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精冲模具技术发展现状及存在的主要问题

作者: 来源: 日期:2018-4-8 13:21:32 人气:855


       精冲技术自20世纪20年代在欧洲发明以来,已经历了80多年的历程,是为厚板制造领域最重 要的精密塑性成形方式之一,是经济生产大批量、高质量、多功能黑色金属和有色金属零件的技术含量高且经济效益佳的办法。精冲压力机完成一次冲压过程,通过 在专用精冲模具的加工,就会制造出一件或多件精度高、可直接用于装配的成形零件,已经广泛应用于电子、计算机、电力、家电、汽车和航空等领域。据不完全统 计,目前全世界已有40个国家采用精冲技术,共有精冲机约4500台,生产零件约10000种。如一辆汽车(轿车)上包括变速箱拨叉、座椅及安全带调角 器、行星齿轮、刹车蹄片和钢背等就有近100种精冲零件。  

  我国精冲模具技术在“十一五”期间取得了长足的进步,并在精冲工艺、材料、精冲压力机、 模架、模具和润滑等方面取得了一系列的科研成果。截至2008年末,我国有近20个省市拥有专业精冲生产设备,共有精冲压力机80多台(不含液压模架), 精冲从业人员超过5000人,生产精冲件约2000种,并已形成了若干个自主精冲模具开发示范基地。金属材料从有色金属冲裁扩展到黑色金属的冲裁。低碳 钢、低合金钢和不锈钢的冲裁厚度达到12mm;有色金属如铝合金和铜合金的冲裁厚度达到18mm;随着模具材料和处理方法的进步以及被冲板材球化处理工艺 的完善与普及,一些较硬的高碳钢、高合金钢以及其他低韧性的材料诸如镍基或钴基合金材料等也开始用于生产精冲零件。另外,自主开发的级进复合精冲模、传递 模和模块化模具在国内精冲模具中的比例显著提高,特别是面向汽车传动系统的复杂零件的级进复合精冲模,基本实现国产化。针对精冲成形过程的有限元数值仿真 技术、精冲模具结构优化技术、精冲模具智能设计与知识库技术等的研究、开发与应用,提升和充实了我国精冲模具的技术内涵。但是,目前精冲企业普遍规模小、 资源分散、生产效率低、人才短缺且配套不全。虽然在精冲模具开发方面具备了一定的开发能力,但在复杂精冲模具,特别是精冲复合成形模具的开发方向仍缺乏经 验,进口模具依然占有较大比重。  

  总的来说,我国精冲技术和模具水平与先进国家(如瑞士)相比尚有一定差距,例如精冲技术 在制造业中的应用还不够普及,模具的系统设计制造技术和理论、精冲相关的配套设备、精冲油、工艺与测量装备等相差更大,是需要大力促进和发展的模具技术。   与国际先进水平的主要差距  

  1.精冲模具寿命  

  目前国内外精密冲裁模具的主要差距是寿命低。先进国家精冲模具的一次刃磨寿命一般钢板材 料都在4万次以上,模具总寿命几十万次以上。国内则只有国外的50%。影响模具寿命的突出问题是模具材料和热处理质量,目前的精冲模由于进口模具钢的价格 太贵,在产量不是很大的情况下,多数仍采用国产模具钢。而国产模具钢的材质不好,加上锻造和热处理等工艺控制和质量不稳定导致整体模具寿命的差异很大。   

  2.精冲材料  

  精冲材料是精冲技术的核心要素之一,精冲要求材料材质均匀且硬度适中。为达到这一目的, 精冲前都要进行球化退火,球化率要达到95%以上;而国内的大部分材料很难达到要求,进行球化退火的球化率也只能达到50%~90%。对于模具材料来说, 目前模具材料在冲切方面基本可以达到精冲要求,但对挤压成形,模具材料的高强度和高韧性不能同时满足要求。国产精冲金属板材料的性能(化学成份及力学性 能)和公差等都比进口材料差。另外,由于生产批量要求的材料采购量达不到钢厂要求的“最小批量”因而不得不以高价购买或长期从国外进口原材料:这些因素导 致精冲件成本上升,迫使许多企业用普通金属板或简易精冲来替代精冲产品,影响了精冲产品的市场发展。此外,国外先进国家精冲材料的研究已经从普通材料向高 强度精冲材料发展,抗拉强度达到900N/m┫。高硬度材料的精冲已经成为可能。  

  3.精冲模具设计  

  为了提高生产效率,国际上连续精冲模已经占主导地位,达70%以上,生产效率已经高达 100件/min,精冲件的质量达到百万零缺陷。国内目前已具备了一定的精冲模具设计开发能力。但是,目前国内精冲行业在复杂精冲模具,特别是精冲复合成 形模具的设计开发方面仍缺乏经验,有些企业对某些特定产品具备了一定的技术积累,但总体上与国外先进水平仍有较大的差距。国内自配率不足80%,其中中低 档模具供过于求,中高档模具自配率不足60%。另外,与国外相比,国内的模具寿命普遍较低,一般为国外的1/3。原因涉及精冲模具设计、精冲材料、精冲模 具材料、精冲模具制造精度、精冲机精度、润滑油以及精冲制造工艺的系统性等。 

