精冲技术的昨天今天和明天(新)

1、精冲技术的昨天、今天和明天精冲技术的昨天、今天和明天中国北方工业公司中国北方工业公司 高级工程师高级工程师 周开华周开华一、历史的回顾一、历史的回顾精冲技术的起源，要追溯到 1914 年以来工业生产的发展。1923 年 3 月 9 日，德国人 F.SCHIESS 首先取得了精冲技术的专利权。专利题目：金属零件液压冲裁装置专利号：371004（见图 1） 。1922 年生产出世界上第一个精冲零件（见图 1） 。图 11924 年 F.Schiess 在瑞士 Lichtensteig 建立了世界上第一个精冲工厂。然而，精冲技术从发明到现在已经 83 年了。他走着一条漫长而曲折的历史发展道路，大致可

2、分为：（1）秘密期：）秘密期：（19231956）年，主要在钟表、打字机、纺织机械工业领域。（2）普及期：）普及期：（19571979）年，主要在机械、仪器仪表、照相机、电子、小五金、家电等工业领域。（3）发展期：）发展期：1980 年至今，主要进入汽车、摩托车和计算机工业领域。这段时间，ESSA、 Feintool、Schmid、SMG、Osterwalder 等功不可灭。特别是Fritz Bsch 先生领导下的 Feintool，在精冲工艺和模具的研发上，更是一路领先，对世界精冲事业作出了很大的贡献。二、精冲的现状二、精冲的现状1、强力压边精冲一枝独秀、强力压边精冲一枝独秀众所周知，精冲技

3、术是在普冲基础上发展起来的先进工艺方法。今天我们所说的精冲是强力压边精冲，它的工艺原理是：在三动压力机上，借助特殊结构的精冲模，在强力作用下，使材料产生塑性剪切变形，从而得到优质的精冲零件。它的出现，从根本上改变了金属材料加工工艺链。因此，精冲决不是一种替代加工工艺方法，而是一种高质量、高效率、高附加值的加工工艺。 （见图 2）图 2精冲工艺原理=冲裁力；齿圈力；反压力。SPRPGP1凹模；2压板；3凸模；4顶件器。当今，尽管还有日本对向凹模精冲、美国平面压板精冲等不同工艺形成，但目前都未得全面的推广和应用。2、世界精冲市场快速扩展、世界精冲市场快速扩展近 25 年来，强力压边精冲技术发展很快

4、，主要表现在：(1) 全世界约 45 个国家，360 多个公司采用了精冲技术。(2) 精冲机：精冲机：约(36004000)台。(3) 精冲件：精冲件：约 10000 种。(4) 精冲模：精冲模：72%采用连续精冲模。(5) 精冲工艺：精冲工艺：向着复合成形工艺发展。3、中国精冲市场稳步前进、中国精冲市场稳步前进如图 3 所示为中国精冲市场状况：(1) 精冲市场分布：精冲市场分布：中国精冲分布在 16 个省市 53 企业，不包括其他形式的精冲专业厂。(2) 精冲机拥有量：精冲机拥有量：进口：80 台，国产：1015 台(不包括液压模架)。(3) 精冲件：精冲件：生产约 35004000 种。(

5、4) 精冲模：精冲模：在设计与制造上已初具水平。(5) 精冲队伍：精冲队伍：约 5000 人。图 3中国精冲市场状况三、精冲的发展三、精冲的发展精冲技术发展的历史是断续前进的。近 25 年的发展才是连续而急剧的，从而出现了美好的前景。当前，精冲技术的发展主要表现在下述几个方面：1、工艺倾向、工艺倾向1）工件结构的工艺性）工件结构的工艺性（1）从简单平面件到复杂立体件为主流，在满足产品功能要求的同时，寻求精冲件结构合理化。特别是铸、锻、粉末冶金及机加工件向精冲件转化（见图 4） 。图 4（2）精冲材料的工艺范围正不断扩大。.料厚：（0.122）mm；特别是中厚板（612）mm。.机械性能：900

