精沖技術(shù)的昨天、今天和明天(新)

1、精沖技術(shù)的昨天、今天和明天中國(guó)北方工業(yè)公司高級(jí)工程師周開華、歷史的回顧精沖技術(shù)的起源，要追溯到1914年以來工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。1923年3月9日，德國(guó) 人F. SCHIESS首先取得了精沖技術(shù)的專利權(quán)。專利題目：金屬零件液壓沖裁裝置專利號(hào)：371004 (見圖1)。1922年生產(chǎn)出世界上第一個(gè)精沖零件(見圖1)。kx am khCBI-TArmMffTPATENTSCHRIFTjhil mHIJ圖11924年F.Schiess在瑞士 Lichtensteig建立了世界上第一個(gè)精沖工廠。然而，精沖技 術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)83年了。他走著一條漫長(zhǎng)而曲折的歷史發(fā)展道路，大致可分為：(1) 秘密期：(19

2、231956)年，主要在鐘表、打字機(jī)、紡織機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域。(2) 普及期：(1957 1979)年，主要在機(jī)械、儀器儀表、照相機(jī)、電子、小五金、 家電等工業(yè)領(lǐng)域。(3) 發(fā)展期：1980年至今，主要進(jìn)入汽車、摩托車和計(jì)算機(jī)工業(yè)領(lǐng)域。這段時(shí)間，ESSA、Feintool、Schmid、SMG、Osterwalder等功不可滅。特別是 Fritz B?sch先生領(lǐng)導(dǎo)下的Feintool，在精沖工藝和模具的研發(fā)上，更是一路領(lǐng)先，對(duì)世界精 沖事業(yè)作出了很大的貢獻(xiàn)。二、精沖的現(xiàn)狀1、強(qiáng)力壓邊精沖一枝獨(dú)秀眾所周知，精沖技術(shù)是在普沖基礎(chǔ)上發(fā)展起來的先進(jìn)工藝方法。今天我們所說的精 沖是強(qiáng)力壓邊精沖，它的工藝原理

3、是：在三動(dòng)壓力機(jī)上，借助特殊結(jié)構(gòu)的精沖模，在強(qiáng) 力作用下，使材料產(chǎn)生塑性一一剪切變形，從而得到優(yōu)質(zhì)的精沖零件。它的出現(xiàn)，從根 本上改變了金屬材料加工工藝鏈。因此，精沖決不是一種替代加工工藝方法，而是一種 高質(zhì)量、高效率、高附加值的加工工藝。（見圖2）精沖I r-普通沖裁圖2精沖工藝原理PS =沖裁力；Pr =齒圈力；Pg =反壓力。1凹模；2壓板；3凸模；4頂件器。當(dāng)今，盡管還有日本對(duì)向凹模精沖、美國(guó)平面壓板精沖等不同工藝形成，但目前都 未得全面的推廣和應(yīng)用。-2 -2、世界精沖市場(chǎng)快速擴(kuò)展近 25 年來，強(qiáng)力壓邊精沖技術(shù)發(fā)展很快，主要表現(xiàn)在：(1) 全世界約 45個(gè)國(guó)家， 360多個(gè)公司采用

4、了精沖技術(shù)。(2) 精沖機(jī)： 約(36004000)臺(tái)。(3) 精沖件： 約 10000種。(4) 精沖模： 72%采用連續(xù)精沖模。(5) 精沖工藝： 向著復(fù)合成形工藝發(fā)展。3、中國(guó)精沖市場(chǎng)穩(wěn)步前進(jìn)如圖 3 所示為中國(guó)精沖市場(chǎng)狀況：(1) 精沖市場(chǎng)分布： 中國(guó)精沖分布在 16個(gè)省市 53 企業(yè)，不包括其他形式的精沖專 業(yè)廠。(2) 精沖機(jī)擁有量： 進(jìn)口： 80臺(tái)，國(guó)產(chǎn)： 1015臺(tái)(不包括液壓模架 )。(3) 精沖件： 生產(chǎn)約 35004000種。(4) 精沖模： 在設(shè)計(jì)與制造上已初具水平。(5) 精沖隊(duì)伍： 約 5000 人。- 3 -北盛機(jī)業(yè)所6WJnjLau'CKP-FW kJ6

