中國沖壓行業“十四五”發展綱要(連載一)

文/中國鍛壓協會

(執筆人：教授級高工李鳳華)

“十三五”期間沖壓行業發展成就

沖壓行業整體穩步發展支撐了我國相關制造業的發展

沖壓行業是我國制造業的基礎，涵蓋了汽車、家電、農機、工程機械、電子電氣、通訊、軌道交通、航空航天、醫療裝備、能源化工以及相關的裝備制造等行業。目前，汽車沖壓企業仍是我國沖壓行業的主體，但沖壓行業的新發展，已更多地外延至其他行業領域。根據中國鍛壓協會對全國約50 家有代表性的沖壓件生產企業連續調研統計，“十三五”期間，行業人均銷售收入、出口比率和投資比率穩步增長，具體數據見表1。沖壓產品的質量穩步提高，產品精度最高可達到±0.005mm。一些中高端汽車外覆蓋件模具首次出件尺寸合格率達到75%以上。沖壓行業的規模發展和產品質量支撐了我國汽車行業以及家電、電子通訊、航空航天等相關行業的發展，且整個行業絕大部分產品實現國產化，對我國基礎制造業發展起到了應有的支撐作用。

產業鏈逐步發展完善，專業化水平不斷提升

行業集群式發展特征明顯，提高了產業鏈的穩定性和抗風險能力。沖壓行業緊跟汽車產業集群的發展，形成了東北、京津冀、長三角、珠三角、華東地區、中部地區、西南地區等區域產業集群，并帶動了上下游產業鏈的發展。

行業企業開始重視聚焦細分市場，發揮技術特點，各取所長，走專業化發展道路。有的企業專注于大型復雜的產品成形，也有企業專注于小型精密高速的產品制造。企業的產品定位更加專業和精細，由于專注和專業，某些細分領域的產品和技術已達到國際先進水平。如某些專注于深拉深產品的中小企業和新能源電池殼體拉深的制造商。一些合資和自主品牌汽車沖壓車間的裝備和工藝水平已達到世界先進水平。隨著技術水平的提高，沖壓企業所能開發和加工的產品難度也不斷升級，比如發動機和變速箱內部的關鍵沖壓件，過去長期依賴進口，在十三五期間，我國企業在這方面開始突破，部分車型的零件已經國產化成功，開始批量本地制造，并開始出口。

表1 2016-2019 年我國沖壓行業部分企業調研數據

非汽車沖壓企業得到快速發展。依靠先進的工藝設備，航空沖壓零件制造數字化水平進一步提升，由傳統的以手工成形為主向機械化、自動化成形轉變，數字化工藝仿真軟件應用水平也有所提升，代替傳統的工藝試錯，提高了零件工藝設計水平和成形質量；家電沖壓件生產自動化水平大幅提升；封頭行業在規模和制造能力上得到快速發展，支撐了石油化工類、物流運輸類、核電等特殊裝備行業的發展，國產化基本實現100%，封頭產品國際競爭力不斷增強，產品出口歐美市場，出口占總產量5%左右，冷成形技術得到較為廣泛的發展應用，大規格封頭以及厚壁封頭熱成形技術也在成熟發展。

行業協會在標準和國際交流方面發揮積極作用

“十三五”期間，中國鍛壓協會成立了標準委員會，啟動了行業團體標準的制定工作，并著手制定產品、工藝技術、行業管理等團體標準，行業團體標準的制定和發布，將進一步推動行業的高質量發展，推動行業發展與國際接軌。中國鍛壓協會首次擔任國際金屬板材成形聯盟的主席國(2016-2018)，擴大了與發達國家同行的交流與合作，促進了國內沖壓行業的發展與進步。

