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提升中国压铸模具水平,促进中国压铸产业发展
——中国大型、精密、复杂压铸模具发展方向探讨
Feb 17, 2012  来源:中国模具工业协会  作者:

       一、国内压铸模具的发展历程及现状

  
      
压铸行业在中国是一个新兴的行业,在20世纪80年代,中国仅几家单位有1000吨以下的压铸机,国内也只能制造最大吨位为630吨的压铸机,并且压铸机的合模机构绝大部分还是全液压的,设备非常落后。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,中国陆续从国外引进了大批500吨至1000吨的压铸机,国内首台1000吨压铸机也在90年开发成功,中国压铸行业从此得以快速发展,并拉动了中国压铸模具企业的成长。

  
       在20世纪90年代,大部分压铸模具依赖进口,特别是台湾居多。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90年代末,大都是从摩托车配件压铸模具开始,以小型压铸模具为主,安装在280吨至800吨压铸机上使用,当时的压铸模具企业在加工设备、检测设备等硬件条件以及压铸人才等方面都处于初始阶段,模具制造水平相对较低。

  
       自2000年开始,随着中国汽车行业开始发展,国内开始引进l000吨以上的压铸机,国内的外资企业,如力劲公司等压铸机企业也开始生产1000吨以上压铸机。这期间企业引进的压铸机吨位主要为1000吨至1600吨,而模具几乎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,由于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。为此部分规模较大的模具企业看准市场,积极应对挑战,加大了对大型先进装备的投入,购置了三坐标检测等检测设备,开始复制汽车配件压铸造具。在这个过程中,首先对进口模具加以吸收消化,后逐步转型,直到能生产中型的压铸模具,包括汽车手动变速箱壳体类零件压铸模具,从而带动了模具企业快速发展,压铸模具企业装备水平明显提高,模具制造水平以及制造能力也大幅提升。目前汽车手动变速箱壳体类零件模具已全部国产化。

   
       近几年随着国内汽车行业的快速发展,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。起初外资企业汽车缸体零件主要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,很少在国内生产,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,如吉利公司在辉旺公司、徐航等企业的配合下率先成功开发了AT自动档变速箱和汽车压铸缸体包括V6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2~3年,国内汽车行业以及相关的压铸企业纷纷购买吨位从2000吨到3800吨的大型压铸机,大都是用以生产自动档变速箱壳体和汽车发动机缸体。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,目前能生产排量为1.3、1.4、1.6、1.8、2.0、2.4升的汽车缸体以及3.2升排量的V6缸体压铸模具的企业只有辉旺公司一家,而大部分这类模具主要依赖进口,进口模具价格是国内的l~2倍。随着今年国家出台的诸多利好政策,今年上半年中国汽车行业面向家用的小排量汽车增长迅速,为减低成本,降低能耗,减轻发动机重量,小排量汽车发动机缸体势必要采用压铸缸体替代原来的铸铁缸体;另外随着中国汽车家庭用车已成为主流,自动档轿车的需求也会逐步成为主流。因此,汽车发动机缸体、自动档变速箱壳体类压铸模具市场空间巨大.国内市场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。为了降低成本,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,目前国外模具业正逐渐将模具制造转向人力成本低的地区。其次是国外模具用户有加快向低成本模具企业采购的趋势。因此,无论是国内还是国外,大型、精密、复杂压锈模具的市场前景广阔。

  
       二、国内、外压铸模具技术现状分析

  
      
(一)压铸模具质量

  
       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整个压铸行业的认同。就连生产压铸机的厂商都称.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、复杂压铸模具时 首先考虑的就是模具质量。因为模具质量的好坏直接影响压铸生产效率、压铸产品质量,直接影响压铸企业的生产成本,直接关联压铸企业的生存与发展,至关重要。

  
       压铸模具质量应该包括模具的尺寸精度、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等多项内容。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。尽管近几年随着压铸模具企业的装备水平的提高、高精度检测设备的引进以及设计、加工软件的应用,模具加工精度普遍有所提高,但是由于对于模具结构、模具强度计算、模具冷却水路的布置等方面对模具压铸生产成品率、模具可靠性、生产效率、模具寿命的影响方面关注不够,致使模具在使用时间问题频出,或效率极低,严重地影响了压铸企业的生产、质量和效益。而国际上德国和日本部在围绕后几点不断地进行研究、改进,在模具的压铸成品率、压铸生产效率、模具可靠性以及模具寿命等方面积累了丰富的经验,总体质量比国产模具高.致使国内大部分压铸企业,宁愿花几倍的价格引进国外模具,而不愿采用国产模具。
   

