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铝合金件金属铸造工艺及设备
铝合金件金属型铸造工艺及设备
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2021-03-0509:
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1.概述
铝合金件金届型铸造方法由丁其生产率高、劳动环境活洁、铸件外表光洁和内部组织致密等优点而被广泛应用.尤其是汽车发动机部件,日、美、英、德和意等工业兴旺国家很多采用金届型重力浇注方法生产汽车发动机铝缸体、铝缸
盖和铝活塞.近几年,我国许多厂家也引进先进金届型设备或自制设备生产汽车发动机位盖、进气管和活塞等铝铸件.金届型铸铝技术也广泛应用丁航空、航天、高压电器、电力机械以及仪器仪表等行业.铝合金件金届型铸造与其他一些铸造方法〔压铸、低压铸造和砂型铸造等〕相比主要具有如下几方面的优势:
1〕几何尺寸和金相组织等综合质量好.
2〕较低压及高压铸造工艺灵活,可生产较复杂铸件.
3〕更有利丁大批量生产,实现高度自动化和简化维修;在同等生产规模下,与高、低压铸造相比,铸造设备和金届型等工装的一次性投资更低.
2.铝合金件金届型铸造工艺技术
〔1〕铝合金件金届型铸造工艺设计金届型铸造工艺设计关键是铸件浇注位置确实定、浇冒系统的设计和模具工作温度的限制和调节.
1〕铸件浇注位置.它直接关系到金届型型芯和分型面的数量、金届液导入位置、排气的通畅程度以及金届型结构的复杂程度等,从而决定金届型加工和操作的难易程度以及铸件冷却温度分布,进而影响铸件的生产效率,尺寸精度等内、外质量.因此,铸件浇注位置是铸造工艺设计首先考虑的重要环节.
2〕浇冒系统.铸件浇冒系统设计决定铸件内、外质量.浇冒系统应具有撇渣、排气和补缩功能,同时应保证铸件合理的凝固、冷却温度场.正确、合理的浇冒系统除凭经验估算外,附算机数值模拟可直观地预测铸件凝固过程温度场,显示铸件可能产生缩松〔孔〕的危险部位,从而指导工艺设计,并通过调整浇冒系统结构和尺寸、金届型结构、限制冷却速度或调整涂料层厚度等手段调节温度场、消除铸造缺陷,如采用底注式浇注的汽车发动机铝缸盖的毛坯,尽管采取在上部设置几乎超过铸件重量的大冒口和底部强制通水冷却的工艺举措也难以调整合理的顺序凝固的温度场,难以消除底部内浇口周围过热而造成的缩松缺陷.某厂引进法国Sifa公司铝合金金届型铸造机正是采用这种浇冒系统,生产工艺
不稳定.白分之白的缸盖需浸渗,对丁缩松严重的缸盖即使浸渗也满足不了耐压要求;而从冒口直接注入铝液,铝液经过陶瓷过滤器净化后进人型腔,保证了铸件合理的冷却梯度,即自下而上的顺序凝固方式,消除了缩松缺陷,位盖成品率显著提升.英国Foseco公司曾对两种浇注方法做过详细的研究和比照试验工件,并称后者为DYPUR法.该法使型简化、紧凑,节省铝液,铸件成品率高.采用该法即使由丁铝液有较高落差造成的少量夹杂缺陷,对铸件的力学性能和气密性影响也不大.当然,浇冒系统的开设位置、结构和尺寸大小除考虑铸件凝固温度场外,还需兼顾型复杂程度,金届液充型是否平稳,是否具有撇渣和排气等功能.
3〕金届型工作温度.同样,金届型工作温度和各局部的温差对铸件的冷却温度场有着重要的作用.对金届型局部过热区域强制水冷和风冷是为了保证该区域保持正常的工作温度,提升生产效率,同时消除过热,保证正常的冷却温度场.金届型工作温度限制比拟先进和有效手段是限制冷却水出口温度,出口温度
靠冷却循环水循环速度调节.如意大利Fata公司和法国Sifa公司设计制造的金届型都有先进的水、风冷却装置.此外,对于局部厚大热节部位还可镶嵌热导率高或蓄热量大的金届嵌块或调节涂料层厚度和涂料种类以保证铸件形成合理的冷却温度梯度,消除局部缩松〔孔〕缺陷.
