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    亞洲粉末冶金零件產業發展與現狀

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    亞洲粉末冶金零件產業發展與現狀

    粉末冶金零件的基本市場是汽車產業。據統計,2007年全球汽車產量為7307.2萬輛,比前一年增加了5.1%,排在前5位的依次是日本、美國、中國、德國、韓國,印度位列第10。日本連續兩年占據首位,達1159.6萬輛,占全球產量的15.87%。銷量亞軍為美國,達1075.1萬輛,同比減少4.5%;第三位是中國,產量達888.2萬輛,同比增加22%,占全球總量的12.16%。目前中國與印度人口合計約23億,而注冊車輛為3920輛,平均每百人僅為1.7輛[1]。據預測,今后40年,發達國家的注冊車輛將增加約1倍,可能超過10億輛,而發展中國家,特別是東南亞國家,轎車的注冊與生產的發展速度可能非???。根據美國能源部的資料,2050年發展中國家轎車的注冊數量可能會增加到25億輛[2]。

    亞洲地區汽車產業的快速發展,帶動了汽車零部件產業的日新月異的發展,其中就有汽車產業不可缺少的粉末冶金零件。

    韓國現代與起亞汽車公司先進技術中心常務副主席Joon Chul Park博士在PM(粉末冶金)2006世界大會最終用戶研討會上,講到:“現在中型轎車中,粉末冶金零件的質量約占1%(約10kg),而且這些零件都是關鍵零件。其中75%用于發動機與變速器。在今后30年內即汽車內燃機發動機存續期間,粉末冶金零件的應用仍有大量增加的余地。”接著他舉出了一些在現在汽車中獲得顯著成功的例子:“其中就有P/F(粉末鍛造)連桿。這種連桿比鍛鋼連桿質量輕10%,成本可減低20%。另外一個例子是,通過擴散粘結將凸角連接在中空凸輸軸上,這不但可減輕質量,而且通過中空軸可進行內部潤滑。再者,粉末冶金行星齒輪架約可節約成本30%,并可改善疲勞強度。”現代—起亞汽車公司是韓國較大的汽車制造廠商,其生產的每輛汽車中約使用370多種粉末冶金零件,質量約6.5kg,預計2007年將增加到8.0kg以上[2]。

    一、亞洲粉末冶金零件產業概況

    從20世紀80年代,中國(大陸)改革開放以來,經濟發展日新月異,家電、汽車等產業的快速發展,不僅帶動了中國(大陸)粉末冶金零件產業的發展,而且,使粉末冶金零件產業成為世界粉末冶金界關注的焦點之一。

    粉末冶金產業包括金屬粉末、金屬粉末制品及粉末冶金生產設備制造企業。表1示2006年亞洲地區粉末冶金產業概況。需要說明的是,這里所講的粉末冶金產業實際是粉末冶金鐵基與銅基零件生產企業;粉末生產企業是鐵基與銅基粉末生產企業。

    表2列出了進入21世紀以來,亞洲地區鐵基與銅基粉末冶金零件產量的統計資料。需要指出的是,JPMA從1990年代中期開始,就對亞洲地區的粉末冶金零件生產統計進行了大量細致的工作。本文中引用的許多統計資料都來源于JPMA,特向JPMA致以真誠謝意。

    由表3可看出,從2000到2006年,亞洲地區7年間鐵基零件與銅基零件分別增長了約80%與70%。按照以2000年為基數,6年的平均年遞增率計算,泰國(25%),印度(22%),中國(大陸)(18%),韓國(12.6%),馬來西亞(6.4%),新加坡(以2001年為基數,5年的平均年遞增率)(4.5%),中國(臺灣)(2.2%),日本(3.5%)。

    圖1示進入21世紀以來,亞洲地區粉末冶金汽車零件(包括摩托車零件)生產的發展趨勢。由圖1可看出,亞洲地區粉末冶金汽車零件(包括摩托車零件)的生產普遍呈上升態勢,增長最的是新加坡。汽車零件在粉末冶金零件總產量中所占比率(2006)最高者是日本,高達91%,其次是韓國(86%),中國(大陸)(53%)。

    汽車零件(包括摩托車零件)在粉末冶金零件總產量中所占比率,在一定程度上,反映了該地區粉末冶金零件的生產技術水平。

    倘若將表2綜合來看,新加坡的2000-2003年增長緩慢,可能是調整產品結構所致。

    下面就亞洲的幾個主要國家或地區的粉末冶金零件產業的發展與現狀,予以簡要說明。

    二、日本粉末冶金零件產業

    日本的粉末冶金零件(鐵基與銅基零件)產業起步于1950年代初,據日本1956年頒布實施的“機械工業振興臨時措施法”[5],1952年日本粉末冶金零件產量只有90t,用于汽車的粉末冶金零件僅有10%。圖2示1950-1985年日本的汽車、燒結金屬含油軸承、結構零件的生產統計圖[6]??煽闯?,從1962年前后起,隨著日本汽車產業的快速發展,粉末冶金結構零件的生產發展速度開始超過燒結金屬含油軸承,基本上和汽車產業是同步發展的。