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9、是連續(xù)而急劇的，從而出現(xiàn) 了美好的前景。當(dāng)前，精沖技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：1、工藝傾向1）工件結(jié)構(gòu)的工藝性（1）從簡(jiǎn)單平面件到復(fù)雜立體件為主流，在滿足產(chǎn)品功能要求的同時(shí)，尋求精沖 件結(jié)構(gòu)合理化。特別是鑄、鍛、粉末冶金及機(jī)加工件向精沖件轉(zhuǎn)化（見圖4）。圖4（2）精沖材料的工藝范圍正不斷擴(kuò)大。.料厚：（0.122） mm;特別是中厚板（612） mm。.機(jī)械性能：匚B > 900 N. mm2， 甚至匚B=1370 N mm2。.種類：除常用精沖材料外，還可沖制鈦合金鋼、不銹鋼，電磁鋼，雙金屬材料 等;（3） 精沖件結(jié)構(gòu)參數(shù)的評(píng)定，應(yīng)參照德國(guó)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)VDI3345;2）FFS

10、 （Fineblanking-Forming-Stamping）復(fù)合成形工藝的出現(xiàn)由于平面零件向三維零件發(fā)展，與彎曲、拉深、翻邊、沉孔、半沖孔、壓扁等成形 相結(jié)合，產(chǎn)生連續(xù)復(fù)合成形工藝。從而使精沖工藝有了更廣闊發(fā)展前景（見圖5）。圖53）冷鍛、擺輾工藝與精沖相結(jié)合，（見圖6）2、模具傾向1）模具結(jié)構(gòu)（1）固定凸模式模具（80%）較活動(dòng)凸模式模具（20%）多4倍左右。（2）廣泛使用連續(xù)復(fù)合模（72%）,實(shí)現(xiàn)工件多工位復(fù)合成形加工，以減少?zèng)_次和 提高效率，還有“縱向級(jí)進(jìn)”復(fù)合成形模。（3） 大力發(fā)展適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化，成組作業(yè)的模具，如傳送模（見圖7）0圖7（4）智能化模具：在分析零件中具有風(fēng)險(xiǎn)的幾何

11、單元，使之成為在壓力機(jī)上不卸 下模具時(shí)，能快速更換的元件和組件（見圖 8）。（5）建立模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、模具零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)模架庫(kù)。（6）從模具設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)向CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的集成發(fā)展。（a）可更換的鳳險(xiǎn)元件（b）可更換的小組裝件（門 可更換的模塊組件圖82）模具材料模具材料影響模具壽命和生產(chǎn)率。故選材時(shí)，應(yīng)充分考慮下列因素：（1）模具工作零件的受力狀態(tài)一一壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、0.2屈服極限、沖擊刃性，耐磨性和穩(wěn)定性。(2) 模具工作零件與被沖材料的硬度和厚度相適應(yīng)。例如:當(dāng) s< 4mm,二B =500 N mm2 時(shí)，凸模材料為合金鋼165Cr MoV12。X220C

12、rVMo13.4 (PV)。當(dāng) s>4mm，二b >500 N mm2 時(shí)，凸模材料為高速鋼 S6-5-2, ASP23, CPM9V。 當(dāng)工件批量大，且s< 1mm,二b >700 N mm2時(shí)，凹凸模材料為硬質(zhì)合金 GT30。(3) 模具材料的熱處理工藝3) 模具制造(1) 采用高精度、高效設(shè)備和測(cè)試儀器。為高精度電加工機(jī)床、坐標(biāo)磨床、三坐 標(biāo)測(cè)量機(jī)等。(2) 采用真空熱處理工藝。(3) 采用特殊處理工藝：鍍 TIN或TIALN和超低溫處理(180 C200 C )3、設(shè)備傾向1) 結(jié)構(gòu)型式框架結(jié)構(gòu)。組合結(jié)構(gòu)(二段式、三段式)。FTL 增強(qiáng)型(HFA plus)和雙

13、連桿長(zhǎng)臺(tái)面 HLT1250型，(見圖9)。Schmid-X-TRA SERIES 型Mori-FB250B加長(zhǎng)導(dǎo)軌型圖9HD-高壓泵；ND-低壓蓄能器；EN-快速行程缸；RZ-齒圈缸;ZH-輔助缸；HJ-油回路；GH-反壓缸；HZ-主缸；AZ-平衡缸<- 10 -2) 傳動(dòng)方式以液壓傳動(dòng)為主，機(jī)械傳動(dòng)少，下傳動(dòng)多于上傳動(dòng)?，F(xiàn)在除三動(dòng)精沖機(jī)外，更多的 出現(xiàn)五動(dòng)、七動(dòng)精沖機(jī)，以滿足不同的工藝要求。3) 設(shè)備性能(1)向大噸位(400800) t和CNC化、高速化方向發(fā)展。沖裁速度探測(cè)速度均 在70mm/s，閉合與回程速度均為 200 mm/s，行程次數(shù)(70100) n/min。( 2)噪音