〔2〕铝合金金届型设计及材料
1〕金届型设计及制造.好的金届型设计和制造技术是满足工艺设计、适应大批量、高质量铸件生产的关键.金届型设计主要包括金届型结构、排气系统、锁紧机构,冷却系统、连接机构以及铸件顶出机构.合理的铸造工艺和金届型设计只有通过先进的金届型加工制造技术来表达.
2〕金届型材料.适宜制造金届型的材料应具有足够的高温强度、一定的热
稳定性和热疲劳强度以及足够的强韧性.国内一般用铸铁、铸钢和铜合金作为铝合金金届型模具材料,平均寿命10000〜50000次左右;兴旺国家普遍采用美国钢铁学会〔AISI〕分类的H-13,相当于国内4CrMoVSi钢.这种钢具有较高的热强度和硬度,还具有较高的耐磨性和韧性,用它作模具,其铸件尺寸稳定、模具寿命长,一般大于100000次.当然,模具的寿命除与材质有关外,还与模具结构、铸造合金的材料、操作和治理等因素有关.
3.铝合金金届型铸造设备及自动化
〔1〕金届型铸造设备金届型铸造机按用途可分为专用金届型铸造机和通
用金届型铸造机;按动力可分为手动、气动、电动和液压金届型铸造机.国外一些铸造设备厂按产品和用户的要求研制出许多专用金届型铸造机,如铝缸盖、铝
缸体、铝活塞、铝进气歧管等金届型铸造机.制造铝合金金届型铸造机著名的有意大利的Fata公司,法国的Sifa公司等.中国近几年有二十多个厂家陆续从国外引进铝合金金届型铸造机和工艺技术,为国内外配套生产汽车铝合金铸件.上海汽车有色铸造总厂引进Fata公司金届型铸造机生产桑塔纳轿车发动机铝缸
盖,一汽轻型发动机厂引进Sifa公司设备生产CA488型汽车发动机缸盖.
〔2〕金届型铸造自动化生产线金届型铸造自动化生产线包括:
金届液熔化及传送设备、浇注机、金届型铸造机、下芯和取件机械手、金届型涂料涂敷机、铸件传输及浇冒口切除机、热处理设备和炉前快速检测仪器等.自动化生产线适用于专业化生产,可高效活洁地生产大批量优质铸件.
中国铝铸造业的生产现状及前景展望
〔一〕铸造行业概述
1,综述
2,铸造业在国民经济中的地位和作用
〔二〕铝铸造业生产运行情况
1.铝铸件产量回忆
2.铝铸件在国内地区分布状况
3.骨干企业运行情况
〔三〕铝铸件市场分析
〔四〕铝铸件应用范畴及其工艺方法
〔五〕存在差距
〔六〕“十一五〞期间展望
中国铝铸造业的生产现状及前景展望
一,行业概述
1.综述
铸造是主要金属成型工艺之一,铸造技术涉及物理,化学、冶金、机械等多种学科.古代文物说明,在中国生产青铜、铸铁制品要比其他国家早许多个世纪,中国人早在公元前513年,成功的铸造重达270屈的铸铁刑鼎.铸造历史经历了漫长的岁月,达几千年之久“由此看出,铸造生产,对于人类文明社会的进程,曾经发挥过巨大作用,铸造制品至今仍作为工程的主要材料°
2.铸造行业在国民经济中的地位和作用
铸造是制造业的根底工业匚国民经济各行业都离不开铸造,如重型机械、机床、矿山、冶金、汽车、电站、农机、通用机械、机车车辆、石油化工、造船、纺机、轻工机械、建筑五金、家用器具…等行业,都需要大量铸件,乃
至航天、航空高科技工业以及人们的日常生活都离不开铸件,铸件的品种、产品质量、生产规模,直接影响国民经济各行业的开展口铸造生产对资源和能源的消耗,环境保护等方面有着重大影响°因此工业兴旺的国家都非常重视
铸件的生产,在美国,铸造业就是制造业中的第
大行业
O美国、日本、德国等工业兴旺的国家都与其铸造的开展有着直接关系Q
3.铸造行业开展概况
