中国锻压行业“十三五”发展纲要——锻造行业（上篇）

2017-01-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

一、“十二五”期间行业发展

“十二五”期间,我国在锻造设备与技术方面进行了一些科学研究和技术攻关,取得了一些成果,一批先进的塑性成形技术得到应用与发展。在应用基础技术、关键工艺技术、模具技术和装备技术等方面都取得了进步。同时对促进相关领域和行业的技术进步和生产发展也做出了贡献。“十二五”期间万吨以上的自由锻造液压机和模锻压力机数量一再增加,世界最大的自由锻造液压机、模锻液压机、多向模锻液压机、等温锻造液压机和挤压机等设备完成建设,使我国大锻件(自由锻件和模锻件)锻造能力大幅度增加。锻造及锻造模具材料规格品种得到了丰富,又有一些材料和产品与进口相当,替代了进口。一些既懂现代技术又懂经营之道的企业家,以及既有现代意识又有高科技产品使用技能的专业人才也不断出现在锻造行业中。锻造行业企业主接班有序顺利进行。与“十一五”期间相比,锻造产品国际化速度加快,锻造企业参与国际竞争的能力持续加强。锻件总产量位居世界第一,表1是锻压协会统计和推算的锻造行业年产量。

“十二五”期间,开始具有了航空、航天等高端装备制造业大型模锻件及精密环形锻件的生产能力。一批高温合金、钛合金、耐热不锈钢等高端材料开始进行锻造成形并交付使用。钛合金空心轴颈、超高强度空心轴等温锻件成功研制。大型高温合金长轴锻造成形和结构钢长轴获得新突破,锻件最长尺寸达2.2米,轴径与长度之比大于1:25。高温合金盘叶整体锻造、钛合金盘叶整体锻造成功研制。成功生产出投影面积5.5m2的钛合金整体框、长度近5m的钛合金垂尾梁锻件、长度近6m的大型铝合金整体模锻件和重2吨的超高强度起落架模锻件等行业急需的大型模锻件。航空发动机关键叶片研制成功,这一综合制造技术要求极高的产品质量达到了国际先进水平。大高径比薄壁高筒型件精密辗轧技术获得成功,解决了国内航空航天领域需要的难变形材料成形的技术瓶颈。航空高端锻件产品开始走出国门。特别需要指出的是航空和医疗用等温锻造技术得到突破,不但能生产各种中小型的等温锻件,也可以生产较大的等温锻件,再经可靠性、稳定性和经济性方面的努力,将基本满足航空航天和医疗行业发展的需要。

在大型自由锻件方面:生产了300~600MW亚临界、超临界机组和百万千瓦级超超临界机组锻件。具有了“二代加”和“三代”百万千瓦级核电设备锻件制造能力。具备大型新材料锻钢支承辊制造能力。经过“十二五”的努力,大部分大锻件进口关税优惠政策已经取消,大口径厚壁无缝钢管出台了国家反倾销政策,这些都标志着我国大锻件制造能力已经基本可以满足国内需要。

在核电、军工产品和国内外重大项目中,特种材料封头冷/热成形有限元模拟分析方面取得成绩,积累了一定的技术和生产经验。国核示范和华龙一号核电用封头、航母用封头和美国陶氏项目高标准用不锈钢封头等典型封头产品国内已完成了制造并投入使用。

“十二五”期间,完成了300MW氢水冷护环的试制。完成了高铬转子的试制;以700℃以上超超临界发电机组用镍基合金转子为代表的新材料研发取得令人鼓舞的成绩。水电锻件全套国产化供应已经完全实现。

核电锻件的锻造工艺有了明显改进,有效提高了钢锭利用率。如蒸发器过渡锥形体、压力容器整体顶盖等质量达到了世界先进水平。核电核岛大锻件方面,已具有成套提供“二代加”和“三代”核岛反应堆压力容器、蒸汽发生器、补水箱和稳压器锻件的能力。提供了世界首套AP1000核电主管道锻件,已形成批量供应AP1000、ACP1000和CAP1400等第三代核电成套主管道大锻件的能力。在制造1100MW核电半速发电机转子的基础上,2014年采用650t钢锭完成了CAP1400核电半速发电机转子的试制。百吨核级不锈钢锻件制造工艺不断优化,开裂与晶粒度问题得到有效控制。

组合曲拐采用下注锭锻造成形,钢锭利用率接近70%。除价格因素外,国内完全具备制造组合曲轴的生产技术和能力。特别是具备国际先进的全纤维曲轴独特的锻造成形技术和设备,完全满足了国内全纤维曲轴的需求,并有了进入国际市场参与竞争的能力。

在大型加氢压力容器产品制造方面满足了国内容器设备制造需求,容器材质包括有2.25Cr-1Mo-0.25V、2.25Cr-1Mo 、1.25Cr-0.5Mo-Si、 15CrMoR、 16Mn(HIC)和 SA516-Gr70(HIC)等,目前已经形成规模生产。最典型例子是为扬子石化双超反应器特大型锻件,生产制造了锻件直径φ6350、长度7400mm超大型超高压芯筒等极限尺寸锻件。冶金设备用锻件方面,除用户喜好、价格和交货期因素外,全面实现大锻件的全套国产化供应。

国内可以完全利用拉拔技术和垂直挤压技术自行制造超临界和超超临界火电和核电用大口径厚壁无缝钢管。就这一项每年为国家节约数亿美元外汇,也大大拉低了电站建设成本。经过”十二五”的努力,我国已经可以应用大型多向模锻设备批量生产高压三通和阀体等锻件,为石油和化工设备的制造奠定了坚实的技术基础。

国内已经完全具有了挤压生产各种铝型材和合金铜材的生产技术,特别是模具技术取得了重大突破,无论是理论研究还是生产实践都已经处于国际领先水平,为我国高铁和家用空调等技术与产品发展作出了贡献。

锻造行业开展的中间试验平台的搭建使得物理模拟实验方法与手段日益丰富,不断向同材质小尺寸方向发展。

中小型精密成形锻件方面也取得了很大进步,一些典型产品逐步获得海外市场的青睐,具备了与国外专业锻造厂竞争的能力,很多锻造企业已进入国际知名品牌的汽车供应链体系,部分产品出口国外,并且能供应核心部件。目前产品已经远销到欧洲、北美、南美、日本、韩国、印度和泰国等国家。出口利润水平高于国内,能使企业的经营质量向良性方向发展。特别是中国锻造企业生产的一些汽车零部件不但质量高,而且在国际市场上已处于领先水平,价格和质量占有绝对的优势地位。

