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五金沖壓模具“十三五”發(fā)展綱要連載二

關鍵詞:五金模具 沖壓模具 五金沖壓件 十三五 信息整理發(fā)布:汽車模具廠

四、十三五期間的五金沖壓模具發(fā)展與需求分析

2014年我國汽車銷量超過2300萬輛,成為全球最大的汽車市場,未來5年將會繼續(xù)領跑世界汽車市場。因此,今后5年我國汽車沖壓件市場也會同步發(fā)展,不僅是生產規(guī)模的做大,更是制造能力的做強。與汽車沖壓件相比,我國的電機制造、拖拉機和工程機械制造等行業(yè)用五金沖壓件也將有巨大的發(fā)展,適合于精沖、精密高速沖的產品將有很大的增加。特別需要強調的是配套于電子電器、移動信息和家用電器等行業(yè)的中小型五金沖壓件市場仍然具有一定的潛力。東莞市長東模具有限公司專業(yè)從事五金沖壓模具設計、制造,及沖壓加工生產為一體的五金模具廠。五金沖壓加工的沖床范圍從45噸到800噸,能獨立自主開發(fā)設計制作4米以內的沖壓模具。

沖壓加工向自動化,數(shù)字化和智能化方向發(fā)展是必然趨勢。高速高效及組合沖、多功能及智能模具也是發(fā)展的方向。厚板精沖、鋁板及復合材料沖壓、模內組裝、納米級薄板沖壓等都有許多課題可以研究。沖壓在線監(jiān)測、仿真與虛擬技術的應用、信息化的應用等等都有較好的發(fā)展前景。

未來發(fā)展趨勢中,國外市場份額將不斷擴大,并且國內企業(yè)在國際高端沖壓領域市場份額也將不斷擴大。可以預計到2020年中國將成為世界上熱沖壓產能最大的國家。到2020年中國將完全具備熱成形整線開發(fā)能力。針對沖壓行業(yè)的高度集成的數(shù)字化管理系統(tǒng)開始在行業(yè)應用,將逐漸實現(xiàn)數(shù)字化設計與制造,工作效率和管理水平也將大幅度提高。

目前,全球的熱沖壓生產線已超過300條,年產熱沖壓構件超過4.5億件。但是,大部分熱沖壓生產線和產品分布在歐洲和美國,我國只有50條生產線。在生產汽車板的鋼鐵企業(yè)中,只有寶鋼建起了熱成形板料生產線,武鋼建起了一條試驗研究用熱成形機組。沃爾沃(Volvo)預計今后汽車車身內40%重量的構件可以采用熱沖壓成形。2014年我國乘用車銷售1970.06萬輛,占汽車總銷量83.8%。預計10年以后至2025年,我國每年將需要熱沖壓成形汽車構件400萬噸,約1.6億件-2億件,至少相當于130-150條熱沖壓成形機組生產線的年產量。因此,超高強度鋼汽車構件的熱沖壓成形設備的開發(fā)與制造,是我國沖壓行業(yè)今后十年內的重要發(fā)展方向之一。

超高強鋼和熱成形用淬硬性高強鋼方面,需要研究抗拉強度更加高,沖壓性能更加好的材料。先進熱成形處理AHFT新工藝,用以制造超高強塑性汽車構件(強塑積PSE≥15~30GPa%)。熱成形超高強度構件的伸長率和強塑性得到顯著改善和提高,進一步拓展熱成形構件的強塑性級別和汽車構件的應用種類。在鋁板成形方面進行研究,開發(fā)出適合外板成形的低回彈鋁合金板材有巨大潛力。

除汽車領域以外、造船以及軍工領域對高強度鋼板沖壓的需求在急劇增加;在航空、航天、建筑等小批量、個性化制造中,對柔性成形技術的需求將在不斷增加。如漸進成形的特種沖壓成形也將存在一定的市場。未來幾年,中小型沖壓件全自動生產線會有較好的市場。電子電器、家用電器和信息產業(yè)用五金沖壓件需求將處于國際領先地位。

