中國沖壓行業“十四五”發展綱要(連載五)

2021-08-31 00:39:04中國鍛壓協會

鍛造與沖壓 2021年16期

文/中國鍛壓協會

《中國沖壓行業“十四五”發展綱要》(連載四)見《鍛造與沖壓》2021年第14期

重點研發方向

基礎沖壓材料的研發

⑴汽車用高性能鋁合金材料研發。目前汽車用國產鋁合金板技術不夠成熟，產品性能與國外先進國家差距大，不能滿足高端車型覆蓋件對鋁板的需求，鋁合金材料主要依賴進口的現狀不利于車身輕量化技術的推進。

⑵熱沖壓成形板研發。技術不夠成熟，穩定性還需要改善，與國外先進國家差距大。各原材料的廠家缺乏統一熱成形材料標準，在開發材料的同時制定熱成形材料標準。

⑶研發適應深拉深成形的高強不銹鋼和高強鋼板。滿足深拉深沖壓件對材料良好塑性和較高強度的性能需求。

⑷精沖材料的開發。提高精沖材料的質量穩定性和精度，形成滿足精沖件生產和質量的精沖材料標準。

⑸成形模具陶瓷材料研發。滿足精密深拉深零件質量對模具材料的需求，目前還需要從日本或美國進口高質量的陶瓷拉深成形模具材料。

⑹模具增材加工材料及技術研發。滿足未來3D打印模具對材料的需求。

⑺輕量化新材料的研發。成形性能好、易加工、低成本的輕量化材料是汽車及航空、航天行業急需的材料。

⑻航空鋁合金及高溫鈦合金材料研發。該類航空材料質量性能不穩定，生產能力不足，缺乏相應材料標準，已影響制約了我國航空、航天業的發展。

⑼超寬、超薄極限材料的研發。該類材料不能滿足沖壓產品對材料的需求，需要進口。

⑽厚度公差在±0.01mm的超精密高強度沖壓板材研發，滿足高精密高性能核心沖壓件對材料的需求。產品的精度，除了依賴精密的設備和模具外，還要求原材料的精密度，否則無法生產出超高精密零件。該類材料仍需進口。

核心工業軟件開發應用

國產核心專業工業軟件開發應用。在制造業中CAD/CAE軟件在提升效率、產品質量和未來的數字化、智能化這幾個方面起著非常重要的作用，但是一直被國外的軟件所壟斷。我們沖壓行業所使用的模擬分析軟件大多是進口軟件，這種技術上的壟斷使得軟件的使用成本特別昂貴，大量的企業利潤流入外國CAD/CAE大鱷口中。更為嚴重的是，如果在沖壓行業發生類似“華為斷供”、“中興斷供”的事件，對整個行業的打擊將是致命的。研發應用有核心自主產權，可以與國外軟件相抗衡的國產CAD/CAE軟件迫在眉睫，此事已成行業共識。具體實施措施：成立行業軟件測評平臺，一方面展示潛在公司，一方面選拔優秀軟件；建立不同軟件的操作、設置標準，實現軟件互換；國內外技術實力差距大，要在新型應用方面靈活搶占細分市場。

沖壓裝備基礎零部件國產化

⑴沖壓裝備高性能節能液壓系統研究及應用。目前液壓系統的能量利用率僅10%～20%，由于液壓沖壓機的數量巨大，從而造成了能量的巨大浪費，增加了排放。目標是將液壓系統能量利用率從目前的10%～20%提高到50%以上，實現節能減排。

⑵用于大型伺服機械壓力機的大功率伺服電機、大功率伺服驅動器及控制器的研究。低速高扭矩伺服電機和控制系統核心技術掌握在德國和日本少數幾家公司，在中國售價高昂，國內廠家的技術開發滯后、還一直沒有突破歐美日的技術壁壘，只能依賴進口。

⑶沖壓用大功率變頻驅動器研究開發，目前依靠進口(國產的用戶不認可，不敢用)。

⑷高速壓力機沖壓線的數控液壓拉伸墊的研究開發制造。目前生產節拍SPM≥12次的設備，大部分采用進口液壓墊。

⑸開展設備關鍵零部件材料方面的研究，爭取國產材料也能達到進口同等品質。多桿伺服壓力機的高速重載螺旋傳動副中的關鍵零件絲母材料實現國產化，替代進口；應用于高速精密壓力機主軸的高速重載精密滑動軸承耐磨減摩材料及涂層的研制。

