内燃机进排气机构现状和发展趋势

1内燃机进排气机构现状和发展趋势上海内燃机研究所赵明好目录•一行业总体概况•二行业发展环境•三行业技术、工艺及设备等状况•四行业发展的主要特征与趋势•五标准制（修）订情况2一、总体概况内燃机进排气机构产品包括：凸轮轴、气门、气门座、气门导管、弹簧座、挺柱、摇臂、锁夹等，近年来，随着国内汽车、内燃机工业大发展，进排气机构生产企业也发展较快。全国有一定规模的进排气机构生产厂超过200家，产值50亿以上，其中产值一亿以上的企业约15家，前15家企业的产值、产量占全行业的70％以上。这些企业的性质有国有、集体、民营、中外合资和股份制，分属不同的部门。大多数企业规模都不大，布局比较分散。•近几年，两极分化现象比较突出，一方面，部分企业通过“十一五”技术改造、合资、引进，产品档次和生产规模得到迅速提高3，满足了国内汽车、内燃机工业发展的需要；另一方面，随着市场经济的发展，民营进排气机构生产企业大量出现，虽然，这些企业满足了部分配件市场的需求，但因多数企业规模小，设备简陋，整体素质差，导致产品质量不稳定，甚至有些企业为了不择手段降低价格，造成配件市场总体质量不高。根据不完全调查统计，全国气门、锁夹、气门导管年产量分别在4亿支（件）以上，凸轮轴在8000万件以上，受国家国内外环境的影响，2012年进排气机构产品的产量、产值比2011年略有下降，主要企业2011年的产销情况见表1。4表1进排气机构主要企业产品及产销量5企业名称产品名称产量（件、支）销售收入（万元）上海伊顿发动机零部件有限公司气门4000000050000马勒三环气门驱动（湖北）有限公司气门47000000468000济南沃德汽车零部件有限公司气门4500000042000挺柱10000000重庆三爱海陵实业有限责任公司气门5800000039000怀集登云汽配股份有限公司气门3500000026878镇江维纳特气门有限公司气门2200000016000湖南安福气门股份公司气门80000006000气门座70000002200安徽金庆龙机械制造有限公司气门3000006500（含活塞销）活塞销80600006扬州光辉内燃机配件公司气门80000004000（含活塞销）湖南天雁机械有限责任公司气门800000070000（含增压器）安徽金光机械股份有限公司凸轮轴500000034190（含曲轴等）气门4000000北京北内发动机零部件有限公司凸轮轴178000023000重庆西源凸轮轴有限公司凸轮轴350000025000江西同欣机械制造有限公司凸轮轴200000016000河南中轴集团有限公司凸轮轴210000019000(含薄壁缸套）山东海阳市金海凸轮轴有限公司凸轮轴3500003800（含缸盖）安庆帝伯粉末冶金有限公司气门座9600000023000气门导管600000007100绵阳富临精工机械有限公司挺柱，摇臂，可变气门机构零件等4400000015000宁波东方动力部件有限公司摇臂连轴总成3500006000(含其它配件)液压挺柱200000绵阳天旋气门组件有限公司（重庆沃特尔粉末冶金有限公司）气门导管2000000010201气门座30000000安徽省桐城市气车部件有限公司气门座、气门导管90000005000河南省荥阳市内燃机配件厂气门座90000003000上海广凌气门座圈厂气门座、导管85000002800中山市正洲气门有限公司气门4000000018000宜宾天工机械股份有限公司挺杆、挺柱1600000080587二、行业发展环境工业信息化部、机械工业联合会及行业协会担当行业管理职能，起到宏观调控和管理的作用。这些部门和行业协会主要负责制订产业政策，拟定行业发展规划，指导调整行业结构，实施行业管理，参与行业体制和质量管理等工作。企业的生产经营基本按照市场规则运作。从使用对象分类，进排气机构产品市场一般分为向汽车整车或发动机制造商供应的主机市场（OEM市场）及维修、改装的售后服务市场（AM市场）。