精密冲裁技术国内外现状及其发展趋势

精冲技术的国内外现状及发展趋势
1 国外精冲技术现状
从1923年德国人F.Schiess 通过试验研究获得了精冲工艺的技术专利始，到20世纪70年代末，国际上已累计制造精冲压力机约2000台，其中德国290台，前苏联215台，美国185台，日本180台，英国100台。

他们的研究和科研成果的商业转化速度非常快，并已形成了一整套的完备的技术研究和商业运作系统，这也是他们发展迅速的主要的原因。

精冲工艺在世界上已经日益成为一种重要的无切削工艺。

目前，掌握了先进精冲技术的欧洲和日本，在市场竞争中已处于有利的地位。

为了扩大精冲的应用范围，满足装配或产品性能的要求，他们已将精冲加工工艺扩展到弯曲、冷挤压、拉伸、压印、局部成形等工序，取代了切削加工及其他工艺(如铸造、粉末冶金和需要后续加工的工序)。

由于精冲原材料的软化(退火)处理技术(特别是高碳、高合金钢的碳化物Fe 、合金碳化物的球化退火工艺)的提高，已能获得适合精冲的高碳、高合金球化金相组织，因此，目前已能精冲强度高达700MPa ～850MPa 的合金212具钢、高碳钢、轴承钢等材料。

世界发达国家精冲技术的优势，表现在以下几方面：
1) 精冲工艺
精冲工艺目前可以达到的技术水平为：精冲剪切表面粗糙度Ra=1.5～0.3m μ(相当于∇6～∇8)；超精冲的剪切表面粗糙度Ra=O.2～0.1m μ(相当于∇9～∇10) ；尺寸精度：毛刺<0.03mm ，塌角深度：l0％～25％；剪切面垂直度：'8930︒；表面不平度：一般不需要校平即可使用；最小孔径：min (0.3~0.7)d t =(当材料150b MPa σ=时取上限，当材料450b MPa σ=时取下限)。

精冲件的最大厚度：瑞士为15mm ，美国为22mm ，日本最大的精冲件是用于推土机上的一个零件，厚7mm ，其上有52个孔，内外轮廓冲裁长度达600mm 。

2)精冲件材料
精冲材料不仅是保证实现精冲的重要条件，而且是高产品质量，降低生产成本，扩大精冲应用范围的重要需要，因此，开发研究精冲材料越来越受到各国的重视。

目前，已经有一些专门用于精冲的新材料，如西欧的高强度微量合金细晶粒钢UQ38、UQ550；日本的SCr22、Scm22、SNCM21合金钢等。

为了改善材料的精冲性能，国外还研究了贝氏体钢的精冲工艺和不需要热处理的超级贝氏体钢。

3) 精冲模具
精冲模具结构有以下特点：1)大型精冲拘数量增多，最大精冲模具尺寸已达1250×1250，重量6.3t 。

2)精冲连续模的比重增加。

3)固定凸模式精冲模的比重增加，占80％左右(这是因为大型精冲件和连续模适合采用固定凸模式结构)。

4)发展了增加精冲模架导向刚度的结构，设计将原模架的钢球滚动导向结构的点接触改为异形滚针滚动结构的线接触，提高了模具对侧向力的承载能力。

5)精冲模具目前已经实现标准化，并且为了适应批量生产，采用了快速
更换通用模架系统。

发达国家的精冲凸、凹模用材一般为高铬合金工具钢，冲孔凸模用高速钢，一次刃磨寿命在15000次左右。

各国还研制了许多新的精冲模具用钢，如HSR、ASP23和ESR钢等。

ASP23
φ⨯热轧板，其模具寿命钢为粉末冶金高速钢、偏析小细晶粒钢，耐磨性好，如冲8040mm
为Cr12MoV的5倍以上。

4)精冲设备
精冲设备的开发和拥有程度是实现精冲工艺水平能力的重要标志。

世界上现有的3000多台精冲机主要集中在欧洲、北美、日本等发达国家。

世界上生产精冲机、精冲压力机的制造商有二十几家，主要集中在瑞士、德国、日本等地。

生产的精冲机中，1000kN～4000kN的占80％左右，最大吨位的精冲压力机由瑞士的Fein-tool公司制造，可冲板料的厚度已达30mm，实现了单机自动、卷料自动、增加滑块刚性、导轨滚动结构（不过，目前有利用精密滑动导轨取代滚动导轨来提高塑性的趋势）等等
[1]。

