精沖產業的現狀及發展

文/鄧明·重慶理工大學機械工程學院

精沖產業的現狀及發展

文/鄧明·重慶理工大學機械工程學院

鄧明，教授，重慶理工大學機械工程學院院長。長期從事塑性成形及模具技術研究，在國內精沖技術研究方面有較大影響。近年來，主持包括國家自然科學基金面上項目在內的科研項目30余項，發表學術論文120余篇，另有多部出版專著及多項發明專利。

精沖的特點與應用

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，借助于特殊結構的精沖模具，加工精密輪廓零件的一種先進工藝。圖1所示是一些典型的精沖制件。

精沖具有如下的優勢：

⑴能夠生產出優質的零件，零件剪切面的尺寸精度可達IT7～IT8級，Ra=0.8μm左右。

⑵僅用一次精沖便可生產出許多形狀復雜的零件，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應用需求不斷增多。國外發達國家已經把一輛車上使用精沖件數量的多少，作為評價其汽車制造水平的高低的一個指標。

近年來，越來越多的鑄件、鍛件、粉末冶金及機械加工件向精沖件轉化，在未來制造業中精沖技術將有更廣闊的發展空間。

到目前，有約45個國家360多家公司采用了精沖生產技術，全球的精沖機總數約為5000臺，某些歐洲國家和日本掌握著先進的精沖技術，在市場競爭中已處于有利的地位，精沖件產能達300億件。由瑞士法因圖爾公司制造的機械式精沖機沖次可達到120次∕分、精沖機噸位達1400t，可沖板材的厚度達到24mm，最大尺寸可達1000mm。20世紀90年代精沖技術開始在我國汽車工業領域推廣應用，1992年中汽公司在廣州投資建設廣州精沖件制造公司。近年來國內高檔轎車的引進開發，更加促進了精沖技術的發展。目前國內擁有精沖機200余臺，僅占世界總量的4%，主要應用于鐘表行業、汽車行業、工業電子行業、紡織行業、建筑行業、通用機械行業等。近幾年我國加大了對模具技術的研發力度，取得了很好的成果。據不完全統計，企業在用精沖模具總量中，國內制造的模具占95%左右，進口模具占5%左右。

市場方面，目前全世界已知精沖零件將近10000種，每年對精沖零件總的需求量約40億件。據國外權威汽車專家統計分析，每輛轎車的精沖件約有80種，總數量為200多個，搭載無級變速（CVT）和渦輪增壓器的轎車上的精沖件會增至350～380個；一般每輛卡車上約有50個精沖件，每輛摩托車約有30個精沖件。目前在高檔車上應用的精沖件正在向所有車型覆蓋，中國汽車工業目前每年對零部件的需求約折合人民幣1600億元，其中精沖件大約有8億件產量。

隨著精沖技術的逐漸普及和發展，及相關研究和開發的不斷深入，除了汽車、摩托車等行業應用到精沖技術外，精沖技術將會得到更廣泛的應用。

我國精沖件制造業現狀

隨著全球精沖行業的發展，精沖行業在國內也蓬勃發展起來，企業規模不斷擴大。國內已有精沖企業70余家，分布于19個省市，其中長三角、湖北和珠三角區域聚集了全國70%以上的精沖企業，而剩下的不到30%的企業則零散分布于其他區域。2013年針對湖北、江蘇地區精沖行業調研顯示，國內精沖行業企業年銷售額達到1000萬至2億元，企業員工人數為20～500人。國內從事精沖生產的主要企業見表1。

表1 我國主要精沖企業狀況簡表

此外，精沖生產的外圍輔助產業也得到了較大發展，比如武漢波爾科技股份有限公司對精沖油做了研究。該公司選用聚合酯取代氯化石蠟，保證潤滑特性的同時，解決了精沖件生銹以及操作工的健康問題；杭州祥生砂光機制造有限公司致力于金屬表面研磨及去毛刺技術的研發，連續幾年成為全球專業去毛刺機領域產品系列最全的廠商，可以基本滿足全行業對表面去毛刺的工藝要求。

