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我國鋁合金輪轂鑄造技術現狀分析及未來展望

   日期:2015-07-01     瀏覽:5737    評論:0    

中國鋁合金輪行業從無到有,從小到大,坎坎坷坷已經走過了將近27個年頭,單純從產銷量上看,中國毫無疑問已經是鋁合金輪轂制造大國了,那么真實情況到底如何呢?下面我們就從生產制造、設計開發、產品銷售及企業管理等多個角度深入剖析下中國大陸鋁合金輪轂行業的現狀,并探討下該行業未來的發展方向。

一、中國大陸鋁合金輪轂行業現狀

1 生產制造方面:

1.1 生產工藝:目前在中國大陸的鋁合金輪轂企業主要采用下列毛坯成型工藝。

1.1.1 低壓鑄造:

當前中國大陸鋁合金輪轂制造業的主流工藝,90%的工廠在采用此工藝進行生產,該工藝生產的產品主要銷往OEM和海外零售市場。

低壓鑄造工藝目前在中國大陸已經相當成熟,它的優點是設備造價適中、生產效率高、材料利用率較高、適合少人化生產管理,該工藝已經被所有整車廠認可。采用低壓鑄造工藝制造的鋁合金輪轂,由于輪輻是最后冷卻凝固的,所以部分特殊造型輪轂的輪輻易出現縮松等質量問題,而輪輞部分由于最早結晶則強度較好。

韓國產鋁輪轂低壓鑄造機

韓國產鋁輪轂低壓鑄造機

1.1.2 重力鑄造:

最傳統的鑄造工藝,目前國內有15%左右的企業還保留有重力鑄造生產工藝,產品主要是針對國內和海外零售市場。該工藝的優點是設備造價低、模具便宜、產品輪輻質量較好;缺點是金屬利用率低、生產效率不高、性價比低,大部分整車廠現已拒絕該工藝生產的車輪,在鋁輪轂制造行業有逐漸被邊緣化的趨勢。

國產重力鋁輪轂鑄造機

國產重力鋁輪轂鑄造機

1.1.3 鍛造旋壓:

比較高端的成型工藝,目前國內只有10%左右的企業采用該工藝進行生產,產品主要供應國內外的大巴、貨車及高端轎車市場。優點是產品內在質量好、產品強度高質量輕;缺點是設備造價高,傳統鍛造工藝制造的產品輪輻造型只能靠銑削加工來完成,金屬利用率低且生產效率也不高。鍛造分傳統鍛造和碾鍛,碾鍛可以直接鍛出輪輻的造型。

鋁輪轂鍛造機
鍛造機

鋁輪轂鍛造模具
鍛造模具

鋁輪轂立式旋壓機
立式旋壓機

1.1.4 鑄造旋壓:

鑄旋分“低壓鑄造+旋壓”和“重力鑄造+旋壓”兩種工藝。目前韓系車企對鋁輪轂的成型工藝有全面采用“低壓鑄造+旋壓”的趨勢,其它車系也有部分產品對此工藝有需求,該工藝是鑄旋工藝中的主流工藝,做OEM產品的企業大部分都是采用的這種工藝;同時還有少部分做海外零售市場的企業采用“重力鑄造+旋壓”的工藝,從理論上講這種工藝是行的通的,它真正把重力鑄造和旋壓兩種工藝的長處結合到了一起,產品品質得到了提升,但是由于毛坯是重力鑄造工藝生產的,因此這種工藝的經濟性非常不好,生產成本很高。總之,鑄旋的產品,由于輪輻部分是鑄造出來的,它具有與鑄造工藝生產出來的產品具有相同的優缺點;而輪輞部分是旋壓出來的,因此氣密性較好。鑄旋產品理論上可以減重,但實際應用上效果不明顯。

1.1.5 液態模鍛:

目前大陸只有兩家企業在使用這種工藝進行生產,設備和技術來自韓國。其實該工藝并不是鍛造,應該歸類于高壓鑄造類,它是將一定量的鋁合金液直接澆注入模具,并持續施加機械靜壓力,使金屬在壓力下結晶凝固并強制消除因凝固收縮形成的縮孔縮松,以獲得無鑄造缺陷的液態模鍛鋁合金輪轂毛坯。與鍛造工藝相比較,其優點是設備投入較低,輪輞可以直接成型,機械性能一般要高于普通鑄件,接近甚至達到鍛件的水平,同時它沒有鍛件中通常存在的各向異性。缺點是液態模鍛的產品與傳統鍛造產品一樣,需要銑削加工來完成輪輻的造型。

鋁輪轂液態模鍛機
液態模鍛機

<鋁輪轂p>鋁輪轂開模
鋁輪轂開模

1.1.6 差壓鑄造:

目前大陸只有少數幾個企業(主要在臺灣六和系統)在采用這種工藝,設備和技術來自保加利亞。差壓鑄造是在低壓鑄造的基礎上派生出來的一種鑄造方法,與低壓鑄造的不同點是將鑄造模具設置在一個密封罩內,鑄造模具處于密封罩內的氣體壓力之下,鋁水充型時保溫爐中氣體的壓力大于密封罩中氣體的壓力,由于鑄件是在更高的壓力作用下結晶凝固的,所以可保證獲得比低壓鑄造產品致密度更高的鑄件,成品率高。缺點是設備造價和維修成本較高。

鋁輪轂差壓鑄造機
鋁輪轂差壓鑄造機

1.2 產能

目前國內從事各類鋁合金輪轂生產加工的企業近200家,產能1.8億只/年,每年還不斷有老企業擴產新企業興建。單純從產量上來講,我國已經是當之無愧的鋁合金輪轂生產大國。

1.3 裝備水平

總的來說大陸鋁合金輪轂行業整體的裝備水平比以前有了很大進步,部分企業的生產線已經實現了“少人化”管理。一般來說,有外資背景的或供應高端OEM的輪轂廠,其硬件裝備水平要遠遠高于做國內和海外售后市場的企業。但在江浙、兩廣還有少數企業的硬件仍處于“手工作坊”式的階段。

1.4 產品質量

鋁合金輪轂產品的質量是靠硬件和軟件兩方面來保證的。硬件指的是能夠滿足鋁合金輪轂制造工藝的那些生產和實驗檢測設備;軟件指的是完善的管理體系和操作者、管理者所具備的必要素養。

目前國內能夠給OEM供貨的鋁輪轂制造商,他們的硬件基本上都能保證生產出合乎質量標準的鋁合金輪轂產品,但由于不同制造商使用的硬件檔次各不相同,再加上人員素質上的差異,這些制造商內部的生產效率和產品成品率也有較大差別。總而言之,對于這些經過整車廠無數次評審的已經進入整車廠采購體系的鋁輪轂制造商來說,只要他們愿意,他們是完全可以給市場提供百分之百符合質量標準的合格產品的,但是為什么近年來被曝光的鋁輪轂惡性質量事故越來越多呢?原因如下:(1)隨著汽車銷量的增長,投放到市場的輪轂數量也猛增,出現事故的概率自然加大。(2)信息傳播手段的進步使得事故相關廠家還沒來的及“公關”的情況下,問題就已被曝光。(3)由于近年來市場競爭的加劇,使得鋁輪轂利潤逐年降低,部分輪轂制造商受利益驅使偷工減料以達到降低成本的目的,這是近年來鋁輪轂質量事故頻發的最主要原因。

除了上述給OEM供貨的制造商外,國內還有部分專供國內售后市場或者叫改裝市場的中小型輪轂廠,在這些企業中,有少部分企業的關鍵設備根本無法滿足鋁合金輪轂生產的工藝要求(例如熱處理爐),有的缺乏必要的試驗檢測設備,有的是質量保證體系不完善、人員素質低下,導致產品質量無法得到保證。這部分產品出現質量事故后,由于很難追索責任人,且媒體也不感興趣,所以很少曝光也鮮有人問津。

2 研發能力

2.1 產品的設計開發能力

鋁合金輪轂的市場分為OEM(代加工市場)和A/M(售后市場)。

對于OEM的產品來說,由于輪轂的外觀造型與整車的設計風格息息相關,所以為新車型配套的輪轂都是在新車型開發時,由整車廠委托的設計機構與整車外形同時設計開發出來的,我們國內的輪轂生產企業僅僅參與的是根據樣品測繪出產品圖并據此轉換成模具圖。由于整車廠(特別是外資車企)對新車型外觀的嚴格保密規定,我們國內做OEM產品的企業,即使有再強的設計能力也沒有資格參與到鋁輪轂外觀造型設計的機會,但隨著國內個別輪轂企業與外資整車廠的合作不斷深入,將來也許情況會有所改觀。目前,雖然我們可以自豪的向全世界宣布:我們中國生產的鋁合金輪轂已經為諸如奔馳、寶馬、奧迪等全球的汽車廠配套了,但我們的鋁輪轂生產企業與這些汽車廠的關系,形象的來說就是富士康與蘋果的關系。

對于A/M(售后市場)的產品來說,只要市場能夠接受,輪轂的外觀造型設計則可任憑制造企業自由發揮。

總之,中國的鋁輪轂行業已經完全具備現階段的鋁合金輪轂產品從外觀造型設計,到力學結構測算及加工工藝的整體設計能力。

2.2 材料、工藝的研發能力

目前我國對于鋁合金輪轂(這里稱“輕質汽車車輪”應該更準確)新材料、新工藝的開發能力還非常低下,基本上屬于空白。

在企業層面,目前只有個別幾個鋁輪轂企業在搞鎂合金輪轂的開發研究,但基本上都停留在樣輪制作階段,一直沒有形成批量生產能力;另外,在“新工藝”上也有部分企業重拾國外的舊課題,做些無用功,有的甚至把國外已經淘汰的技術搬到國內冒充新東西以搏賣點。