    圖2示日本鐵基粉末冶金零件的發展歷程。就日本而言,由表3知,粉末冶金零件基本上是鐵基零件,銅基零件僅占粉末冶金零件總產量的3%。其他國家亦然。中國(大陸)銅基零件(2006年)約占粉末冶金總產量的5.7%。由表3可看出,鐵基粉末冶金零件、鐵基粉末、成形-燒結設備與技術等都是隨著汽車零件的市場開發而同步發展的。

    表4與表5分別示1980與2004年度日本燒結金屬含油軸承和結構零件的產量、應用領域、構成比及生產量順序。由這2個調查表可看出,燒結金屬含油軸承的應用領域25年來,處于第1與第2位的一直是汽車與摩托車,1980年位居第3的是縫紉機,2004年排位第3的是事務機械;粉末冶金結構零件的排位,位居第1與第2的,25年來也都是汽車與摩托車,1980年位居第3的是空調器,2004年排在第3位的也是空調器。

    從表4與表5大體上可以看出在日本燒結金屬含油軸承與結構零件的應用領域,和他們因時間的變動。需要說明的是,市場是動態的,時時都在變化,因此,粉末冶金零件也必須不斷地開發、改進、創新,才能適應市場需要。日本粉末冶金產業50年的發展就充分證明了這一點。

    三、韓國粉末冶金零件產業

    韓國的粉末冶金零件起始于1970年代初,開始主要生產家用電器的銅基零件。銅基粉末的消耗量1993年為2600t,2003年增加到了5000t。鐵基粉末的消耗量1996年為25 000t,由于汽車產業快速發展,2003年增加到了50 000t。韓國沒有鐵基粉末生產企業,使用的鐵基粉末全部依靠進口,由瑞典Hgans AB供應的數量最大,據進口的統計資料,約占61%;其次是日本的川崎制鐵和神戶制鋼,約占27%,其余部分來自美國的Hoeganaes Corp,德國的Mannesmann及加拿大的QMP。

    韓國粉末冶金公司的數量2000年約為400家,2003年增加到了440家,增長10%。電工、電子和汽車產業方面的粉末冶金公司約為120家,約占粉末冶金公司總數的不到1/3。韓國較大的有色金屬(Cu粉與Al粉等)生產企業是ChangSuang CO,2005年產量為4800t。根據JPMA的統計,韓國粉末冶金零件(鐵基與銅基零件)生產企業為38家(見表1),其中生產粉末冶金結構零件的主要企業為5家,見表6。韓國2006年生產的粉末冶金零件為47853t(見表2)顯然大部分是由這5家公司生產的。

    韓國的粉末冶金零件生產企業在生產的汽車零件有,諸如發動機的閥座圈,凸輸與曲軸帶輸,以及凸輸軸;變速器的離合器轂,fort活塞,同步器轂及換檔芻;減振器零件,動力轉向零件及制動片。在粉末冶金零件總產量中汽車零件所占比率,1996年為78%,2006年上升到了86%(見圖1)。韓國生產的汽車中,平均每輛車中粉末冶金零件的用量1996年為6.5kg,預計隨著汽車產量增大和每輛車使用的粉末冶金零件數量增多,平均每輛車汽車的粉末冶金零件用量,預計2007年可達到8.0kg以上[3]。

    四、印度粉末冶金零件產業

    印度早在1600多年前,就由天然鐵氧化物還原生產的海綿鐵,用古代的類似粉末鍛造(P/F)的方法,制造出了質量為6t,高7.2m的德里鐵柱[9],印度的現代粉末冶金起始于1950年代,大體上和日本與中國(大陸)同時?,F在印度的粉末冶金產業是由約25家粉末冶金零件生產廠商和12家鐵粉、銅基粉末及鉛粉生產廠商組成。霧化鋁粉年銷售量超過了25000t。粉末冶金零件產業的年增長率為15%~20%[9]。

