鋁合金壓鑄件發(fā)展情況分析

鋁合金壓鑄件發(fā)展情況分析鋁合金壓鑄件發(fā)展情況在我國壓鑄行業(yè)的發(fā)展初期，鋁合金就已成為主要的壓鑄合金之一。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對鋁合金壓鑄件的需求迅速增加，鋁合金成為目前應(yīng)用最廣泛的壓鑄金屬。2020年鋁合金壓鑄件在壓鑄件中所占比重約為85%。隨著汽車輕量化和新能源汽車的快速發(fā)展，我國鋁合金壓鑄件的市場規(guī)模將進(jìn)一步提升。壓鑄產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)多元化的發(fā)展態(tài)勢，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、機(jī)械、五金、航空航天、醫(yī)療器械、通訊等各行業(yè)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要的地位。壓鑄產(chǎn)品一直以汽車工業(yè)用量最大、品種最多，根據(jù)《中國鑄造年鑒（2016）》，國際上壓鑄件中供給汽車工業(yè)使用的比重在65%以上，我國壓鑄件中汽車零部件占75%左右。因此，汽車行業(yè)的發(fā)展情況直接影響壓鑄行業(yè)整體發(fā)展前景。一體化壓鑄上游壁壘較強(qiáng)，中游先行者先發(fā)優(yōu)勢明顯壓鑄企業(yè)及整車廠紛紛采購上游設(shè)備及材料，一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈逐步擴(kuò)大一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈較長，上游由免熱處理鋁合金材料廠商、壓鑄機(jī)和壓鑄模具廠商組成，中游為第三方壓鑄廠和自建產(chǎn)線的整車廠，下游直接對接主機(jī)廠。跟進(jìn)特斯拉一體化壓鑄技術(shù)的主機(jī)廠一般有兩種模式，一種是購置壓鑄島、設(shè)計(jì)產(chǎn)線自己生產(chǎn)，另一種是和鑄造廠合作。隨著行業(yè)需求迸發(fā)，較多壓鑄甚至沖壓企業(yè)購入大型壓鑄機(jī)布局一體化壓鑄，部分整車廠自購壓鑄機(jī)進(jìn)行試生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈逐步擴(kuò)大。受上游設(shè)備材料，以及中游壓鑄工藝等多方面技術(shù)限制，一體化壓鑄大型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的良率提升難度較大。一體化壓鑄件相比普通壓鑄件體積更大、形狀更復(fù)雜，需采用超大型壓鑄機(jī)、定制化模具、免熱處理鋁合金材料，同時在生產(chǎn)中需對真空環(huán)境、壓射、冷卻等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，全流程品控與穩(wěn)定性要求較高的knowhow，具有較高的技術(shù)壁壘。傳統(tǒng)壓鑄工藝中，需要使用到熱處理來提高零部件的力學(xué)性能、耐腐蝕性能等。加熱冷卻過程中產(chǎn)生的熱脹冷縮效應(yīng)易帶來零部件的形變誤差并產(chǎn)生氣孔，大型薄壁化壓鑄結(jié)構(gòu)件后續(xù)整形難度以及報廢率大幅提升，需承擔(dān)較大的成本風(fēng)險。因此，免熱處理鋁合金成為一體化壓鑄最佳的材料。材料在模具中的流動對免熱合金延展率要求較高，目前免熱合金研發(fā)及量產(chǎn)以海外企業(yè)為主，國內(nèi)加速技術(shù)突破，立中集團(tuán)已實(shí)現(xiàn)批量供貨。一體化壓鑄對壓鑄機(jī)的鎖模力、模板尺寸、壓射量、壓射壓力以及速度控制等有更高要求，大噸位壓鑄機(jī)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)一體化壓鑄的關(guān)鍵。大型汽車結(jié)構(gòu)件的特征決定了其生產(chǎn)工藝為真空壓鑄，真空技術(shù)需要利用大噸位壓鑄機(jī)高速高壓推動鋁湯完成充型，一般要求壓鑄機(jī)具有大噸位和合模力、高壓射重復(fù)性（CPK大于1．