文／陳璐·法因圖爾精密部件（太倉）有限公司

精沖工藝是在普沖技術上發(fā)展起來的一種把精密沖裁和板料成形相結合的制造精密、復雜沖壓件的高效而經(jīng)濟的加工技術。精沖需要使用具有良好的塑性、低屈強比、高延伸率、良好的球化細晶粒度組織結構的材料，一般抗拉強度在600MPa 以下。

精沖材料概況

精沖材料分類

精沖材料是精沖技術的核心要素之一，精沖要求材料材質均勻且硬度適中。目前精沖材料主要有鋼、鋁或鋁合金、銅或銅合金三大類，其中鋼占比90%、鋁或鋁合金占比8%、銅或銅合金占比2%。鋼材是應用最多的精沖材料，按照鋼材類型的不同可分為碳素鋼、合金鋼、冷成形高屈服鋼、不銹鋼四類。

⑴碳素鋼分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。

1)低碳鋼中SPCC、SPCC-1B、DC01、SAE1010、SPHC，廣泛應用于傳統(tǒng)硬盤音圈馬達支架、變速箱摩擦材料、空調閥板等。其特點有：低硅(≤0.05%)、低碳(≤0.1%)，不存在層片狀珠光體，都是游離滲碳體，因此熱處理再結晶退火有利于材料的精沖成形，即使是熱軋態(tài)沖壓也能得到良好的光亮帶。

低碳鋼中S20C、SAE1018、C15、20MnB5、SAE1020、S35C，主要應用在變速箱摩擦片、座椅調節(jié)機構齒板零件、發(fā)動機飛輪等零件。其特點是：碳含量為0.13%～0.25%，錳含量為0.5%～0.9%，材料經(jīng)過球化退火后，片狀珠光體轉化成球狀，具有良好的塑性變形能力，利于精沖齒類零件，材料的錳含量要高于超低碳的材料，后續(xù)通過淬火滲碳處理，達到強度與耐磨的要求。

2) 中碳鋼較常用的是S45C、S55C、C45E、SAE1055，主要應用在汽車門鎖、安全帶、鏈條行業(yè)等。其特點是含碳量較高(0.43%～0.58%)，材料必須經(jīng)過球化退火才具有比較好的塑性，材料強度較高后續(xù)沖壓后一般做普通淬火處理。

3)高碳鋼中C60E、SAE1060、SK85，含碳量很高，需要多次熱處理、多次軋制才能達到良好的球化狀態(tài)。主要應用在安全帶、軸承等領域。

⑵合金鋼類中典型鋼種有16MnCr5、SCM435、42CrMo4、51CrV4，材料一定要經(jīng)過球化處理才能獲得很好的塑性，不處理容易脆斷，一般以生產(chǎn)形狀不太復雜的平面零件為主，不太適合復雜變形的零件，主要以CrMo 合金為主。主要應用于汽車門鎖系統(tǒng)，發(fā)動機系統(tǒng)，離合器系統(tǒng)等。

⑶冷成形高屈服鋼類中典型鋼種有QSTE420TM、QSTE550、S460MC、SAPH440，此類材料屬于低碳細晶粒結構鋼，就是在高錳低碳鋼中加入了鈮、釩、鈦等合金細化了組織，增加了強度，有利于精沖成形。主要應用在座椅調節(jié)器導向板、撥叉、蓋板等零件。

⑷不銹鋼類典型鋼種有1.4016，必須有很好的碳化物結構才有利于沖壓，主要用于制造排氣管法蘭。

國內外精沖材料性能與價格的對比

隨著國內汽車行業(yè)的發(fā)展，精沖材料國產(chǎn)化腳步加快，很多零部件巨頭急需零件或材料的本土化供應，減輕降本與交期的壓力，國內大鋼廠也意識到了這個需求，走在前沿的如寶鋼、寶鋼股份研究院、梅鋼技術中心，都投入了大批人力對新的精沖熱軋材料進行研發(fā)。第二梯隊如首鋼，第三梯隊如湖南婁底漣鋼等都在精沖原材料上投入了大量人力、物力。材料價格的走向已經(jīng)趨于透明，國外的材料價格已經(jīng)明顯下降；性能上，國內的材料已經(jīng)接近國外的材料。以汽車行業(yè)為例，詳情見表1 汽車典型零件國產(chǎn)化比例及國外優(yōu)勢。

企業(yè)選擇優(yōu)質精沖材料的標準

企業(yè)選擇優(yōu)質精沖材料的標準主要考慮價格導向、材料應用領域、企業(yè)戰(zhàn)略三個因素。歐美系、日系以品質為主導，會根據(jù)不同的材料應用，選擇不同精沖材料狀態(tài)與標準。一般歐美系有一套成熟的材料標準供材料生產(chǎn)廠家參考，日系一般會提供技術要求，國內企業(yè)沒有形成精沖材料的標準體系。作為精沖材料生產(chǎn)企業(yè)，一般會根據(jù)材料的應用領域以及精沖廠家的后續(xù)工藝來推薦合適的材料。具體情況見表2。

