文/趙彥啟·北京機(jī)電研究所

精沖技術(shù)在節(jié)能減排中的應(yīng)用

文/趙彥啟·北京機(jī)電研究所

精沖技術(shù)簡介

精沖是一種塑性加工少無切削新工藝，是在普通沖裁的基礎(chǔ)上為了克服剪切面粗糙、精度低而發(fā)展起來的。精密沖裁和其他沖壓工序一樣具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、能量消耗小、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品重量輕、強(qiáng)度和剛度好、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用。用普通沖裁方法所獲得沖裁件尺寸精度一般都比較低，剪切面質(zhì)量不好，只有1/3為光亮帶，其余則是粗糙的撕裂面，并且微有斜度，適合于加工一些尺寸精度及質(zhì)量要求不高零件。當(dāng)零件的尺寸精度、剪切面質(zhì)量和幾何質(zhì)量（垂直度）都要求很高時(shí)，僅采用普通沖裁方法則不能滿足，只有把工件再進(jìn)行后續(xù)加工才能達(dá)到要求，加工工藝繁瑣復(fù)雜，零件成本高、周期長。而采用精沖工藝，在一次行程中就能生產(chǎn)出沿整個(gè)料厚都光潔的剪切面工件，光潔度可達(dá)到磨削水平，對于復(fù)雜形狀的齒形零件尤為明顯，從而大大節(jié)省了加工工時(shí)和電能消耗，降低了成本。而且零件的互換性更好，提高了工件的質(zhì)量。

精沖技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、拖拉機(jī)、儀器儀表、家電、建筑門窗、運(yùn)輸機(jī)械、起重機(jī)械、輕工機(jī)械、飛機(jī)和航天器等制造部門，替代了許多鑄鍛件、機(jī)械加工件和普通沖壓件，大大降低了能耗和制造成本，提高了產(chǎn)品的可靠性和安全性。目前，生產(chǎn)出的精沖件質(zhì)量可達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，包括剪切面粗糙度Ra為0.4～0.8μm，尺寸精度IT7，精沖模具一次刃磨壽命達(dá)到4萬次，總壽命達(dá)到50萬次。

精沖技術(shù)的特點(diǎn)

圖1精沖模具

精沖是材料在三向壓應(yīng)力作用下抑制了沖裁過程中產(chǎn)生的裂紋，通過塑性流動(dòng)使材料發(fā)生分離。精沖工藝要求具有三種力（沖裁力、壓邊力和反壓力）同時(shí)作用于模具不同的部位上。精沖時(shí)被沖材料是在壓邊圈和反壓板的夾持下，結(jié)合凸模和凹模之間的小間隙（一般只有材料厚度的0.5％～1％），使材料在沖裁過程中始終保持與沖裁方向垂直，將材料緊緊地壓在模具之間，防止翹曲形成拉應(yīng)力而導(dǎo)致脆性斷裂，從而構(gòu)成了塑性剪切的條件。

精密沖裁必須使用專用的精沖壓力機(jī)與特殊精沖模具。圖1為精沖模具的外觀照片。

國外精沖技術(shù)發(fā)展情況

目前，精沖技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家是瑞士、德國和日本，共計(jì)有10多個(gè)制造精沖壓力機(jī)的廠家，世界上精沖壓力機(jī)累計(jì)有3000多臺，精沖件產(chǎn)品約有8000多種。瑞士的Feintool公司、Schmid公司、德國的SMG公司和日本的森鐵工等是精沖壓力機(jī)的主要生產(chǎn)廠家。其中，F(xiàn)eintool公司又是最大的跨國公司，在許多國家擁有精沖件生產(chǎn)開發(fā)基地。日本的山本制作所是專業(yè)生產(chǎn)精沖件的公司，擁有近20臺精沖壓力機(jī)，在日本的精沖件市場上占據(jù)相當(dāng)大的份額，精沖技術(shù)在國外應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。

在國內(nèi)精沖起步較晚，應(yīng)用還不是很廣泛，主要是由于精沖的技術(shù)含量相當(dāng)高，人們對精沖工藝和模具設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握不夠，精沖模具的制造精度不高，缺乏專用壓力機(jī)以及原材料不合適等諸多因素，阻礙了精沖技術(shù)的推廣。但隨著汽車、摩托車等工業(yè)的發(fā)展，對精沖件的需求越來越大。

表1汽車齒輪加工工藝比較

精沖技術(shù)節(jié)能減排效果分析

對于復(fù)雜齒形類零件，傳統(tǒng)的做法是采用普通沖壓結(jié)合機(jī)械加工的方法，如插齒、剃齒、滾齒等，加工效率低，而且零件的互換性較差，很難保證零件的尺寸精度和表面粗糙度，影響零件的質(zhì)量和產(chǎn)品的性能?，F(xiàn)在，采用精沖新工藝、新技術(shù)，可以大大提高零件的尺寸精度，產(chǎn)品的一致性好，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的剪切工作面的表面粗糙度可以達(dá)到磨床磨削的水平，生產(chǎn)效率也顯著提高。