14、小，耗能低，安全可靠性。4) 成套機(jī)組( 1 )開卷校平送料潤(rùn)滑沖裁切廢料另件分選組裝傳輸。( 2)精沖自動(dòng)生產(chǎn)線上，在線檢測(cè)功能，對(duì)不合格品作出及時(shí)的處理。5)重視外圍設(shè)備： 校平機(jī)、去毛刺機(jī)。4、使用傾向1) 使用條件精沖技術(shù)應(yīng)用的基本條件是：( 1 )具有適合精沖工藝特點(diǎn)的產(chǎn)品零件；( 2)具有相應(yīng)的生產(chǎn)條件精沖模具、精沖機(jī)床、精沖材料和精沖潤(rùn)滑劑等；( 3 )具有一定的生產(chǎn)批量；( 4)具有對(duì)精沖技術(shù)的認(rèn)識(shí)能力；( 5)具有一支素質(zhì)較高的技術(shù)隊(duì)伍。2) 使用范圍 從世界工藝領(lǐng)域的發(fā)展來看，不能也不可能回避精沖技術(shù)。因?yàn)樗诹慵庸そ?jīng)濟(jì) 性方面，展示了工藝流程的合理性，它首先應(yīng)在汽摩和電

15、子行業(yè)大力推廣。因?yàn)樗鼈兩?產(chǎn)規(guī)模大，批量大，需要精沖設(shè)備數(shù)量多。5、管理傾向主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、銷售等方面程序化、計(jì)劃化、定量化、信息化、協(xié)作化?，F(xiàn)在推行一種新生管理模式“中場(chǎng)企業(yè)”網(wǎng)絡(luò)化制造，形成平面式的“虛擬 企業(yè)”。這將是制造業(yè)的核心和主流。6、市場(chǎng)傾向1)精沖工程。 如圖 10 所示，精沖不是單一的、孤立的工藝技術(shù)，而是與多方面有聯(lián)系。并形成一個(gè)系統(tǒng)工程。它主要表現(xiàn)在:圖10精沖條件(1) 精沖零件：結(jié)構(gòu)形狀、工藝性、尺寸精度和表面質(zhì)量。(2) 精沖材料：材料的精沖性、成形性、化學(xué)成分、金相組織和熱處理狀態(tài)(3) 精沖模具：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、特性參數(shù)的選擇和制造質(zhì)量。(4) 精沖

16、機(jī)床：壓力、速度和狀態(tài)。(5) 精沖潤(rùn)滑：潤(rùn)滑系統(tǒng)、潤(rùn)滑劑成分及用量。(6) 生產(chǎn)技術(shù)：機(jī)床調(diào)整與操作、模具維修保養(yǎng)及后續(xù)工序。(7) 市場(chǎng)需求：涉及生產(chǎn)批量、交貨時(shí)間和價(jià)格等。2)精沖市場(chǎng)(1) 精沖技術(shù)市場(chǎng)如圖11所示，包括軟、硬件市場(chǎng)需1工藝MW圖11(2)精沖產(chǎn)品市場(chǎng)如圖12所示，供求雙方面臨著質(zhì)量和成本的壓力。因此，必須尋求和采用經(jīng)濟(jì)性、及時(shí)性和靈活性的加工方法，去獲取市場(chǎng)份額。圖12四、精沖的應(yīng)用精沖工藝技術(shù)的發(fā)展，使它進(jìn)入了各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，得到廣泛的應(yīng)用(見圖13)。對(duì)于要求最小尺寸公差，具有最小粗糙度的功能零件，可以廣泛使用精沖零件。而對(duì)于有 視覺要求的、很精細(xì)的表面零件，也可使

17、用精沖零件來代替。現(xiàn)今，精沖件的生產(chǎn)品種、 尺寸形狀、材料厚度和力學(xué)性能等，都有很大的提高。而且為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，生產(chǎn)的 均衡性、質(zhì)量可靠性和加工經(jīng)濟(jì)性更加特別突出。- 14 -1、 應(yīng)用范圍鐘表工業(yè)光學(xué)業(yè)機(jī)械工業(yè)輕工業(yè)建筑機(jī)械 紡織機(jī)械 精密機(jī)械機(jī)床工業(yè)計(jì)毎機(jī)電于工業(yè)家用電器精 沖 零 件電予儀器汽車T業(yè)軍爭(zhēng)匸業(yè)其馳圖13精沖應(yīng)用領(lǐng)域-16 -2、汽車領(lǐng)域1）汽車精沖件種類和數(shù)量40200件,汽車工業(yè)是精沖技術(shù)推廣應(yīng)用的重中之重，一輛轎車精沖零件擁有量為 它占轎車沖壓件的6070% （見圖14和15）。- 17 -n / *w*i /圖15轎車的精沖件2)汽車零件精沖工藝特點(diǎn)(1) 尺寸大型