在科研機構層面,中國大陸也沒有專門針對輕質汽車車輪新材料或新工藝進行研究開發的,一般都是在一個科研成果出來后,為顯示成果的價值,才在開列其應用范圍時將汽車輪轂羅列到眾多應用之中。

3 產品銷售市場:

鋁合金輪轂產品的銷售市場分為代工市場(即常說的OEM)和售后市場,代工市場的產品訂單具有品種少、批量大的特點,便于組織生產,但銷售價格偏低。相反,售后市場產品訂單品種多,批量小,不好組織生產,但出口的售后市場訂單有的價格較好。

3.1 代工市場(OEM):代工市場分國內OEM和國外OEM兩部分。

3.1.1 國內代工市場:

目前國內OEM(包括外資車企)幾乎100%由國內鋁合金輪轂制造企業(也包括在華外資鋁輪轂制造企業)供貨,目前的市場需求大概在每年6000萬只左右。

產品進入OEM是鋁合金輪轂制造企業追求的最高境界,但前提是需要通過整車廠的評審程序,整車廠的評審內容過包括軟件和硬件兩部分內容,軟件是指企業內部的管理體系,硬件就是廠房設備等。如果一個鋁輪轂制造企業的設備選型有問題,例如設備檔次過低,無法滿足生產工藝要求等,或者生產線及物流的設計不合理都會影響評審的通過。這里我們提醒新進入鋁輪轂制造行業的投資人,在項目規劃初期一定要虛心聽取業內專家的建議,找真正專業的人員做好前期的規劃設計,否則后期的整改成本將會相當高。

國內OEM訂單的價格與所配套的車型有關,一般高檔車的輪子價格較好,能有一定的利潤空間;低檔車的輪子訂單價格往往就沒有什么利潤空間了,稍不注意就可能虧損,好在整車廠一般都是將高低檔車的輪子訂單搭配著給輪轂廠,以保證輪轂廠不致虧損。但國內部分自主品牌的車企由于沒有高端產品,所以這部分市場的訂單如同雞肋,棄之可惜,做又無利可賺,只適合新企業維持運轉、攤銷費用。另外,整車廠對包括輪子在內的零部件的供應商一般都要求同一產品的供貨價格每年遞降5%左右,雖然他們承諾屆時會幫助企業降低生產環節的成本,但很少兌現,這也是為什么整車廠與零部件供應商關系惡化、產品質量事故頻發的原因之一。這里還要提醒大家的是,在目前毫無規矩可言的市場環境下,單憑軟硬件的整改是很難通過相關評審的,往往潛規則可以事半功倍。

3.1.2 國際代工市場

如果國內的鋁合金輪轂制造企業通過了某在華車企的OEM認證并供貨,那么該輪轂企業就已經獲得了這家車企的全球供應商資格,并有機會參與該車企海外工廠的采購招投標了。據統計,2013年全球乘用車及商用車除中國大陸外全年產量近6000萬臺,據此估算海外鋁合金輪轂OEM年需求量在1.6億只以上。目前中國大陸有10余家輪轂企業在為海外OEM供貨,年供貨量不到4000萬只。

海外OEM的訂單價格較好,回款也很穩定,但對產品質量和工廠的硬件環境要求較高,產品質量或發運環節出現問題時開展“公關”工作較不方便。

3.2 售后市場(A/M):

3.2.1 國內售后市場

國內售后市場大致可分為維修市場或叫4S店市場和改裝市場兩部分。

維修市場的銷售主體是以4S店為代表的經營實體,在現有汽車零部件的供應體制中他們享有壟斷經營所謂“原廠”輪轂的特權,該市場產品零售價奇高,因此產品主要是滿足車險客戶的維修和部分任性的“冤大頭”車主的需求,所以銷量有限,市場規模不大,且將來也不會有太大發展。

改裝市場是指除4S店以外的所有汽配店、修理廠、街邊店、網店等等銷售實體。改裝市場與4S店市場最大的區別是:4S店經銷的鋁合金輪轂均與原車配套輪轂相同;改裝市場銷售的輪轂均與原車配套輪轂不同(原因參見《關于鋁合金輪轂的“原廠”、“副廠”說》)。大陸改裝市場由于受相關汽車改裝的法規和車輛年檢制度所限,市場發育一直緩慢;另外,近些年由于受“山寨現象”和“急功近利、發財心切心態”等大環境因素影響,改裝市場的產品質量也有很大波動,致使部分“內行”客戶也敬而遠之。但這只是暫時現象,隨著相關部門對售后市場產品監管的加強和改裝法規的松綁,我們有理由相信中國大陸鋁合金輪轂改裝市場有可能和中國的汽車行業一樣,在“一夜之間”爆發,那時中國將成為名副其實的世界鋁合金輪轂的產銷中心。