切實支持開展沖壓新技術特別是基礎理論與應用技術研究,如開展針對熱成形模具熱流道仿真技術研究,研究模具在線快速修復技術,研究鑲塊的環(huán)保涂層技術;開發(fā)針對沖壓行業(yè)的數(shù)字化管理系統(tǒng)研究。同時也要開展沖壓設備主要零件基礎材料、熱處理工藝的研究等。

在人才方面,要注意培養(yǎng)沖壓產品同步開發(fā)人才,沖壓工藝設計人才,沖壓虛擬制造(CAE模擬分析等)人才,沖壓生產線自動化(PLS模擬分析等)設計、規(guī)劃、制造和管理人才,沖壓模具設計、制造、調試人才,沖壓設備研究開發(fā)人員,質量管理人才,生產管理人才。在人才方面,國家不應把人才專業(yè)進行概括評定,而應在產業(yè)中進行細化,在教育進行綜合。從而實現(xiàn)素質教育,差異化就業(yè)而增加人才的凝聚力。

十三五期間,需要開發(fā)或推廣減重、節(jié)材方面的設計軟件。開發(fā)適用于沖壓特性的伺服驅動技術;以及沖壓生產自動化設備與技術。在沖壓生產方面,急需要解決在工藝時間不可縮短的情況下,如何減少工件的中間定位、輸送傳遞和工模具更換時間技術難題。

五金沖壓材料成形、拉深性能基礎研究應得到加強,特別是材料應力應變曲線的數(shù)字化研究具有重要的現(xiàn)實意義。厚板精沖要在理論上總結提高,要把現(xiàn)實排氣系統(tǒng)連接法蘭的厚板精沖提升到理論的高度,總結現(xiàn)狀,指出不足,提出方向,延伸應用。依據(jù)目前行業(yè)發(fā)展的形勢看,國內精沖、精密高速沖,以及漸進成形等技術和設備仍然有巨大的發(fā)展空間。

2016-2020年,沖壓行業(yè)在技術與市場發(fā)展方面將會有一個大的飛躍。其中模具設計制造技術正在向以計算機前的操作逐步代替現(xiàn)場操作,以高精度加工代替人的手工勞動,沖壓模具的設計、制造高度標準化。單件生產方式向流水線式生產方式發(fā)展等。國外先進的大型外覆蓋件模具企業(yè)在汽車模具制作的很多方面與國內企業(yè)大不相同,值得我們很好的借鑒。其中消滅鉗工是一種目標,主要是指極大地減少或完全避免修磨和調整鉗工(裝配鉗工還是要的)。目前國外已基本實現(xiàn)這一目標,除修磨拉延面和拉延凸圓角外,推磨、修模和調配鉗修已大部分屬于異?;驈浹a設計和制造的缺陷,不再是一件必要的和正常的工作。

十三五期間或未來一段時間內,我國將需要研究開發(fā)和擴大使用滿足高成形性能的輕量化新型材料,如:碳纖維、復合材料等;需要自主研發(fā)精密、復雜的沖壓模具,特別是應用于高強度鋼板冷沖壓模具材料的研究將得到重視。一定會開展熱軋鋼板黑皮鋼技術的研究,以及熱成形鋼板技術的研究。為提高材料利用率,激光焊接的板料應用會不斷增加。具有高度柔性和適應及時生產要求的沖壓設備將應用到沖壓行業(yè)中,其中包括大型伺服壓機、熱成形技術和內高壓成形裝備和技術等。

十三五期間,還需要開展變截面三維輥壓(漸進或滾壓)技術的研究,滿足于單件低成本開發(fā)的需求;自動化生產將逐步替代手動生產方式,級進生產,多工位生產和國產高速大噸位沖床將在企業(yè)中得到廣泛應用。

十三五期間,需要開展超高強汽車構件用鋼板的開發(fā)與生產,進行三種強塑性級別的超高強塑性汽車構件UHSDAP用鋼的化學成分設計、生產工藝流程、關鍵工藝技術參數(shù)和組織性能控制研究。開展實驗室試驗和現(xiàn)場工業(yè)試制。開發(fā)和完善短流程CSP熱軋超薄帶酸洗板的開發(fā)與生產,進行鋼板和構件的性能質量檢驗分析。開展鐵素體-殘奧F-TRIP型、貝氏體-殘奧B-TRIP型、馬氏體-殘奧M-TRIP型(即Q-P鋼)的UHSDAP構件的短流程-深加工技術研究等。在這一基礎上,需要進行超高強塑性汽車構件UHSDAP的先進熱成形處理AHFT工藝與設備開發(fā)。

