锻造行业在新工艺、新材料、新设备上的探索

文/韩文干·第一拖拉机股份有限公司锻造分公司

锻造行业在新工艺、新材料、新设备上的探索

文/韩文干·第一拖拉机股份有限公司锻造分公司

创新是推动锻造业向前的不竭动力，也是社会发展的力量之源。围绕下游行业的发展变化，锻造生产企业在以新材料、新工艺、新设备为特征的“三新”技术推广应用中大胆探索，不仅摸索出一条适应企业自身发展的新路子，而且在客观上也支撑和助推了下游整车业的发展。

新工艺带来新收益

精益化设计，提高材料利用率

2010年，东风锻造公司对29个市场竞争力强、收益改善空间大的产品实施了精益化设计，取得了减少材料损耗、锻件轻量化、降低能源消耗、提高客户机加工效率等综合目标。8个曲轴零件平均节材10％、降耗7％、提高客户机加工效率20％。其中，东风商用车发动机公司的主打产品雷诺dCi11发动机的曲轴毛坯每根就节省钢材3.8kg，提高曲轴加工效率25％。通过对这29个产品实施精益化设计，全年节材达五百余万元。在此基础上，2011年，他们又进一步探索“低成本运营”的新途径和新方法，通过持续开展精益化设计和精益化制造，使产品材料利用率由60.41％提升至61.36％，全年节约钢材六百余万元。

改进工艺，提高生产效率

中国重汽锻造厂的16t电液锤生产线承担着中国重汽公司的前轴、曲轴等大型锻件毛坯的生产任务。起初，16t电液锤模锻所需的STR、HOWO前轴坯料一直是由外协厂家提供，这些通过二火甚至三火加热后的坯料，不仅费用较高，而且还严重影响到终锻后前轴、曲轴的外观质量。为有效地消除这种现象，他们通过配装1000mm辊锻机，实现了前轴辊锻、模锻、切边及校正等所有工序的一火锻造。结果显示，使用辊锻装置后的产品，每件消耗定额较使用前下降近10kg。一机集团富成锻造公司16t、10t组成的大锤生产线承担着70％以上的锻件生产任务，过去执行的加热工艺路线是，棒料先从10t预锻后再上16t终锻，后经过反复探索，他们在10t锤上直接锻打四缸汽车曲轴毛坯，将六缸汽车曲轴毛坯改为一次加热，不通过10t锤的预锻而直接上16t锻打，不仅实现了单锤作业，而且将原有的一条生产线改变成为两条生产线，生产效率翻番增长。杭州万向集团十字轴热锻成形，原工艺采用空气锤制坯后再通过摩擦压力机一次单件成形工艺，经过大胆摸索，现改成采用程控全液压模锻锤成形工艺，一料三件。其工艺路线为：加热、模锻锤（制坯→预锻→终锻）五锤成形、切边。由于模锻锤的打击频率高，每锤的打击能量及打击步序均可通过程序设定，一条生产线3人操作可完成原来三条生产线15人工作量。采用一料三件锻锤成形工艺，不仅大大提高了劳动生产率，而且节约了材料。一料三件，两件间飞边可共用，三件的飞边量为原工艺两件的飞边量。

优化工艺流程，科学配置资源

让适宜的设备生产适宜的锻件是东风锻造公司科学配置资源的有效举措。他们在全盘对比分析每台设备的产能、动能匹配、锻件特点及工艺流程等因素后，对设备和锻件原有的制造匹配模式进行大幅度的调整，从而消除小马拉大车和大马拉小车的现象，实现了设备产能的最大释放和产出的最优化。如3632362和3632363两个零件，原在俄罗斯80MN锻压机上生产，日产锻件分别为665件和396件，转换到63MN锻压机上生产后，日产出效率分别提升了114％和197.2％。F3000曲轴原在国产80MN锻压机上生产，日产锻件928件，调整到俄罗斯80MN锻压机上生产后，日产出效率提高了66.4％。通过生产资源科学配置，该公司90％的生产线的产出效率都得到了大幅度的提升。除此之外，他们还在提速生产节拍上巧做文章。根据设备实际产能状况、产品特点、工艺参数、行业产出情况，对设备的生产节拍重新进行了合理提速，为进一步提高产出效率夯实了基础。