十年来,随着国民经济的高速开展,铸造行业也快速开展,各类铸件的产量都持续增长.2004年全国铸件产量到达2,242万吨.比六年前的1998年增长了119.9%;自2000年以来,我国锈件产量一直居世界首位,同样我国也是铸件出口大国,2004年铸件出口星213.1万吨’改革开放以来,铸造企业在技术、治理等方面取得了长足进专,已有一批企业能生产出世界一流的铸件.铸造生产以较快的步住向专业化、商品化方向开展,商品化率由过去的20辱左右,提升到目前的60%以上,大局部全能厂的铸造部门在向独立法人过渡,国营铸造厂向股份转制,通过改蛆而独立成专业铸造厂,中国铸造业已从方案经济进入市场经济模式,产品除供给原单位外,还面向国内和国际市场,有不少企业的铸件已远销国外,我国镌件出口数量呈逐年递升趋势,
4.全国铸造生产企业
全国铸造生产企业,因数量庞大,加以开业、关闭、重组频繁,很难做出较准确的统计,根据对有代表性的1.个省市的调查,另有10个省市的概略统计,测算到2003年底止,全国共有铸造生产企业约26,00.家.见表L
宴1
全国铸造厂点数
其中
总数
铸铁
侍钢
铸有色含金〔含压铸〕
全国铀造厂席
〔个〕
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4,700
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占全国总数口分比<^〕
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二.铝铸件生产运行情况
1-铝铸件产量回忆
近年来,随着我国国民经济的高速开展,特别是汽车工业的迅猛突进,推动了铝铸件生产的持续增长,2004年铝、镁铸件产量到达1,699,099吨〔其中少量的镁铸件〕,年增长率达45%,2005年仍然保持良好开展势头"现将2000-2004年全国轻合金〔铝、镁〕铸件产量与汽车产量增长情况列于表2,2000-2004年全国铝、镁铸件产量列于表3“
表22000-2004年全国轻合金铸件增长与汽车产量增长情况表
2000埠
2001iF
2CO2年
2003年
2004^
汽卒总产量[辆〕
20691X)0
2334400
32512(KJ
4443700
50705(H)
其中轿车产量
〔辆〕
700000
1091000
2OI89 2316300 T1-1口筮♦1无口金产量〔吨J 799196 8782S7 9792知 117网 1699网 表32000年-2004年铝,镁合金铸件的产1〔吨〕 年价 1: 217;法 2U0U年 2GUI年 2002年 2003年 2CO+年 比上年增m 各类1: 艺占总ft%, 铝合佥压铸件 327,5iX) 386.65Q 438.970 505,420 ■ 43.1 镁合佥出铸件 4J24 4.470 4,950 利6. ■ U.5 其他工乏铝铸件 467572 用7.167 535370 660,513 - — 56.4 铅,度借件总 产量 799J96 878,287 979". 1,171,7 93 1,6哄 99 4-45 100 2•铝铸件在国内地区分布状况〔见表4〕 表42003年各省〔自治区、市〕铝、镁合金铸件的产量〔吨〉 北京: 5680天津: 21200河北、山西: 43700内蒙]5200 辽宁: 88000吉林;12880 黑龙江3300上海: 52800江苏265500淅江170720安徽;2969山东: 95000 福建】5000江西】4300河南,28000湖北14430广西: 435湖南、广东、海南: 162000 重庆: 143142四川、贵州、云南: 42158陕西: 4000甘肃、青海、宁夏849新疆: 350 从地区分布看来,华东地区铝、镁铸件产量最高,约占铝、镁铸件总产量的50.9%,中南地区次之,以省市来看以江苏、浙江、广东、重庆等省市铝、镁铸件产量较高.