先進熱成形處理AHFT工藝對不同類型TRIP鋼板的組織和性能的影響有待進一步探討。需要認真研究熱成形淬火HF+貝氏體等溫處理ATAustempering Treatment)工藝,以及熱成形淬火HF+碳分配等溫處理PTPartitioning Treatment)工藝。

十三五期間,需要加強研制開發(fā)熱沖壓后續(xù)工藝的新型低溫熱處理爐,可以分別對熱成形-淬火后的構件進行貝氏體等溫處理(Austempering)、碳分配處理(Partitioning)或者回火處理(Tempering)。同時需要開發(fā)與之配套的工藝控制軟件。十三五期間,仍需要對熱沖壓成形-淬火工藝進行相應的改進,對加熱爐、模具水冷淬火系統(tǒng)、冷卻速度與終冷溫度控制方式,以及構件傳送系統(tǒng)等進行開發(fā)和完善。特別需要強調的是,需要繼續(xù)對先進熱成形處理AHFT機組的研制。

今后5年,柔性成形技術將向大型化、精密化、高速化及連續(xù)化方向發(fā)展。大型化采用柔性成形技術加工的工件尺寸越大,其優(yōu)越性越突出。隨著柔性成形技術的推廣與普及,設備的一次成形尺寸也在逐漸變大。2020年之前,會出現(xiàn)一次成形面積超過10m2的柔性成形設備。目前,精密化已經能夠用厚度為0.5mm甚至0.3mm的板料成形曲面類工件,而且能夠成形如人臉那樣比較復雜的曲面。隨著柔性成形技術的逐漸成熟,將向精細化方面發(fā)展,其成形精度也將得到更大提高。高速化及連續(xù)化,采用輥壓柔性成形技術可以實現(xiàn)工件的高效、連續(xù)柔性成形,從而實現(xiàn)小批量、個性化制造的高速化與連續(xù)化,到2020年可以達到一臺柔性成形設備每天加工300m2曲面工件的生產效率。

精沖、精鍛是并行發(fā)展的兩項先進制造技術,精沖件太厚即需要精鍛,精鍛件太薄就必須精沖,兩者相互關聯(lián),關系密切。開發(fā)精鍛+精沖復合工藝的基本思路是找到這兩項工藝的結合點(如帶輪轂的齒輪零件和帶短軸的凸輪零件),而我國的精鍛有長久的歷史,水平已經很高,以此為方向來提升我國精沖技術的整體水平是一條很好的途徑。精沖當前的主要內容是不斷解決材料、設備、模具、工藝和市場開拓方面存在的問題。在材料方面歐洲已經發(fā)展起來了細晶粒高強度精沖專用鋼板,中國將會有個別企業(yè)從事研究開發(fā),投放市場。在材料上,經過二次加工的精沖用鋼品種將會逐步增加,用戶選擇余地也將越來越大。精沖設備要以日歐設備為榜樣繼續(xù)加強國產化,提升水平;沖壓模具壽命和沖壓模具結構將一直是行業(yè)關注的焦點,這方面的研究需要深入和持久地進行。多工位連續(xù)加工精沖工藝將普遍采用,這將提高效率和降低人工成本;縱向復合工藝會在部分產品上得到應用;未來中國精沖行業(yè)的市場必須堅持立足國內走向歐美日的戰(zhàn)略定位。

高速精密沖模具技術需要研究關鍵設計內涵和技術以及制造工藝中的基礎技術、理論,掌握模具核心技術。沖壓模具的基礎零部件和配套件是模具整體快速發(fā)展的基本條件,而中國由于熱處理、材料和標準件等模具基礎零部件和配套技術及質量水平較低,高檔模具制造嚴重受約束。