适应发展需要，推广新技术

随着整车厂发展需要，零部件行业新技术推广如火如荼，铝合金替代钢材助推整车“轻量化”，铸件产品逐步被锻件替代，以不断提高其内在性能，部分锻件被冲压件替代，达到持续降低成本目的等等。例如，为适应中马力以上柴油发动机曲轴由“铸”向“锻”的升级步伐，一拖锻造开发出十余种原本使用铸铁件的锡柴锻钢曲轴；一汽巴勒特锻造公司根据客户要求，将17型钩尾框由过去的铸件改为锻件以提高强度等。非调质钢是通过微合金化、控制轧制（锻制）和控制冷却等强韧化方法，取消了调质处理，达到或接近调质钢力学性能的一类优质或特殊质量结构钢，在国外广泛使用，随着国内相关技术的推广，因为其成本优势明显优于调质钢，逐渐被国内锻造企业大量采用。例如，东风锻造非调质钢产品用量比重已达到40％以上。

新材料助推“轻量化”

当前国内外重点材料的开发方向是铝合金、锰合金、钛合金、高强度钢、复合材料（如金属基复合材料、玻璃钢和碳纤维复合材料）和热塑性材料等。这几年，铝合金、高强度钢、合成塑料、复合材料和陶瓷在汽车上的应用越来越广泛。

实践表明，铝合金产品替代原有钢材产品是实现“轻量化”的主要材料。资料显示，2011年全世界铝的总消费量约5740万吨，其中铸造产品（压铸件与铸件，前者占80％左右）约1660万吨，占29％；压力加工产品4080万吨（平轧产品，即板、带、箔约2100万吨，占52％；挤压与拉伸材1800万吨，占44％；锻件122.4万吨，占3％；粉、膏、其他约41万吨，占1％），占71％。在上述的铝消费总量中，原铝占71％，再生铝1660万吨，占29％。

从零部件所使用的材料看，主要还是以钢材为主，即使在技术比较发达的日本，用于轧制及挤压的铝产品占17.6％，用于压铸件及铸件的铝产品占80.27％，用于诸如悬架系统零件与轮毂之类的重载承力结构件的锻件占2.2％。其中，锻件虽然在铝制零部件所占比重有限，但对保证汽车的安全平稳行驶起着至关重要的作用。

从国内铝制零部件企业的构成看，主要有三方面力量。一是既有的生产企业，这类企业是目前我国铝制品的主力；二是国内新上马的企业，这些企业起点较高，市场目标定位清晰；三是外国独资企业，这类企业依靠国外本部强大的技术力量，将在未来的竞争中成为国内同行强有力的竞争对手。

国内铝制零部件企业众多，但规模不一。西南铝业（集团）有限责任公司于2000年12月18日改制成立，前身是20世纪50年代筹备、60年代动工兴建的西南铝加工厂，现直属于中国铝业公司。西南铝拥有具有国际先进水平的高精铝及铝合金板带材热连轧生产线、3万吨模锻水压机、1.25万吨卧式挤压机、2800mm热轧机和冷轧机、1850mm特薄板轧机、1700mm铝箔轧机、8000t卧式挤压机等设备。主要产品有铝及铝合金板、带、箔、管、棒、型材和模锻件、自由锻件、压铸件、铝焊管、铝锂合金、高温合金、彩色涂层铝板等产品，是我国生产规模最大、技术装备最先进、品种规格最齐全的综合性特大型铝业加工企业。西南铝曾成功突破了巨型铝合金锻环的成形难关，轧制出直径为6.10m的巨型铝合金锻环，相关技术水平亚洲领先。

法士特公司走在汽车铝制零部件生产的前列，自主研发的12挡全铝合金壳体轻量化变速器新产品总减轻108kg，自主研发出9挡、10挡、12挡、16挡和20挡全铝合金壳体变速器。为了把汽车铝制零部件进一步推向深入，目前，法士特投资引进意大利2700t铝合金压铸生产线、600t铝合金压铸生产线和美国的铝合金消失模铸造自动生产线，已投入批量化生产，为变速器的轻量化发展奠定了更加牢固的基础。

2012年6月2日，总投资58亿元的酒钢集团公司东兴铝业嘉酒风电基地载能特色铝合金节能技术改造项目工程在嘉峪关开工建设，该项目核心是特色铝合金生产线以及与之相关配套工程，综合技术指标达世界先进水平，是目前国际上单系列产能最大的特色铝合金生产线。该工程按照产品一流、技术一流、管理一流、环保一流的目标，分步建设、分期投产，严格落实投资、工期、质量和安全责任，确保项目3年内全部建设完成，2015年上半年特色铝合金生产能力将全部形成。