风电主轴和环件生产技术发展迅速,国内可以生产直接9米以上的大型环件的同时,也可以生产各种变截面(异型)环件。产品质量得到了大幅度的提升,不但实现了国内的完全自给,也大批量地打入国际市场,完全适应了国内外风电机组发展的步伐。

“十二五”期间,突破了大规格粉末高温合金挤压棒材外观完整性和细晶组织控制技术,研制出直径大于Ф260mm的FGH96合金挤压棒材,棒材晶粒度达到ASTM11级。研制了多项航空发动机用新材料(如Ti2AlNb、TC18;GH230等),并掌握了热加工特性及工艺参数。

“十二五”期间,原材料的内在质量和外观质量得到提升,出现高、中、低端档次分布的局面,让锻造企业有更多的选择空间。非调质钢的应用进一步扩展,某些锻造企业的非调质钢锻件比例已达70%以上。例如:珠光体+铁素体非调质钢锻造曲轴已大批量生产,涨断连杆也已批量应用。贝氏体非调质钢汽车前轴也开始大批量应用。

P91和P92钢可以稳定生产,为生产大口径厚壁无缝钢管做出了巨大贡献。

国内企业建成了世界一流的耐磨钢球锻造用钢生产线,为我国各种钢球生产奠定了基础。

一些锻造企业开展的材料制造与包括锻造工艺在内的工艺一体化研究取得重大进展,获得良好的经济效益。H13钢材料冶炼浇铸和锻造与热处理工艺的一体化制造处理技术获得国家专利,用其制造的塑料模具寿命得到巨大的提升。

国内钢厂已开始按照国外先进标准,包括按照国外企业标准冶炼汽车用钢,但由于冶炼技术不完善或不成熟,如国产汽车齿轮钢等仍然未全面替代进口。另外,国内钢厂未全面开发专供冷、温锻造用的专用钢材。

在火电、核电新材料产品上有了重大突破。冶炼方面,新增水冷模铸锭设备,优化钢锭凝固工艺,提高铸锭质量。冶炼高纯净度钢取得进步,特别是钢中氧、硫含量大幅度降低。锻造中运用高温扩散均质化技术,有效消除偏析,提高了产品的力学性能,特别是一重和二重等企业在600吨位级钢锭及锻件生产上取得重大进展。80吨以下钢锭,可以采用下注,有效提高了钢锭利用率。真空冶炼、下注锭的氢含量≤1.2PPm。

模锻、挤压和拉拔用玻璃润滑剂等润滑材料得到了快速发展,基本可以解决当前中大型锻件、挤压和拉拔件的生产需要。

冷精锻工艺。将分流锻造技术应用于闭式(闭塞)冷精锻,不仅使冷精锻成形力大为降低,而且对毛坯下料精度的要求也明显放松,使以闭式精锻成形为主要变形方式的冷精锻工艺的应用取得突破性进展。以轿车变速器行星齿轮和半轴齿轮(均为直锥齿轮)为例,我国轿车和部分商用车变速器直锥齿轮生产企业已广泛采用闭式冷精锻工艺生产,成为继日本和欧洲之后,锻造基本取代了传统的切削加工工艺的唯一国家,总体技术达到了国外先进水平。其中,直锥齿轮修形技术为国内外首创。

此外,汽车中小型同步器齿环,摩托车端面爪盘和档位齿轮等应用量大的齿轮类零件也都普遍采用小飞边冷精锻工艺生产。

多工位冷挤压工艺取得进展。冷挤压成形的制件(包括精化毛坯和成品零件)尺寸精度可达7级,表面粗糙度可达Ra1.6-0.4 ,冷挤压的强化作用使制件的力学性能大为提高。

热精锻工艺发展迅速。小型锻件实现无飞边闭式模锻。典型零件有齿轮坯及爪极整体凹模闭式精锻,管接头等枝叉类锻件实现了可分凹模无飞边闭式模锻,同时也应用此工艺生产汽车中高压管接头和油气输送管道上的三通、四通、弯头及变径二通管接头。中小型锻件小飞边精锻技术获得推广,虽然模锻成形力会有一定的增加,但其飞边金属损耗可节约2/3,有效地提高了锻件的材料利用率,并节省了加热能耗。

温锻综合体现了热锻和冷锻的基本优点,成为近十余年来主要的发展方向之一。“十二五”期间,我国温锻工艺的研发取得突破性进展,其代表性成果有大模数大直径直锥齿轮温锻、轿车等速万向节关键零件多工位温锻(温挤压)得到广泛应用。值得提到的是,随着温度和材料组织控制技术的提升,温锻温度在不断提升,有的温锻温度达到850℃或更高,从而大大减少了温锻的阻力,扩展了温锻零件重量范围。

多工位温/热锻—冷精整复合工艺受到行业青睐。它综合了温/热、冷锻工艺的优点而避免其主要缺点,适合于各种金属材料,以及轮廊尺寸较大而结构复杂零件的精锻成形。其典型应用实例有汽车变速器结合齿轮中空分流热锻—冷精整成形、汽车变速器直锥齿轮热锻—冷精整成形和等速万向节关键零件温锻—冷精整成形。

高强度铝合金零件流动控制成形技术应用取得成功。高强度铝合金具有的优点使其成为国内外汽车、飞机和航空航天飞行器和高铁列车零部件轻量化制造的首选轻金属材料。国内外普遍采用等温锻工艺来生产。在高强铝合金零件流动控制成形研究方面,所取得的代表性成果有轿车安全气囊气体发生器关键零件减压式流动控制成形、轿车无噪声空调压缩机2014铝合金涡旋盘阻尼式流动控制成形。这些技术上填补了国内空白。在实现铝合金锻造成形技术进步的同时,镁合金以及其它轻量化合金的成形技术也在得到开发重视和应用。