6、 ， 甚至=1370 。B2mmNB2mmN.种类：除常用精冲材料外，还可冲制钛合金钢、不锈钢，电磁钢，双金属材料等；（3）精冲件结构参数的评定，应参照德国工程师协会标准 VDI3345；2）FFS（Fineblanking-Forming-Stamping）复合成形工艺的出现）复合成形工艺的出现由于平面零件向三维零件发展，与弯曲、拉深、翻边、沉孔、半冲孔、压扁等成形相结合，产生连续复合成形工艺。从而使精冲工艺有了更广阔发展前景（见图 5） 。图 53）冷锻、摆辗工艺与精冲相结合，）冷锻、摆辗工艺与精冲相结合，(见图见图 6)图 62、模具倾向、模具倾向1）模具结构）模具结构（1）固定凸模式模

7、具（80%）较活动凸模式模具（20%）多 4 倍左右。（2）广泛使用连续复合模（72%） ，实现工件多工位复合成形加工，以减少冲次和提高效率，还有“纵向级进”复合成形模。（3）大力发展适应生产自动化，成组作业的模具，如传送模（见图 7） 。图 7（4）智能化模具：在分析零件中具有风险的几何单元，使之成为在压力机上不卸下模具时，能快速更换的元件和组件（见图 8） 。（5）建立模具设计数据库、模具零件标准库和标准模架库。（6）从模具设计 CAD 系统向 CAD/CAM/CAE 系统的集成发展。图 82）模具材料）模具材料模具材料影响模具寿命和生产率。故选材时，应充分考虑下列因素：（1）模具工作零件

8、的受力状态压应力、拉应力、弯曲应力、0.2 屈服极限、冲击刃性，耐磨性和稳定性。（2）模具工作零件与被冲材料的硬度和厚度相适应。例如：当 s4mm， =500 时，凸模材料为合金钢 165Cr MoV12。 X220Cr B2mmNVMo13.4（PV） 。当 s4mm，500 时，凸模材料为高速钢 S6-5-2， ASP23， B2mmNCPM9V。当工件批量大，且 s1mm，700 时， 凹凸模材料为硬质合金B2mmNGT30。（3）模具材料的热处理工艺3）模具制造）模具制造（1）采用高精度、高效设备和测试仪器。为高精度电加工机床、坐标磨床、三坐标测量机等。（2）采用真空热处理工艺。（3）

9、采用特殊处理工艺：镀 TIN 或 TIALN 和超低温处理（180 200 C）C3、设备倾向、设备倾向1）结构型式）结构型式框架结构。组合结构（二段式、三段式） 。FTL增强型（HFA plus）和双连杆长台面 HLT1250 型， （见图 9） 。Schmid-X-TRA SERIES 型Mori-FB250B 加长导轨型图 9HD-高压泵；ND-低压蓄能器；EN-快速行程缸；RZ-齿圈缸；ZH-辅助缸；HJ-油回路；GH-反压缸；HZ-主缸；AZ-平衡缸。2）传动方式）传动方式以液压传动为主，机械传动少，下传动多于上传动。现在除三动精冲机外，更多的出现五动、七动精冲机，以满足不同的工艺要

10、求。3）设备性能）设备性能（1）向大吨位（400800）t 和 CNC 化、高速化方向发展。冲裁速度探测速度均在 70mm/s，闭合与回程速度均为 200 mm/s，行程次数（70100）n/min。（2）噪音小，耗能低，安全可靠性。4） 成套机组成套机组（1）开卷校平送料润滑冲裁切废料另件分选组装传输。（2）精冲自动生产线上，在线检测功能，对不合格品作出及时的处理。5）重视外围设备：）重视外围设备：校平机、去毛刺机。4、使用倾向、使用倾向1）使用条件）使用条件精冲技术应用的基本条件是：（1）具有适合精冲工艺特点的产品零件；（2）具有相应的生产条件精冲模具、精冲机床、精冲材料和精冲润滑剂等；（

11、3）具有一定的生产批量；（4）具有对精冲技术的认识能力；（5）具有一支素质较高的技术队伍。2）使用范围）使用范围从世界工艺领域的发展来看，不能也不可能回避精冲技术。因为它在零件加工经济性方面，展示了工艺流程的合理性，它首先应在汽摩和电子行业大力推广。因为它们生产规模大，批量大，需要精冲设备数量多。5、管理倾向、管理倾向主要表现在设计、制造、生产、销售等方面程序化、计划化、定量化、信息化、协作化。现在推行一种新生管理模式“中场企业”网络化制造，形成平面式的“虚拟企业” 。这将是制造业的核心和主流。6、市场倾向、市场倾向1）精冲工程。）精冲工程。如图 10 所示，精冲不是单一的、孤立的工艺技术，而