  4.精冲模具的制造  

  精冲模的制造工艺研究国际上已经积累了大量的专有技术,特别是百年老厂,技术积累已经达 到了专家级水平。而国内在精冲模专有技术方面积累很少,还有很长的路要走。另外,精冲模具表面质量对模具的工作性能和使用寿命至关重要,特别是高档轿车驱 动及变速系统的复杂、高精度精冲零件的模具,国内在模具型腔的表面处理技术方面已经开始关注,但这方面的技术与国外先进国家还有明显的差距。  

  5.模具设计冲压分析能力  

  国外针对精冲成形过程的有限元数值仿真技术和精冲模具受力分析仿真模拟校核技术的研究已 经达到较高水平,并已应用于精冲模具的设计校核与设计验证、优化模具结构等。国内虽然部分高校和科研院所已在这方面开展了基础研究工作,但在这些技术的应 用研究方面,也存在一定的差距。  

  6.基础研究队伍方面  

  自精冲技术问世以来,精冲始终以其独特的塑性成形方式吸引着学者的目光。目前部分高校和 科研院所保持较全面、深入的精冲工艺与模具技术研究工作,但与国际先进水平相比仍有不小的差距。在国际上,瑞士FEINTOOL公司倡导的精冲研究大学联 盟联合了5家科研机构,即瑞士联邦苏黎士理工学院虚拟制造技术研究所(ETHZurich)、德国亚琛工业大学机床研究(RWTHAachen)、德国慕 尼黑工业大学金属成形与铸造研究所(TUMunich)、美国俄亥俄州立大学(OSU)及中国上海交通大学,是目前国际上比较活跃的精冲技术学术研究团 队。  

  7.模具标准化方面  

  国际上常见的精冲模具相关标准是德国工程师协会标准 VDI3345(Feinschneiden)。国外精冲龙头企业,如瑞士法因图尔(FEINT00L)公司(VDl3345主要制定单位)在 VDl3345基础上形成了企业标准,并部分公开。目前我国主要精冲企业根据VDl3345和瑞士法因图尔公司企业标准制定相关标准。为提升我国精冲模具 行业的整体能力,促进行业规范发展,在综合国际通行精冲模具标准和我国精冲模具行业发展实际的情况下,制定我国精冲模具国家或行业标准显得尤为重要。  

  8.精冲设备方面  

  国外精冲设备与精冲技术同步发展了几百年,特别是瑞士Finetool公司,一直处在精 冲行业前沿,其精冲设备、技术及附属工艺配件和精冲油等水平居世界领先。近年来,日本精冲设备也已经逐步兴起,占据了很大一部分精冲设备的中端市场,而我 国在这方面几乎还是空白。  

  未来发展目标和主要任务  

  我国未来精冲模具的发展目标是面向国内精冲零件市场的需求,从连续精冲模设计制造入手, 提升精冲模具行业规模,持续扩大制造能力,在提高复杂精冲模具自主歼发能力、数字化精冲模具研究水下、精冲模具材料开发与合理应用以及精冲模具表面处理技 术等方而取得明显进步,努力提高企业的精冲模技术水平,缩小与国际先进水平的差距,使国内精冲零件获得较广泛的应用。  

  未来产品和技术发展的重点及重大课题  

  1。复杂零件连续精冲模设计制造关键技术研究  

  复杂零件连续精冲模是精冲技术的前沿基础技术,以此为龙头展开研究,期望带动我国整个精 冲技术的大幅提升。以同步器齿环、离合器片以及纵向复合连续精冲工艺及模其等复杂零件连续精冲模为突破口,研究精冲模具设计制造关键技术,实现我国精冲模 具技术的快速提升,尽快缩短与先进国家的差距。  

  2.精冲模具寿命提升及其相关关键技术研究  

  模具寿命是模具材料、小艺以及配套产品水平的综合反映,以精冲模具寿命为龙头展开技术攻关,既可以解决目前国内急需的精冲模寿命太低的问题,还可以带动模具材料、精冲工艺以及配套工装和其他辅助产品的技术发展。  

  3.精冲-精锻复合工艺技术研究与开发  

  精冲、精锻是并行发展的两项先进制造技术,精冲件太厚及需要精锻,精锻件太薄就必须精 冲,两者相互关联,关系密切。开发精锻-精冲复合工艺的基本思路是找到这两项工艺的结合点(如带轮毂的齿轮零件和带短轴的凸轮零件),而我国的精锻有长久 的历史,水平已经很高,而以此来提升我国精冲技术的整体水平是一条很好的途径。


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