[鑄造篇]
鑄造技術簡介
鑄造是指將熔融金屬液,澆入鑄模而凝固成金屬成品的過程。鑄造工程是金屬成形加工技術中,唯一由金屬液直接澆鑄成形之加工技術,其與固體金屬材料經由塑變、結合、燒結或車削等成形的加工技術,諸如鍛造、焊接、粉末冶金及機械加工等有所不同。
鑄造技術的重要性
鑄造乃金屬加工中歷史最悠久的技術,亦是製造複雜零件最靈活的方法;鑄造工業可說是工業之母,是整體工業的基礎,應用範圍相當廣泛,舉凡民生工業用品、運輸工具、機械工業,甚至是高精密的航太國防工業也都需要採用鑄造方式來生產相關零件。
主要國家鑄造產業現況
2003年全球鑄件總產量(統計全球35個國家)為7,355萬公噸,較2002年成長4.8%,整體而言,除2000年略有下滑外,全球鑄件總產量呈現上升趨勢詳。
2003年美國鑄件產量為1,207萬公噸,佔全球總產量16.4%,較2002年成長2.2%,為自2000年起連續三年下滑後首度回升。2002年美國鑄造廠廠家數合計達2,512家,從業人數達183,093人,整體鑄造廠中近七成為50人以下之工廠,從業人數呈現下滑趨勢,2002年從業人數較2001年下滑8.7%。
2003年日本鑄件總產量為612萬公噸,佔全球總產量8.3%,較2002年成長6.6%,近年來日本鑄件總產量與其經濟成長率息息相關。2002年日本鑄造廠廠家數合計達2,495家,從業人數74,438人,從業人數與廠家數皆呈現下滑趨勢,在從業人數方面,2002年從業人數較2001年下滑7.2%,而在廠家數方面,2002年亦較2001年下滑7.2%。
2003年大陸鑄件產量為1,815萬公噸,佔全球總產量25%,為連續第五年成長,近六年來平均年成長率13%,預測到2008年奧運會前,將持續保持高速發展。大陸鑄造業包括家庭工廠在內約有24,000家,員工總數超過120萬人,每廠平均年產580公噸,平均規模很小。
我國鑄造產業概況
我國鑄件產量與經濟成長率息息相關,2003年我國鑄件產量為151萬公噸,佔全球總產量2%,全球排名第11名,較2002年排名前進一名。國內鑄造廠商計有826家,其中以11~40人之經營規模為最多,佔44.6%,70人以下之企業即佔整體產業88.7%,而整體產業之集中度以台中、彰化、南投地區為主佔38.7%。鑄造品絕大多數做為產品的零組件,其應用產業以運輸工具業、機械業、機電業、管閥配件業等產業為主,主要供應國內市場組裝後在國內販售或出口;根據中鋼公司預測,未來五年相關行業的平均年成長率分別為機械業6.98%,電力機械業6.41%,汽車零件業4.62%,機車零件業7.25%、金屬製品業4.85%,但成長率有下滑趨勢。
我國鑄造技術發展方向
鑄造品絕大多數做為產品的零組件,因此下游應用產業的產品發展,也牽動鑄造技術的發展方向,鑄造品應用產業包括運輸工具業、機械工業、閥製品業、民生工業用品,甚至是高精密的航太國防工業也都需要採用鑄造方式來生產相關零件。
國內未來應發展技術包括:沃斯回火球墨鑄鐵技術、鋁合金半固態鑄造技術、新耐熱鑄鐵開發、低熱膨脹鑄鐵、鑄鋼開發、高強度球墨鑄鐵開發、無鉛銅鑄件開發、金屬快速原型件鑄造技術、精密鑄造技術。
我國發展鑄造技術之五力分析
現有廠商競爭:廠商數眾多,又面臨大陸、東南亞競爭,常有價格戰發生。潛在進入者威脅:因屬分散型產業,其規模經濟、產品差異化並不明顯,投資生產的資金需求不大。
顧客議價能力:買方決定規格並有向後整合能力。替代品威脅:鍛造及液壓成型技術取代。
供應商議價能力:單次採購量少,少庫存,受國際價格波動影響大。
結論
國內鑄造產業的型態與結構和美、日比較,有相似與相異處,相似的是,大都是中小企業、人力/人才取得不易、面臨大陸的強力競爭、環保壓力大等;不同處是,國外自動化程度高,而國內低,另外國外有龐大的汽車工業支持,而國內汽、機車產業規模小。因此參考美、日發展趨勢,並根據國內產業市場現況,國內鑄造業應從新產品與新市場開發、新材料/新製程技術的引進/開發、管理與電子化、環境保護等四點方向,擬定未來發展策略。