國內精沖材料的發(fā)展

發(fā)展概況

隨著煉鋼技術的進步，我國精沖材料正逐步進行低碳鋼向中高碳鋼的轉變，類似SK5 這種要求的高碳鋼已經(jīng)在寶鋼股份成功生產(chǎn)，從非金屬夾雜到球化率都有很好的控制，且材料的硫含量控制到0.005%以內，達到了國際領先水準；從合金鋼來看，Cr、Mo、Ni 合金的大量應用，為了材料沖壓后的淬火滲透性加入硼元素，有利于后續(xù)的熱處理；冷成形高屈服鋼抗拉強度已經(jīng)達到1000MPa 以上級別，并在汽車座椅滑軌領域應用中不斷改進與優(yōu)化。當然目前國內精沖鋼的發(fā)展迅猛，很多小型鋼廠也在不斷推陳出新，我們的關注度不僅僅要在材料成形性能上下功夫，還要考慮材料的應用領域與工況條件，材料的后續(xù)深加工的要求，逐步將中國的材料推向全新的高度，趕超國際領先水準。

表1 汽車典型零件國產(chǎn)化比例及國外優(yōu)勢

表2 歐美企業(yè)、日本企業(yè)、價格導向、國內民營企業(yè)材料比較

表3 我國精沖材料的性能分析

性能分析

高端精沖材料的成分范圍目前還無法完全滿足。尤其是要求碳含量在0.03%范圍內波動，抗拉強度要求在60MPa 以內都很難做到，目前對發(fā)動機零部件用鋼晶界氧化的常規(guī)水準控制在10μm 以內，客戶要求比較高的必須控制在5μm 以內。表3 為目前可以實現(xiàn)的精沖材料要求。

精沖材料發(fā)展趨勢

厚規(guī)格材料將異軍突起

隨著精沖設備的更新?lián)Q代，模具技術水平的大幅提升，鍍層技術與油品技術的發(fā)展，之前傳統(tǒng)的鍛壓、機加工、澆鑄等實現(xiàn)產(chǎn)品的手段，未來將可能通過厚規(guī)格材料的精沖工藝來實現(xiàn)。采用精沖工藝，不僅僅能提升生產(chǎn)效率，而且還有效節(jié)約了成本。

材料強度不斷提升

汽車輕量化如今已經(jīng)成為汽車領域不斷發(fā)展的風向標，在追求低碳環(huán)保經(jīng)濟的今天，如何通過減重來降低車輛的油耗是每個車企不斷探索的方向。以一輛乘用車為例，平均重量1.2t 左右，約85%的重量來源于鋼板，這些鋼板則主要來自于車身結構件（如底盤、發(fā)動機、變速箱、座椅等）。通過研發(fā)高強度的材料，不僅可以提高車輛主動安全性，而且可以降低精沖材料的厚度，有效地減少車重?？梢灶A見，未來5 ～8 年內，一些經(jīng)特殊處理的中高碳鋼、合金鋼、冷成形汽車高強鋼還是會占主導地位。

技術發(fā)展對未來精沖材料的要求

中國的沖壓輔助行業(yè)隨著沖壓業(yè)的長足進步，不斷的發(fā)展，涌現(xiàn)出了越來越多做電氣設備一體化的公司與工作室，未來傳統(tǒng)的人工送料將全面被自動送料系統(tǒng)、機械手等取代，這也對精沖材料提出了越來越高的要求。

寶鋼相關部門對沖壓行業(yè)進行調研后得知，目前做精沖零件的設備主要有三種：⑴精沖機及精沖模具，這是目前所了解的效率最高最先進的產(chǎn)品實現(xiàn)手段；⑵大噸位高速沖床配合精密模具，普遍應用于僅對產(chǎn)品功能面有要求而對產(chǎn)品沖裁面光亮帶要求不高的場合；⑶多臺沖床組合成連續(xù)生產(chǎn)線，通過機械手導軌等手段配以PLC 自動控制系統(tǒng)，也可以有效提升沖壓的效率。

以上三種沖壓生產(chǎn)模式對材料的要求非?？量?，材料的厚度精度將影響成形的一致性、精密模具的沖次，良好的表面質量可以降低后續(xù)處理的成本，優(yōu)良的加工性能又是材料成形、模具壽命的基礎。因此，高精度的尺寸，良好的表面質量，優(yōu)良的加工性能成為評判精沖材料優(yōu)劣的標準。未來必須要有良好的材料與沖壓設備、模具做匹配，打破傳統(tǒng)用模具去遷就材料不足的劣勢。