特种锻造。它包括辊锻、楔横轧、摆辗、等温锻造、环形件辗扩(也称辗轧)和曲轴镦锻等多种工艺。辊锻、楔横轧和摆辗早已成熟并得到较为广泛的应用,近年来主要针对一些难度较大的锻件扩大其应用范围。“十二五”期间,取得的重大进展和代表性成果主要有大型环形件精密辗扩和大型曲轴全纤维镦锻成形,以及楔横轧精确制坯、成形凸轮轴和各类球类零件,其工艺、模具技术和设备都处于国际领先水平。

航空、航天、航海及核动力用高温合金高端产品的开发取得进展,锻造技术的创新对高温合金高端产品的开发具有关键性作用。创新的核心是将锻造的热加工窗口控制在一个十分狹窄的温度范围内,既可以突破难变形超合金的锻造瓶颈,又可以实现超细晶锻造。创新的“软包套”保温自由锻技术、“软包套”保温DA模锻技术以及“软包套”保温+瞬时感应加热的DA模锻技术等缺的了实践应用的成功。其中“软包套”保温+瞬时感应加热的DA模锻技术可以与欧美创造的热模锻和等温锻技术相媲美,但我们的生产成本可显著降低。这些技术的不断成熟为我国高温合金、钛合金等特种金属锻造技术的进步作出了重要贡献。

等温锻造技术获得了长足的发展。该技术的应用大大降低难变形金属材料的变形抗力。改善了材料流动性,能够生产形状复杂、加工余量小、精度高的模锻件。

“十二五”期间,借鉴引进技术后,国内锻造工艺水平和国产锻造设备技术水平有跨越式提高。近年来国内汽车等速万向节和汽车齿轮的精密成形生产完全达到国外同行业相等水平;模具高速铣加工和锻造自动化等先进技术进入推广和普及阶段。

“十二五”期间,培养出规模化的专业化生产工厂,如天润曲轴、太平洋精锻、森威等速万向节和无锡航亚等专业供应商。市场往区域化、专业化和合理化方向发展。

在工艺研发方面,通过企业中建立国家级工程研究中心,对制造所需的材料、热加工工艺方面普遍采用了数值模拟技术与各种材料试验分析方法,为制造工艺提供技术支撑。

大锻件胎模锻技术得到很大发展,特别是在生产核电用壳体锻件方面得到了很好的应用。挤压、辗环等技术取得重大进展,在润滑技术、模具设计、制造和使用技术方面取得重要成果。

“十二五”期间,我国大型锻造设备快速增加,建成了世界最大的800 MN模锻压机和195 MN自由锻造油压机,万吨级以上的自由锻造油压机相继投入使用。锻造设备的控制技术也在进步,现代化的锻造车间已经出现在锻造企业,国内开始陆续建设全自动锻造生产线。

大型锻造设备数量迅速增加,具备了大型锻件锻造的主机条件。(300MN- 800MN)重型模锻液压机的建立和航空整体锻件制造能力的迅速提升,已能够满足我国军、民各种型号的大型整体航空锻件的成形需求;通过预应力钢丝缠绕正交预应力结构,突破了重型挤压和多向模锻承载液压机结构设计的难题,目前已完成了360MN和600MN挤压机制造和中小吨位(40MN/64MN-90MN/126MN)多向模锻液压机的研制。重型多向模锻液压机的设计已完成,解决了这一精密、绿色模锻技术装备的瓶颈问题,为多向模锻技术的推广奠定了基础。

近几年,为了实现钛合金材料的超塑性成形,我国先后研发成功了超塑性成形液压机,系列有63 MN、100 MN和200 MN液压机,其恒速压制、恒应变压制和动态调平压制指标达到国际最好水平。同时开发了大型航空材料锻件超塑性成形工艺,使大型航空模锻件质量达到国际先进水平。目前250 MN超塑性液压机制造项目已经启动,必将加速我国钛产品转化的能力和钛产业的发展。表2是锻压协会统计的国内大型压力机数量。

“十二五”期间,以大型筒体锻件成形机、重型巨载操作机为代表的新设备研制与应用取得成功,进一步提升了大型自由锻锻件质量与生产效率,降低了制造成本。

锻造生产向专业化发展有了明显进步,许多专业化生产线已经形成。国内已经可以完全制造大型万吨级以上的热模锻压力机曲轴和前梁锻造生产线。也可以提供中小型热模锻自动线,但稳定性和可靠性仍然是一个制约发展的瓶颈。国内锻造行业目前装备的大部分先进全自动模锻生产线几乎全部进口。

目前国内能成熟生产的现代模锻设备主要集中在4000以下电动或离合器式螺旋压力机和125KJ以下全液压模锻锤。

国产电动螺旋压力机产品,系列从160吨到2500吨,经过逐步完善,在替代高耗能、精度差的摩擦螺旋压力机过程中起到了重要作用。4000吨系列电动螺旋压力机实现研发、样机生产和鉴定。装备制造企业已开始为用户提供从锻造工艺、配套设备、模具开发乃至自动化连线,并生产出合格产品的全套解决方案的交钥匙工程服务。

国债资金支持的数控全液压模锻锤项目,使锻锤类设备在节能降耗、绿色环保、数控化方面取得了巨大突破,大大提升了国内装备水平,已出口到美国、日本、东南亚国家和欧盟等十几个国家。数控全液压模锻锤的性价比优势明显,在替代落后设备方面有较大的空间。

“十二五”以来,用电液动力头改造蒸空锻锤继续进行,取得新的进展,已经完成了全部的改造任务。经改造后的设备能耗降低80%以上,为国家环保、节能,降低排放做出了贡献。目前世界上许多国家特别是俄罗斯还在大量使用蒸汽锤。

国内模锻液压机和挤压机基本可以满足国内需要,已经可以生产出锻造制坯需要的极高速(每秒数米速度)液压机,速度和位移精度控制达到国际水平。

“十二五”期间,我国进一步完善了中大型辗环机制造技术,尽管可靠性和稳定性需要改进,但基本实现了国产化。

锻造模具普遍采用加工中心(CAM)加工,真空炉热处理,使模具精度和表面质量有了明显提高。部分企业应用激光热处理、表面热处理等技术,大幅度提高了模具寿命。某些企业的统计表明,一些零件的模具寿命由原来的几百件~几千件,提升至2万~3万件,有的甚至提高到5万件以上。模具寿命的提高使生产辅助时间大幅缩短,锻造成本大幅降低。