[熱處理篇]
熱處理技術的重要性
熱處理是加工金屬零件或工具得到最終性能的重要手段之一,為金屬材料加工過程中極為關鍵的一環。金屬材料從設計、材質選用、成形、機械加工到產品完成前,大都須經熱處理或表面處理,來增強發揮材料應有之性能。
熱處理技術簡介
一般熱處理係將處理件整件加熱、冷卻,使處理件整件均能獲得性質上改善之熱處理;其方法有真空、鹽浴等之熱處理,而依操作方式有退火、正常化、淬火、回火等熱處理。
美國、日本、大陸熱處理產業概況
美國總廠商數合計達5,599家,其中以電鍍及其他表面處理業3,098家最多,20人以下的小型工廠佔了絕大多數,達65.1%。此一產業結構,與我國相當類似,為了有效管理小型工廠所造成的污染問題,美國EPA亦制訂了許多相關法規,以杜絕可能造成對環境的衝擊。
2002年日本金屬熱處理業總員工人數為13,180,廠家數有585家,總銷售額達2,303.5億日圓,但有逐年下滑趨勢。另從近幾年每人產值維持在17~18百萬日圓及附加價值率約55~56%間,亦可推測應該是由於該類行業自動化程度較低,人力較密集的關係。
中國大陸約有10,500多個熱處理生產廠,其共有設備11萬台,該總裝機容量600萬KW、生產能力700萬噸/年,實際生產量達不到700萬噸/年。
金屬二次加工技術發展藍圖-鑄造、熱處理
從事熱處理業工作人員約15萬人,年銷售額約50億人民幣,全員勞動生產率3.33萬元(人民幣)/人,全國熱處理耗電85億度/年。
我國熱處理產業概況
我國熱處理業屬中小企業形態為主,員工人數皆在在100以下,其中以41~70人之經營規模為主,佔整產業約52.9%,而整體產業之集中度以台中、彰化、南投地區為主,佔有40.6%。
國內熱處理業者目前主要處理產品有機械零件、汽機車零件、五金工具、螺絲螺帽、鋼材及金屬相關熱處理等,客戶以國內組裝廠市場為主。其中螺絲螺帽產業屬熱處理應用較為明確之產業,佔熱處理應用產業之10.1%。
熱處理發展方向
由於熱處理和機械產品品質密切相關,國外先進工業國家,都十分重視熱處理技術的研究和應用,熱處理技術的發展真是日新月異。主要表現在:(1)以保護氣氛與真空為主的無氧化熱處理技術日趨完善和普及。(2)低壓滲碳、氣淬、表面改善等新的熱處理和表面處理技術不斷湧現。(3) 節約能源熱處理和精密熱處理技術迅速發展。(4)熱處理的污染和治理及清潔環保問題受到了極大的重視。(5)熱處理產品品質的控制愈來愈嚴格。(6)生產的白動化水準不斷提升。
我國發展熱處理技術之五力分析
現有廠商競爭:企業規模小者居多,研發投入資源有限。廠商集中度低,但因產品種類及市場區隔亦多,整體產業屬獨佔型競爭市場。固定成本高,產品轉型困難,且業者與應用產業有長期合作的關係,廠商有很大的退出障礙。在國內外廠商低價競爭下,市場價格競爭激烈。潛在進入者威脅:投資之資金、土地、設備及人力需達到量產規模,以降低單位成本。而污染管制日趨嚴格,民眾環保意識日漸高漲。
顧客議價能力:長時間的合作下,大多數顧客對合作廠有基本的忠誠度。但大客戶廠自設熱處理設備,使專業熱處理廠更難維持。
替代品威脅:熱處理產品具有特殊需求的材質性,替代產品替代能力有限,頂多是金屬材料升級,仍須以熱處理加工。
供應商議價能力:消耗性材料國內供應不足或品質不佳。製爐業者面臨技術人才缺乏、原料均需進口及惡性競爭。
結論
在熱處理朝向強化、輕量化、高機能化、省能源及成本低減等特性邁進時,其背後之污染、溫室效應等環境問題亦是被重視的,所以在相關技術及設備上如何來降低相關之傷害,亦將是未來的重要課題。