66）、短的填允時間、高的壓射速度（10m/s）、合模和壓射端的穩(wěn)定和牢固設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，以保障一次性壓鑄成型結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和量產(chǎn)效率。大型壓鑄機(jī)還需要在快速的大規(guī)模生產(chǎn)過程中保持高良率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)部件的一致性和穩(wěn)定性，壓射過程中的壓力及速度控制較為關(guān)鍵，需要較高的know-how。一體化壓鑄的大尺寸、高密封性、定制化、流動性等特點(diǎn)對模具提出了較高的要求。一體化壓鑄的零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費(fèi)用高、準(zhǔn)備周期長，壓鑄模具設(shè)計(jì)難度較大，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)主要在于1）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證良好的充型順序和流態(tài)；2）排氣與密封性設(shè)計(jì)，保證真空性，減少氣泡；3）熱平衡，保障冷卻均勻等。目前，一體壓鑄的壓鑄模具主要有兩種設(shè)計(jì)模式，最常見的是由專業(yè)模具商設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)期間專業(yè)模具商將與壓鑄廠、整車廠深入溝通需求，如廣州型腔、賽維達(dá)；另一種是壓鑄廠商自有模具廠進(jìn)行設(shè)計(jì)，如文燦雄邦。超大型壓鑄模具具有較高的壁壘，目前可供應(yīng)的模具廠商較為稀缺。壓鑄工藝效率高，但易產(chǎn)生氣泡。傳統(tǒng)的壓鑄工藝由四個步驟組成，包括模具準(zhǔn)備、填充、注射以及落砂，使液態(tài)金屬在加壓條件下注入模具，模具可以重復(fù)利用。壓鑄將液態(tài)金屬澆注到模具中成型，效率高且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，但容易產(chǎn)生氣泡。一體化壓鑄過程中出現(xiàn)的氣泡易導(dǎo)致壓鑄件塑性低、強(qiáng)度降低、抗沖擊性下降等，降低良率，因此要求壓鑄環(huán)境為30mbar以下的超高真空。真空壓鑄通過抽取壓鑄模具型腔內(nèi)的氣體使得：1）氣孔率大大降低；2）鑄件硬度高，微觀組織細(xì)小，從而保障壓鑄件力學(xué)性能。利用真空壓鑄技術(shù)，氣泡在熱處理過程中引起的氣泡缺陷問題可得到控制。真空壓鑄技術(shù)分為普通真空壓鑄（100-250mbar）、高真空壓鑄（50-100mbar）、超真空壓鑄（<50mbar）。真空壓鑄通常包括鋁材熔融、澆注、型腔真空排氣、壓射、冷卻、成型脫模、去毛刺、噴涂、模具清理、合模等多個步驟，其中真空排氣、壓射、冷卻是壓鑄工藝的關(guān)鍵。為了保證一體化壓鑄產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)過程中的高良品率﹑鑄件一致性與穩(wěn)定性，必須精準(zhǔn)控制鋁液充型溫度、壓鑄速度和壓力，維持模具溫度場的穩(wěn)定，避免凝固過程中發(fā)生變形等缺陷。除排氣、壓射外，模具溫度控制及冷卻過程對產(chǎn)品定型、力學(xué)性能平衡、降低次品率較為關(guān)鍵，要求嚴(yán)格的工藝規(guī)章和深度的經(jīng)驗(yàn)累積，一體化壓鑄先發(fā)優(yōu)勢明顯。全球壓鑄行業(yè)發(fā)展概況壓鑄是高效率的金屬成形技術(shù)之一，至今約有170余年的歷史，壓鑄技術(shù)經(jīng)歷了不斷的改革、演進(jìn)與創(chuàng)新，顯現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的勢頭。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車、通信基礎(chǔ)設(shè)備、機(jī)電、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等眾多領(lǐng)域?qū)軌鸿T件的需求穩(wěn)步增長。