自由锻液压机生产能基本满足国内需要,与之配套的装取料和操作机也有发展。但在可靠性和自动化与数字化控制方面与国外设备仍存在很大差距。

在行业有识之士、中国锻压协会及其它行业组织的呼吁下,锻造行业人才工作有了一些进步,但没有实质性的改观。大部分企业认识到人才的重要性,开始做一些人才的培养和再教育工作。当然也有一小部分企业也建立起了一套自创人才工作方法,来吸引和培养人才。一手抓内部培养,一手抓外部引进。可喜的是,锻造行业大部分企业由原来的单纯挖人开始有了培养人才的思想和行动,这是“十二五”期间的一个重大进步。

劳动工人本地化也是一个重大的人才工作进步,一方面,实行引进来留下来;另一方面,积极就地招聘。一些企业到流动工集中地打出非常具有吸引力的回家乡务工口号,从而满足劳动力需求。

“十二五”期间,地方政府利用政府采购模式、企业利用请进来讲学模式、送出去学习培训模式等来开展人才提升工作,值得肯定。

值得指出的是,经过多年的技术引进吸收和技术攻关,大锻件锻造技术水平有了长足的发展,培养和锻炼了大批相关人才。基本形成了大锻件材料和产品开发需要的各类人才。建立起了研发、转化、执行和基层创新的各方面人才队伍体系。

锻造仿真模拟技术开始在模锻、自由锻和辗环等锻造工艺领域使用,有效的提高了锻件合格率,降低了物理实验的成本。有实力的企业应用Q-FORM,D-FORM软件,辊锻制坯Veracd模拟软件,提高了设计能力和效率。在锻造工艺模拟方面,除模拟锻造成形外,能够针对钢材易发生的偏析情况(例如:模铸坯的方框形偏析、连铸坯的心部偏析)进行模拟,可以发现“偏析”最终在锻件的基体表面位置,有利于锻件在后续调质及表面淬火时防止开裂。此方法可以在锻件开发初期就对原材料、锻造工艺及后序工艺可能出现的问题做出预测,从而提前采取相应措施于以避免。

“十二五”期间,模拟软件功能更加强大,有利于模具设计制作和试验,缩短了设计周期,提高了设计准确率。铸锭应用了ANYCASTING模拟软件,热处理应用了SYSWELD模拟软件来指导生产,对新产品生产具有指导作用,大幅提高了设计能力、产品质量和制造效率。

近几年在提升管理能力方面,企业已真正认识到管理出效益、管理上质量,逐步健全了管理制度。一些企业引进ERP系统,实现了网络办公,大大提高了工作效率。从市场销售、物资采购、生产调度、成本核算到仓储管理全部实现计算机系统覆盖。数字化、信息化工厂模式开始有应用尝试,使锻造车间的现场管理得到很大改善。更加重视能源费用节约,普遍采用“削平填谷”,充分利用夜间低电价区间组织生产。

“十二五”期间,一些锻造企业与国外专业锻造厂成立了合资企业,同时海外锻造企业在中国独资设厂也在稳步增加,这些都为中国锻造业注入了新的活力。锻造企业与国外同行间交往逐步正常化,逐渐从思想上接受国外同行和客户的管理模式。特别是汽车行业供应商,在客户推动下,企业生产和质量管理逐渐与国外汽车行业规范接轨。

按照“构思一代、研发一代、试制一代、生产一代”的技术创新思路,一些企业逐步构建了研发驱动型科技创新体系,即努力构建“基础科学研究层、工程化研究层、产业化研究层和批量化生产层”。

“十二五”期间,一些企业技术创新体系进一步完善,体系构架和机构设置基本完成,建立了较完善、规范的薪酬体系、人力资源管理制度及一系列人才吸引、稳定、培养和选拔措施,形成了鼓励创新的环境氛围。

以重大技术装备国产化需求为方向,以重大课题研发为目标,不断提出企业的技术需求,与优质用户共同开发,同时进步得到行业企业认可。一些企业与全国知名高校院所建立了广泛的合作关系,各展所长,各取所需,效果明显,作用巨大。几年来,锻造行业中的一些企业承担了国家“十二五”科技支撑计划,牵头国家重大科技专项课题多项,同时也承担了国家863项目、国家重点科技计划项目。在大锻件生产方面,一些企业目前正在开展国家第三代核电大型锻件及核反应堆压力容器、大型开合式热处理基础装备、大型电渣重熔装备、巨型重载锻造操作机、锻造共性技术及加工技术等国家级课题的研发。

充分利用高校和研究院所的科技人才、科研装备与科技成果,行业中已经开始建立以企业为主的“产学研”联合机制,提高了市场快速反应能力,减少了技术开发风险,突破技术瓶颈,实现技术升级。

2010年,一重牵头组建了“重型锻压装备与工艺创新平台”,成为国家重型锻压装备与工艺创新的重要技术创新平台。行业内多家企业成立技术研究中心,博士工作站。这一形式正在行业中得到热捧。

二、“十二五”期间行业存在的问题

锻造行业存在的主要问题集中表现为使用的先进制造设备和关键设备零部件依赖进口;打入国际一流主机厂供应链的企业和产品数量偏少;企业的人均劳动生产率和企业效益普遍偏低;工艺和产品质量稳定性不足,行业发展参差不齐,以价格为导向的恶性竞争阻碍着企业的进步;人员流失和高档人才严重不足;先进的管理方式和模式引进,但缺少文化的支持而流于形式;企业技术档案、技术和市场开发原始,严重影响锻造企业的技术传承和发展;锻造企业间的自觉融合和合作没有进展,具有国际影响力的大型锻造集团几乎没有。

专家型人才短缺仍然成为了行业突出的痛点,缺乏懂专业的企业领导者,国家人才培养政策不完善、人员流动不规范,企业投资人才培养的积极性经受着巨大打击。企业找到一个分析能力强、解决问题能力好以及管理水平高的人员很难。