江苏省铝、镁铸件产量占铝、镁总产量22.7%, 3,骨干企业运行情况〔见表5〕 表5局部骨十企业运行情况 r - 企业名祢 铝特件产量〔«> 主要产用 1艺方注 20031 倾5年 汽倚造 汽车峙件n 压给 家风汽车年可 7200 7(MJU 汽车铸件 上海皮尔菖格有色等菖件 有限蛰司 12315 汽车铸悴 塑力、匝铸、 轿不 上海盹.神汽4倒件限公司 427J 4722 54|7 汽车、其他 上海金合利由捻我il迨有限公可 1Q65J 霞泉低 U- 6 力丰良待扯埴舍团 4250O WJ^UJ Fk他 压 7 广麻沔图f有 圈心司 5OK2 7369 汽uw电玉持悴 星铸 8 广瓶文址压衅有阴公司 65(0 81XXI 汽札宗电,遍虱 H44 4 怫ilii莉海中南铝台金轮毂有双公切 135I0 他压 10 魄h•抡蚁刑苗有住公 司 25000 低压 II 大理亚明汽车部件制 造打限公讫 2450 3345 W4U 汽T•循忤 HRr 11 重庆和压铸rr队公司 26RtlO 14UIJ 汽*徊件 It诺 II 函队由洽帆机禁石眼公司 9062 10424 9285 哗托车传件 庵铸 I4 重庆市志成机械r* 1054S IW1I |aL 汽竹头 重力 I5 4忒她力谜h制造它限公司 10359 13颁 重: 力 I6 项大人扣美利伯任饷有限公诃 明3 3600 5200 汽车铸件 用铸 I7 重庆隆创或为有限公司 2000 800(1 8000 摩托牛丸 凯头 5重加低压 德 重庆蝌龙庶转有限公司 2250 315U 4200 摩托车it 堡铸 I9 重m儿方传造有限公祠 4000 51KKJ 6000 哗拓牛痔件 重力 20 重庆虹1KSI美制迫令限公M 2745 顺. 气tm 重力 上表所列的企业,无论是规模,技术、还是产品质量都具有一定的实力,在国内市场均占有较大的份额,有的企业,在国际市场也享有较高的信誉,K有较强的竞争力,在企业内,有的设有技术中央〔科研部门〕,具有铸造产品开发、设计、科研、应用和推广的水平,拥有国内外的先进装备及仪器口并能采用CAD/CAE/CAM一体化技术,快速开发新产品,各均有自已的产品优势及销售网络,他们有长远规划,稳定主导市场,拓展开发新市场. 三.铝铸件市场需求 L铝铸业持续开展是历史的必然趋势 十一五'时期我国经济平稳较快的开展,国家将继续坚持宏观调控政策举措,国内等行业对铸件的需求仍将保持稳定增长,尤其今年国家倡导建设节约型和环境友好型社会已成为十分紧迫的任务,而临社会对铸造业越来越高的要求,为了实施可持续开展的战略,为了减轻对资源消耗对环境污染的压力,铸件的轻量化已成为至要的开展趋势,以汽车制造为例,重量减轻10%可使燃烧效率提升7%,并减少10%的污染,因此,必须使汽车到达节能环保的口标,汽车要努力提升燃料的经济性,要严格限制排放,减轻汽车自重是重要举措,从而要求汽车铸件必须轻量化,薄壁化、精确化、强韧化,我国汽车铸造业必须走高效、节能,节材,环保之路,走绿色碍造之路, 新一代汽车目标是每100公里油耗要减少到3升,据美国有关新一代汽车研究资料介绍'汽车重量减轻40-50%,其中车体和车架的重量要求减轻50%,动力及传动系统减轻10%.从汽车开展趋势来看,汽车中钢铁材料用量将大幅度减少,而铝及镁合金用量将明显增加.专家予测,美国新一代汽车,到 2.09年74%的汽车发动机缸体及98%的缸盖将用铝合金铸造亡 国内外市场对轻合金〔铝、镁〕铸件的巨大需求,加以我国拥有局部有色金属资源和强大的劳动力资源,从而决定了我国轻合金〔铝、镁〕铸业持续开展的必然趋势. 2.铝铸业的市场 我国铝合金铸件中以铝合金压铸件占主导地位,铝合金压铸件产量约占铝铸件总产量的43.3%.汽车和摩托车行业是压铸件的主要市场,其次五金灯具、家用电器、电开工具等行业十分兴旺,故中国压铸生产开展仍能保持较大的稳定性和较高的增长速度 1〕汽车发动机铝合金缸体压铸 近年来,我国汽车铝合金发动机缸体压铸开展迅猛’如广州东风本田发动机、重庆长安汽车集团、长安铃木汽车、哈尔滨东安动力、上海乾通汽车附件、长春一汽集[、宜兴江旭、广东鸿图科技等公司,先后引进了3000吨自动压铸机生产线,均为开发生产大型铝、镁压铸件创造条件. 