精沖模具技術發展現狀及存在的主要問題

2018-03-20 14:18:54

精沖技術自20世紀20年代在歐洲發明以來,已經歷了80多年的歷程,是為厚板制造領域最重 要的精密塑性成形方式之一,是經濟生產大批量、高質量、多功能黑色金屬和有色金屬零件的技術含量高且經濟效益佳的辦法。精沖壓力機完成一次沖壓過程,通過 在專用精沖模具的加工,就會制造出一件或多件精度高、可直接用于裝配的成形零件,已經廣泛應用于電子、計算機、電力、家電、汽車和航空等領域。據不完全統 計,目前全世界已有40個國家采用精沖技術,共有精沖機約4500臺,生產零件約10000種。如一輛汽車(轎車)上包括變速箱撥叉、座椅及安全帶調角 器、行星齒輪、剎車蹄片和鋼背等就有近100種精沖零件?! ?/p>

  我國精沖模具技術在“十一五”期間取得了長足的進步,并在精沖工藝、材料、精沖壓力機、 模架、模具和潤滑等方面取得了一系列的科研成果。截至2008年末,我國有近20個省市擁有專業精沖生產設備,共有精沖壓力機80多臺(不含液壓模架), 精沖從業人員超過5000人,生產精沖件約2000種,并已形成了若干個自主精沖模具開發示范基地。金屬材料從有色金屬沖裁擴展到黑色金屬的沖裁。低碳 鋼、低合金鋼和不銹鋼的沖裁厚度達到12mm;有色金屬如鋁合金和銅合金的沖裁厚度達到18mm;隨著模具材料和處理方法的進步以及被沖板材球化處理工藝 的完善與普及,一些較硬的高碳鋼、高合金鋼以及其他低韌性的材料諸如鎳基或鈷基合金材料等也開始用于生產精沖零件。另外,自主開發的級進復合精沖模、傳遞 模和模塊化模具在國內精沖模具中的比例顯著提高,特別是面向汽車傳動系統的復雜零件的級進復合精沖模,基本實現國產化。針對精沖成形過程的有限元數值仿真 技術、精沖模具結構優化技術、精沖模具智能設計與知識庫技術等的研究、開發與應用,提升和充實了我國精沖模具的技術內涵。但是,目前精沖企業普遍規模小、 資源分散、生產效率低、人才短缺且配套不全。雖然在精沖模具開發方面具備了一定的開發能力,但在復雜精沖模具,特別是精沖復合成形模具的開發方向仍缺乏經 驗,進口模具依然占有較大比重?! ?/p>

  總的來說,我國精沖技術和模具水平與先進國家(如瑞士)相比尚有一定差距,例如精沖技術 在制造業中的應用還不夠普及,模具的系統設計制造技術和理論、精沖相關的配套設備、精沖油、工藝與測量裝備等相差更大,是需要大力促進和發展的模具技術。   與國際先進水平的主要差距  

  1.精沖模具壽命  

  目前國內外精密沖裁模具的主要差距是壽命低。先進國家精沖模具的一次刃磨壽命一般鋼板材 料都在4萬次以上,模具總壽命幾十萬次以上。國內則只有國外的50%。影響模具壽命的突出問題是模具材料和熱處理質量,目前的精沖模由于進口模具鋼的價格 太貴,在產量不是很大的情況下,多數仍采用國產模具鋼。而國產模具鋼的材質不好,加上鍛造和熱處理等工藝控制和質量不穩定導致整體模具壽命的差異很大?!?  

  2.精沖材料  

  精沖材料是精沖技術的核心要素之一,精沖要求材料材質均勻且硬度適中。為達到這一目的, 精沖前都要進行球化退火,球化率要達到95%以上;而國內的大部分材料很難達到要求,進行球化退火的球化率也只能達到50%~90%。對于模具材料來說, 目前模具材料在沖切方面基本可以達到精沖要求,但對擠壓成形,模具材料的高強度和高韌性不能同時滿足要求。國產精沖金屬板材料的性能(化學成份及力學性 能)和公差等都比進口材料差。另外,由于生產批量要求的材料采購量達不到鋼廠要求的“最小批量”因而不得不以高價購買或長期從國外進口原材料:這些因素導 致精沖件成本上升,迫使許多企業用普通金屬板或簡易精沖來替代精沖產品,影響了精沖產品的市場發展。此外,國外先進國家精沖材料的研究已經從普通材料向高 強度精沖材料發展,抗拉強度達到900N/m┫。高硬度材料的精沖已經成為可能?! ?/p>

  3.精沖模具設計  

  為了提高生產效率,國際上連續精沖模已經占主導地位,達70%以上,生產效率已經高達 100件/min,精沖件的質量達到百萬零缺陷。國內目前已具備了一定的精沖模具設計開發能力。但是,目前國內精沖行業在復雜精沖模具,特別是精沖復合成 形模具的設計開發方面仍缺乏經驗,有些企業對某些特定產品具備了一定的技術積累,但總體上與國外先進水平仍有較大的差距。國內自配率不足80%,其中中低 檔模具供過于求,中高檔模具自配率不足60%。另外,與國外相比,國內的模具壽命普遍較低,一般為國外的1/3。原因涉及精沖模具設計、精沖材料、精沖模 具材料、精沖模具制造精度、精沖機精度、潤滑油以及精沖制造工藝的系統性等?!?/p>

