精冲技术的昨天、今天和明天(新)

精冲技术的昨天、今天和明天

中国北方工业公司高级工程师周开华

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1

1924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，大致可分为：（1）秘密期：（1923－1956）年，主要在钟表、打字机、纺织机械工业领域。

（2）普及期：（1957－1979）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：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 Bösch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

1、强力压边精冲一枝独秀

众所周知，精冲技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

S P =冲裁力；R P ＝齿圈力；G P ＝反压力。

1－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

近25年来，强力压边精冲技术发展很快，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：约(3600~4000)台。

(3) 精冲件：约10000种。

(4) 精冲模：72%采用连续精冲模。

(5) 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

如图3所示为中国精冲市场状况：

(1) 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：进口：80台，国产：10－15台(不包括液压模架)。

(3) 精冲件：生产约3500~4000种。

(4) 精冲模：在设计与制造上已初具水平。

(5) 精冲队伍：约5000人。

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图3 中国精冲市场状况

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

1）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：（0.1～22）mm ；特别是中厚板（6～12）mm 。

.机械性能：B σ≥900 2m m N ， 甚至B σ=1370 2m m N 。

.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VDI —3345；

2）FFS （Fineblanking-Forming-Stamping ）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5

3）冷锻、摆辗工艺与精冲相结合，(见图6)

图6

2、模具倾向

1）模具结构

（1）固定凸模式模具（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8

2）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s ≤4mm ，B σ =500 2m m N 时，凸模材料为合金钢165Cr MoV12。 X220Cr VMo13.4（PV ）。

当s ≥4mm ，B σ≥500 2m m N 时，凸模材料为高速钢S6-5-2， ASP23， CPM9V 。 当工件批量大，且s ≤1mm ，B σ＞700 2m m N 时， 凹凸模材料为硬质合金GT30。

（3）模具材料的热处理工艺

3）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）采用特殊处理工艺：镀TIN 或TIALN 和超低温处理（－180 C ︒~－200 C ︒）

3、设备倾向

1）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9

HD-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。