從全球范圍而言，壓鑄行業(yè)是充分競爭的行業(yè)。發(fā)達(dá)國家的壓鑄企業(yè)經(jīng)營歷史長，專業(yè)化程度較高，單個企業(yè)的規(guī)模較大，市場集中度較高。國際上具有代表性的壓鑄件生產(chǎn)企業(yè)主要有墨西哥的尼瑪克（Nemak）、日本的利優(yōu)比集團(tuán)（RyobiLtd）和阿雷斯提集團(tuán)（AhrestyCorporation）、瑞士的喬治費(fèi)歇爾（GeorgFischer）、德國的皮爾博格（Pierburg）等。上述壓鑄生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)水平、裝備和客戶資源上具備領(lǐng)先優(yōu)勢，一般以生產(chǎn)汽車、通信和航空等領(lǐng)域高質(zhì)量和高附加值的壓鑄件為主，在技術(shù)與生產(chǎn)規(guī)模上領(lǐng)先于國內(nèi)大多數(shù)壓鑄件生產(chǎn)企業(yè)。我國壓鑄行業(yè)發(fā)展概況我國的壓鑄生產(chǎn)始于20世紀(jì)40年代末。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國汽車工業(yè)進(jìn)入高速增長期，為汽車工業(yè)配套成為壓鑄行業(yè)的主要任務(wù)，多年來，汽車壓鑄件產(chǎn)量占壓鑄件總產(chǎn)量的比例在65％以上。同時，壓鑄市場的空間不斷擴(kuò)展，尤其是通信、電子計(jì)算機(jī)的興起帶動相應(yīng)需求不斷擴(kuò)大，各類產(chǎn)品的壓鑄件出口量也大幅增加，極大地激發(fā)了我國壓鑄行業(yè)的迅速擴(kuò)展，我國壓鑄行業(yè)在不同的地域形成了壓鑄產(chǎn)業(yè)集群。根據(jù)中國鑄造協(xié)會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年末，我國壓鑄企業(yè)數(shù)量約6，000家，主要分布區(qū)域?yàn)椋孩僦槿牵a(chǎn)量約占30%，產(chǎn)業(yè)集群地為廣東高要、東莞；②長三角，產(chǎn)量約占40%，產(chǎn)業(yè)集群地為江蘇南通、江蘇蘇州、浙江北侖；③西三角（川陜渝），產(chǎn)量約占15%；④天津、吉林、湖北、遼寧、山東、內(nèi)蒙等地區(qū)，產(chǎn)量約占15%。經(jīng)過70余年的發(fā)展，我國壓鑄業(yè)在企業(yè)素質(zhì)、管理水平、工藝技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面均有長足的進(jìn)步，已成為世界上壓鑄件的生產(chǎn)和消費(fèi)大國之一。當(dāng)前及今后一段時期，我國汽車、通信等行業(yè)仍將保持快速發(fā)展，尤其是5G通信技術(shù)、新能源汽車等的迅猛發(fā)展，加之其他工業(yè)領(lǐng)域的壓鑄件用量快速增長，為我國的壓鑄行業(yè)帶來廣闊的市場空間。壓鑄行業(yè)發(fā)展概況壓鑄，全稱壓力鑄造，是將液態(tài)或半固態(tài)金屬根據(jù)不同需求以特定的速度充填至壓鑄模具型腔內(nèi)，并在高壓下成型的鑄造工藝，是目前生產(chǎn)效率最高的鑄造工藝之一，也是有色合金鑄造最主要的生產(chǎn)工藝之一。與其他液態(tài)成型方式相比，壓鑄技術(shù)因具有鑄件尺寸精度高、生產(chǎn)率高、少或無切削加工和能成形形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)而廣受青睞。目前壓鑄件廣泛應(yīng)用于汽車、通信、摩托車、家電、五金制品、電動工具、IT和照明燈等領(lǐng)域。根據(jù)原材料不同，壓鑄產(chǎn)品可主要分為鋁合金壓鑄件、鎂合金壓鑄件、鋅合金壓鑄件和銅合金壓鑄件等類別。相較于其它金屬材料（如鋅、銅等），鋁合金具有密度小、塑性高、熱傳導(dǎo)性能好、抗蝕性強(qiáng)等多種優(yōu)異的鑄造性能，且可循環(huán)利用，在汽車零部件、通信設(shè)備和通用機(jī)械的生產(chǎn)中優(yōu)勢突出，需求旺盛，是目前壓鑄行業(yè)使用最為廣泛的原材料。一體化壓鑄工藝壁壘較高，中游壓鑄企業(yè)加速布局目前國內(nèi)鋁合金壓鑄件市場競爭格局分散，壓鑄件大型化趨勢下行業(yè)集中度有望提升。從鋁合金壓鑄行業(yè)競