⑹重大裝備的其他關鍵零部件研發。機械壓力機低慣量高可靠性液壓離合制動器、精密行星齒輪傳動……液壓機上使用的大流量高壓柱塞泵、比例變量泵、伺服閥、比例溢流閥、壓力傳感器等，目前還是依賴進口。目標是實現關鍵核心部件的自給自足。

信息化和數字化制造

⑴汽車覆蓋件數字化沖壓示范工廠建設。自動上料、自動裝卸模具、自動裝箱、自動零件檢測，基于區塊鏈的復合沖壓信息化管理系統，實現黑燈(無人值守)工廠。

⑵精密微沖壓數字化沖壓生產線研制。精密微小沖壓件在沖壓領域具有重要的發展前景，非常適合自動化、數字化和信息化生產。

⑶研究基于AI算法的設備智能診斷模型，通過對設備及零部件運行數據分析，實現準確的故障預測，降低設備停機率。

⑷建立封頭自動化、數字化和信息化(無人值守)制造示范工廠。

⑸建立虛擬現實雙胞胎實驗基地。采用現代化的手段，將虛擬數據的結果無限可能地接近實際數據，使用5G、AI、大數據、云計算等給沖壓行業帶來全新變革。

⑹數字成像在封頭行業的應用技術研究。

先進成形技術(新工藝)

⑴高強度材料復合精密沖壓成形技術研究及產業化應用。

以鈦合金為代表的高強度材料廣泛應用于航空航天等領域。但這類材料強度高，塑性差，室溫沖壓成形極易產生破裂。現有的成形技術均采用機械加工制造，生產效率低、制造周期長、產品性能差，亟需開發室溫復合精密沖壓成形技術。

⑵冷鍛造和沖壓相結合的復合成形工藝研究。

研發常溫鍛造與精密沖壓相結合的復合工藝，超高強度材料(強度1GPa以上)復合精沖成形技術研究。將冷鍛造和普通沖壓的工藝特點相結合，開發出全新的工藝方案，制造更加精密、更加復雜的金屬零件，從而部分替代傳統低效的機加工藝。

⑶超高強板材深拉深工藝研究。

隨著汽車和其他機械設備輕量化發展的深入，高強板的應用愈來愈廣泛，尤其在安全氣囊爆炸器、汽車電池系統、變速箱系統均有高強度金屬殼體類零件的需求。而高強板強度高，塑性低，深拉深成形性能差。因此，深入研究適合高強板深拉深成形的工藝，符合市場的需求，可替代部分進口產品。

⑷不銹鋼外觀件深拉深成形工藝和模具研究。

隨著環保標準和人工成本的提高，不銹鋼外觀件深拉深成形成為行業的痛點。通過應用陶瓷模具、硬質合金模具、模具涂層，優化模具結構、工藝和潤滑，探究最佳的不銹鋼外觀件解決方案，從而避免或減少低效重污染的傳統人工拋光，具有極大的經濟效益。

⑸高強輕質合金板材零件沖擊液壓成形工藝研究。

隨著我國航空工業的快速發展，沖壓鈑金零部件需求由原來的多品種小批量到批量化生產轉變，鈦合金、鋁合金等難變形高強輕質合金板材零件的高效、高精度成形成為迫切的需求，如航發上一些鈑金零件具有幾千件的年需求量。沖擊液壓成形工藝兼具液體柔性和脈動沖擊加載的特征，可以有效抑制鈦合金等難變形金屬材料的室溫彈復，提升相應零件的成形效率和室溫成形精度。

⑹航空管路零件制造技術研究，航空零件提升疲勞壽命工藝研究。

⑺輕量化非金屬材料成形技術研究。

著手研究碳纖維、SMC、LFT-D等復合材料的模壓工藝技術。關鍵基礎材料產業的發展對“中國制造2025”戰略的實施有著重要的影響，在高性能纖維方面，有“黑色黃金”美譽的碳纖維復合材料逐步成為新興材料產業中的重中之重。尤其是近幾年，隨著國內碳纖維自主生產技術的進步，與發達國家先進水平之間的差距不斷縮小，碳纖維復合材料產品的應用水平也進入了快速發展軌道，碳纖維復合材料被越來越多地應用于飛機、汽車、高鐵、輕軌等現代化公共交通工具中。但目前產業化應用技術還沒有成熟。