沖壓產品結構整體化、模塊化，材料多元化、輕量化

沖壓產品結構上呈整體化、模塊化發展，如汽車車身沖壓件整體化設計，整體側圍、整體地板、整體門板等，減少零件數量，節省模具投資，提高材料利用率和生產效率，提高車身尺寸精度和強度；材料高強化、輕量化、多樣化，沖壓產品輕量化設計，包含輕量化材料和輕量化結構，根據不同需要采用不同的材料和結構。高強鋼、熱成形鋼、鋁合金、鈦合金、內高壓空心管件等輕量化材料及產品結構普遍應用。隨著新能源汽車的發展，動力電池、燃料電池及高速動力電機定轉子相關沖壓產品、技術得到快速發展。非汽車行業沖壓件產品被采用的越來越多，沖壓產品及相關工藝和裝備技術得到快速發展。零部件材料-結構-性能一體化設計成為趨勢。封頭產品趨于大型化、超大型化，某些企業整體冷成形最大直徑達16m，熱成形最大壁厚達400mm。

國產沖壓材料技術得到一定發展

用于沖壓零部件生產的高強鋼、熱成形鋼、鋁合金、鈦合金、碳纖維等先進材料都有了國產化和應用。特殊涂鍍層外板技術日趨成熟，第三代高強鋼廣泛應用，汽車用鋁板研發及生產技術日趨完善，汽車外覆蓋件鋁板材料部分實現了國產化。在先進的轎車車身中，高強板、熱成形鋼和鋁合金材料應用越來越廣泛。精沖材料絕大部分實現國產化，支持了我國精沖行業的快速發展。新型航空材料的研發應用，特別是鋁、鎂、鈦高端高溫輕質合金的快速研發應用，支持了我國航空航天工業的快速發展。先進高分子工程材料及新型功能材料如碳纖維、碳納米材料、稀土材料的發展，促進了非金屬成形工藝及裝備的快速發展。

先進沖壓工藝技術得到快速發展和應用

⑴一批新的先進沖壓成形技術獲得廣泛的開發和應用。高強鋼熱成形技術快速發展，熱成形設備、模具由過去的進口已經完成國內自主開發，并批量投入生產，熱成形設備市場保有量國產設備占有率達40%以上；管材液壓成形技術也得到了較快發展，復雜的空心管件是汽車及其他產品輕量化的重要途徑，廣泛應用于汽車、航空、航天等高端裝備行業；鋁合金成形技術得到快速發展應用，鋁板成形、鋁板溫熱成形、鋁合金管材內高壓成形、鋁合金電磁成形、充液成形等都已經完成研發進入應用階段；精沖技術得到較快發展，精沖與成形工藝結合的復合工藝得到普遍應用，大尺寸和材料厚度大于12mm 的精沖件應用越來越多，精沖技術的進步還體現在沖壓效率和沖壓精度的提高，精沖技術的發展，使精沖件的應用范圍不斷擴大；輥壓成形技術廣泛應用于汽車梁類件；高強板的精密深拉深成形極限、回彈研究，尺寸精度極限研究，加快了這類高性能高精密零件的國產化進程；板材高速率成形技術如電磁脈沖成形和板材沖擊液壓成形等，成形精度高、回彈小，提高難成形材料的塑性變形能力，用于航空航天復雜形狀薄壁件的精確成形或整形；鋁合金覆蓋件超塑成形技術研究，突破了鋁合金覆蓋件難成形、生產效率低的難題，形成了快速超塑成形新工藝和新技術；外場輔助(電磁場、超聲波場)沖壓技術逐步得到了應用，如電磁場輔助單點漸進成形，超聲波輔助沖壓成形；非金屬材料、纖維增強材料成形技術得到了一定發展應用。

⑵組合沖壓工藝技術及沖壓連接技術得到發展應用。由常規模具沖壓工藝和無模液態成形工藝及蒙皮拉延工藝等組合成形工藝技術，拓寬了制件的成形范圍；沖焊、沖鉚復合加工技術，擴大了沖壓加工產品的范圍，提高產品質量和綜合效益。沖壓件之間無鉚釘鏈接、有鉚釘鏈接，沖壓擴散連接技術等，提高材料利用率，降低成本。基于六軸機器人的數控鎖鉚連接技術，替代焊接工藝實現金屬沖壓件之間的高效高質量連接，可以減少焊接生產過程中出現毒氣煙塵的節能環保問題，還可以解決汽車輕量化混搭材料之間的連接技術問題。