下面以兩個(gè)齒形零件為例，介紹精沖技術(shù)的節(jié)能效果：

⑴摩托車鏈輪。摩托車鏈輪加工工藝傳統(tǒng)法加工，需要9道工序，共需要9名操作工人，平均耗電1.5kW。用精沖法加工，僅需3道工序，3名工人操作，平均耗電0.3kW。

⑵汽車齒輪。汽車齒輪（圖2）零件加工可以采用傳統(tǒng)的普通沖壓和機(jī)加工的方法，也可以采用精沖方法。表1列出了二種不同方法的工時(shí)和電能消耗，精沖齒輪與普通加工方法相比，生產(chǎn)效率提高了15倍，電力消耗僅為1/6。

圖2汽車齒輪零件

除帶有齒形類的復(fù)雜零件以外，幾乎所有精沖件加工都比傳統(tǒng)加工方法效率高，并且節(jié)約電能。

精沖零件在汽車行業(yè)中的應(yīng)用

精沖零件主要用于乘用車，每輛轎車采用100個(gè)以上，十一五期間國內(nèi)需求超過三十億個(gè)。其中70％靠進(jìn)口，出口量很少，幾乎可以忽略。精沖零件加工企業(yè)主要集中在北京、武漢，成規(guī)模的超過6家，2009年精沖零件產(chǎn)值約6億元人民幣。

精沖主要用于加工變速箱操縱機(jī)構(gòu)、座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、門鎖機(jī)構(gòu)等典型精沖件，目前主要為中低檔轎車配套，如比亞迪、奔騰、奇瑞、吉利等自主品牌車型以及大眾、福特、雪鐵龍等合資品牌中的中低端車型。大量高端車型依然采用進(jìn)口零部件。

目前國內(nèi)加工企業(yè)過于分散，企業(yè)規(guī)模小，成本相對較高、效益低。主要原因如下：

⑴精沖零件用原材料規(guī)格品種不全、厚度公差大、金相組織不佳。發(fā)達(dá)國家有專用的精沖材料，專業(yè)化的材料生產(chǎn)企業(yè)。

⑵專業(yè)技術(shù)人員數(shù)量少，技能較差。

⑶精沖模具與設(shè)備制造能力較差，高性能設(shè)備及復(fù)雜模具需要進(jìn)口。

⑷投資較少。

由于精沖是一項(xiàng)涉及多種技術(shù)的先進(jìn)制造工藝，為了降低成本，提高生產(chǎn)率，精沖生產(chǎn)需要較大規(guī)模的產(chǎn)量才能獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。因此，從長遠(yuǎn)來看，國內(nèi)精沖生產(chǎn)企業(yè)將逐漸規(guī)?；?/p>

精沖技術(shù)在其他行業(yè)中的應(yīng)用

目前，非汽車精沖零件比重在持續(xù)上升。盡管現(xiàn)在國內(nèi)精沖產(chǎn)品主要以汽車零件為主，但由于精沖件的優(yōu)越性能，電子、計(jì)算機(jī)、電力、家電等電器領(lǐng)域?qū)珱_技術(shù)的需求也會(huì)越來越強(qiáng)烈。

由于國家對重大裝備、軍工、航空等領(lǐng)域?qū)⒓哟笸度?，這些領(lǐng)域?qū)?huì)對性能優(yōu)異的精沖件有巨大需求。因此，精沖件會(huì)向尺寸大型化發(fā)展，超過1000t的大型精沖機(jī)不久將在國內(nèi)獲得使用。

隨著精沖市場的不斷擴(kuò)大及各鋼廠和鋼材供應(yīng)商面臨著從做大到做強(qiáng)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)型要求，將進(jìn)一步加大對各種精沖材料的研發(fā)與生產(chǎn)。因此，未來國產(chǎn)材料將基本上都能滿足國內(nèi)精沖企業(yè)日益增長的需求。由于非汽車零件需求的快速增長，如銅、鋁等非鋼材料精沖件的生產(chǎn)比例也將穩(wěn)步提高。

結(jié)束語

根據(jù)目前我國精沖行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，得出以下結(jié)論：

⑴精沖工藝應(yīng)用范圍廣，從汽車、摩托車到軍工行業(yè)，均普遍采用。

⑵精沖件質(zhì)量顯著優(yōu)于普通沖裁件，通常直接用于裝配，不需要或少許進(jìn)行后續(xù)加工。

⑶與傳統(tǒng)工藝相比，可提高工效幾倍至幾十倍，電力消耗降低70％以上。

⑷汽車行業(yè)是精沖工藝應(yīng)用大戶，而我國是汽車制造大國，精沖技術(shù)的需求潛力巨大。

⑸我國目前精沖技術(shù)水平相對落后，急需加大投資盡快發(fā)展。