目前,國內售后市場規模大概在500萬只/年左右,其中改裝市場的產品基本上都由專門為大陸改裝市場提供產品的多家輪轂廠提供,這些廠家大多規模不大,生產設備檔次、技術水平不高;另外,也有部分做國際售后市場產品的廠家會把部分國際市場過時的(俗稱尾單貨),且技術參數符合或接近國內車型的產品投放到大陸的售后市場。國內售后市場產品價格與車型高度相關,回款情況良好。

3.2.2 國際售后市場

國際售后市場是中國鋁合金輪轂產品出口的主要市場,每年出口數量在3000萬只左右,其中美、日兩個市場占中國鋁輪出口總量近70%!美國售后市場訂單一般輪型尺寸較大,外觀偏好“亮”的視覺效果,因此拋光、電鍍、車亮面的輪子比例非常高;日本市場的輪子中規中矩,主要是俗稱的“雪地輪”。

國際售后市場訂單價格較好,但付款條件基本都為T/T,風險較大,另外該市場產品訂單季節性很強。

4 經營狀況

目前,大陸鋁合金輪轂制造企業近200家,企業所有制形式涵蓋了民營(包括上市公司)、國營、中外合資企業、外商獨資(包括港臺資本)等多種形式。從1988年起至今約數十家(次)工廠“改名換姓”、股東更迭,但真正灰飛煙滅、連硬件一起徹底消失的只有五、六家。

近年來受汽車市場超高速發展的帶動,鋁輪轂行業的經營狀況總體向好,一些長期虧損的企業大部分已咸魚翻身,只有個別企業由于自身管理、技術水準太低致使工廠依然虧損甚至關門。從公開渠道我們可以得知,部分經營狀況良好的企業2014年的毛利潤率已接近20%,這在制造業業績整體下滑的今天已經是一份很好的答卷了。

在過去20多年行業的發展中,最值得稱道的是民營企業,部分民營輪轂制造企業高瞻遠矚、自強不息,通過挖潛、創新、降耗增效由小變大、由弱變強,技術及開發能力也突飛猛進,在某些方面已經獨占鰲頭,并開始引領行業的發展方向。但任何事情都有正反兩面,民企在發展進步的同時也存在著一些致命的問題,個別私營股東對鋁輪轂項目的專業性、特殊性認識不夠,或受傳統思維影響,對外聘專業人員不信任,造成管理混亂;還有個別私營企業在發展壯大后也滋生了國營企業的種種劣跡,丟掉了創業之初謙遜誠信的優良傳統。
 

二、中國大陸輪轂行業發展趨勢和方向

1 趨勢一:大陸輪轂售后改裝市場將會爆發,成為全球主要汽車輪轂售后市場之一。

美國是目前全球最大的鋁合金輪轂消費市場,也是我們最大的海外銷售市場,中國大陸每年出口到美國的鋁合金輪轂產品銷售額大約20億美元,占大陸全部鋁合金輪轂出口額的一半。美國的鋁合金輪轂消費量為什么如此巨大呢?我們先看一組數據:美國汽車保有量大約兩億輛,每百戶擁有汽車超過200輛,每年4700萬輛的二手車交易,改裝車配件廠家及改裝服務機構1萬余家,改裝車市場從業人員200萬人,年汽車改裝營業額400多億美元,汽車改裝率超過80%。正是完善的汽車改裝法規、汽車的高保有量、巨大的二手車交易量、追求個性化的性格等諸多因素造就了美國龐大的輪轂售后改裝市場。

轉過頭來再看看大洋彼岸的中國,自2008年以來,中國大陸的汽車行業進入了高速發展階段,2014年大陸汽車產銷量分別為2372.29萬輛和2349.19萬輛,又拔得世界頭籌。大陸汽車保有量截止到2014年底也達到了1.54億輛,平均每百戶家庭擁有25輛私家車,中國大陸家庭汽車的的普及率正穩步上升,預計5至8年后中國大陸的汽車保有量將超過美國,成為世界第一。隨著汽車保有量的不斷提升和汽車價格的逐步下降,中國大陸汽車輪轂改裝市場將會有一個爆炸式的增長,最終成為世界最大的鋁合金輪轂售后市場之一。

目前,大陸汽車已象手機一樣慢慢淪為大眾消費品,逐漸還原出最原始的代步功能,其曾經能夠顯示身份、地位及財富的屬性會逐漸喪失。而中國大陸當下的主力消費人群,由于受其所處經濟、人文等生長環境的影響,注定會成為個性張揚、追逐時尚的一代,他們不會甘于“你有、我有、大家有”的平民化的汽車消費,因此汽車改裝會成為他們追求個性化的選擇。從視覺角度來看,汽車輪轂占據了車身側面30%以上的面積,更換一款做工精良、造型獨特的輪轂是最簡便而又經濟的改變整車視覺效果的手段之一。

另外,在中國冬季降雪較多的北方地區,隨著人們富裕程度的提高,冬季更換雪地輪的功能性改裝市場也在逐漸發育成長,從歐美日本現在的市場情況來看,這種季節性的雪地輪也是一個不小的市場。