沖壓生產自動化、數字化、信息化水平進一步提高

先進沖壓車間以高度自動化的沖壓生產線為主體，實現了生產線上從板料拆垛開始的零件生產、搬運輸送等環節的互聯互通和自動化、無人化生產。少數沖壓企業進一步實現了沖壓線的線尾沖壓件自動裝箱、AGV 沖壓件自動搬運入庫等沖壓深度自動化。生產物流自動化系統、機器人系統、產品設計制造網絡協同系統、數字孿生制造技術等，在一些先進的沖壓工廠得到應用。沖壓設備數控程度、自動化控制能力普遍提高，設備具有遠程監控診斷功能。一些先進沖壓工廠都有信息管理系統，含板料至沖壓件入庫的全過程管理和控制。基于在線信息采集和數據庫技術，可以基本實現生產質量實時分析，及時反饋和控制。ERP、MES 等信息化系統在中小沖壓企業也逐步得到應用。

計算機模擬仿真技術在行業廣泛應用

計算機模擬仿真成為沖壓產品設計、模具設計、工藝設計的必要手段，獲得廣泛應用。沖壓全工序模擬、精細模擬、回彈預測等板材成形有限元分析，是現代金屬板材成形產品設計和工藝開發不可或缺的手段。CAE 軟件功能越來越強大，越來越與實際接近，分析穩健性越來越高。沖壓生產線運動曲線的干涉模擬應用也逐漸變得普遍。CAE 技術及PLS生產線仿真技術已構成對沖壓同步工程(SE)的強力支撐，具有顯著縮短產品和工藝開發周期，提高產品質量和生產效率的優點。

沖壓模具設計制造水平全面提升

沖壓模具設計制造水平全面提升，模具制造質量和加工精度大幅提高。模具出口穩步增加，中國模具產業從經濟規模上仍然保持世界制造大國和貿易大國的地位。

——大型復雜級進沖模實現一模多件、模內自動鉚裝產品組合一體化功能(以汽車結構件、工業電機鐵心成形模具等為代表)。

——精密高效長壽命級進模具，制造精度達1 μm，模具壽命最高可達上億沖次，模具柔性化、模塊化(以集成電路引線框架、3C 產品接插件、變薄拉深換熱器翅片成形模具等為代表)。

——大型高端模具國產化率提升，轎車側圍、翼子板、車門等大型汽車外覆蓋件模具完全可以實現國產化并實現出口。

——數字化模具技術在大型汽車模具設計制造中得到廣泛應用。成形過程CAE 模擬分析，模具結構三維設計、參數化、標準化設計，模具自身的干涉檢查及自動化運行過程的干涉檢查。模具制造和模具調試過程的虛擬呈現，不僅提高了沖壓件質量和生產效率，新車型的模具開發周期縮短三分之一以上。

——輕量化材料與工藝所需模具開發成果顯著。國產熱成形模具技術日趨成熟，并部分替代進口，滿足國內市場對普通熱成形模具的需求，降低模具成本；具有一定的內高壓成形模具自主開發能力；鋁板模具大量實現國產化生產。

——模具標準水平顯著提高。模具結構、模具零部件規范化、模塊化、標準化程度逐步提高。

——大型柔性化生產模具技術得到廣泛應用。例如橡膠模具、液壓模具、大型拉彎模具、多點成形模具、漸進成形模具等柔性化模具應用在航空航天等非汽車行業。

沖壓成形裝備技術的發展支持了沖壓行業的發展

沖壓成形裝備制造企業緊跟世界沖壓技術的發展趨勢，加大技術研發及人才培養力度，某些產品技術達到國外技術水平，能夠參與國際競爭。先進設備獲得越來越多的應用，市場份額顯著增加。國產高性能壓機及生產線已多批次出口國際高端用戶。