2〕汽车、摩托车轮毂 目前我国已是世界上铝合金轮毂生产大国之一,也是重要的出口国之一口全国生产铝合金轮毂企业约不到近百家,其生产工艺主要是金属型重力铸造和低压铸造,轮毂的年生产水平目前估计能到达5000万只口轮毂制造业都在积极引进新设备以扩大产能口目前年生产铝合金轮毂100万只以上的企业: 昆山六丰、浙江万丰奥特、厦门民兴金属制品、秦皇岛戴卡、南海中南、上海金合利等企业. 3〕铝合金活塞 随着汽车、摩托车及其他车辆产量的增长,铝合金活塞早就实现了专业化生产,近10年产量增长很快,产品质量也到达了国际先进水平■目前主要生产企业有: 山东渤海活塞集团'马勒发动机零部件公司、轻骑集团曲阜活塞厂、肇庆本田、上海科尔本施密特活塞公司、上海活塞分厂、东汽集团活塞轴瓦公司、福州镇金汽车配件等公司. 4〕汽车零部件已构成巨大市场. 汽车产业的开展推动了零部件制造业的迅猛开展,全国汽车零部件企业约有5000余家,其中境外投资企业约1.00余家,与汽车零部件配套的行业,其中以铝铸业占有较大的份额.用压铸、重力铸造或低压铸造工艺制造汽车铝铸件的专业生产厂日益增多,在此不详细阐述了. 5〕摩托车产销长盛不衰成为铝铸业持久开展的重要支柱. 6〕建筑五金、日用五金的开展为铝铸件的增长提供了良好的条件. 四一铝合金铸件应用范畴及其工艺方法我国汽车铸造业必须走高效、节能、节材、环保之路,走绿色铸造之路,必无选择. 几种典型汽车铸件分析: 〔1〕缸体: 汽车上最重要、最复杂的铸件, 位于汽车的心脏-发动机上. 缸体壁厚最薄处往往不到3mm,大多用高强度灰铸铁,也有蠕墨铸铁,由于汽车轻量化的进展,采用铝合金的越来越多,对于铸铝缸体那么采用压铸、低压铸造,国外还采用消失模铸造、挤压铸造〔用铝基复合材料的予嵌缸套 〕以及半 态铸造等,还有用砂型铸造的〔如 DISA造型工艺〕.国外有的汽车制造厂甚至开 始考虑用镁合金铸造缸体口 〔2〕缸盖: 汽车上既复杂又关键的铸件,发动机的燃烧室、进气口、排气口都位于缸盖上,缸盖的材质可以是高强度的灰铸铁或蠕墨铸铁,但应用最广的还是铝合金缸盖,而镁合金缸盖在国外也开始应用,缸盖的铸造方法较多,如砂型铸造、金属型重力铸造、低压铸造,国外包括消失模铸造、压铸 〔米用DouIer砂芯等〕和半固态铸造◎ 〔3〕变速箱壳体: 卡车变速箱壳体材质多为灰铸 铁,也有蠕墨铸铁,普遍采用砂型铸造.而轿车变速箱壳体,那么是典型的、复杂的薄壁壳体铸件,材质多为铝合金,米: 用镁合金正在增加,一般都米用压铸工艺〔低速中压填充压铸、双压射冲头压铸、真空压铸、加氧压铸等〕口近年来国外开发的半态镁合金压射成型技术,使金属充填平稳、不紊流、预防氢气卷入. 〔4〕进气歧管: 不规那么的变截面的进气道内腔形状,一直是汽车铸造业的难题,卡车用的进气歧管多为灰铸铁,砂型铸造,轿车的进气歧管材质为铝合金,其铸造方法为消失模铸造、金属型重力铸造… 〔5〕活塞: 是形成发动机动力的关键汽车铸件.其材质为铝合金、复合材料铝合金口铸造方法金属型重力铸造、低压铸造、挤压铸造等, 〔6〕车轮轮毂: 轿车车轮轮毂材质为铝合金,其工艺方法有低压铸造、挤压铸造〔包括旋转式垂直挤压〕、金属型重力铸造、差压铸造等. 汽车铸件种类较多,国外很多种轿车铸件开始采用镁合金,以诂应轻量化的要求,汽车镁合金铸件除以上介绍外还包括: 离合器外壳,罩盖,方向盘、座椅、仪表盘等的骨架,刹车支架等口 五.存在差距 1.我国铸造厂点多、平均规模小,与科学的经济规模差距甚大 自2000年起,我国是世界上镑件生产大国的榜首.