12、是与多方面有联系。并形成一个系统工程。它主要表现在：图 10精冲条件（1）精冲零件）精冲零件：结构形状、工艺性、尺寸精度和表面质量。（2）精冲材料）精冲材料：材料的精冲性、成形性、化学成分、金相组织和热处理状态。（3）精冲模具）精冲模具：结构的稳定性、特性参数的选择和制造质量。（4）精冲机床）精冲机床：压力、速度和状态。（5）精冲润滑）精冲润滑：润滑系统、润滑剂成分及用量。（6）生产技术）生产技术：机床调整与操作、模具维修保养及后续工序。（7）市场需求）市场需求：涉及生产批量、交货时间和价格等。2）精冲市场）精冲市场（1）精冲技术市场）精冲技术市场如图 11 所示，包括软、硬件市场。图 11（

13、2）精冲产品市场）精冲产品市场如图 12 所示，供求双方面临着质量和成本的压力。因此，必须寻求和采用经济性、及时性和灵活性的加工方法，去获取市场份额。图 12四、精冲的应用四、精冲的应用精冲工艺技术的发展，使它进入了各个工业领域，得到广泛的应用（见图 13） 。对于要求最小尺寸公差，具有最小粗糙度的功能零件，可以广泛使用精冲零件。而对于有视觉要求的、很精细的表面零件，也可使用精冲零件来代替。现今，精冲件的生产品种、尺寸形状、材料厚度和力学性能等，都有很大的提高。而且为了适应市场需求，生产的均衡性、质量可靠性和加工经济性更加特别突出。1、应用范围应用范围图 13精冲应用领域2、汽车领域、汽车领域

14、1) 汽车精冲件种类和数量汽车精冲件种类和数量汽车工业是精冲技术推广应用的重中之重，一辆轿车精冲零件拥有量为 40200件，它占轿车冲压件的 6070%（见图 14 和 15） 。图 14轿车精冲件分类图 15轿车的精冲件2) 汽车零件精冲工艺特点汽车零件精冲工艺特点(1) 尺寸大型化：尺寸大型化：零件较大，中厚板较多。(2) 工艺复合化：工艺复合化：很多零件大都采用连续复合成形工艺，即 FFS 工艺（见图 16） 。图 16三维零件(3) 结构轻型化：结构轻型化：有些锻件、铸件、烧结件，可以通过改用精冲而优化结构，同时可以采用高强度材料，从而减轻质量（见图 17） 。图 17支臂件(a)烧结

15、件； (b)精冲件(4) 生产高效化：生产高效化：汽车零件批量大，采用自动化效益高。3) 精冲在汽车工业中的作用精冲在汽车工业中的作用(1) 降低生产成本。降低生产成本。如果原材料、能源和工资费用要增加时，一辆汽车的生产成本，只能通过降低单个构件的成本来达到。(2) 降低能耗。降低能耗。汽车的重量功率比，是关系能耗最重要的最优化因素。而期望其较低重量功率比、较好的轻型结构，必须精化结构件，从而获得较适宜的形状和能承受功能的结构件，而精冲件尺寸精度高、冲裁面光洁、垂直度和平面度好，这就大大地减少后续加工工序（见图 18 和图 19） 。图 18离合器法兰盘件（a）锻件组件； （b）精冲组件。图

16、19变速箱构件(3) 提高结构件的质量。提高结构件的质量。由于精冲能制造复合成形结构件，从而简化了零件结构，提高了零件质量。(4) 提高效率。提高效率。精冲加工效率，远较其它加工方法为高。(5) 确保安全性和环保性。确保安全性和环保性。为此，大力发展和推广应用精冲技术到汽车、摩托车等行业，是提高零部件及整车质量不可缺少的先进工艺方法之一。4) 汽车工业应用精冲技术的基本条件汽车工业应用精冲技术的基本条件精冲技术是一个系统工程，包含以下各个方面。(1) 精冲市场：精冲市场：中国汽车精冲市场很大，但发育不完全，原因在于： 墨守传统加工方法，没有采用精冲工艺技术； 受国外进口 CKDCKD 和 SK