18、化：零件較大，中厚板較多。(2) 工藝復(fù)合化：很多零件大都采用連續(xù)復(fù)合成形工藝，即 FFS工藝(見圖16)圖16 三維零件(3)結(jié)構(gòu)輕型化：有些鍛件、鑄件、燒結(jié)件，可以通過改用精沖而優(yōu)化結(jié)構(gòu)，同時(shí)-18 -可以采用高強(qiáng)度材料，從而減輕質(zhì)量(見圖17)。(b)圖17支臂件(a )燒結(jié)件；(b)精沖件- 19 - # -(4)生產(chǎn)高效化：汽車零件批量大，采用自動(dòng)化效益高。3) 精沖在汽車工業(yè)中的作用(1) 降低生產(chǎn)成本。如果原材料、能源和工資費(fèi)用要增加時(shí)，一輛汽車的生產(chǎn)成本, 只能通過降低單個(gè)構(gòu)件的成本來達(dá)到。(2) 降低能耗。汽車的重量一一功率比，是關(guān)系能耗最重要的最優(yōu)化因素。而期望 其較低重量

19、一一功率比、較好的輕型結(jié)構(gòu)，必須精化結(jié)構(gòu)件，從而獲得較適宜的形狀和 能承受功能的結(jié)構(gòu)件，而精沖件尺寸精度高、沖裁面光潔、垂直度和平面度好，這就大 大地減少后續(xù)加工工序(見圖18和圖19)。- # - # -圖18離合器法蘭盤件(a)鍛件組件；(b)精沖組件。- # -藉沖件車削件圖19變速箱構(gòu)件(3) 提高結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量。由于精沖能制造復(fù)合成形結(jié)構(gòu)件，從而簡(jiǎn)化了零件結(jié)構(gòu)， 提高了零件質(zhì)量。(4) 提高效率。精沖加工效率，遠(yuǎn)較其它加工方法為高。(5) 確保安全性和環(huán)保性。為此，大力發(fā)展和推廣應(yīng)用精沖技術(shù)到汽車、 摩托車等行業(yè)，是提高零部件及整車 質(zhì)量不可缺少的先進(jìn)工藝方法之一。4) 汽車工業(yè)應(yīng)用精

20、沖技術(shù)的基本條件精沖技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，包含以下各個(gè)方面。(1) 精沖市場(chǎng)：中國(guó)汽車精沖市場(chǎng)很大，但發(fā)育不完全，原因在于： 墨守傳統(tǒng)加工方法，沒有采用精沖工藝技術(shù)； 受國(guó)外進(jìn)口 CKD和SKD件的影響，國(guó)產(chǎn)化速度太慢； 管理上技術(shù)策決滯后，因此，中國(guó)精沖市場(chǎng)的突破口在汽、摩市場(chǎng)，它們主精 沖技術(shù)的沉浮。若以2004年為例，汽車507萬輛，摩托車1718萬輛來估算精沖件約6億件，這還 不包括電子、機(jī)械、儀器儀表、家電和小五金等行業(yè)，而日本精沖件年產(chǎn)量達(dá)9億件。(2) 精沖機(jī)是實(shí)現(xiàn)精沖的基本條件之一。由于進(jìn)口精沖機(jī)價(jià)格昂貴，很多企業(yè)望而卻步?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)有幾家企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型精沖機(jī)，可能只有進(jìn)口價(jià)的1

21、/101/20,這是一個(gè)福音。同時(shí)，在一定條件下(簿件，小批量)，亦可采用液壓模架生產(chǎn)精沖件。我們只有根據(jù)國(guó)情、廠情，走自我開發(fā)精沖設(shè)備之路。(3) 精沖模精沖模設(shè)計(jì)一般已不是大問題。關(guān)鍵在制造，而制造模具的硬件投資大，模具制造 精度要求高，模具使用壽命要求長(zhǎng)，這是個(gè)簿弱環(huán)節(jié)。同時(shí)，模具材料及其熱處理也是 精沖的瓶頸。(4) 精沖材料精沖工藝對(duì)材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能及金相組織都有嚴(yán)格的要求。國(guó)內(nèi)鋼廠還不 能完全滿足需要，這是個(gè)瓶頸問題。(5) 精沖潤(rùn)滑劑對(duì)不同的精沖材料，有不同的要求。但對(duì)于厚板、不銹鋼板等一類材料的精沖，潤(rùn) 滑劑是個(gè)大問題。而無氯潤(rùn)滑劑的研制與應(yīng)用勢(shì)在必行。3、市場(chǎng)份額在很