日本神户钢铁公司（Kobe Steel，Ltd.）原本计划投资10亿日元，在苏州建立神户汽车铝产品（中国）公司（Kobe Aluminum Automotive Products（China）Co.，Kapp China），主要生产汽车铝产品。当时的股比是，神户钢铁公司占60％股份、三井公司（Mitsui＆Co.）占25％、丰田贸易公司（Toyota Tsusho Corp.）占15％，项目于2010年12月开工建设，专门生产汽车悬架系统锻件，设备主要有一台63MN的机械传动压力机（Mechanical Press），锻件生产能力12万件/年。后出于对铝合金锻件需求将不断上升的判断，2011年12月15日神户钢铁公司对外称，将对苏州铝锻压厂追加45亿日元投资，再增建1台63MN的机械压力机，使锻件生产能力翻一番，达到25万件/年。根据进度，此台新增锻压机将于2013年投产。

在铝制零部件大行其道的同时，大型不锈钢锻件等新材料也得到了较快发展。例如，中国第二重型机械集团公司通过专项技术攻关，采用最新低碳镁碳砖技术成功冶炼出一炉超低碳不锈钢，经检测，各项技术指标符合产品质量要求。2012年6月6日，二重铸锻钢事业部水压机车间成功锻制出两支马氏体不锈钢轴。该轴采用电渣重熔锭生产，材质较特殊，生产难度很大，在钢锭进入车间后，技术组派专人进行全程技术服务，对加热温度、保温效果、坯料表面裂纹、分料尺寸和锻造温度等关键点进行现场技术服务，及时有效地解决生产过程中的技术难题，保证了生产过程满足工艺的要求。

新设备支撑新发展

模锻锤向电液锤改变成为发展趋势。与传统锻锤相比，电液锤具有节能效果明显，优化作业环境，降低生产成本，提升产品竞争水平等优点。一拖锻造分公司是国内大型锻造企业之一，原有工艺装备主要是以蒸汽为动力的全系列模锻锤和自由锻锤机组，锻造加热以煤气为主，能源利用效率低下，蒸汽仅有3％，煤气不足15％，最高年份蒸汽消耗曾达20万吨，煤气超过1亿m3，能源成本接近1亿元。2008年，公司对10t以上模锻锤改造采用全液压程控技术，使用动力由浪费极大的蒸汽转为可有效控制的电能，当年投资当年见效，减少动能成本支出近千万元。随后，公司展开了大规模的节能减排技术改造工作，先后投资4000万元对所有的模锻锤、自由锻锤和锻造加热设备进行了节能技术改造。据测算，实施节能减排改造后吨锻件消耗动能费用同比下降60％以上，年节能2.5万吨以上标煤，减少SO2排放量95t，减少水损70万吨，削减COD排放量350t，排污总量减少90％，经济效益和社会效益十分显著。据了解，目前国内主要蒸汽模锻锤基本上已经全部改造为电液锤。例如，中国重汽锻造厂的两台16t电液锤，山西锻造厂的两台16t电液锤，太阳锻造公司的两台10t电液锤等。

专业设备发挥不可替代的关键作用。针对下游的产品特点定制特色装备，成为零部件生产企业的新取向。陕西法士特锻造针对产品多为齿轮件的特点，通过购置快锻设备，达到产品专业化的同时，大幅提升了产出效率。江苏太平洋精锻科技股份有限公司是国内轿车领域精锻齿轮产销量最大的供应商。通过专用设备，生产的汽车差速器半轴齿轮和行星齿轮、汽车变速器结合齿轮得到了国内外领先水平的整车制造商或其动力总成供应商的高度认可，进入了GKN、MAGNA、VW、GM、GETRAG、AAM、DANA和John Deere等著名企业的全球采购体系，成为国内同行企业中惟一一家同时为大众汽车、通用汽车、福特汽车和丰田汽车等公司众多车型配套精锻齿轮的企业。作为国内领先、全球知名的叶片专业供应商——无锡透平叶片有限公司（WTB）凭借引进世界顶级的355MN离合器式螺旋压力机等专业装备，已为大型电站汽轮机、燃汽轮机，航空发动机及各类透平动力装备提供各种叶片200万片以上，拥有中国国内70％以上的大叶片市场份额，产品更远销日本、德国、意大利、法国、美国、印度等国家。

人物 Figure