但是,目前還有兩個問題制約著大陸輪轂改裝市場的發展,一是相關汽車改裝的法規,二是售后市場產品的質量保證。這兩個問題的解決方案如果沒有實質性的突破,一切都還只能是望梅止渴。

目前汽車改裝市場能夠遵循的法規只有一部公安部2008年制訂的非常嚴格的《機動車登記規定》,雖然2014年10月1日起施行的修訂后的《規定》對部分汽車改裝的行為已有所放松,但對大部分改裝行為來說依然沒有解禁。

2014年12月份,全國工商聯汽車摩托車配件用品業商會汽車改裝專業委員會秘書長韋嘉誠在一次會議上表示,國家5個部委(工信部、公安部、商務部、工商總局、質檢總局)對《關于制定汽車改裝相關法規的提案》已經做出批復,汽車改裝相關法律法規和國家標準有可能在2015年中發布。國標的頒布無疑是為汽車改裝‘正名’的最高認可,如果此項法規和標準能夠順利推出,將為汽車后市場帶來巨大的商機,也必將對國內汽車輪轂的改裝市場產生重大影響。

關于汽車輪轂產品的質量保證,目前國內也無法可依,輪轂的質量標準基本上都是由客戶來掌握。如OEM產品的質量檢驗標準都由各汽車廠自己制訂;海外售后市場的產品質量由進口商來把關。而國內售后市場的情況最為特殊,在實際操作過程中,國內的輪轂代理商和經銷商很少對輪轂制造商提出質量要求,他們最關心的是產品的款式和價格,而產品質量都是由生產廠家自己“憑良心看著辦”,這樣事實上就造成了大陸鋁合金輪轂售后市場的產品沒有任何質量監管的局面。質量良莠不齊、產品魚龍混雜的亂象就是目前大陸輪轂售后市場的寫照,此疾不除,再好的外部大環境也于事無助。

縱觀歐美日發達國家,汽車改裝業興盛的轉折點,都始于相關法規法例的頒布。我們在這里也呼吁政府部門順應市場需求,建立適當法規,對鋁合金輪轂等汽車改裝件進行合理的質量監管,正確引導汽車改裝業的發展。

2 趨勢二:鋁合金輪轂企業進一步重組,國營體制將退出,產能逐漸集中。

隨著市場競爭的加劇和利潤水平的下滑,整個行業會經歷一個重新洗牌的過程,一些生產技術落后、管理混亂的企業將會被重組、兼并或自然淘汰,中國大陸80%以上的鋁合金輪轂產能將集中在若干個大型輪轂制造集團手中,同時國營體制將逐步退出。

鋁合金輪轂產品在中國大陸已經進入產品成熟期,利潤水平回歸正常,鋁合金輪轂制造企業只有靠擴大規模、提高效率、精致管理、節能降耗才能提高盈利能力,那種作坊式生產、粗放型管理的企業將首先被淘汰,這些淘汰企業騰出的市場空間會迅速被其他企業所填充,其有效產能也會被接管,整個行業將會在競爭中不斷的優勝劣汰、兼并重組,最后形成若干大規模的專業化鋁輪轂制造集團。

另外,大陸鋁合金輪轂制造行業經過20多年的發展,市場競爭已經非常充分,國營體制在這種非壟斷的經營環境下已無任何優勢可言,相反,多年的沉疴積弊已經嚴重制約了企業的發展,并不斷消蝕著企業的肌體,國營體制的退出將會是歷史的必然選擇。在國家層面,國企特別是央企近些年的表現為全社會廣為詬病,要求國營體制改革的呼聲越來越高,國企到底往何處去的問題已經提到黨和政府的議事日程上來了。

在2015年博鰲論壇的“混合所有制:國企改革再發力”論壇上,原國家體改委副主任邵秉仁曾歷陳國企體制的弊端,“從體制上講,國企無法杜絕腐敗”,國企“在所謂做大做強的口號下,實際是拿著國家的投資在盲目地擴張規模,以低效率為代價”,“現在國企的資產負債率資金回報率各項指標都與民營資本沒法相比”,同時還指出“黨的十八屆三中全會已經明確了國有企業應該起到公共服務的作用,而不是與民爭利,更不是官商結合,這樣不僅要掏空國家,而且要滋生大量的腐敗。”

中共中央政治局常委、中央紀委書記、中央巡視工作領導小組組長王岐山在2015年2月11日中央巡視工作動員部署會義上也明確指出,“有些國有企業的負責人通過利益輸送謀求個人升遷,選人用人問題突出,企業內部存在買官賣官,搞團團伙伙。利用手中權力在資產資源交易中貴買賤賣,采購招投標違規牟利,家屬子女靠山吃山,牟取私利”。

以上種種輿情已經表明,國營體制在非壟斷行業的退出,既符合經濟發展的客觀規律,也符合國家的政治經濟環境的需要。但國營體制的退出并不都是通過企業的倒閉來實現的,而是通過各種形式的兼并、重組或者其它創新的形式來完成最終的鳳凰涅槃。