⑻橡皮囊充液深拉深(模具)成形技術研究。

開發橡皮囊充液深拉深技術，將聚氨酯軟模作為模具的一部分，解決橡皮囊專用裝備的需求和限制；研究高分子聚氨酯囊作為柔性半模，解決液體密封難題，同時研究柔性深拉深過程中聚氨酯的硬度、厚度、與板料之間的摩擦系數等因素對板材拉深機理的影響。

⑼極端環境下封頭成形技術的研究及應用。

⑽封頭冷成形技術的研究及應用。

模具技術

⑴模具表面熱處理技術研究。

脈沖等離子擴散(PPD)工藝和設備研發。PPD技術是通過氮離子滲透到模具基體材料表面形成超硬耐磨表面。質量好，壽命長，降低模具維修成本，提高零件質量，提高生產效率，環保無污染。目前該項技術掌握在國外企業手中。

⑵研發陶瓷成形模具。

解決高強度、深拉深零件的表面質量問題。

⑶3D打印模具技術研發。

研發3D打印模具材料及模具技術，縮短模具開發周期，對于新產品的開發試制具有十分重要的意義。

⑷高強鋼、超高強鋼冷沖壓用模具材料及熱處理技術。

高強鋼模具磨損問題嚴重，是目前生產中存在的主要問題。適用于汽車沖壓件的低成本模具材料及熱處理技術將進一步推動汽車輕量化的進步。

⑸數字化和信息化沖壓模具技術。

國產模具數字化、信息化程度低，國內缺乏成熟的數字化、信息化模具供應商。研究通過自我感知和控制相關因素，減少模具整改工作量，提高產品質量。提升行業模具技術水平。

先進重大工藝裝備

⑴航空航天鈦合金熱成形自動化生產線。

目前國內暫無用于航空航天鈦合金熱成形領域的高溫狀態下的自動模具更換系統、精準定位的自動化生產線，導致鈦合金零件生產效率低，難以批產。項目實現后，提高現有鈦合金熱成形生產效率3倍以上。

⑵橡皮囊柔性成形自動化、數字化裝備。

橡皮囊柔性成形技術是一種先進的靜壓半模成形工藝，不僅適合于成形性能差或者高強度的材料，而且成形的零件表面無擦傷痕跡、回彈小、貼模準確度高，可充分發揮材料的塑性，同時還可降低成本，提高研發和生產效率。該工藝特別適用于航空航天領域多種類、小批量零部件的生產和研發。目前該類設備主要為進口。

⑶蒙皮拉深裝備。

蒙皮拉深裝備是我國航空航天，特別是大飛機、大火箭急需的裝備，我國目前在用的該類設備全部為進口設備，屬于卡脖子裝備，亟待開發。重點解決機構運動反解技術、制件自檢技術和具有仿真、自動跟蹤、自學習功能的數字化控制系統等。

⑷充液成形裝備。

充液成形裝備是采用先進成形技術升級改造傳統的落壓成形、爆炸成形等工藝，解決了傳統工藝程序繁瑣、精度和可靠性低、原材料和模具浪費嚴重等問題，解決國內新型航空零件及汽車零件難成形的問題，滿足國家對新型航空航天零件的成形要求，我國大飛機、大火箭及大型復雜沖壓制件急需產業化成套裝備。

⑸高能率的沖擊液壓成形裝備。

沖擊液壓成形有效利用高應變率成形提高鋁合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼等材料的沖壓成形能力，此外該工藝還可以抑制彈復、減少工序，能夠提高沖壓鈑金生產效率和質量，解決飛機、航天制造過程的過多人工校形問題。能夠實現工程化應用、適用于航空航天大尺寸鈑金零件沖擊液壓成形的設備，對沖擊能量的需求應達到500kJ以上，目前在國內仍為空白。

⑹沖壓線整線伺服技術(包括整線能量管理系統)的研究，研究制定伺服技術規范和標準。

⑺伺服熱成形壓機技術研究。

研究開發基于伺服電機驅動的熱成形壓機技術，實現提高節拍、節能降噪的目標，提升國產熱成形設備技術水平。其中伺服熱成形高速液壓機與現有熱成形壓機比較節能20%～30%，降低噪聲10分貝。