隨著新工藝新產品的不斷涌現(xiàn),國外精沖模具已經從常規(guī)的單副級進模向多功能組合沖壓模具、生產線配套組合模具工裝、特大型級進模以及微細零件沖壓模具等方向發(fā)展。高速精密沖模具越來越復雜,集合了模內激光焊接、模內鉚接和二次注塑成形技術。特別值得提到是,3D打印技術對模具制造業(yè)將產生影響。隨著電子工業(yè)的發(fā)展,小型電子零件的需求日趨高漲,促進了高精度、高效率的高速壓力機的發(fā)展。目前日本及歐美已成為高速壓力機技術的領頭羊,在100KN壓力、8mm沖程下,滑塊速度可達4000/分。

整體而言,中國沖壓模具技術與裝備將會向國際先進水平跟進,與國際先進水平仍將保持一定的差距,裝備制造業(yè)需要一定時間的積累。沖壓行業(yè)的設備大部分仍以國產設備為主,但是進口設備將會逐漸增多,占據(jù)著高端市場。依據(jù)目前可以預見的條件看,沖壓設備市場將會保持一定的增長,尤其是汽車、電子電器和其它新型行業(yè)相關的設備增長將尤為明顯。沖壓設備將毫無疑問地向大型化、高速化、精密化、自動化、數(shù)字化和信息化方向發(fā)展。其中大型高速緊湊型機械壓力機生產線和多工位壓力機,配備專用和高效的板料傳輸技術和快速換模裝置為重要的發(fā)展方向。隨著伺服驅動技術的發(fā)展,伺服壓力機逐漸被汽車廠家接受,成為新建項目的首選設備。高性能交流電動機伺服系統(tǒng)代表了當前伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展方向。國內研究機構未來要加大高精度的伺服控制技術研究,引導國內機床行業(yè)的機床控制技術的升級,縮短與國際先進技術的差距。建議十三五期間,沖壓設備應重點研發(fā)高速機械伺服壓力機生產線和液壓機械混合伺服壓力機(液壓驅動,機械傳動)擺脫國外對大扭矩、低轉速伺服電機的限制。研發(fā)數(shù)控液壓墊技術,打破國外壟斷。研發(fā)大型多工位伺服壓力機,以及先進的能量管理系統(tǒng)技術。

十三五期間,在攻克伺服壓力機部件時,要重點攻克高速重載滑動絲杠制造工藝,目前該技術為日本等先進企業(yè)所壟斷。如能順利實現(xiàn)國產化,將推動國產伺服壓力機(絲杠+多連桿結構)的快速發(fā)展。重點攻克高速重載滑動軸承,需要研究高轉速下滑動軸承的動力學特性(包括材料及制造工藝),如能獲得突破,國產高速壓力機精度和性能會進一步提升,達到歐美先進水平。還要攻克非圓齒輪磨削設備,采用非圓齒輪傳動可以實現(xiàn)多連桿的某些特性。但制造設備依賴進口,而且至多只能采購在6級精度以下設備,伺服壓力機研制所需的驅動器也需要進口,國產伺服電機的穩(wěn)定性和可靠性需要進行研究論證。

為了滿足個性化的沖壓成形生產需求,不斷衍生出多種專用、高效的壓力成形設備和裝置。如內高壓成形、板材充液成形、熱成形等;由于專業(yè)化生產對提高質量、降低成本具有重大意義,隨著沖壓設備的發(fā)展,沖壓行業(yè)將對專業(yè)化生產要求越來越高。

由于液壓機能夠快速調整,適合中、小批量零件的生產,液壓機系統(tǒng)對壓力、行程速度單獨調整后,實現(xiàn)了對復雜工件以及不對稱工件的加工,降低了廢品率,還適合于難成形以及高強度的材料,這也是未來沖壓發(fā)展的一條主要技術路線。

在沖壓模具技術方面,需要繼續(xù)提升信息化、標準化水平。必須用信息化技術裝備模具企業(yè),發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術,特別是成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術(CAE)。加速我國五金模具標準化進程,提高精度和互換率。