3 趨勢三:生產少人化、設備智能化將成為新常態

中國大陸人口紅利向下的拐點已經出現,與發達國家相比,曾經的廉價勞動力現在已無任何優勢可言了,如何提高生產效率、降低人工成本將會是現存輪轂企業和新建企業最關心的問題。如果中國大陸想繼續保持全球鋁合金輪轂生產大國的地位,那么就應該放棄舊的思維模式,積極面對“少人化”、“自動化”生產的大趨勢,對舊生產線進行系統的改造,對新生產線進行科學的規劃,生產的自動化將成為輪轂制造企業的新常態。(關于鋁合金輪轂行業自動化生產的必要性和可行性,請參閱本人2012年發表的文章《中國鋁合金輪轂生產自動化勢在必行》)。另外,為適應“中國制造2025”的戰略規劃和鋁合金輪轂行業生產的少人化、自動化趨勢,鋁合金輪轂的生產、檢測設備將趨于智能化。

4 趨勢四:新材料、新工藝將顛覆傳統的鋁合金輪轂行業

在探討這個問題之前,首先闡明一下在本章節中將會反復提到的“輕質汽車輪轂”或“輕質汽車車輪”的概念。輕質汽車輪轂是指與鋼制汽車車輪相對應的,在同等情況下所有比目前鋼制車輪質量輕的車輪產品,它包括現在常用的鋁合金輪轂(包括不同牌號的鋁基合金)和不太常見的鎂合金輪轂、復合材料輪轂及非金屬材料制成的汽車車輪產品。

從輕質汽車輪轂誕生至今,它的材質、制造工藝等一直都在隨著技術的進步而發展,最終形成現在以鋁合金輪轂為主,其它輕質材料輪轂為輔的一個市場格局。那么,為什么鋁合金輪轂能夠成為輕質汽車輪轂家族中的主流,甚至成為輕質汽車輪轂的代名詞呢?

首先,鋁合金輪轂產品本身滿足了市場對高性能汽車車輪的需求,美觀、散熱、質量輕、均勻性好。其次,鋁合金材料易于加工成型,便于批量生產,經過調質處理后的鋁合金材料機械性能優異且抗腐蝕性強。第三,普通鋁合金輪轂產品成本適中,價格完全能夠被大眾市場接受。

人類探索自然的欲望是永無止境的,隨著科學技術的進步,將來一定會出現一些同樣能滿足并優于上述條件的新材料,同時也會出現能夠提高輕質汽車輪轂的生產效率、大幅降低制造成本的新工藝。從目前國際上新材料、新工藝的研究動向上看,如果輪轂行業能夠借鑒或引入這些新技術和新工藝,并能實現商業化的批量生產,那么這將是對傳統鋁合金輪轂制造業一場顛覆性的革命。下面我們就從新材料和新工藝兩個方面介紹一下國內外值得們輪轂行業關注的研究動向,以達到拋磚引玉的目的。

4.1 新材料

眾所周知,碳纖維復合材料、工程塑料和鎂合金等都是制作汽車輪轂的優秀輕質材料,并且都已成功的被付諸于生產實踐,但由于受各自一些弱勢特質的影響,這些材料都沒有成為輕質汽車輪轂原料的主流。

4.1.1 碳纖維復合材料

碳纖維復合材料“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,耐高溫、耐疲勞、耐腐蝕、高模量、無蠕變、熱膨脹系數小,還具有良好的導熱性能。其本身諸多的優良品質決定碳纖維復合材料是制作汽車輪轂最佳材料,但由于受現有制造工藝影響,產品成本過高,所以在國際上碳纖維輪轂暫時只能供給高檔豪車這個高端細分市場,而無法進入普通大眾市場。但去年有媒體曾經報道,國內已經開發出能夠滿足汽車輪轂性能和生產要求的長碳纖維增強尼龍復合材料(PA)及注塑工藝,產品可實現批量化生產并具有成本競爭力,相比汽車鋁輪轂可大幅減重40-60wt%,生產效率更高、成本更低,且具有可回收與循環使用特性。如果消息屬實,那么這將對中國輕質汽車輪轂的發展產生重大影響。

碳纖維復合材料鋁車輪毛坯
碳纖維復合材料鋁車輪毛坯

4.1.2 工程塑料

2012年德國化工巨頭巴斯夫對外展示了全球首款適合量產的Ultramid Structure工程塑料輪轂,據說這種新型長玻纖增強聚酰胺高性能塑料適合所有要求高強度和輕質結構的應用。全塑料輪轂的重量低于傳統金屬輪轂,在大幅減輕整車重量的同時,也相應降低了能耗和排放。 Ultramid Structure的機械性能由長玻璃纖維增強,不但使輪轂堅固耐用,也有助于實現其卓越的熱穩定性和化學穩定性。此外,Ultramid Structure還具有易于加工和焊接的優點。但該種材料導熱性和美觀性略差,比較適合做全涂裝汽車輪轂,如果將來能夠為市場所接受,應該是OEM不二的選擇。