年轻的专业人才缺乏,很多学锻造的学生不愿意从事锻造行业,专业教育与现实需求严重脱节。一线操作工主力还是年老的,年轻的工人很少。很多高等院校从就业角度考虑,取消了锻压专业,国家职业大典中也把锻压工程师取消,出现了行业和专业误导。社会力量办学又被应试教育的条条框框所左右,无法有效生存,教育乱象、主要是招生乱象严重,大大地限制和阻碍了社会办学,严重影响了企业办学的积极性。

目前锻造行业人员流失严重,缺乏有实践经验的工程技术人员(工艺工装设计),设备维修人员(技术人员、专业技能人员),操作技能人员和跨专业的技术人员。技术的传承性比较差,前人好的经验、积累的好的技术没有得到传承。

企业需要人才的成长旅程太长、波折太多。专业知识教育与职业教育与现实需求严重脱节,特别是专业基础知识越来越不扎实,职业教育过分偏向了知识教育,技能性实战能力没有得到有效的锻炼。教育中缺少了“劳动光荣”教育,放弃了或轻视了“动手”劳动的重要意义。

锻造行业一方面缺少现代企业管理人才,同时,大学的企业管理毕业生在锻造企业并没有得到重用。企业不知道如何使用这些专业的毕业生,或没有能力指导和使用这些学生;企业管理的毕业生到企业不知道该干什么,或者说,学校教的东西与企业管理现状严重脱节。

思想观念、工业理念的现代化,是整个制造业向现代化转变中更深更彻底的部分。进行物质,即技术和装备层面的改造和提升,以及管理体制、管理方式层面的行业改革,是中国制造业实现现代化的必备条件。然而,如果没有思想观念和工业理念层面的现代化建设,不仅整个制造业的现代化难以顺利实现,甚至管理体制、管理方式和技术装备的现代化也难以持续实现和进步。

中国锻造行业当前存在的最重要问题之一是管理问题,更缺少符合中国文化的管理方式和管理模式。这些年的实践证明,像八九十年代的“设备与技术改造”大潮,仅仅努力从物质和技术层面实现着产业的现代化,以及像一直推行的“TQC管理、ISO贯标、5S管理和6西格玛推广等”,仅仅试图从制度和标准层面实现企业现代化,都不能取得很大成功。从根本上说,没有现代思想观念和工业理念,没有具有这些思想和习惯的产业大军,是难以在现代化的企业管理下正常运转,也难以发挥需要现代化思想和理念人使用和操作的技术和设备的作用。也就是说即使企业富足,行业辉煌,坐拥先进设备和技术,照搬了很多的管理模式和应用了许多管理技术,也照样会产生很多的企业管理和行业发展问题。然而,要实现思想观念和工业理念的现代化,不仅需要工业文化建设,还需要人文学科的推进乃至现代文化的培养和建设。

质量与效益、绿色与智能以及转型与升级的理念和概念没有统一,质量没有上升到人文的理念。效益没有处理好长远和眼前的关系;转型升级没有放在管理、设备和技术、质量、效率和效益上,产生了许多错误的理念和概念。特别值得提出的是高档产品的定义模糊,误导了一些企业的行为。锻造业中产品不存在绝对的高档概念。完全取决与用户、生产产品的质量和消耗水平(即成本)。

锻造行业企业与主机厂形成战略联盟的意愿和方式还没有被普遍接受,也没有形成一个应有的合作文化氛围。锻造行业还没有一套与主机厂进行沟通的标准体系。

锻造发展从物质角度看,包括锻造产品、材料、工艺技术和锻造设备等。中国大部分锻造企业的产品研发、材料研究和工艺技术开发能力和投入都不足,大部分锻造设备企业的设备研发都处于跟追状态。一是没有形成有效的方式方法和系统,不知道如何开展研发(开发);二是人才短缺或人才奇缺,很少或没有研发(开发)人才;另外一些企业几乎都处于低价竞争中,也没有实力投入研发(开发),还有一个原因是模仿、不重视成果保护的剽窃的盛行,引起不创新急功近利思想的作用,这是当前存在的典型问题。

主流软件为国外品牌所垄断,在工业应用层次,基本上看不到自主品牌,国内有限元软件还处于起步发展阶段。国外锻造有限元软件主要有法国的FORGE、美国的DEFORM、俄罗斯的QFORM等。国内还没有见到成熟的锻造模拟专业软件。国内自主开发的有限元软件主要有北京超算自主开发的有限元软件SciFEA,大连理工大学自主开发的软件JIFEX和北京飞箭公司的FEPG等。骨干企业已普及计算机辅助设计(CAD),模具制造也进入计算机辅助制造(CAM)阶段。但在计算机数值模拟(CAE)方面,除少数大、中型锻造企业已有实际应用外,行业内大部分企业还是空白阶段。在20年前,计算机模拟技术在国内外刚刚兴起时,国内有关研究单位也曾积极开展塑性成形CAE软件的研究开发,并取得相当成果。但近年来,在国外软件的竞争压力下,已基本上偃旗息鼓。

材料数据库的积累不足,仿真模拟结果与实际生产结合不够密切,数字化设计技术应用不广也是当前一个重大的基础共性技术问题。

新材料研发能力制约锻压技术的发展。在航空高端锻件用钛合金大规格棒材方面,目前国内的供应商主要有宝钛集团和西部超导。国内一些新型号航空发动机转动部件(如风扇盘、压气机盘等)对钛合金原材料的要求很高,国内生产的材料的批次稳定性还有待提高。随着C919飞机的启动,为了适应适航认证等,机体所用材料及锻件几乎均为国外采购,或者采用国外原材料供应商提供的大规格棒材、厚板等,商发的民用发动机用材也存在同样的情况。

国内的几家锻造厂家,如贵州安大、无锡透平、贵州航宇等,已逐步参与高端航空锻件的国际竞争,获得了国外著名发动机公司,如RR、GE等的外购锻件订单。但是价格压得较低,利润不高,而且这些国外发动机公司均要求采用国外的原材料,这也不利于我国钛合金原材料厂商的发展,缺乏在原材料方面参与高端航空锻件的国际竞争。

我国特钢企业还没有认识到特钢生产的个性化需求,特钢企业开发新材料和提高材料尺寸和性能稳定性方面没有一个突出的认识。锻造行业和企业对材料的重要性认识也没有普及。材料、锻造、热处理和加工工艺一体化研究体系认识和实施不很广泛,锻造行业企业还没有一套影响或制约材料供应商的标准体系。例如汽车用锻件采用非调质钢存在牌号多、标准多(杂),不易于统一,且非调质钢价格居高不下,不易于向更多的产品进行推广应用。