随着汽车保有量的不断增加（现全国机动车保有量超过2亿辆），AM市场对汽车零部件的需求将8逐步增加，与OEM市场共同推动汽车内燃机零部件行业的发展。进排气机构产品属易损易耗件，因此，OEM与AM市场市场约各占零部件市场总额的50％。我国进排气机构行业总体的竞争态势主要表现为独资（合资）企业与国内自主品牌生产企业之间的竞争。独资（合资）企业主要包括：马勒三环气门驱动（湖北）有限公司、上海伊顿发动机零部件有限公司、安庆帝伯粉末冶金有限公司等；国内自主品牌骨干企业主要有：北京北内发动机零部件有限公司、重庆三爱海陵实业有限责任公司、怀集登云汽配股份有限公司、安徽金光机械集团股份有限公司、重庆沃特尔粉末冶金有限公司等。独资（合资）进排气机构产品企业主要为国内独资（合资）和国内高端主机企业提供配套9，部分产品出口；十一五期间，随着国内自主品牌进排气机构产品企业的发展壮大，这些企业依靠机制、产品质量、技术实力、成本和服务优势在竞争中也部分获得国内独资（合资）和国内高端主机企业的配套市场，部分企业还获得国外的OEM市场，有一定的竞争能力。国内的小型企业主要为国内外中低端主机OEM和AM市场提供服务。10三、行业技术、工艺及设备等状况1、产品开发：独资（合资）企业借助外方技术力量可与主机同步开发设计，国内企业自主开发设计能力薄弱。2、气门独资（合资）企业借助外方技术可与主机同步开发设计，国内气门企业基本无自主开发设计能力。气门本体材料仍大多使用40Cr、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、21－4N和20－11PB；5Cr8Si2、4Cr9Si3、21－2N、21－12N、23－8N、XB等已在一些引进机型上大批量使用。少数高负荷发动机排气门采用镍基合金。气门毛坯采用电镦锻压成型，大多采用国产立式单工位或卧式单（双）工位电镦机和摩擦压力机组成锻压线；有几家企业分别引进的11进的英国、捷克电镦机和摩擦压力机组成的锻压线使用良好，国外电镦机的电流、电压及压力等参数可无级调整，现国产设备也能生产可无级调整各参数的电镦机，部分企业已采用。现国内气门毛坯基本上带径向飞边，个别单位开发了带轴向飞边的气门毛坯并开始应用。双金属焊接气门在车用发动机上普遍采用，国内气门厂家大多采用国产摩擦焊接设备，基本能满足需要。有多家企业分别从美国、英国、德国引进40多台焊接设备，其中包5～8台惯性摩擦焊设备，使用情况良好。由于热挤压气门毛坯的内在质量优于电镦气门毛坯，国内少数企业从美国引进了挤压机，但因国内原材料及模具材料配套等方面存在问题，导致此工艺在国内未能推广。12国产加工专用设备如液压多刀车床、数控车床、锁夹槽成型磨床、带有芯夹具的气门锥面磨床、气门圆弧、盘锥面及盘外圆成型磨床等被多家气门厂采用，由于近年来人工成本的提高，国内带机械手的组合机床在近年来也得到了较广泛使用。几家大的企业还引进了高精度无心磨床、锥面磨床、多部位磨削成型磨床等关键机加工设备或气门加工半自动流水线。排气门锥面受高温腐蚀气体冲刷，因此需堆焊耐高温、耐磨合金。锥面堆焊材料大多采用钴基合金粉末，由于钴基合金价格昂贵，现已部分采用铁基合金替代，以降低成本。气门锥面强化国内有三种方法：火焰喷焊，等离子喷焊，真空感应堆焊。火焰喷焊一般用喷枪手工喷焊；等离子喷焊大多采用美国司太立公司的设备，国内共有50多台，近几年，国内开发的等离子喷焊设备也在行业批13量使用；真空感应堆焊设备由真空炉和高蘋感应装置组成，设备投资少，堆焊合格率95%以上。目前国内中小企业采用真空感应堆焊及国产等离子喷焊设备的较为普遍。气门杆部要求耐磨，表面强化主要有二种：镀铬和无污染盐浴氮化。镀铬废水有污染，处理成本高，镀后一般需要精磨；而无污染盐浴氮化属绿色环保工艺，气门氮化后不需要磨削，工艺简单、成本低，现杆部表面强化采用无污染盐浴氮化的逐步增多。我所及国内部分单位在吸收国外先进技术的基础上，开发出无污染盐浴氮化用盐、设备及工艺，氮化盐各项指标达到国外同类产品的水平，而成本明显降低，现已在内燃机气门、曲轴、凸轮轴、缸套、活塞环等零件上大批量应用。