⑻間接熱成形沖壓生產線。

間接熱成形沖壓生產線用于間接熱成形件的生產，主要用于汽車復雜、深拉深超高強鋼熱沖壓件的生產。目前間接熱成形沖壓生產線完全被國外企業壟斷，加熱非常昂貴，限制了國內間接熱成形件的生產。間接熱成形沖壓生產線工藝可實現大型、復雜汽車安全沖壓件的經濟生產。

⑼超精密高速沖床的研發制造。

目前國內用于電機鐵心連續模沖壓的高速沖床精度和速度與國外相比差距較大，尚不能適應0.2～0.35mm新能源汽車等更高效能電機鐵心的高精度、高速沖壓要求；通過多連桿及動態精度補償技術提升精度和速度，適應精密引線框架等超高速超精密沖壓要求。

⑽開發高速深拉深自動沖壓線。

開展伺服、多連桿、凸輪傳動等多工位自動線、內置高速機械手，填補國內空白，適應國內新能源電池等殼體高速拉深成形發展的需求，提高我國該類沖壓設備技術水平。

⑾高速試模液壓機的研發應用。

通過高性能的液壓機模擬機械壓力機運動速度曲線，使模具完全滿足機械壓力機使用要求，縮短模具調試時間，降低模具生產成本，滿足汽車產業零部件的批量化生產需要。

⑿商用車橋殼沖壓裝備。

提高生產線效率，冷熱壓工藝共線生產，降低設備投入成本，提升設備技術水平，實現自動化生產，并可對工件品質可追溯。

⒀船舶殼體沖壓裝備。

提高生產線效率，智能檢測工件，根據檢測結果自動沖壓校正，提升設備技術水平，并可對工件品質進行追溯。

⒁電路板壓制層壓機。

隨著電子、電氣、汽車等行業對電路板需求逐年增加，國內對電路板壓制層壓機需求非常大，但目前中高端電路板壓制層壓機均為日本和歐洲產品，限制了國內電路板企業的良性發展。國內急需實現高端電路板壓制層壓機自主。

⒂輕工家電領域高速液壓機沖壓生產線。

用于輕工家電領域的中小型高速全自動液壓機沖壓生產線，生產節拍實現6～10SPM。產品可以實現深拉深、保壓整形等工藝。

⒃多層模板數控粉末液壓機。

中高端多層模板數控粉末液壓機被德國、日本壟斷，目前國內只能生產簡易的粉末液壓機，性能差異巨大。進口多層模板數控粉末液壓機價格非常昂貴，大部分國內企業很難接受，這制約了國內高檔粉末制品的生產。目前研制發展方向可打破技術壁壘，實現自主創新。

⒄自粘硅鋼高速沖壓生產線。

開發自粘硅鋼高速沖壓生產線，用于電機轉子的生產，提高電機質量。

⒅碳纖維復合材料模壓成形生產線。

碳纖維是軍民兩用新材料，屬于輕量化和重大裝備的關鍵材料，近年來廣泛應用于航空航天、風力發電、汽車輕量化等諸多產業。國內碳纖維等復合材料制造多采用手工、半自動化作業生產方式，成品率低，產品質量及一致性差，批量化生產困難。生產線包含伺服模壓液壓機、加熱系統、混料系統、涂膠系統、冷卻系統、真空系統等，實現熱固性碳纖維復合材料制品的高速生產。實現碳纖維的批量化商業生產。

⒆汽輪機及航空發動機葉片超高壓熱氣脹成形技術與裝備。

超高壓熱氣脹成形是制造鈦合金、鋁鎂合金及金屬間化合物等難成形金屬復雜構件的一種先進制造技術，歐美、日本等發達國家對此項技術已開展廣泛而深入的研究，并已大量應用于航空航天、國防軍工、汽車制造等領域。國內自主研發了掌握鈦合金空心葉片等復雜構件超高壓熱氣脹全套成形技術，形成超高壓高溫熱氣脹技術自主創新能力；開發航空發動機鈦合金葉片等新產品，突破國外封鎖和限制，為軍工、民用大飛機自主創新提供高水平、高質量發動機葉片支撐。