缺乏具有自主知识产权的先进锻造设备,也缺乏为自主知识产权锻造设备提供强大支撑的锻造设备零部件。我国生产的锻造设备数量多,但先进设备所占比例小,特别是高精和高效专用设备更少;国产锻造设备颠覆性问题没有,但故障率高、配件质量差,导致经常性停产,严重影响锻造企业的发展。在中小型锻造设备研制方面,严重落后。

自上世纪70年代国内引入德国奥姆科公司辊锻机和热模锻压力机的制造技术以来,再未有成系统的热模锻压力机设计-制造技术出现,也没有完成系统的热模锻压力机开发制造能力建设。完全不能满足中国锻造行业发展的需要。也有少数机械锻造设备靠测绘和模仿得到了有限的提高,但在设计思想和制造诀窍方面未有水平可言。

国内投资建设的高端多工位锻造设备和自动锻造生产线,绝大部分订单被欧、日和俄,甚至是韩国等厂商获得,中国设备制造企业望尘莫及。该类锻造设备制造能力和水平的低下,从另一方面看也严重影响了先进锻造设备和全自动锻造生产线能力的发挥,因为我们严重缺乏深刻懂得这类锻造设备的人才和有效使用这些设备的知识和思想体系。

与国外同样锻造设备在我国的利用率相比,我们还不能达到国外使用水平,原因是国内的技术和文化沉淀、工艺稳定性、模具质量和寿命以及自动化维护水平与国外差距较大。

开展锻造生产周边辅助装置研究的较少。我国众多锻造企业需要提高生产效率,改善劳动环境。需要推广简易省力装置、自动润滑装置,以降低锻工劳动强度、提高模具寿命和降低废品率,需要适合的自动线代替人工操作。复杂形状锻件的尺寸与形位精度在线与离线测量手段原始,急需研发自动化测量仪器。大型锻件成形用工辅具的安装工具与手段简单,安装时间长且安装精度低,造成生产效率低与锻件余量偏大。

模具方面的诸多因素制约着生产成本的降低和效率的提升。在模具钢方面,国外有专业钢厂,并有著名品牌,模具钢的质量水平确实比一般钢厂的产品好,主要是质量稳定。国内生产模具钢的厂家很多,但缺少名牌,质量不稳定是国产模具钢的通病。

高速硬铣加工是当代锻造模具制作的先进技术。但5轴联动的高速铣床国产化开发工作进展不快。5轴联动的高速加工中心被列入国家重大专项,但开发目标主要针对航空制造业。目前,国内能够进入锻造行业视线的只有国外品牌和国内组装的低档次高速铣床。真正代表当代制造业先进水平的5轴数控高速铣加工中心还需要从国外,主要是从欧洲进口。进口设备价格高昂,影响到高速硬铣床先进制造技术在锻造模具加工方面的推广应用。

另外,高速硬铣加工用刀具也是制约高速铣床推广的重要原因。目前,适用于高速硬铣的刀具几乎全部依靠进口,垄断性的价格加上多层次的代理商盘剥,使到达用户手中的刀具成本居高不下,以至于高速铣制模成本构成中,刀具费用成为最大成本构成。

锻造行业内,企业作为技术创新的主体尚未形成,绝大部分企业未建立起有效的自主技术开发机构和人才队伍。由于市场竞争的影响,企业在技术攻关、新产品开发等方面各自为战,技术投入上的重复、低水平竞争等特征明显。尚未形成公开、有序的技术交流与技术转让机制,一方面存在技术封锁与保守,另一方面通过“跳槽”、“窃取”等不合理、不合法的技术流失严重。高校、科研院所等科研单位在锻件技术创新的作用不够,有被边缘化的危险。一方面科研单位的主攻方向与行业技术发展和企业需求时有脱节,并且对企业生产技术难题的解决成效有限;另一方面企业在科研投入不足,不能与科研单位形成有效的协同创新。

模锻成形技术仍有较大发展空间,例如大型航空液压机模锻工艺规划和模具设计技术就比较滞后,这是由于我国之前的大型模锻技术基本都是基于锤锻,基于液压机速度可控的大型模锻技术基本没有启动。因此针对钛合金、高温合金、新型高强度钢的模锻工艺和模具设计技术就显得非常缺乏,在生产实践中,生产这类材料锻件往往依然是沿用锤锻的工艺规范和经验来制订工艺路线和设计模具,结果没有发挥液压机锻造的优势,造成锻件余量过大、材料利用率偏低、变形控制能力差等问题的出现。

在大锻件制造方面,制造工艺流程急需再造,大锻件是重型装备制造业重要的基础件,基于重型装备制造业生产特点,仍然是单件小批、单件无批,与现代工业要求的“专业化、自动化、信息化、流水化”生产相距甚远,由此带来的是生产效率低,产品质量不稳定,员工劳动强度高,安全生产压力极大,管理难度很高。

在大锻件行业没有形成系统性的研发能力,目前的产品研究往往是针对具体产品形成的临时团队,基础研究仍然很缺乏,企业的研发管理也缺乏应有的激励机制,个别企业对于技术研发人才的管理也较混乱,对人才的重视程度不够。从国家和行业层面看,多年以前业内有识之士就以各种方式提出警示,但由于国家缺乏相应政策引导、行业管理失控,导致国内大锻件行业盲目发展。众所周知,当前中国的锻件生产能力从量上面讲已经大于世界其他国家总和,在当前经济形势下,国内企业形成恶性竞争局面,部分锻件市场价格已经低于企业的成本价格,国外企业由于管理、技术方面的优势也以极低的价格冲击着国内市场,造成国内大量大锻件生产资源(其中不乏大量优质资源)闲置,主要大锻件制造企业普遍面临亏本经营的局面。

企业生存环境亟待改善。对企业人员流动缺少严格的法律约束、用户更换供应商的随意性,让锻造企业处处充满发展的巨大阻力。一些企业忙于拼价格,让锻造企业利润空间一直在缩小。