       对模具的压铸成品率、压铸的生产效率、模具的可靠性以及模具寿命关注不够,是中国压铸模具与国外模具差距所在。

   
       (二)汽车发动机缸体、自动档变速箱壳体等大型、精密、复杂压铸模具

   
       在汽车发动机缸体、自动档变速箱壳体类大型、精密、复杂压铸模具方面,模具质量差距更大。由于这类产品成品复杂、技术难度大,并且直接影响发动机、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。国内从2007年开始才有包括辉旺公司在内的极个别的模具厂家开发成功。国际上这类大型精密压锈模具供应主要集中在日本、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,相对而言由于意大利此类模具价格较低,因此中国以及其他国家和地区应用意大利生产的此类模具较多。由于国外模具价格极高,严重制约着国内汽车行业的发展。

   
       虽然从目前意大利的模具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,相对于意大利模具企业整体水平还是相对较低,特别是很多模具企业由于不直接从事压铸生产,也没有压铸专门人才,加上对大型压铸模具认知较少,在承接此类模具时,模具虽然能够制造出来,但是大部分开发不成叻,主要问题表现在几个方面:

   
       1)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;

  
       2)压铸生产效率低,造成压铸件成本过高;

  
       3)压铸成品率低,且不稳定,产品经过加工后,出现气孔、缩孔以及泄露等,造成大量报废;

  
       4)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,而要满足全自动压铸生产要求,对压铸模具的冷却以及模具可靠性等方面提出的要求更高。因此,对于汽车发动机缸体、自动档变速箱壳体类大型、精密、复杂压铸模具,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。

  
       目前,国内包括辉旺铸模在内的部分优秀压铸模具已经意识到差距所在,在保持重视压铸浇排系统设计的前提下,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。例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,为国内几家大型压铸企业包括外资企业制作了大量的适应全自动压铸生产的大型、复杂压铸模具,并承接了大量的大型、复杂压铸模具出口美国、英国、法国等国家。这些模具吸收了日本、德国等国家先进技术和理念,取得了很好的效果。模具整体水平有了极大的提高,有了质的飞跃。部分模具超过了意大利模具,有的已达到了国际水平,受到了用户的好评。特别是V6缸体压铸模具的成功开发,为中国压铸模具攻克高难度的大型、精密、复杂压锈模具开了先河,同时,也为公司带来了良好的经济效益。

  
       因此,国内模具企业应该加快大型、精密、复杂压铸模具的研发,提高模具设计、制造水平,超过意大利,缩减与日本、德国模具水平的差距,这对于占领国内市场,开拓国际市场,以及带动中国压铸产业整体水平的提升,都具有深远的意义。同时,对提升中国大型、精密、复杂压铸模具水平,促进中国压铸行业发展,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。

  
       三、大型、精密、复杂压铸模具的研发方向

   
       尽管中国大型、精密、复杂压铸模具经过几年的努力,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、复杂压铸模具的要求,以及满足汽车行业快速发展的需要,中国压铸模具企业必须从技术、管理等各个层面,不断提升企业能力,提高大型精密压铸模具的设计、制造水平,提升中国压铸模具整体水平,以带动中国压铸行业的发展。

  
       压铸模具水平的高低主要取决于五个方面:1)模具的制造精度;2)模具生产铸件的成品率;3)模具的生产效率;4)模具生产的可靠性;5)模具的使用寿命。国内压铸模具企业应该紧紧围绕上述几点,开展工作,以提高我国大型、精密、复杂压铸模具的水平。

    
       (一)提高模具的制造精度,必须从设备与管理两方面抓起

    
       模具的制造精度决定了压铸件的尺寸精度,中国压铸模具企业都非常重视,但是往往仅采用购买先进设备手段实现,而忽视了提高管理水平。模具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。因此必须从管理人手,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管理手段,建立可靠的质量保证体系,抓好各个环节,才能确保加工质量,确保模具质量。

   
       (二)提高模具生产成品率,必须从模具浇排系统、温度平衡等多方面整体分析

   
       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,即模具冷却水的布置重视不够。实际上模具温度场平衡问题不仅仅影响模具压铸生产的成品率,而且影响模具的生产效率。

   
       压铸生产中模具温度场直接影响产品质量,并且只有做好模具内冷才能确保适应全自动压镑生产。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以满足压铸生产要求的。对于模具温度场平衡,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,甚至对于小到4mm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客户的模具时,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,并加以控制调整,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,压铸设备的自动化水平提高。特别是近几年有实力的企业集团投资压铸的起点非常高,基本上按压铸岛的方式全自动生产,压铸机大都是全自动的,而对于与之配套的压铸模具要求同样非常高,而国产的大部分压铸模具目前根本无法满足需求,差距很大。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的重点研究方向之一。

