精沖產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展

文/鄧明·重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

精沖產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展

文/鄧明·重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

鄧明，教授，重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長。長期從事塑性成形及模具技術(shù)研究，在國內(nèi)精沖技術(shù)研究方面有較大影響。近年來，主持包括國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目在內(nèi)的科研項(xiàng)目30余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇，另有多部出版專著及多項(xiàng)發(fā)明專利。

精沖的特點(diǎn)與應(yīng)用

人們通常所說的精沖是指齒圈壓板精沖，它是使用專用精沖液壓機(jī)，借助于特殊結(jié)構(gòu)的精沖模具，加工精密輪廓零件的一種先進(jìn)工藝。圖1所示是一些典型的精沖制件。

精沖具有如下的優(yōu)勢(shì)：

⑴能夠生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的零件，零件剪切面的尺寸精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8級(jí)，Ra=0.8μm左右。

⑵僅用一次精沖便可生產(chǎn)出許多形狀復(fù)雜的零件，效率高。

⑶能耗低，避免切削工藝所造成的大量能耗和材料消耗，有效降低成本。

圖1 典型的精沖制件

⑷應(yīng)用需求不斷增多。國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把一輛車上使用精沖件數(shù)量的多少，作為評(píng)價(jià)其汽車制造水平的高低的一個(gè)指標(biāo)。

近年來，越來越多的鑄件、鍛件、粉末冶金及機(jī)械加工件向精沖件轉(zhuǎn)化，在未來制造業(yè)中精沖技術(shù)將有更廣闊的發(fā)展空間。

到目前，有約45個(gè)國家360多家公司采用了精沖生產(chǎn)技術(shù)，全球的精沖機(jī)總數(shù)約為5000臺(tái)，某些歐洲國家和日本掌握著先進(jìn)的精沖技術(shù)，在市場競爭中已處于有利的地位，精沖件產(chǎn)能達(dá)300億件。由瑞士法因圖爾公司制造的機(jī)械式精沖機(jī)沖次可達(dá)到120次∕分、精沖機(jī)噸位達(dá)1400t，可沖板材的厚度達(dá)到24mm，最大尺寸可達(dá)1000mm。20世紀(jì)90年代精沖技術(shù)開始在我國汽車工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，1992年中汽公司在廣州投資建設(shè)廣州精沖件制造公司。近年來國內(nèi)高檔轎車的引進(jìn)開發(fā)，更加促進(jìn)了精沖技術(shù)的發(fā)展。目前國內(nèi)擁有精沖機(jī)200余臺(tái)，僅占世界總量的4%，主要應(yīng)用于鐘表行業(yè)、汽車行業(yè)、工業(yè)電子行業(yè)、紡織行業(yè)、建筑行業(yè)、通用機(jī)械行業(yè)等。近幾年我國加大了對(duì)模具技術(shù)的研發(fā)力度，取得了很好的成果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，企業(yè)在用精沖模具總量中，國內(nèi)制造的模具占95%左右，進(jìn)口模具占5%左右。

市場方面，目前全世界已知精沖零件將近10000種，每年對(duì)精沖零件總的需求量約40億件。據(jù)國外權(quán)威汽車專家統(tǒng)計(jì)分析，每輛轎車的精沖件約有80種，總數(shù)量為200多個(gè)，搭載無級(jí)變速（CVT）和渦輪增壓器的轎車上的精沖件會(huì)增至350～380個(gè)；一般每輛卡車上約有50個(gè)精沖件，每輛摩托車約有30個(gè)精沖件。目前在高檔車上應(yīng)用的精沖件正在向所有車型覆蓋，中國汽車工業(yè)目前每年對(duì)零部件的需求約折合人民幣1600億元，其中精沖件大約有8億件產(chǎn)量。

隨著精沖技術(shù)的逐漸普及和發(fā)展，及相關(guān)研究和開發(fā)的不斷深入，除了汽車、摩托車等行業(yè)應(yīng)用到精沖技術(shù)外，精沖技術(shù)將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

我國精沖件制造業(yè)現(xiàn)狀

隨著全球精沖行業(yè)的發(fā)展，精沖行業(yè)在國內(nèi)也蓬勃發(fā)展起來，企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。國內(nèi)已有精沖企業(yè)70余家，分布于19個(gè)省市，其中長三角、湖北和珠三角區(qū)域聚集了全國70%以上的精沖企業(yè)，而剩下的不到30%的企業(yè)則零散分布于其他區(qū)域。2013年針對(duì)湖北、江蘇地區(qū)精沖行業(yè)調(diào)研顯示，國內(nèi)精沖行業(yè)企業(yè)年銷售額達(dá)到1000萬至2億元，企業(yè)員工人數(shù)為20～500人。國內(nèi)從事精沖生產(chǎn)的主要企業(yè)見表1。