国内融资成本过高,金融体系和税收体系严重制约企业发展,锻造企业的利润被大幅压缩,加之企业由于人才、资金、抗风险能力不强,企业创新能力薄弱,企业投资的意愿不高,单纯依靠企业实现行业现代化困难很大。

国家锻造技术和设备研究课题多渠道支持,课题来自国有大型集团国家拨款支持,来自财政部、发改委、教育部、科技部、科协和工信部等的支持,来自地方政府众多部门的支持,但没有一个完整的且可以互通协调的支持方向和重点,出现重复支持、反复支持和支持过时等现象时有发生。

课题支持靠资料完整不靠实察,靠有利益关系的企业化单位建议和评定,不依靠具有中立地位的行业组织评选的现象也会造成国家投资支持项目的偏差。

汽车锻造市场,特别是复杂有技术含量和高附加值的锻件,合资品牌主机厂的份额全由国外公司垄断,国内企业只能做售后市场,日资和韩资企业,国内企业少有进入,市场环境非常不利于国内锻造企业发展。

三、解决的措施

锻造行业从工业文化到生产实际都存在一些问题,如何能有效地推进这些问题的解决是全行业面临的重大课题。如果我们不能够寻找到有效的切合实际的解决途经,行业产能过剩、价格恶性竞争以及效率和效益低下等凸显的问题,以及上述具体问题将难以得到有效控制。

积极推动工业文化建设,切实形成有利于工业发展的整体文化,这是解决当前许多工业发展问题的重要文化基础。1978年改革开放,不仅仅是一次经济体制的变革,也不仅仅是一个简单的经济腾飞,是一次实实在在的中国工业革命,更是一次彻底的文化进步演变。计划经济体制向市场经济体制转变是国家工业化的必由之路,市场经济显著的特征概括地说就是公平竞争和以经济发展为导向的文化建设。在这个过程中,中国的对外开放,强化了国际往来,更放开了中国的人员流动,从而出现史无前例,后无来者的人员大流动和大融合。这极大地推动了中国农耕文化向工业文化的转变,推动中国整体文化思想里的散慢粗向准快精方向的发展。当前,在市场的理念中,恰当地融入了中国的传统文化,互利、发明创造、精密可靠和守信等一些市场经济理念或文化元素,已经锐变成了双赢、创新不折腾、精细完美和诚信等新的理念或文化,已经毫不掩饰地融入了中国文化元素。且已经成为了当今世界市场经济的新概念或新元素。例如质量已经不是一个简单的产品属性,而是与人的素质紧密相联,与人的追求紧密集合在了一起。质量的产生和完成体现了人的素质和人的质量。工业时代的质量是一种文化,把质量与人联系在一起是工业进步的重要文化理念;与优秀用户一起成长、尊重可靠的竞争对手和放弃物美价廉而提倡物有所值;以及不以低价竞争为本的现代思想理念。这些具有发达国家已有的思想或行为,但更多的是融入了中国元素,是对工业文化的重大贡献。

中国工业进步是举世触瞩目的,但这个成绩给我们带来的文化变革会让我们持久地受益,我们必须善于工业变革,更要善于文化总结。锻造行业是制造业中的基础产业,其发展大大受到材料供应和产品需求用户的制约。要想有所作为,必须更加注重思想观念、工业理念的培养,这不但有利于我们自身的行业或企业发展,也有利于推动我们的合作伙伴进步。当前,锻造行业需要如下的思想观念和工业理念:

建立开放的交流和共赢的思想,坚决消除闭关自封以及盲目自尊的文化,要特别重视见多识广文化的饯行。
质量是习惯,成为每一个人的自觉追求,产品质量要从个人的审美文化做起,提升现代的美学修养会提升人的质量习惯。
要特别打击以点盖面、以偏概全和以模糊替精细等的思维逻辑,切实建立诚实与信任,责任与担当的文化基础。
建立以时间、时间节点为主线,以提升效率和效益为目的的精细管理思维模式,实现精益的永无止境的管理理念。
劳动是习惯,动手是素质和能力的体现!动手也是一种修养,一种思维锻炼的最佳方式。动脑、动嘴不如动脚动手,劳动光荣和劳动就是创造应成为时代的思想和理念。
竞争是一种本能,得到合理约束会是这个时代的思想,合作共赢不能简单地理解为用户哲学,也是与竞争对手的哲学。
依赖是创造力最大的障碍,是生存最大的毒药。而依赖在工业中的主要表象是没有进取和责任心、没有激情和不服输的斗志和没有理想的彷徨和怨气。这种依赖心里和行为产生的根源是被委曲了的呵护和照顾,是缺少独立生存和发展能力的具体表现。这个文化在计划经济时代也得到了无限的加强。
要为维护诚信支出成本,让诚信成为企业的重要软实力。
实事求是仍然是这个时代需要的主流思想,正确理解和运用实事求的理念和思想至关重要,实事求是思想在工业领域的核心不是不需要绕道,只是我们需要正确地评价自己和别人,一个不能看清自己和接受自己现实的企业是非常难以有进步动力的,而一个很能看清自己企业,而没有以上八点正确思想观念和工业理念的企业也是要面临退步和倒闭的。

创新人才培养机制,优化人才发展环境是当前行业人才工作的重要内容。一是国家要对当下的高等教育和职业教育体系进行系统的改革,引进企业或社会力量办学,改造或建立校董制度,引进企业和社会智能进入学校领导机构,依据行业需要和实业需要进行人才培养。二是国家应出台支持企业办内部小型职业教育,在税收上给予明确的支持并给予明确的法律地位。三是要研究鼓励行业组织和企业办学,推广不同于当下教育模式的职业教育与再教育模式和体系。

国家要严格人员流动规范,在法律层面上建立高级人员和企业培养人员流动制度,提升企业人员培养的积极性。

当前,人才的基础教育仍然在高校和一些高级职业学校,做为企业应认识到,专业技术和专门能力的掌握则需要实践的训练和有经验的老师“传帮带”。企业要认真研究在当前体制下如何开展人才工作,多渠道进行人员培养,绝对不能因难不为,甚至倒退。