2 国内精冲技术现状
我国1964年开始了精冲技术开发，但由于历史原因，该项技术研究没有得到重视。

1976年中国与Fein-tool公司开始精冲技术的交流，Fein-tool公司第一次向我国提供了精冲技术培训资料，开创了我国引进精冲机的历史。

通过技术引进、国际技术交流，国内推广应用精冲技术才开始步入发展的新时期。

尤其加入WTO以后，随着汽车、摩托车、计算机、家电生产的提产，大量板材类零件对高效益、高品质、低能耗的迫切要求，合资与外资企业大量采用强力压边精冲技术，进一步拉动和推动我国自己的精冲技术的发展[1]。

但总体相比而言，中国的精冲技术与世界同行差距很大，发展步子也较慢。

国内汽车、摩托车、计算机、家用电器等机电制造的迅猛形势，以及来自国外同行日益严峻的挑战，为发展精冲技术带来了难得的发展机遇。

终于于2006年3月12日，同业联手，在上海成立全国精冲技术委员会，从此，中国精冲技术的研究和应用走过了单兵散勇、分散研究、各自实践的漫长道路，进入到有组织的、高效的行业化、专业化发展，共同研究、实践、和追赶世界精冲先进水平。

据2005年初不完全统计，我国目前精冲队伍约5000人。

但是精冲设备和精冲模具却主要以进口为主，用于生产t≤16mm厚的精冲零件，种类约为1500～2000种。

全国进口精冲机76台，吨位从160～800t，国产精冲机由哈尔滨锻压机床厂、内江锻压机床厂和武汉华夏精冲技术有限公司自行设计和制造过，吨位从25～630t，但效果不理想。

我国也能生产比较复杂的精冲零件，但品种不多，现在生产的最复杂的精冲件为捷达车变速箱拨叉—三维精冲件，如图5-1所示。

采用了精冲、挤压、半冲孔、弯曲、翻边、压筋、压薄等复合工艺，技术难度很大[2]。

图5-1捷达车变速箱拨叉
同时零件的冲裁厚度也从4mm增加到8mm；金属材料从有色金属冲裁扩展到黑色金属的冲裁(钢材主要是容易冷挤压成形的低碳钢、低合金钢和不锈钢，冲裁厚度以12mm以下为宜；有色合金主要是铝合金和铜合金，冲裁厚度以18mm以下为宜；也有一些中碳钢和高碳钢可在球化处理后用于精冲生产；随着模具材料及处理方法的发展以及被冲板材球化处理工艺的进一步完善与普及，一些较硬的高碳钢和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会用于生产精冲零件[1]。