從精沖機在各行各業的應用分布來看，2013年各噸位的精沖機使用情況見表2。

表2 不同噸位的精沖機使用情況

目前，國內精沖生產的主要特點是：

⑴復雜齒類零件的精沖工藝。復雜齒類精沖件一般厚度不超過6mm，否則成形后齒面質量差。通過改進精沖模具、采用雙齒圈等結構，精沖扇形齒板厚度可達到10mm。

⑵多品種、小批量的生產模式還占相當比例，一些企業嘗試模塊化多用途模具或經濟型精沖機，或采用數控方式進行模具更換。

⑶經濟型與專業型精沖機并行。對普通壓力機進行改造，經濟型、專用型、全自動化型、多工位型壓力機并行。

⑷低速與高速并存。高速每分鐘達100件（次），低速僅15～20件（次）。

⑸直孔、沉孔、彎曲、擠壓、半沖、倒角、齒等結構要素相組合的精沖復合工藝的發展很快。圖2所示是國內某公司采用精沖復合工藝生產的零件。

⑹精沖機的高剛性設計。為了滿足復合精沖工藝要求，精沖機身應具有高剛性結構，同時導向也應具有高剛性和高精度。

⑺精沖模具技術有長足發展。材料和加工手段上的技術發展，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值的19.04%。縱向級進成形模具結構的出現，不僅減少了模具工位數，提高了同心度，同時延長了模具壽命，減少了模具制作費用，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，精沖用到的材料主要是碳素結構鋼，同時合金結構鋼和高強度鋼也日趨主流。

精沖產業面臨的機遇和挑戰

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。某些歐洲國家和日本形成了完整的精沖產業鏈。國際大公司為了降低生產成本，把大量的零部件生產擴散轉移到包括中國在內的發展中國家，并面向全球進行比價采購，全球金融危機加快了這一產業轉移的進程。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 精沖復合成形件

近年來，國外精沖企業紛紛在中國建廠，瑞士法因圖爾在蘇州太倉建廠，并在上海松江設立了研發中心；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。縱觀世界各行業，對精沖件的厚度、尺寸要求越來越高，促使國內精沖生產能力快速提升，精沖技術將在工藝、模具、精沖材料、潤滑及設備方面有顯著提升。一個嶄新的、全球化的精沖工業網正在醞釀。對于我國而言，這是一個十分重要的機會。當前國內精沖行業面臨著人才少、市場規模小、產量低、效率低等問題，為在將來的發展中逐漸解決這些問題，迎合這一即將到來的更發達的精沖行業，我國必須做好相應的準備，同行業之間也應相互組織起來，便于相互交流、協作，共同進步，這也是今后我國精沖行業發展的大勢所趨。

表3 國外主要精沖企業

雖然精沖技術發展迅速，但大多是國內企業通過商務合作的方式得到基礎的精沖技術，先進的精沖技術還是需要靠自身的研究獲得。因此，我們仍然面臨著許多尚待解決的問題：

⑴中、厚板零件精沖技術依然不成熟。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展依舊不成熟，且并未得到大范圍推廣。

⑵精沖設備價格昂貴，投資風險大，很多企業因此無力投資。而精沖本身是為了獲得更高的效益和更好的產品質量，只有產量需求達到足夠大后，才能彌補精沖設備昂貴的費用。然而，根據我國制造業現狀，市場瓜分呈多元化，廠家各自為營，企業間的合作較少，很難形成批量，難以實現規模效益，這在很大程度上阻礙了精沖技術的推廣和應用。

⑶精沖技術是一個較新、較復雜的工藝技術，除了精沖機，還需要引進較多先進的設備，例如精密檢測設備、模具加工設備等，甚至還需要一批高素質的工程師和技術人員。因此，精沖是一項高技術的系統工程，在短期內不可一蹴而就。

⑷盡管精沖技術在我國發展了十幾年，但至今技術仍不成熟，精沖設備、模具、材料和潤滑等尚不配套。精沖材料目前尚無國家標準，均采用的是國外的標準，而國內研究精沖潤滑的企業甚少，市場不大，潤滑油的環保問題也少有人研究。一旦出現突發問題，如模具損壞等，則無法短時間內解決。人才方面，隨著行業的前進和發展，對精沖人才的需求量也大量增加，復合型人才的培養也迫在眉睫。

精沖產業的發展趨勢

未來精沖產品必須滿足經濟、高產、高質量等要求，因而精沖技術的應用必定是更加廣泛的。第一，隨著其他機械加工件向精沖件轉化，以及不銹鋼及有色金屬精沖件的生產，精沖件的應用范圍將更廣。國產汽車上的精沖件基本實現國產化，部分精沖零件進入國際市場，還有其他行業(精密機械、辦公用品、日用品等）也大量采用精沖零件，市場有所擴大。第二，精沖件形狀更加復雜。第三，伴隨中厚板精沖件的生產和高強度鋼板精沖件的生產，精沖坯件的難度會更大。第四，隨著精沖市場的不斷擴大，各鋼廠和鋼材供應商的生產及經營的改善，各種精沖材料的采購將基本上都在國內解決。第五，國產精沖機設備將被更廣泛地采用，精沖效率及自動化水平必將得到更大的提升，企業也將高度整合，轉型升級勢在必行。第六，模具結構方面正在發展多工位、多腔等高效新結構精沖模具的開發。第七，精沖自動化、智能化升級正在進行。