工程塑料汽車鋁車輪
工程塑料汽車鋁車輪

4.1.3 鎂合金

鎂合金與鋼、鋁及工程塑料相比具有諸多優越特性。首先,鎂合金密度小,鎂基合金比鋁基合金輕約36%,比鋼輕約77%;其次,比強度僅次于纖維增強材料,比剛度與鋁合金、鋼相當,遠高于工程塑料;第三,阻尼性能好,吸震能力強,具有極佳的減震性,其減震性能比鋁合金高30倍,比鋼高近60倍。是最適合制造汽車輪轂的輕質材料之一,正是基于上述優點,鎂合金很早就應用在輕質汽車輪轂的制造上了。

從公開的信息渠道我們能夠獲悉鎂合金輪轂最早出現在上世紀60年代,但由于當時鎂合金輪轂的加工技術還不成熟,再加上金屬鎂的價格昂貴且本身易腐蝕等問題,使得鎂合金輪轂一直未得到普及,只是在賽車和少量高檔豪華車上使用。近年來出于能源、環保的要求,最主要還是由于金屬鎂價格的大幅下滑,促使鎂合金輪轂再度成為熱點,歐、美、日等相關公司紛紛投巨資進行鎂合金輪轂新材料和新工藝的開發研究,都取得了很好的成果。

最近有媒體披露,中國在鎂合金新材料領域的探索上也有了很大進展,上海交大的科研團隊成功的開發出“阻燃”鎂合金,把鎂合金的燃點提高至935℃以上,改變了傳統鎂合金產品在生產過程中需要進行熔劑或惰性氣體等特殊保護的局限,實現了大氣中無保護的鎂合金熔煉與生產,并且采用稀土與鋅固溶時效強化和鋯細化的方法,發明了一種兼具高強度和高韌性的鑄造鎂合金(JDM1),可以應用到汽車輪轂的生產制造,同時在解決鎂合金防腐問題上也確立了研究方向。如果鎂合金防腐這個世界難題一旦破解,不但為鎂合金制品的普及鋪平了道路,還意味著在現有鋁合金輪轂生產線上,不用太大的改造就可以生產鎂合金輪轂產品,這對傳統鋁合金輪轂制造來說不亞于一場革命。

4.2 新工藝

生產工藝是為市場服務的,市場的需求決定了產品的生產工藝;反過來,生產工藝的變革也會影響市場的需求。例如,金屬鋁在在發現之初,一直是帝王貴族們享用的珍寶,由于價格非常昂貴,在相當長的一段時期里,珠寶商們一直不計成本的用化學方法還原制鋁,直到19世紀末,電解鋁的新工藝出現后,鋁的價格發生了成千上萬倍的跌落。這才使金屬鋁得以大規模生產,奠定了今天鋁加工行業的基礎,讓各種鋁制品進入千家萬戶。

雖然鋁合金輪轂從誕生之初單一的重力鑄造成型發展到后來的低壓鑄造、旋壓、鍛造以及不同材質、不同工藝成型的多片式等等諸多生產制造工藝,但其中任何一個新出現的工藝相對于舊工藝來說,都不能算作是革命性的創新,只能算是應對市場需求多樣化的一個工藝補充,我們這里期待的新工藝,應該是完全區別于上述提到的各種輕質材料輪轂現有的加工工藝,以及伴隨將來出現的未知新材料加工成型的工藝,這些工藝的顯著特點是能夠大幅提高輕質汽車輪轂的生產效率降,低生產成本。

4.2.1 能夠大幅降低現有輕質材料汽車輪轂成本的創新工藝

前面我們曾提到的碳纖維復合材料是制作汽車輪轂非常優秀的輕質材料,但由于現有生產工藝的局限,使得碳纖維復合材料的汽車輪轂成本過高,根本無法普及。隨著科技的進步和商業利益的驅動,相信將來一定能出現類似電解鋁工藝之對于化學還原金屬鋁工藝那樣的創新,會使得諸如碳纖維復合材料這類優秀的輕質高強度材料能夠廣泛應用在各個領域。

另外,在傳統的鋁合金輪轂生產過程中,也會有很多創新工藝出現,會使得鋁合金輪轂的生產更加高效,制造成本大幅降低。例如,德國正在開發的超級數字化概念機床已將車、銑、研磨、測量、熱處理等工藝組合在一臺機床上完成,這種超高速的未來機床是現有機床組合單元加工效率的數十倍,如果將來能將此類技術運用到現有鋁合金輪轂的生產線上,那么一條年產500萬只的鋁合金輪轂生產線上只要布置一臺這樣的機床就可以了。