从而篇造企业总数也是世界最多的,虽然我国中大型企业铸件年产量较高,在铸造行业中占有一定的份额,但小规模的企业占有较大的数量,那么2004年全行业平均每一企业的年产量仅约为862吨,只是其他工业兴旺国家的1/41/9,差距很大. 同样2004年我国有色锈件平均每一企业的年产量526吨,也分别是其他兴旺国家的1/2-1/8,我国轻合金〔铝、镁〕铸件的产量.2004年比1998年增加了147.5%,达169.9万吨,2004年轻合金镑件在铸件总产量中只占7.6%o现将2004年我国各类锈件的产量及2004年全球主要铸件生产国家的铝株件产量分别列于表6、表、 表62004年各类铸件的产量及占总产量百分比 铸件类别 灰铸钦件 球墨铸铁件 可锻铸钦件 铸钢件 产量 1L267,366 5,603,410 570,620 2,727,397 rh忘F甲1: 1ttIL(%) 50.2 25,0 2.5 123 铜含金铸件 铝、镁合金铸件 锌合金铸件 总计 327,63® 1,699,099 224,424 22,42.,452 1.5 7.6 1.0 100 表72004年全球主要铸件生产国家的铝铸件产量 中国 r美国 「日本I 德国 铸件总产量 〔吨〕 22420452 12314121 6386449 4984473 F铸仲产量 〔吨〕侣铸件产旱. 1699099. 1964054 134696渗 715725 V|=|IITZ-TZ. 占总产房(%) 7.6 15.9 21.1 14.4 印度 12两 法国 意大利 英国 加拿大 4623(X)0 2829916 2465617 2441282 1273000 863373 版)00()卜 209622E 348902 828400 190000. 244网 &2 7.4 14.2 33.9 14.9 28.3 从表7中看出,我国铝铸件占铸件总产量7.6%,而工业发达国家美国.日本、德国、法国、意大利、英国、加拿大等国,铝铸件占铸件总产量分别为15,9%、21.1%. 14.4%、14.2%、33.9%、14.9%.28.3%,差距是如此之大,我国铝铸件产量占铸件总产量的数值根本与印度、巴西等同. 2.行业内部水平相差悬殊、总体水平与兴旺国家相比存在较大差距, 行业内部,铸造企业的技术、治理和装备水平相差悬殊 少数铝铸造骨干企业水平很高,在技术、质量、装备等方面已接近或到达国际水平,但在产品高品质能始终保持稳定一致、能到达6.理念的也只是极少数,多数企业还处于20世纪六、七十年代水平,铝镌业利用重力铸造和砂型铸造的铝铸件还占有较大比例,因而中低档铸件竞争激烈,而能做高档复杂铸件的工厂却为数不多. 行业整总体水平与兴旺国家同行业相比存在较大差强,如工艺技术水平、生产治理水平、装备水平、产品技术含量〔附加值〕、生产规模、生产效率,各项经济指标、设备利用率、作业环境、循环经济等方面邙 3.技术开发、自主创新水平弱,影响铝铸造工 业的开展. 铸造业在观念创新、机制创新,治理创新等方面存在缺乏,尤其在技术方面,科技水平较低,先进设备和新工艺应用较少,我国铝铸业利用重力铸造和砂型铸造的铝铸件还占有较大比例,占铝铸件总量56.4%,总之自主创新的水平差,虽然局部骨干企业的产品已有水平在国际市场参与竞争,能引进、消化,并能创新,也取得了一些成果,上述企业仍是极少数的,而行业的总体来说,技术开发水平比拟薄弱,行业竞争的主体仍为中低档产品’具有技术含量高、高附加值的产品、享有国际名牌信誉的产品更是寥寥无几,甚至依赖进口,行业中高技术水平,高质量的产品竞争力不强,这也是影响铸造行业开展的主要因素之一, 4.我国铝铸造业仍按传统的经济运行方式组织生产,资源和能源利用率低、阻碣铝铸
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