  4.精沖模具的制造  

  精沖模的制造工藝研究國際上已經積累了大量的專有技術,特別是百年老廠,技術積累已經達 到了專家級水平。而國內在精沖模專有技術方面積累很少,還有很長的路要走。另外,精沖模具表面質量對模具的工作性能和使用壽命至關重要,特別是高檔轎車驅 動及變速系統的復雜、高精度精沖零件的模具,國內在模具型腔的表面處理技術方面已經開始關注,但這方面的技術與國外先進國家還有明顯的差距?! ?/p>

  5.模具設計沖壓分析能力  

  國外針對精沖成形過程的有限元數值仿真技術和精沖模具受力分析仿真模擬校核技術的研究已 經達到較高水平,并已應用于精沖模具的設計校核與設計驗證、優化模具結構等。國內雖然部分高校和科研院所已在這方面開展了基礎研究工作,但在這些技術的應 用研究方面,也存在一定的差距?! ?/p>

  6.基礎研究隊伍方面  

  自精沖技術問世以來,精沖始終以其獨特的塑性成形方式吸引著學者的目光。目前部分高校和 科研院所保持較全面、深入的精沖工藝與模具技術研究工作,但與國際先進水平相比仍有不小的差距。在國際上,瑞士FEINTOOL公司倡導的精沖研究大學聯 盟聯合了5家科研機構,即瑞士聯邦蘇黎士理工學院虛擬制造技術研究所(ETHZurich)、德國亞琛工業大學機床研究(RWTHAachen)、德國慕 尼黑工業大學金屬成形與鑄造研究所(TUMunich)、美國俄亥俄州立大學(OSU)及中國上海交通大學,是目前國際上比較活躍的精沖技術學術研究團 隊?! ?/p>

  7.模具標準化方面  

  國際上常見的精沖模具相關標準是德國工程師協會標準 VDI3345(Feinschneiden)。國外精沖龍頭企業,如瑞士法因圖爾(FEINT00L)公司(VDl3345主要制定單位)在 VDl3345基礎上形成了企業標準,并部分公開。目前我國主要精沖企業根據VDl3345和瑞士法因圖爾公司企業標準制定相關標準。為提升我國精沖模具 行業的整體能力,促進行業規范發展,在綜合國際通行精沖模具標準和我國精沖模具行業發展實際的情況下,制定我國精沖模具國家或行業標準顯得尤為重要?! ?/p>

  8.精沖設備方面  

  國外精沖設備與精沖技術同步發展了幾百年,特別是瑞士Finetool公司,一直處在精 沖行業前沿,其精沖設備、技術及附屬工藝配件和精沖油等水平居世界領先。近年來,日本精沖設備也已經逐步興起,占據了很大一部分精沖設備的中端市場,而我 國在這方面幾乎還是空白?! ?/p>

  未來發展目標和主要任務  

  我國未來精沖模具的發展目標是面向國內精沖零件市場的需求,從連續精沖模設計制造入手, 提升精沖模具行業規模,持續擴大制造能力,在提高復雜精沖模具自主殲發能力、數字化精沖模具研究水下、精沖模具材料開發與合理應用以及精沖模具表面處理技 術等方而取得明顯進步,努力提高企業的精沖模技術水平,縮小與國際先進水平的差距,使國內精沖零件獲得較廣泛的應用?! ?/p>

  未來產品和技術發展的重點及重大課題  

  1。復雜零件連續精沖模設計制造關鍵技術研究  

  復雜零件連續精沖模是精沖技術的前沿基礎技術,以此為龍頭展開研究,期望帶動我國整個精 沖技術的大幅提升。以同步器齒環、離合器片以及縱向復合連續精沖工藝及模其等復雜零件連續精沖模為突破口,研究精沖模具設計制造關鍵技術,實現我國精沖模 具技術的快速提升,盡快縮短與先進國家的差距?! ?/p>

  2.精沖模具壽命提升及其相關關鍵技術研究  

  模具壽命是模具材料、小藝以及配套產品水平的綜合反映,以精沖模具壽命為龍頭展開技術攻關,既可以解決目前國內急需的精沖模壽命太低的問題,還可以帶動模具材料、精沖工藝以及配套工裝和其他輔助產品的技術發展?! ?/p>

  3.精沖-精鍛復合工藝技術研究與開發  

  精沖、精鍛是并行發展的兩項先進制造技術,精沖件太厚及需要精鍛,精鍛件太薄就必須精 沖,兩者相互關聯,關系密切。開發精鍛-精沖復合工藝的基本思路是找到這兩項工藝的結合點(如帶輪轂的齒輪零件和帶短軸的凸輪零件),而我國的精鍛有長久 的歷史,水平已經很高,而以此來提升我國精沖技術的整體水平是一條很好的途徑。

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