為適應市場對五金沖壓模具制造的短交貨期,高精密、低成本的迫切要求,未來我國的五金模具將呈現(xiàn)幾大發(fā)展趨勢:一方面是由于用五金模具生產的零件日漸大型化;另一方面也是由于高生產率要求而發(fā)展多工位沖壓模具。沖壓模具的精度要求越來越高。隨著零件微型化及精度要求的提高,有些模具的加工精度要求在1μm以內;超精密加工已進入納米(0.1μm~100nm)級精度階段。

擠壓模及粉末成形模需求將會增多。由于汽車、車輛和電機等產品向輕量化方向發(fā)展,以鋁代鋼,以及高分子材料、復合材料、工程陶瓷和超硬材料的成形加工技術需要加快發(fā)展;由于新型材料的采用不僅能改變產品結構和性能,而且也使生產工藝發(fā)生根本的變革,因此也將相應地出現(xiàn)對液態(tài)、半固態(tài)擠壓模具及粉末鍛模的大量需求。

多功能復合模具將得到進一步發(fā)展,級進組合沖壓模具已在美國汽車工業(yè)中普遍應用,主要用于加工轉子、定子板或者插接件,其優(yōu)點是生產率高、模具成本低和消減了板料剪切工序。當前集成電路引線框架的生產已經使用具有20~30個工位的級進模,工位數(shù)量最多的已經達到160個。這種模具在生產鐵芯疊片中得到應用,可以實現(xiàn)自動沖切、疊壓、鉚合、計數(shù)、分組、轉子鐵芯扭斜和安全保護。這種多功能復合模具生產出來的不再是單個零件,而好似成批的組件,可大大縮短產品的生產及裝配周期。

沖壓行業(yè)未來的發(fā)展離不開數(shù)字化應用,而行業(yè)需要的各類軟件將受到歡迎,客戶移動端信息管理軟件、三維造型設計軟件、CAE軟件均為國外產品。從安全層面上看,需要國內軟件企業(yè)在該領域進行開發(fā)。

提高行業(yè)人員素質這是一項迫在眉睫的任務,又是一項長期而系統(tǒng)的工作。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才,大批熟悉國內外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家,大批掌握先進技術、工藝的高級技能人才,要舍得花大力氣,有計劃和分層次地培養(yǎng)。

沖壓行業(yè)未來需要的人才主要包括:高端企業(yè)管理人才,高端項目管理人才,熱成形整線集成人才,熱成形模具設計、制造、調試人才,高端覆蓋件調試人才,壓機自動化管理人才,新技術研發(fā)人員等。需要材料科學、成形工藝、機械、電氣、自動化控制和計算機和軟件編程等專業(yè)人才的合作,可以在重大項目的立項和實施過程中,從現(xiàn)有的專業(yè)技術人員中選撥培養(yǎng),并結合項目的實施,行業(yè)辦學和專業(yè)教育相結合進行。

這些人才需要靠企業(yè)、協(xié)會、相關高校研究院所聯(lián)合培養(yǎng)。國家和社會力量辦學,企業(yè)提供實習機會并享有優(yōu)先挑選學員的培養(yǎng)方式,是不錯的選擇。國家或行業(yè)協(xié)會建立行業(yè)人才庫,并且定期組織高端人才論壇,參與國家相關技術標準制定,參與國家或行業(yè)重大政策的制定,也可以起到培養(yǎng)人才的作用。

企業(yè)好不好很大程度上取決于管理的好壞,五金沖壓廠必須全面實行5S管理,這是能夠實現(xiàn)高質量沖壓件生產的關鍵所在之一。沖壓管理要全面引入ERP系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),這對企業(yè)管理水平的提升具有重要的意義。

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五、政策建議

制訂切實可行的產業(yè)稅收扶持政策,應推廣增值稅先征后返優(yōu)惠政策,逐步減少直接投資性的國家扶持和支持項目。可以實行擇優(yōu)扶強,也可以對高新技術企業(yè)(如新鋼材研發(fā),新模具材料研發(fā),新的涂層技術,熱成形模具新技術)在開發(fā)階段執(zhí)行該政策。還可以對產學研科研項目推廣單位或應用單位執(zhí)行這一政策。

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