    另外,還有25~30家公司在生產摩擦材料、雙金屬軸承帶材、硬質合金工具與耐磨零件、粉末冶金高速鋼,以及難熔金屬產品。

    據文獻[9],估計印度粉末冶金零件的銷售量為20000~35000t?,F在印度生產的轎車中,平均每輛車的粉末冶金零件質量估計為5.5~6.6kg[12]。

    粉末冶金零件的主要生產廠商有4家:GKN(印度)燒結金屬有限公司。Sundram緊固件有限公司,Federal Mogul Goetge India及Star燒結制品有限公司。印度粉末冶金零件的銷售額約為8000萬~8500萬美元,這4家的銷售額約占其中的80%。粉末冶金零件的市場分布為,汽車占80%,其次為日用器具、拖拉機、紡織機械及其他各種應用。

    據Peter. K. Johnson報道[9],位居印度第2大的粉末冶金零件生產廠商Sundram緊固件有限公司,是印度較大的汽車供應商TVS集團公司內的28家公司之一?,F在年產粉末冶金減振器零件5400萬件,和為韓國現代汽車生產商與日本的鈴木生產240萬件軸承蓋,預計2008年開始將供應GM軸承蓋。

    其位于Hosur的主要粉末冶金工廠,現有員工150名,設備有:成形壓機25臺(最大的500t),精整壓機12臺(最大的640t),燒結爐7臺。成形壓機(多層板模架,帶自動缺揀拾裝置)約90%是從德國進口的。將2~3臺成形壓機和1臺燒結爐連接在了一起。今明兩年(2008-2009),將把所有壓機都和燒結爐的傳送裝置裝料系統連接在一起。生產的零件平均密度范圍為6.8~7.0g/cm3??墒?,用二次壓制與二次燒結工藝可將零件密度增高到不低于7.2g/cm3。通常,燒結溫度為1100~1130℃,粉末冶金模具全部由工廠的工具間供給。

    另外,Sundram緊固件公司在Madurai與Hyderabad還有粉末冶金生產作業,生產軸承與鐵粉。鐵粉工場的年產能力為5000t。

    2004年,Sundram緊固件公司和德國Bleistahl Produktions GmbH & Co. Kg建立了一家合資企業Sundram Bleistahl Ltd.生產粉末冶金的汽車配氣機構零件,起初是為了向德國出口。這家合資企業面積1800m2,現有2臺德國生產的成形壓機和1臺印度制造的燒結爐;最終,將按裝成形壓機12臺和燒結爐4臺。2007年4月開始,月產氣門導管增加到了200萬件。氣門導管都要進行含浸油處理,而且要進行無心磨加工,并100%進行檢驗。

    在印度粉末冶金零件產業排名第3的是Federal Mogul Goetge India公司。這是一家合資公司,創建于1996年,是由Federal Mogul Sintered Products Ltd和Goetge (India) Ltd合資建立的。Federal Mogul擁有合資公司51%股份。這家公司和英國Federal Mogul Sintered Products Ltd有一份技術交換協議。

    這家公司現有壓機12臺,燒結爐2臺,員工236名,年銷售額約600萬美元。公司計劃2008年實現自動化,增加新的壓制成形能力,將員工減少到195名,而且要增加銷售額。

    Star Sintered Products Ltd.這是一個Varshney家族企業,創建于1992年,是由Star Sintered Products Ltd,Standard Sintered Products Pvt. Ltd及Goldstar Filter Pvt. Ltd. 3家公司組成。3家公司共有員工180名,2006會計年度營業額為400萬美元。預計2007-2008年度可達到700萬美元。

    這家公司現有成形壓機30臺(最大的400t),精整壓機10臺及燒結爐6臺。汽車零件僅占其粉末冶金零件產量的20%,其余的銷售領域為:拖拉機、事務機械、日用器具、鎖、紡織與農業機械及工業用過濾器。

    Hgans印度有限公司,創建于1987年,是印度較大的鐵、鋼粉末生產企業。生產水霧化鐵粉和對從瑞典Hgans AB進口的海綿鐵粉進行退火處理,其約占公司的95%。2006年生產了約16000t粉末。生產的粉末大部分消耗于印度,也有些材料出口到亞洲與瑞典。

    估計印度鐵粉市場的65%,約15000t,用于粉末冶金零件,其余35%??赡芟挠诤附?、火燒切割、合金化、鑄造及鋼精煉。在印度,Hgans 與Sundram都是主要鐵粉供應商。其余的粉末是進口的,包括從中國進口了約5000t。

    五、中國(大陸)粉末冶金零件產業

    中國(大陸)的粉末冶金零件產業雖然和日本、印度都起步于1950年代,但由于經濟基礎與國際環境不同,產生了重大差異。

    中國(大陸)的粉末冶金零件(鐵基與銅基),起始于1955年上海中國紡織機械廠的銅基含油軸承投入生產,興起于當時第一機械工業部于1958年春在北京召開的鐵基含油軸承推廣應用大會,1961年春北京天橋粉末冶金廠(中國)第一個鐵基粉末冶金零件生產工廠)的創建,標志著粉末冶金零件產業在中國(大陸)正式誕生。近50年來,中國(大陸)的粉末冶金零件產業的發展經歷了3個階段:

    1.創業與技術推廣階段(1958-1980):1958年鐵基含油軸承推廣大會的推廣對象-鐵基含油軸承,是筆者當時在華北無線電電器材聯合廠,在試制鐵基彈帶的基礎上,根據德國的相關資料,利用Hametag機粉碎的鐵粉制造出來的。為降低生產成本,利于大批量生產,會后,從1958年開始,筆者和當時上海材料研究所的仲文治工程師分別利用無煙煤與木炭粉作還原劑,以軋鋼鐵鱗為原料,通過小倒爐窯裝罐還原制取還原鐵粉獲得成功,為鐵基粉末冶金零件生產發展奠定了物質基礎。以后經過改進用焦炭粉替代了木炭粉,但時至今日,北方仍有一些廠家在用無煙煤作還原劑,倒爐窗仍有的廠家在使用,但大多廠家已改用隧道窯。

    1950年代的中國(大陸),一窮二白,舉步維艱,經濟落后,百廢待興,在當時的政經背景和國際環境條件下,粉末冶金零件產業發展所需要的基本要素:市場、原料粉末、生產設備,一無所有,全靠自力更生,摸著石頭過河,自尋生路,在生生滅滅中,逐步形成了一個具有中國(大陸)特色的,“小、亂、臟、差”的粉末冶金零件產業。據1990年當時的機械電子工業部和冶金工業部的首次全國聯合調查[10],1990年的粉末冶金零件產業的狀況見表7。

    2.更新、改進、提高階段(1981-1999):1980年,中國(大陸)實行改革開放之后,隨著家電行業的迅速發展,給粉末冶金零件產業帶來了無限商機。進入1990年代后,汽車產業開始發展,摩托車產業興旺發達,推動了粉末冶金零件產業的更新、改進、提高,粉末冶金零件產業的生產技術水平迅速提高,據中國機協粉末冶金分會對34個企業的統計,從1991到2000年,10年間,粉末冶金零件的產量從7552t增高到29835t,增加了3倍。

    3.迎頭趕上,全力開發粉末冶金汽車零件階段(2000年以后):進入21世紀后,中國(大陸)的汽車產業的超常高速發展,帶動了粉末冶金零件產業的成長,但是,中國(大陸)的粉末冶金零件產業,從生產經營,產品質量及生產技術水平,和汽車產業發展的要求相比還有相當的差距。圖5示北美、日本及中國(大陸)平均每輛輕型車(包括轎車)中使用的粉末冶金零件質量的進展。由之可看出,就平均每輛汽車的粉末冶金零件質量來看,中國(大陸)只有日本的5/11,僅為北美的1/5。在這里,差距意味著市場,差距就是財富。

    中國(大陸)的汽車產業正以兩位數發展,2007年已達到8.2萬輛。粉末冶金汽車零件需求量的急劇增長,既鼓舞了中國(大陸)本土的粉末冶金零件產業,又吸引了眾多世界知名粉末冶金零件生產廠家,諸如GKN、Metal dyne、Hawk、Miba、SCM、QMP、Hgans AB、仁友電工、日立、三菱材料、保來得,以及中國臺灣的青志等相繼在中國(大陸)建立了獨資或合資企業,爭著為中國(大陸)的汽車產業作貢獻。那么,中國(大陸)本土的粉末冶金零件生產企業將如何應對呢?值得相關業者深思。

    六、結束語

    以上簡述了亞洲地區日本、韓國、印度及中國(大陸)的粉末冶金零件產業的發展與現狀。從表2與圖1可看出,泰國與馬來西亞的粉末冶金零件產業進入21世紀后,發展都比較快;中國臺灣與新加坡的發展雖有波動,總體上仍處于上升態勢。

    值得關注的是,世界石油儲量的枯竭將逐漸影響到汽車動力裝置從常規的內燃機發動機轉移為混合動力(較小的內燃機與電動機的復合系統),然后轉變成電池動力車。Park博士預計,內燃機發動機和與之相關的變速器,以及其中使用的許多粉末冶金零件,在2035年以前都將逐漸減少。

    Park博士指出,即使不考慮內燃機,粉末冶金零件產業的前景亦然是光明的。臨于汽車的發展重點正轉向電動機,粉末冶金零件產業需要掌握新材料、新技術、新應用。諸如正在大力開發與推廣的SMC材料[11],這種粉末冶金軟磁復合材料,可提供3維性能,從而擴大設計工師在電動機設計中的自由度。而且,在高頻下能耗低。

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