5.2.1 精冲技术发展不快的原因
精冲技术在我国的推广应用进展情况相对迟缓，与发达国家比较，尚有较大差距。

究其原因有以下几点：
1)精冲机价格昂贵(是普通压力机的5～10倍)，投资大、风险较大，多数企业无力投资。

2)精冲机的专业性强，对多品种小批量生产的适应性差(批量小则单件成本较高)，只有在生产批量较大时才能产生效益。

根据我国制造业现状，市场瓜分呈多元化，厂家各自为营，企业间合作较少，很难形成批量，难以实现规模效益，这在很大程度上阻碍了精冲技术的推广和应用。

3)精冲技术是一个较新、较复杂的技术，除精冲机外，还要有许多先进的配套设备(包括精密的检测和模具加工设备等)。

另外，还要有一批高素质的工程师和技术工人。

因此，精冲技术是一项高技术的系统工程，不可能在短期内一蹴而就。

4)由于精冲技术在我国刚刚起步，精冲设备、模具、材料和润滑油等尚不配套。

此外，在辅助设备研制和人才培养的力度上还不能与发达国家相比。

5)我国的精冲技术研究虽然已经有一定的基础，且在某些技术环节上达到了国际水平，但成果的转化过程不顺畅，易造成产、研脱节，使大量的技术成果不能转化为生产力。

造成这种问题的原因不但有机制上的问题，也有企业与高校、研究院所缺乏沟通的因素[1]。

3 精冲技术的发展趋势
精冲技术不是单一的、孤立的工艺技术，而是一个多因素的系统工程。

用精冲的方法经
济地制造市场所需的零件，就要求对工艺基础进行有效的协调，如对材料技术、模具技术、设备和操作技术的协调等。

此外，设计适合精冲的零件结构非常重要，它应与工艺基础相一致。

为此，我们应在以下几方面作出努力：
1）加强精冲基础理论的研究。

应用静水压效应，提高被加工材料的冷塑性，继续深入地对精冲变形机理、规律和模具寿命等方面的研究。

2）开发实用的精冲技术。

为适合中小企业多品种小批量的需要，开发在普通压力机上实现精冲的技术十分必要。

国内推广的简易精冲方法以及应用范围如下：①对国产通用液压机(或压力机)稍加改造，安装一套液压模架，可获得齿圈压力和推件板反压力。

用这种改装设备，可精冲最大料厚6mm的零件。

②在国产液压机上安装液压或氮气弹簧式精冲模架，在液压机行程任意位置，可给出更大功率，可对板厚10mm的板材进行精冲。

3）为扩大精冲工艺范围，精冲件应向尺寸大型化发展。

由于汽车、农机、工程机械等机械行业的大型零件应用广泛，研究大型精冲件的加工十分必要。

随着精冲技术的发展，今后的精冲件尺寸将更大、更复杂，材料将更厚，使用功能将更为广泛。

4）开发复合精冲工艺，适应制造业的发展需要。

主要有两种方式：一种是通过精冲复合模或精冲连续模实现精冲和其他工艺的复合，如精冲一弯曲、精冲一压印、精冲一半冲孔和精冲一挤压等等；第二种是精冲作为锻、铸、挤压和拉深工序的后续加工。

集精冲、折弯、压扁、沉孔等其他成形工艺于一身的多功能零件的加工工艺也将是未来的发展趋势。

5）精冲工艺以及模具CAD／CAE／CAM的研究。

工艺模拟以及优化设计的应用将使精冲技术由“技艺”向“工程科学”方向发展。

未来的精冲模具设计将摆脱原始的图样设计方法，不仅会出现功能强大的精冲模具CAD系统，而且在CAD／CAM／CAE系统的集成方面也将得到充分发展。

目前，上海交通大学正在与瑞士Feintool公司合作，开发精冲模具CAD ／CAM／CAE系统。

6）从精冲材料及处理、工艺润滑、精冲模具和精冲设备的优化方面着手，提高精神模寿命和精冲件品质。

精冲材料不仅是实现精冲的重要的条件之一，而且是提高产品质量，降低生产成本，扩大精冲应用的重要因素[1]。

参考文献
[1]邓明.国内外精密冲裁技术的现状及发展[J].锻压装备与制造技术.2004,39(1):10-13
[2]王菲如,拨盘厚板精冲工艺研究及模具设计[D].南昌航空大学工学硕士学位论文.2007:1-12
[3]杨蔓丽,阶梯形刃口精密冲裁过程有限元模拟及实验研究[D].燕山大学工学硕士学位论文.2007:45-49
[4]邓明.面向2世纪的精冲成形技术[J].重庆工学院学报.2001,15(5):65-67
[5]简智彬.精冲的工艺参数研究以及精冲机理的初步探讨[D].华南大学工学硕士学位论文.1993:28-40
[6]邓春萍,杨慎华,寇淑清.汽车限位凸轮精密冲裁工艺试验研究[J].汽车工艺与材料.2003,(8):28-32
[7]杨立军.党新安.刘静.直线轴承外毂架侧槽精密冲裁模具设计[J].锻压技术.2008,33(3):93-93。