17、DSKD 件的影响，国产化速度太慢； 管理上技术策决滞后，因此，中国精冲市场的突破口在汽、摩市场，它们主精冲技术的沉浮。若以 2004 年为例，汽车 507507 万辆，摩托车 17181718 万辆来估算精冲件约 6 6 亿件，这还不包括电子、机械、仪器仪表、家电和小五金等行业，而日本精冲件年产量达 9 9 亿件。(2) 精冲机精冲机是实现精冲的基本条件之一。由于进口精冲机价格昂贵，很多企业望而却步。现在国内有几家企业在生产经济型精冲机，可能只有进口价的 1/101/20，这是一个福音。同时，在一定条件下(簿件，小批量)，亦可采用液压模架生产精冲件。我们只有根据国情、厂情，走自我开发精冲设备

18、之路。(3) 精冲模精冲模精冲模设计一般已不是大问题。关键在制造，而制造模具的硬件投资大，模具制造精度要求高，模具使用寿命要求长，这是个簿弱环节。同时，模具材料及其热处理也是精冲的瓶颈。(4) 精冲材料精冲材料精冲工艺对材料的化学成分、力学性能及金相组织都有严格的要求。国内钢厂还不能完全满足需要，这是个瓶颈问题。(5) 精冲润滑剂精冲润滑剂对不同的精冲材料，有不同的要求。但对于厚板、不锈钢板等一类材料的精冲，润滑剂是个大问题。而无氯润滑剂的研制与应用势在必行。3、市场份额、市场份额在很多工业领域中，精冲占有一定的市场，如图 20 所示，系按照主要制造业分类的精冲市场各占有的份额。图 20精冲的

19、市场份额图中明显看出外协件占的比重较大，这一方面是社会要求，另一方面外协专业厂技术先进，生产效率很高。若从精冲机在各行业应用分布来看，以 350 台为例，如图 21 所示，汽车零件生产占了很大比例（42.7%） ，其次是精密的商业机械和其他零件。图 21精冲机的分布4、精冲的经济性、精冲的经济性基于下述的原因，精冲是一种经济的加工方法：（1）可自动化加工。（2）没有或很少的后续加工。（3）高生产率。（4）稳定优质产品。（5）设备占地面积小。（6）材料无中间传递。精冲的经济性在于：（1）省去很多切削加工。（2）生产批量大。（3）设备生产率高且稳定。（4）设备购费初高，但投资回收期短。图 22 所

20、示，为精冲与传统加工方法的比较。图 22两种加工方法的比较精冲经济性示例：如图 23 所示扇形齿板（1） 零件材料零件材料：St3 K40 卷料S4mm2BmmN500400（2） 零件尺寸零件尺寸：齿模数 m1齿数 z42大孔 D24H7二小孔 d6E8（3） 精冲机精冲机：Schmid HSR 160生产率：40 件/分（4） 精冲模精冲模：每次刃磨可冲 20000 件图 23扇形齿板表 2 为扇形齿板两种加工方法的比较。表 2普通加工精冲1、普通冲压1、精冲2、去毛刺3、校平4、铰孔24H75、铰二孔6E76、铣长孔10H117、去毛刺8、铣齿9、去毛刺2、去毛刺10、清洗工件3、清洗工

21、件五、精冲的展望五、精冲的展望我国自 1965 年开始精冲工艺试验以来，尽管 41 年步子较慢，与世界同行差距很大，有认识问题，也有客观条件，但我们不是一无所知，也更不是一无所有，我们取得了一些成绩：1、引进国外精冲技术、引进国外精冲技术我国在 1985 年和 1992 年引进过 Feintool 的精冲硬软件，并进行了人员培训，基本熟悉和掌握精冲工艺原理、模具设计与制造、精冲生产过程。2、开展了精冲基础理论与参数的研究、开展了精冲基础理论与参数的研究北京机电所对精冲基础理论和参数的研究、上海交通大学与 Feintool 合作开发精冲软件，以及近一个时期以来，国内大专院所对精冲机理和过程有限元数字模拟等。3、进行了精冲设备的开发、进行了精冲设备的开发内江锻压、华夏精冲、黄石锻压等，对适合中国国情的经济型精冲设备进行了设计、试验和试生产，并通过了国家鉴定。4、涌现出一批精冲专业生产厂家、涌现出一批精冲专业生产厂家襄樊中航精机、上海交运总公司掌握着复杂的高精度座椅精冲件模具设计与制造技术及零件生产技术。苏州东风精冲公司进行较多的汽车零件开发，他们都起了领头羊的作用。广州华冠、733 厂、华龙厂、泛洲机械、华