表1 我國主要精沖企業(yè)狀況簡表

此外，精沖生產(chǎn)的外圍輔助產(chǎn)業(yè)也得到了較大發(fā)展，比如武漢波爾科技股份有限公司對(duì)精沖油做了研究。該公司選用聚合酯取代氯化石蠟，保證潤滑特性的同時(shí)，解決了精沖件生銹以及操作工的健康問題；杭州祥生砂光機(jī)制造有限公司致力于金屬表面研磨及去毛刺技術(shù)的研發(fā)，連續(xù)幾年成為全球?qū)I(yè)去毛刺機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)品系列最全的廠商，可以基本滿足全行業(yè)對(duì)表面去毛刺的工藝要求。

從精沖機(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用分布來看，2013年各噸位的精沖機(jī)使用情況見表2。

表2 不同噸位的精沖機(jī)使用情況

目前，國內(nèi)精沖生產(chǎn)的主要特點(diǎn)是：

⑴復(fù)雜齒類零件的精沖工藝。復(fù)雜齒類精沖件一般厚度不超過6mm，否則成形后齒面質(zhì)量差。通過改進(jìn)精沖模具、采用雙齒圈等結(jié)構(gòu)，精沖扇形齒板厚度可達(dá)到10mm。

⑵多品種、小批量的生產(chǎn)模式還占相當(dāng)比例，一些企業(yè)嘗試模塊化多用途模具或經(jīng)濟(jì)型精沖機(jī)，或采用數(shù)控方式進(jìn)行模具更換。

⑶經(jīng)濟(jì)型與專業(yè)型精沖機(jī)并行。對(duì)普通壓力機(jī)進(jìn)行改造，經(jīng)濟(jì)型、專用型、全自動(dòng)化型、多工位型壓力機(jī)并行。

⑷低速與高速并存。高速每分鐘達(dá)100件（次），低速僅15～20件（次）。

⑸直孔、沉孔、彎曲、擠壓、半沖、倒角、齒等結(jié)構(gòu)要素相組合的精沖復(fù)合工藝的發(fā)展很快。圖2所示是國內(nèi)某公司采用精沖復(fù)合工藝生產(chǎn)的零件。

⑹精沖機(jī)的高剛性設(shè)計(jì)。為了滿足復(fù)合精沖工藝要求，精沖機(jī)身應(yīng)具有高剛性結(jié)構(gòu)，同時(shí)導(dǎo)向也應(yīng)具有高剛性和高精度。

⑺精沖模具技術(shù)有長足發(fā)展。材料和加工手段上的技術(shù)發(fā)展，都是為了滿足精沖模具高精度和長壽命的要求。精沖模具的平均壽命為49.22萬沖次，精沖模具一年維修成本占模具總價(jià)值的19.04%?？v向級(jí)進(jìn)成形模具結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，不僅減少了模具工位數(shù)，提高了同心度，同時(shí)延長了模具壽命，減少了模具制作費(fèi)用，使模具更加緊湊和輕量。

⑻在材料方面，精沖材料的需求日益增加。目前在國內(nèi)，精沖用到的材料主要是碳素結(jié)構(gòu)鋼，同時(shí)合金結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)度鋼也日趨主流。

精沖產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

目前，世界上已形成歐洲、美國、日本三大精沖零件制造中心。表3為國外主要精沖企業(yè)。某些歐洲國家和日本形成了完整的精沖產(chǎn)業(yè)鏈。國際大公司為了降低生產(chǎn)成本，把大量的零部件生產(chǎn)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家，并面向全球進(jìn)行比價(jià)采購，全球金融危機(jī)加快了這一產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的進(jìn)程。中國有望成為繼歐、美、日、之后全球第四大精沖零件制造中心。

圖2 精沖復(fù)合成形件

近年來，國外精沖企業(yè)紛紛在中國建廠，瑞士法因圖爾在蘇州太倉建廠，并在上海松江設(shè)立了研發(fā)中心；法國佛吉亞在江蘇無錫建廠；美國江森在上海建廠；美國普世信在杭州建廠；韓國MR在蘇州建廠?？v觀世界各行業(yè)，對(duì)精沖件的厚度、尺寸要求越來越高，促使國內(nèi)精沖生產(chǎn)能力快速提升，精沖技術(shù)將在工藝、模具、精沖材料、潤滑及設(shè)備方面有顯著提升。一個(gè)嶄新的、全球化的精沖工業(yè)網(wǎng)正在醞釀。對(duì)于我國而言，這是一個(gè)十分重要的機(jī)會(huì)。當(dāng)前國內(nèi)精沖行業(yè)面臨著人才少、市場規(guī)模小、產(chǎn)量低、效率低等問題，為在將來的發(fā)展中逐漸解決這些問題，迎合這一即將到來的更發(fā)達(dá)的精沖行業(yè)，我國必須做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，同行業(yè)之間也應(yīng)相互組織起來，便于相互交流、協(xié)作，共同進(jìn)步，這也是今后我國精沖行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。

