部氣孔，能夠進行T6熱處理和焊接，伸長率可以達到10%以上，拉伸強度可以達到210 MPa以上。國外壓鑄生產(chǎn)效率較高，如汽車四缸缸體壓鑄可達到15萬件/年。高性能壓射系統(tǒng)，實時控制技術(shù)以及兩模板合模系統(tǒng)是當前壓鑄設(shè)備先進性重要體現(xiàn)。大型壓鑄設(shè)備性能穩(wěn)定，技術(shù)成熟。
1.3 國內(nèi)外的差距
當前，我國壓鑄業(yè)在高端壓鑄裝備、材料性能、鑄件質(zhì)量、模具開發(fā)及設(shè)計、智能化程度、生產(chǎn)效率等方面均與國外有較大差距。
（1）企業(yè)競爭力不強，技術(shù)實力欠缺；
（2）科研項目的投入不夠，課題的設(shè)立與當前實際需要不緊密；
（3）先進技術(shù)的推廣應(yīng)用不夠普及；
（4）國產(chǎn)壓鑄設(shè)備的參數(shù)范圍與精度還有差距。在大型壓鑄機（2000噸以上）的設(shè)計制造與國外差距較大，主要體現(xiàn)在設(shè)備穩(wěn)定性和壓射性能等方面。
1.4 問題分析與解決思路
從上述的差距來看，主要問題大致為：專業(yè)技術(shù)人員和生產(chǎn)操作人員嚴重缺乏；有關(guān)鑄造方面的相關(guān)產(chǎn)業(yè)沒有組成互相關(guān)聯(lián)的整體，產(chǎn)業(yè)鏈不夠緊密；對于國外的先進技術(shù)，國內(nèi)有能力接受的企業(yè)不多。因此，需要大力推行壓鑄生產(chǎn)實現(xiàn)自動化、智能化，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境。吸引有更多的從業(yè)人員，加緊培養(yǎng)專業(yè)人才；根據(jù)我國的條件與能力，選擇適合的研發(fā)項目。
2 發(fā)展目標
總的發(fā)展目標——配合《中國制造–2025》，建設(shè)壓鑄強國，壓鑄企業(yè)要向“高端型、智能型、外向型、服務(wù)型”進軍，并涌現(xiàn)一批高端壓鑄設(shè)備和壓鑄生產(chǎn)企業(yè)。
（1）開展先進壓鑄工藝技術(shù)的試驗；
（2）向更高熔點金屬壓鑄邁進；
（3）推進半固態(tài)加工技術(shù)發(fā)展，擴展復(fù)合材料的加工；
（4）設(shè)立壓鑄操作站。
3 發(fā)展重點
3.1 技術(shù)路線
（1）通過實現(xiàn)大項目的成果，作為示范性的可復(fù)制的標桿，建立孵化基地；
（2）建立產(chǎn)學(xué)設(shè)計研發(fā)團隊，參與上游客戶產(chǎn)品聯(lián)合設(shè)計，使之盡可能適應(yīng)壓鑄工藝性，產(chǎn)品快速成型技術(shù)和3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計上的應(yīng)用，薄壁和厚大壁壓鑄件的設(shè)計與壓鑄工藝技術(shù)開發(fā)；
（3）開發(fā)鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件的壓鑄成套技術(shù)裝備，與汽車工業(yè)聯(lián)手，由國內(nèi)自行設(shè)計，其后各個環(huán)節(jié)，先立足國內(nèi)，必要時由國外進行配套。
3.2 技術(shù)研究
3.2.1 共性技術(shù)研究
（1）薄壁結(jié)構(gòu)件設(shè)計與壓鑄工藝技術(shù)；
（2）與高效率相適應(yīng)的精密復(fù)雜模具制造技術(shù)、模具溫度自動控制技術(shù)、延長模具壽命等的試驗研究和開發(fā)；
（3）填充模擬技術(shù)的研究推廣，壓鑄澆口技術(shù)、壓鑄參數(shù)的優(yōu)化及選用、缺陷、模具熱狀態(tài)分析；
（4）高性能、高可靠和高精度的自動化壓鑄機單元及附屬設(shè)備研究和開發(fā)，結(jié)合多項高端壓鑄技術(shù)。
3.2.2 關(guān)鍵技術(shù)研究
（1）壓鑄工藝基礎(chǔ)技術(shù)及特殊壓鑄工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用。如真空壓鑄、半固態(tài)壓鑄、慢壓射技術(shù)、預(yù)填充技術(shù)、鹽芯技術(shù)、結(jié)構(gòu)件壓鑄技術(shù)（雙真空）、擠壓鑄造、局部增壓技術(shù)等；
（2）壓鑄合金材料和熔煉技術(shù)研發(fā)。進一步提升有色合金材料的壓鑄性能和使用性能試驗研究，開發(fā)新的合金品種，如復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)件合金材料、高延展性能材料等，提高熔煉設(shè)備熱效率的研發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用；
（3）高性能和可靠性自動化壓鑄機及附屬設(shè)備研發(fā)。高可靠性實時控制壓射系統(tǒng)和參數(shù)自動控制調(diào)整系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用，所有附屬配套設(shè)備的自動化集成技術(shù)應(yīng)用，適應(yīng)多種先進工藝技術(shù)推廣的壓鑄設(shè)備開發(fā)；
（4）精密復(fù)雜模具制造技術(shù)開發(fā)。高效冷卻技術(shù)，模具材料的改進及開發(fā)新的鋼材，模具溫度自動控制技術(shù)與裝備，延長模具壽命方法的試驗研究及推廣，模具表面處理技術(shù)的研究；
（5）壓鑄模擬技術(shù)的研究推廣。如金屬填充、速度、壓力、溫度、凝固、缺陷（氣孔、縮松）、熱狀態(tài)分析（模具表面溫度場、溫度梯度）；壓鑄參數(shù)的優(yōu)化及選用。
4 重點項目
為達到“十三五”的發(fā)展目標，建議創(chuàng)建的重點項目有：
（1）高檔壓鑄設(shè)備——壓鑄機實時控制（數(shù)控）壓射系統(tǒng)及全自動化機器人的壓鑄單元；
（2）開發(fā)鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件的壓鑄成套技術(shù)裝備——與汽車工業(yè)聯(lián)手實施產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合；
（3）綠色壓鑄——創(chuàng)建可復(fù)制的示范性企業(yè)。
5 政策建議
（1）在環(huán)保治理方面，給予適當?shù)姆龀终撸?br />
（2）有條件的，可采用合金材料集中熔煉，降低能源消耗及污染物排放，國家應(yīng)在稅收上適當減免或補貼；
（3）加強對投資大、見效慢的壓鑄專業(yè)基礎(chǔ)性技術(shù)研究的扶持，可建立產(chǎn)學(xué)研機構(gòu)重點攻關(guān)及推廣；
（4）規(guī)范行業(yè)的統(tǒng)計工作，制止盲目的、無序的統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)布。