4.2.2 適于未知汽車輪轂新材料加工的工藝

新的材料總是需要新的工藝來支持。木制車輪時代相應的制造工藝就是鋸、刨等木工工藝;鋼制車輪需要的是沖壓、焊接等工藝;鋁制車輪則要靠現在的鑄造、鍛壓等工藝來實現。同樣,對于將來一定會出現的,只是我們目前還未知的新型車輪材料,也一定會有新的加工工藝與之配套,來實現高效、低成本的制造目標。 

三、如何把握輕質汽車輪轂的發展方向

首先,企業所有者要有長期從事汽車輪轂制造的主觀愿望。未來企業成功的關鍵在于研發和創新,而真正的研發和創新是需要巨額投入的,且短期內很難得到任何回報,中國現在的企業家是個缺少內心世界和獨立思維能力的群體,追求的是外界承認而不是自己的成就感,從眾心態嚴重,在這個充滿浮躁情緒、“山寨”盛行的時代,如果企業投資者沒有長期持守一份事業的主觀愿望的話,那么很難讓其能夠在這個行業投入大量的資金和精力來謀求行業的創新與發展。

其次,企業的技術負責人要具備較高的科學素養和豐富的行業經驗。科學素養的高低決定觀察外部世界的視野和捕捉新技術的敏感性,豐富的行業經驗能夠幫助判斷哪些新技術、新概念可為我所用。縱觀目前行業內各個企業的技術負責人,大部分人的工作內容依然停留在為采購部門技術把關的層面,由于怕擔責任和自身素質的局限,對于明顯能夠降低產品成本、提高產品品質的新產品、新工藝依然謹小慎微,排斥心態極強,當然造成這種現狀還有企業內部環境的原因。具有上述現象的企業在創新和研發上肯定是缺乏動力也無能為力的。

第三,要創新有度。企業是以營利為最終目的的,因此企業的研發與創新與國營的科研機構不同,以企業為主導的創新研發一定要與市場相結合,企業任何經營活動的著眼點都要落在成本和效益的平衡點上,單純的不計成本的新技術是沒有生命力的。例如前面提到的碳纖維復合材料,作為航空航天和軍工領域的寵兒,它本身材料的性能要遠遠優于現在的鋁合金材料,但由于現有工藝的約束,材料成本高,在輕質汽車輪轂領域卻無法成為主流。

第四,企業為創新主體,做好產學研相結合。產學研合作作為推進高等院校和科研院所科技創新成果轉化的有效途徑,它的作用已被美、英、日、韓等國的巨大成功所證實,但在中國大陸,輕質汽車車輪項目還很年輕,生產工藝跨度大,“學”、“研”方面對該項目了解還不深、經驗不足,因此輕質車輪的創新、研發只能走以企業為主,產學研結合的道路,發揮“學”、“研”機構在某一專業領域的特長,就某一專業問題進行攻堅,而不是要“學”、“研”機構在整個工藝的創新上做交鑰匙工程,當然現階段即使要求他們這樣做他們也做不到。另外,目前國家對企業創新有很多政策和資金的支持,只要立上項就能獲得“真金白銀”的支持,雖然在立項過程中存在很多潛規則,但最終企業還能拿到的應得資金的50%以上。

最后,要走適合中國國情的發展道路。創新有多種方式,其中“引進消化吸收創新”的方式最適合中國國情。輕質車輪的創新無外乎材料的創新和制作工藝的創新,那么采取“引進消化吸收創新”的方式,就是在現有的制造工藝和材料上進行改良。中國近些年在經濟上雖然取得了巨大成就,但在科學技術的整體水平上依然落后發達國家數十年,奢望中國目前能夠在輕質汽車輪轂的加工工藝和材料上取得“原始創新”的突破是不現實的,最好的辦法就是引進國外先進的技術、工藝,吸收、消化并在此基礎上進行改良。在市場競爭中,只要領先所有對手一點即可長盛不衰,日韓的崛起就是最好的例證。

四、結束語

汽車輕量化是一個永恒的話題,而汽車車輪又是承擔簧下減重的主要部件,雖然鋁合金輪轂本身已經進入了產品的成熟期,但整個輕質車輪行業的發展正方興未艾。本文作者僅是對鋁合金輪轂等輕質汽車車輪及周邊技術的發展脈絡進行了橫向及縱向的梳理,總結歸納了一下中國大陸輕質車輪的過去和現在,并據此對中國輕質車輪的發展提出了自己的拙見,以上內容只代表個人觀點,僅供參考。

 【目錄】

一、中國大陸鋁合金輪轂行業現狀

1 生產制造方面:

1.1 生產工藝

1.2 產能

1.3 裝備水平

1.4 產品質量

2 研發能力

2.1 產品的設計開發能力

2.2 材料、工藝的研發能力

3 產品銷售市場:

3.1 代工市場(OEM)

3.2 售后市場(A/M)

4 經營狀況

二、中國大陸輪轂行業發展趨勢和方向

三、如何把握輕質汽車輪轂的發展方向

四、結束語

文/王巨光

 
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