表3 國外主要精沖企業(yè)

雖然精沖技術(shù)發(fā)展迅速，但大多是國內(nèi)企業(yè)通過商務(wù)合作的方式得到基礎(chǔ)的精沖技術(shù)，先進(jìn)的精沖技術(shù)還是需要靠自身的研究獲得。因此，我們?nèi)匀幻媾R著許多尚待解決的問題：

⑴中、厚板零件精沖技術(shù)依然不成熟。普通的齒圈壓板精沖只能沖裁塑性較好的薄板材料，而中、厚板材料的精沖工藝發(fā)展依舊不成熟，且并未得到大范圍推廣。

⑵精沖設(shè)備價(jià)格昂貴，投資風(fēng)險(xiǎn)大，很多企業(yè)因此無力投資。而精沖本身是為了獲得更高的效益和更好的產(chǎn)品質(zhì)量，只有產(chǎn)量需求達(dá)到足夠大后，才能彌補(bǔ)精沖設(shè)備昂貴的費(fèi)用。然而，根據(jù)我國制造業(yè)現(xiàn)狀，市場瓜分呈多元化，廠家各自為營，企業(yè)間的合作較少，很難形成批量，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，這在很大程度上阻礙了精沖技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

⑶精沖技術(shù)是一個(gè)較新、較復(fù)雜的工藝技術(shù)，除了精沖機(jī)，還需要引進(jìn)較多先進(jìn)的設(shè)備，例如精密檢測設(shè)備、模具加工設(shè)備等，甚至還需要一批高素質(zhì)的工程師和技術(shù)人員。因此，精沖是一項(xiàng)高技術(shù)的系統(tǒng)工程，在短期內(nèi)不可一蹴而就。

⑷盡管精沖技術(shù)在我國發(fā)展了十幾年，但至今技術(shù)仍不成熟，精沖設(shè)備、模具、材料和潤滑等尚不配套。精沖材料目前尚無國家標(biāo)準(zhǔn)，均采用的是國外的標(biāo)準(zhǔn)，而國內(nèi)研究精沖潤滑的企業(yè)甚少，市場不大，潤滑油的環(huán)保問題也少有人研究。一旦出現(xiàn)突發(fā)問題，如模具損壞等，則無法短時(shí)間內(nèi)解決。人才方面，隨著行業(yè)的前進(jìn)和發(fā)展，對(duì)精沖人才的需求量也大量增加，復(fù)合型人才的培養(yǎng)也迫在眉睫。

精沖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

未來精沖產(chǎn)品必須滿足經(jīng)濟(jì)、高產(chǎn)、高質(zhì)量等要求，因而精沖技術(shù)的應(yīng)用必定是更加廣泛的。第一，隨著其他機(jī)械加工件向精沖件轉(zhuǎn)化，以及不銹鋼及有色金屬精沖件的生產(chǎn)，精沖件的應(yīng)用范圍將更廣。國產(chǎn)汽車上的精沖件基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，部分精沖零件進(jìn)入國際市場，還有其他行業(yè)(精密機(jī)械、辦公用品、日用品等）也大量采用精沖零件，市場有所擴(kuò)大。第二，精沖件形狀更加復(fù)雜。第三，伴隨中厚板精沖件的生產(chǎn)和高強(qiáng)度鋼板精沖件的生產(chǎn)，精沖坯件的難度會(huì)更大。第四，隨著精沖市場的不斷擴(kuò)大，各鋼廠和鋼材供應(yīng)商的生產(chǎn)及經(jīng)營的改善，各種精沖材料的采購將基本上都在國內(nèi)解決。第五，國產(chǎn)精沖機(jī)設(shè)備將被更廣泛地采用，精沖效率及自動(dòng)化水平必將得到更大的提升，企業(yè)也將高度整合，轉(zhuǎn)型升級(jí)勢(shì)在必行。第六，模具結(jié)構(gòu)方面正在發(fā)展多工位、多腔等高效新結(jié)構(gòu)精沖模具的開發(fā)。第七，精沖自動(dòng)化、智能化升級(jí)正在進(jìn)行。