  
       (三)重视细节,提高压铸模具的生产效率

   
       提高模具的生产效率是降低压铸产品成本的重要手段。提高模具生产效率,一方面需要重视模具内冷却,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,从而提高压铸生产效率;另一方面,需要从模具结构着手,包括快速的模具拆装,减少模具维修维护、减少更换易损件的时间等方面进行研究、提高。
例如对于模具大型压铸模具安装、拆卸,国内通常采用传统方式人工压压板,非常占用时间的,通常需要将近一个班次。严重影响压铸的生产效率,损失巨大。因此,我们必须非常重视这个问题,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,都要做到快速连接,甚至模具需要几个油缸抽芯共用一个抽芯电磁阀的,其油管、接头、行程开关都应模具上串、并联好,以便于在模具安装时方便快捷,这样才能提高了生产效率,以缸体模具为例,由辉旺公司承制的汽车缸体压铸模具,在模具安装时,仅仅需要半个多小时间即可,而如果采用传统的装模方式.至少需要6个小时以上,大大缩短了装模时间、提高了生产效率;另外我们在模具设计时必须在型芯更换等其它细小环节上也要充分考虑了模具的使用性、模具的生产效率,要做到安装或拆卸都非常方便、迅速,以节约时间,提高生产效率。目前辉旺公司的模具基本上做到了模具更换型芯等易损件,不用将模具从压铸机上拆下,直接更换,大大缩短了停机时间,提高了生产效率。

   
       因此,注重细节,提高压铸模具的生产效率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、复杂压铸模具未来的研究方向之一。

   
       (四)提高模具的可靠性,确保压铸生产的连续性

  
       由于压铸生产的特殊性,一旦停机,损失非常大,因此模具可靠性对于压铸生产是至关重要的。模具可靠性的好坏,直接影响压铸企业的成本,直接影响压铸企业的经济效益。因此,提高模具可靠性,确保压铸生产的连续性,是模具优劣的重要考量指标,应该是我们模具企业的重点关注、研究的方向。

   
       压铸摸具,特别是大型压铸模具,模具承受作用力是非常大的。国内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。而国外大型压铸模具设计的强度足够大,套板材料一般选择P20或41400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。而国产模具普遍采用铸铁或铸钢,模具往往最开始生产尚可,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、甚至模具开裂、套板开裂等问题,模具可靠性较差,严重地影响压铸生产。

  
       另外,国外先进模具普遍注意细节的改进,而细节决定了质量。如国内一家日本合资企业在用的一套日本生产的缸体压铸模具,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,确保模具质量,例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。

  
       中国压铸模具厂家必须对模具的可靠性加大重视,模具是工具,安全、可靠至关重要。

  
       (五)加大科技投入,提高模具使用寿命

  
       模具寿命对于模具使用的压铸企业部是非常关注的,但是,目前大部分企业往往只是在模具型腔材料上予以考虑,实际上影响模具寿命的绝不仅仅只是模具型腔材料和热处理,模具结构、模具强度等都是影响模具寿命的重要因素。如果模具结构不合理,模具强度不够同样会大大影响模具寿命。另外模具加工工艺、加工手段同样对于模具寿命更为重要。因此,我们必须从多方面进行改进、研究,提高模具水平,以提高模具寿命.为压铸企业提高经济效益提供条件。一方面我们应继续在模具材料、热处理、表面处理等方面加大研究力度。另一方面,我们要从模具结构设计等方面加以改进,同时我们需要对先进加工技术和工艺等方面加大研发力度,提高模具制造水平。如日本、德国的模具企业已开始采用的加工中心和先进的加工技术,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。目前,辉旺铸模实业有限公司也开始对模具型腔的硬加工方面进行了研究,个别模具已采用了这项技术,效果明显,模具寿命大大提高。为此辉旺公司加大了科技投入,叉购买了两台德国DMG大型五轴联动加工中心,以便更广泛开展这方面的研究,紧跟世界高科技,以提高模具寿命,提高中国压铸模具水平。

   
       综上所述,我们应紧紧围绕五个方面,从有利于压铸生产出发,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,提高模具寿命,一切从压铸生产实际出发,一切替顾客着想,这是我们未来的研发方向和努力方向。只有这样,才能提升中国大型、精密、复杂压铸模具水平,也才能提升我国压铸行业的整体水平。

  
       四、结束语

   
       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、精密压铸件的需求会越来越大,大型、精密、复杂压锈模具的需求也会越来越大。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,企业可能不会特别重视,而当经济形势不好时,降低成本提高竞力对企业来说就显得尤为迫切了,而这恰恰会对中国压铸模具企业带来了机遇,应该说目前的经济形势,给优秀的模具企业带来挑战,但更多的是带来了机遇。

   
       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,不仅会占领国内市场,同时也会开拓国际市场,前景非常广阔。我们相信,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、复杂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。

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