⑴伺服技術在機械壓力機上的應用得到快速發展。特別是大型伺服機械壓力機的研發和應用，國內已有多家沖壓設備企業成功開發生產了大型伺服機械壓力機，打破了大型伺服機械壓力機國外生產廠壟斷的局面。隨著零件和模具結構復雜化、材料高強化和多樣化，零件質量要求的提升，伺服壓機的優勢愈加凸顯。雖然價格較普通機械壓機高，但綜合技術經濟指標好。2017 年1 月，由國內沖壓設備生產企業自主研制的國內首條全伺服高速自動沖壓線在武漢用戶基地全線貫通，正式交付使用。與傳統全自動沖壓線相比，全伺服線生產節拍達到每分鐘18 次，效率提高20%，相同成形速度下平均節拍提升25%。生產柔性也更加優越。國內也有企業研制出了國產伺服驅動系統，主要用于部分國產中小型伺服壓機。

⑵大型多工位機械壓力機和級進模壓力機發展迅速。由于多工位機械壓機占地面積小，生產效率高(為沖壓生產線的2 ～3 倍)，自動化程度高、設備精度高，其應用越來越廣，特別是中小型多工位和級進模壓力機幾乎成了汽車沖壓零部件生產企業的標配，也是電子電器沖壓件工廠的必備設備。目前國內在用的大型多工位壓力機(2000 噸以上)國產化率在50%以上，打破了國外壟斷的局面。1200 噸以下的級進模壓力機效率更高、材料利用率更高，廣泛應用在各類沖壓件企業，國產壓機發展迅速，占市場主導地位。

⑶熱成形生產線具備國產化能力。隨著國內熱成形技術的快速發展，熱成形壓機及配套設備實現國產化已成事實。目前我國現有的熱沖壓生產線約200 條，國產熱成形設備占到40%以上。國內有多家設備企業具備熱成形生產線供應能力。

⑷我國已掌握內高壓成形關鍵技術。內高壓成形設備和內高壓模具技術是內高壓成形的關鍵核心技術。我國某些高校和研究所掌握了內高壓核心技術，研制出了具有自主產權的系列數控內高壓設備，打破了國外對內高壓設備和模具的技術封鎖和壟斷，國內某內高壓研究機構成為世界內高壓領域三大研發基地之一。截至2019 年底，國內內高壓設備有約55 臺(套)以上，其中國產設備占比約70%。

⑸我國的精沖設備設計及制造能力已初具規模。經過數十年的研發，國產精沖機企業不斷學習國外技術，在質量和性能方面不斷進步，另一方面，進口設備價格昂貴、售后服務時常不及時、服務價格高，一些中小型的精沖企業轉而購買國產設備，對進口精沖機沖擊很大。目前在用國產精沖機市場占有率約40%。

⑹國內高速精密壓力機取得較大發展。如微電機的定轉子硅鋼片、工業電機的定轉子硅鋼片、小型變壓器硅鋼片、空調翅片等零件的制造裝備國產化已完全能夠滿足要求，大型高速壓力機已生產到550 噸以上。引線框架及高精度接插件等行業所需要的高檔高速超精密壓力機也取得一定進步，但距離世界一流水平還有相當大的差距。

⑺各種專用成形設備的成套方案提供能力得到一定的提升。如電池殼、電機殼、瓶蓋機等成套方案的發展應用，航空、航天沖壓所用的專用液壓成形設備的研發應用等。

⑻沖壓裝備自動化、信息化、數字化水平有較大提升。沖壓裝備自動化程度得到了大幅提高，自動化生產線信息化和數字化取得一定進步。在線數據采集和數據庫技術得到發展，通過可視化設計，直觀明了、反饋及時。物聯網技術有了一定應用。

行業人才培養取得一定成果

隨著沖壓技術的進步及自動化、數字化、信息化的實施，行業企業對技術人員的需求持續增長，十分重視對各類人才的引進和培養。在人才培養方面，高校為沖壓行業培養了大量人才，企業通過項目拉動和內部自主培訓，沖壓人才隊伍也不斷壯大，沖壓工藝及模具結構設計幾乎全部國產化，沖壓專業人員的管理水平及技術水平有了長足進步。碩士生在國內規模企業研發部門已經普及，部分博士生進入高端大型企業，部分海外博士生和資深企業研發人員進入國內部分高端大型企業。