锻造行业和企业要认真研究劳动法和劳动合同法,在当前法律允许的情况下建立完善的劳动制度,杜绝或减少因人员流动给企业造成的损失。要站在整体行业和企业发展相关联的角度开展人才培养,彻底放弃以挖人为人才工作重点的思想,积极培养具有自身企业文化特点的人才队伍。积极开展以送出去学习、引进来讲学的培养机制,推动企业开展内部交流与讨论,形成学习文化。建立较为严格有效的人才培养计划和行动办法。特别要注重吸引优秀的人才能够体面、安心地在生产一线工作。锻造行业企业要注意建立与高校和科研院所的紧密合作关系,合作培养人才。

锻造企业要大力推广使用工艺模拟软件,模拟软件不仅仅是一个新产品开发工具,更是一个产品工艺的改进工具。锻造技术与计算机模拟技术的结合越来越紧密,成为新材料成形技术研究的关键。随着计算机控制的数字技术的发展,建立液压数控锻造物理模拟设备,发挥计算机技术与液压传动技术优势的有效结合,从而实现材料成形技术物理试验的科学化,为研究如变形速度、变形率以及变形温度对材料性能和质量的影响服务,同时也可以对自动化上下料或操作机器人的适应性进行研究。推动将数字模拟与物理试验相结合能力的建设,改善成形研究方式。

当前影响数字化发展的一个常被忽视是是智能高精度的传感元件,一切的数字化和信息化都是建立在感知件信号的准确基础上的,因此大力发展该技术具有重要的意义。

大锻件是综合材料、冶炼、锻造、热处理和检测为一体的高技术产品,其制造技术不仅涉及多专业、多学科,而且包含有冶金、热加工等具有十分复杂的内在机制和多种工艺因素。因此,企业或行业必须转变发展理念,要扎扎实实且持续不断地进行技术创新,并且最终突破和掌握产品的核心制造技术,实现大锻件产品制造的优质、高效、低耗和环保可控的发展目标。

研究院所、高校和相关企业应注重基础和前沿技术的研究。例如:(1)开展重型燃机大型锻件的加工技术研究、绿色精密锻造成形工艺研究等;(2)加强对精密塑性成形设备的研发力度;(3)加强复合塑性加工技术研发,节约材料和能源,减少加工难度和加工工序,提高零件的加工精度,尽可能做到无切削或少切削加工,以满足未来锻造行业“绿色锻造”的要求。

国家通过税收或专项资金扶持,建立行业协会或恰当机构与部门牵头的上下游协调发展体系,促进我国锻造企业、高校、科研院所之间的联系沟通和技术交流。充分发挥协会的桥梁作用,通过举办一些技术讨论会、技术沙龙等活动,互通有无,实现共同提高。国家应充分发挥行业协会的作用,就国家研究课题设立,技术改造、项目和工程等支持内容应委托行业协会评估或多听取行业协会意见,从而切实能将相关内容落实到产业实际。

国家要加强基础共性技术研究,推动产业技术进步,建立必要的特别技术研究机构或利用好现有研究机制,集中精力利用政府行政权或行业的组织活动能力将研究成果或支持课题、项目产生的成果推向生产实践、扩大应用范围。

国家应重视推动产业技术创新发展路线图,制定锻造产业技术创新一体化的开发战略,形成锻造设备、锻造工艺和模具及生产管理系统等一体化开发。铸、锻、热、焊和表面处理五种不同的工种总称“热加工”,因为它们有一个共同的重要基础就是相变理论。所谓热加工主要是使各种金属有适合其使用目的的性能而进行加热和冷却过程。可以说铸、锻、热、焊和表面处理五个工种是掌握金属材料生死命运的也并不算过份。研究金属材料性能对锻件质量和外形尺寸精度影响,参照国外先进金属材料标准制定并完善我国金属材料行业标准,逐步达到国际先进水平。鼓励发展锻造余热正火、锻造余热球化退火以及锻造余热调质。更重要的是在余热处理的基础上进一步发展到形变热处理,减少锻件的结构尺寸,达到轻量化的目的,降低金属结构件用材量。依据当前获得的数据,这种工艺能节约材料20-30%。国家应设立软课题,开展体系和机制研究。将产业技术创新和行业技术发展作为首要任务,动员各级研究所、实验室围绕产业技术创新的发展做具体的指导工作。系统解决锻造行业模锻件产品精度低、加工量大、能耗高、生产效率低所涉及的产业技术难题。动员全行业的各级研究所、实验室对产业技术发展的难题进行研究。形成权威的材料数据库、工艺数据库等。这些成果形成软件,镶嵌在锻造设备中。使锻造设备的功能符合自动化、数字化和信息化锻造工艺的要求,提升锻造产业的整体技术水平。

积极推动行业标准体系建立,加重行业组织标准建设的力度,建立由供应商、用户为体系的标准制订体系。

锻造企业应探索建立符合自身需要的基础共性技术的研究联盟,与用户一起建立产品开发体系,发展锻造生产的平台战略。

培育全球化战略思维和开放视野。市场开拓由以国内市场为主,向国内、国际市场并重转变。巩固和拓展国内优势市场,推进国际市场开拓。关注发展中国家市场需求,扩大成熟设备的出口。依靠新兴产业发展新的市场增长点,抢占市场先机。国内外轨道交通等行业发展迅速,市场潜力大,是锻压技术的广阔应用领域。应早日打破行业垄断,引入竞争机制,为自主创新开拓空间,促进锻造技术发展,也将使轨道交通制造业进一步降低成本,产品升级,提高国际市场竞争力。

国家应注意发挥税收对产业和行业的调节作用,加快研究锻造行业税收特别政策,从而推动锻造行业的转型升级。锻造企业要切实理解转型与升级的理念和概念,并能自觉地向正确的方向发展。对企业来讲,转型升级是一个永恒不变的主题。锻造企业转型升级的基本概念是不断采用新技术、新工艺,加快传统生产流程的改造与升级,恰当地实现生产过程“自动化、专业化、信息化、流水化、和绿色化”,达到大幅度降低产品成本,提高生产效率,稳定产品质量的目标。锻造企业的转型升级必须注重服务对象和服务方式的转变,必须注重与竞争对手相处方式的改变,必须注重与供应商关系的再造。锻造企业的转型升级必须有利于节约成本、有利于提高产品质量、有利于绿色制造和有利于企业不断进步。

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