22、多工業(yè)領(lǐng)域中，精沖占有一定的市場(chǎng)，如圖20所示，系按照主要制造業(yè)分類的精沖市場(chǎng)各占有的份額。其他2% 家用電器3% 儀器儀表3% 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5%紡織機(jī)械1%電子技術(shù)13%汽車制造15%圖20精沖的市場(chǎng)份額圖中明顯看出外協(xié)件占的比重較大，這一方面是社會(huì)要求，另一方面外協(xié)專業(yè)廠技 - 23 -術(shù)先進(jìn)，生產(chǎn)效率很高。若從精沖機(jī)在各行業(yè)應(yīng)用分布來看，以 350臺(tái)為例，如圖21所示，汽車零件生產(chǎn) 占了很大比例（42.7%）,其次是精密的商業(yè)機(jī)械和其他零件。圖21精沖機(jī)的分布4、精沖的經(jīng)濟(jì)性基于下述的原因，精沖是一種經(jīng)濟(jì)的加工方法:（1）可自動(dòng)化加工。（2）沒有或很少的后續(xù)加工。（3）高生產(chǎn)率。（4）穩(wěn)定優(yōu)

23、質(zhì)產(chǎn)品。（5）設(shè)備占地面積小。（6）材料無中間傳遞。精沖的經(jīng)濟(jì)性在于：（1）省去很多切削加工。（2）生產(chǎn)批量大。（3）設(shè)備生產(chǎn)率高且穩(wěn)定。（4）設(shè)備購(gòu)費(fèi)初高，但投資回收期短。44+UrrT+tl-r_atiiIt17TIB :4-;TJ- I - fflBtTJ. ®lt:B* T L. rrJi圖22兩種加工方法的比較精沖經(jīng)濟(jì)性示例：如圖23所示扇形齒板(1) 零件材料：St3 K40卷料S= 4mm；b=400 500 N mm2(2) 零件尺寸：齒模數(shù)m= 1齒數(shù)z= 42大孔D= 24H7二小孔d= 6E8(3) 精沖機(jī)：Schmid HSR 160生產(chǎn)率：40件/分(4)

24、精沖模：每次刃磨可沖20000件圖23扇形齒板表2為扇形齒板兩種加工方法的比較。表2普通加工精沖1、普通沖壓1、精沖2、去毛刺3、校平4、鉸孔 24- H75、鉸二孔 6- E76、銑長(zhǎng)孔 10- H117、去毛刺&銑齒9、去毛刺2、去毛刺10、清洗工件3、清洗工件五、精沖的展望我國(guó)自 1965年開始精沖工藝試驗(yàn)以來， 盡管 41年步子較慢，與世界同行差距很大， 有認(rèn)識(shí)問題，也有客觀條件，但我們不是一無所知，也更不是一無所有，我們?nèi)〉昧艘?些成績(jī)：1、引進(jìn)國(guó)外精沖技術(shù)我國(guó)在1985年和1992年引進(jìn)過Fein tool的精沖硬軟件，并進(jìn)行了人員培訓(xùn)，基本 熟悉和掌握精沖工藝原理、模具設(shè)計(jì)與制造、精沖生產(chǎn)過程。2、開展了精沖基礎(chǔ)理論與參數(shù)的研究北京機(jī)電所對(duì)精沖基礎(chǔ)理論和參數(shù)的研究、上海交通大學(xué)與 Feintool 合作開發(fā)精沖軟件，以及近一個(gè)時(shí)期以來，國(guó)內(nèi)大專院所對(duì)精沖機(jī)理和過程有限元數(shù)字模擬等。3、進(jìn)行了精沖設(shè)備的開發(fā)內(nèi)江鍛壓、華夏精沖、黃石鍛壓等， 對(duì)適合中國(guó)國(guó)情的經(jīng)濟(jì)型精沖設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)、 試驗(yàn)和試生產(chǎn)，并通過了國(guó)家鑒定。4、涌現(xiàn)出一批精沖專業(yè)生產(chǎn)廠家襄樊中航