14气门杆端部要求耐磨，强化方法主要有：表面淬火或堆焊合金层。表面淬火适用于合金结构钢、马氏体钢整体气门或双金属焊接气门；对于奥氏体钢整体气门杆端可采用堆焊耐磨合金强化或杆端焊合金表面淬火可采用火焰或感应加热淬火，国内大多数采用国产高蘋感应加热设备。对于杆端部薄层淬火需超高频淬火机或火焰加热淬火设备，有几家企业分别从国外引进了这两种设备。气门基体热处理主要有：调质或固溶时效处理。合金结构钢、马氏体钢采用调质处理；奥氏体钢气门采用固溶时效处理。热处理炉大多数为国产井式炉、箱式炉或盐浴炉，少数企业采用网带式连续炉或可控气氛炉用于气门调质处理，采用燃气炉对气门进行固溶处理。随着内燃机向高速高负荷方向的发展，气门的工作温度越来越高15如排气门工作温度最高达900℃，传统材料实心气门即使作了强化处理，也不能满足需要。只有采用空心充钠气门，降低气门工作温度，以保证达到发动机高性能指标。在欧洲空心充钠气门已较普遍运用在新型的发动机上。国产合资生产的轿车也逐渐使用了气门，例如，上海大众Passat排气门采用了空心气门；一汽生产的奥迪等排气门使用了空心充钠气门。随着国产高档轿车不断推出，空心气门需求量也将不断增加。空心充钠气门制造工艺比较复杂，对设备要求也比较高，此种气门国内仅几家合资企业可以批量生产。由于金属钠是易燃、有污染的危险品，在运输、储存、加工过程中存在隐患，使用后的空心充钠气门随意丢弃会污染环境，因此随着国内外环保要求的提高，空心充钠气门的发展应会受到限制。163、凸轮轴凸轮轴结构有整体式和中空组合式，中空及组合式凸轮轴降低了重量，有利于节能节材，在部分发动机上应用，北内汽车零部件有限公司大批量生产此类凸轮轴。凸轮轴材料有球铁、合金铸铁、低碳（合金）钢、中碳（合金）钢。铸铁凸轮轴毛坯以前大多数采用砂型铸造，因采用铁模覆砂工艺铸造的凸轮轴毛坯内在质量好，组织致密，加工余量小，已代替砂型铸造工艺。对于钢质凸轮轴，以前采用圆钢车削成型，此工艺材料利用率低，加工成本高，凸轮轴纤维方向被切断，强度降低。而楔横轧工艺，是用圆钢中频加热后，再经轧制成型。这种工艺材料利用率高，凸轮轴纤维方向性好，毛坯内在质量好，强度高，现在国内已大批量使用。17凸轮轴车加工多数采用普通车床或数控机床，凸轮磨削采用专用磨床（仿形或数控），北内汽车零部件有限公司、安徽金光机械股份有限公司等还引进了国外带CNC控制的磨床。国内部分机床厂（如湖南宇环同心股份有限公司）在消化吸收国外技术的基础上也开发了带CNC控制的磨床为行业服务，部分替代了进口的产品，还出口国外,同时还成功地对进口CNC磨床进行改造。凸轮轴基体热处理主要采用调质、等温淬火或正火。对于不同的材料，凸轮及支承轴颈表面强化分别采用表面淬火、渗碳淬火、重熔淬火、冷激处理、盐浴（气体）软氮化、磷化等。凸轮升程测量采用专用仪器，北内汽车零部件有限公司、安徽金光机械股份有限公司等企业从美国、德国引进了凸轮轴专用测量仪。•18国内几大汽车厂的轿车凸轮轴生产线大多数引进了带CNC控制的加工中心和在线检测装置组成的自动流水线。4、气门挺柱和气门摇臂气门挺柱和气门摇臂材料有合金铸铁、低碳（合金）钢、中碳（合金）钢，对于不同的材料，表面强化分别采用表面淬火、渗碳淬火、冷激处理、磷化等。近年来，汽车发动机大多采用液压挺柱，液压挺柱镶在摇臂中，或采用顶置凸轮轴结构，这简化了进排气机构装置，减小了噪音。195、气门座和气门导管气门座圈和气门导管材料主要采用合金铸铁和粉末冶金材料，气门导管还有使用铜合金。由于粉末冶金材料利用率高，加工、使用性能良好，轿车、轻型汽车、摩托车发动机及部分柴油机采用粉末冶金气门座圈和气门导管的逐渐增多，国产柴油机大多数采用上海内燃机研究所开发的中铬、高铬合金铸铁气门座材料，部分增压柴油机采用含镍量较高的合金铸铁气门座。随着粉末冶金气门座圈可采用双层材料烧结而成，近年粉末冶金材料气门座圈在中重型柴油机