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精冲技术的发展历程(珍藏版)
上海市模具技术协会-上海模具信息网 时间:2016/8/12 10:45:02

胡亚民 教授

欧洲在20世纪20年代就已发现采用压边工艺能提高冲裁件的断面品质,并申报专利,20世纪50年代进入实用阶段。1952年,瑞士Schmid公司开始将肘杆式冲床改装成精冲机。1956年,瑞士生产第一台肘杆式精冲机,至今仍在生产,后来才生产全液压精冲机。20世纪70年代中期进入普及期,汽车制造业中大量采用精冲技术。经过50多年的发展,该工艺已相当成熟。平均每辆轿车的精冲件的数量有250300件。

我国曾一度致力于对冲压件修整技术进行研究,在研究修边的模具和工艺上下功夫。20世纪50年代西北工业大学有人在前苏联对其进行研究。振动修边在瑞士钟表行业广泛应用,我国仪表行业从瑞士ESSA公司进口了40kN凸轮式振动修边压力机和160kN内外滑块式振动修边压力机。后来,上海第七机床厂也能生产凸轮式振动修边压力机。

20世纪60年代初,国内有研究机构研究振动修边工艺。

由于采用压边工艺能直接使冲裁件的品质提高,精冲技术在国外迅速发展。专门生产精冲机的厂家就有10多家。

国内有的单位精冲机和精冲模具的主要加工设备从国外引进,如苏州东风精冲公司和广州精冲零件公司等,也有单位立足于自主开发,如武汉理工大学、北京机电所、兵器工业第59研究所(重庆)、杭州武林机械厂等。

从瑞士Finetool Osterwalder公司进口的GKP型精冲机为肘杆式底传动机械压力机,其运动曲线可以满足精冲工艺过程的快速闭合、慢速冲裁、快速回程要求。其齿轮和轴之间采用紧固环连接,既可保证双边同步传动,又能实现过载保护。滑块由表及里排滚柱过盈导向。

20世纪80年代后进口的压力机均为全液压式,吨位有3200kN4000kN6000kN8000kN。滑块对工作台的垂直精度是一项最重要的技术指标,为0.08mm/180mm

1962A.Guidi第一次发表精冲论文,引起中国冲压行家的关注并将其翻译后在1963年的《机械译从》杂志发表。

国内一机部仪表工厂设计处与一机部机械科学研究院、西安交通大学在20世纪60年代初期共同进行精冲工艺研究,196510月撰写“仪表零件精密冲裁工艺试验研究小结”,但没有公开发表。

1965年西安仪表厂从瑞士Feintool AG Osterwald/She-weiz公司购进一台800kN肘杆式三动精冲机和多套小模数齿轮精冲模,生产仪表零件。19665月原机械部济南铸锻所完成了与天津红星工厂合作用强力齿圈压板精冲打字机零件—卡簧片的研究报告。

天津李锡曾在1966年《锻压机械》杂志上发表论文“精密冲裁”,可能是国内第一篇公开发表的关于精密冲裁的文章。

20世纪70年代,南京航空学院曾采用碟形弹簧或聚氨酯橡胶等弹性元件建立压边力和反向压力进行简易精冲。简易精冲投资少,见效快。适合于生产批量不大的我国国情,适合于精冲入门。其不足之处是当模具开启时,顶件和卸料同步,往往发生将精冲件顶回到废料框中。可能使剪切面擦伤,影响下次送料。

1972年,哈尔滨仪表机床厂研制“YA99-25型精密冲裁液压机”,该机的主要技术性能参数为:主活塞最大压力350kN,压边滑块压力10100kN,反向支承压力550kN;结构采用上传动方式,主油缸安装在机身最上方,油缸内装有内外活塞,外活塞与压边滑块连接,内活塞杆穿过外活塞及压边滑块可与凸模相接,压边滑块在4个立柱的导轨间上下运动。工作台的下面装有反向压力油缸,液压油的油箱在机身的最下方,液压件箱装在机身的左上方,电器箱装在机身的右上方,机身为铸铁件。

1973年,张正修在《锻压机械》杂志上发表了第二篇同名文章“精密冲裁”。

1974年,华中工学院与长江有线电厂协作,设计制造了液压精冲模架,利用普通压床,进行多种零件精冲。当年四机部在该厂召开全国精冲新工艺经验交流会,并拍摄电影。

1975年,贵州长征电器九厂研制简易精冲模具,76年投产,用于冲裁5mm以下低碳钢板材,效果良好,截面粗糙度Ra1.6μm,尺寸精度控制在±0.02mm

武汉733(武汉长江有线电厂)JB21-100型开式双柱固定台压力机上安装液压装置精冲电传打字机零件获得成功,还将此项技术传授给天津754(总后天津实验工厂),取得满意成果。

国营772厂在《航空工艺技术》1976年第三期上发表第三篇同名“精密冲裁”的文章,介绍了他们将JB21-100100吨开式偏心冲床改装成为精冲用冲床,用通用模架精冲模具生产精冲件。

1976年,我国与Feitool公司进行精冲技术交流, Feitool第一次向中国提供了精冲技术培训资料, Feitool的《实用精冲手册》被译出于1977年由国防工业出版社出版,即《精冲技术》(第一版)

1977年,内江锻压机床厂研制Y99-63/100型精密冲裁液压机成功,同年鉴定,称其“填补了空白,该机的性能满足精冲工艺的要求,参数选择合理,符合我国国情”。

1977年,上海开关厂研制精冲工艺生产SN8-10触片,设计制造了精冲通用模架、模芯和液压装置,设备为普通闭式单点压力机上,效果很好。

1977年原一机部北京机电所设计的精冲液压模架在天津第三开关厂投入使用,使国内精冲料厚增大到10mm,可精冲零件最大尺寸达到250mm

1978年哈尔滨锻压机床厂研制出Y99-25/40250kN精冲机,内江锻压机床厂研制出Y26-1001000kN三动全液压精冲机。至1978年底,国内有西安仪表厂、无锡模具厂、安徽电影机械厂、天津电器厂、上海人民电器厂、上海星火模具厂等100多家科研单位与企业开发应用精冲技术。

19791031日至118日国家仪表总局委托一机部第十一设计院和无锡模具厂主办于在江苏无锡市召开了《精密冲裁与模具“三化”技术经验座谈会》。参加这次会议的有来自全国21个省市91个单位的代表。

精密冲裁前期主要用于仪器仪表、照相机、办公机械、起重机械、电器开关等行业,80年代开始进入汽车摩托车行业,当时国内有几十家工厂采用。

20世纪70年代国内曾先后开发了4000kN1000kN二种全液压精冲机,小量投入市场。但在滑块对工作台的垂直精度和送料装置自动化方面不够理想。有些精冲机的滑块采用滚动导向,导向精度高,然而抗偏载能力差。

Feintool SMG公司推出4000kN25000kN大吨位全液压三动精冲机,为冲制厚板,大尺寸精冲零件创造了条件,1981年中国研制出6300kN精冲机。

当时,北京机电所涂光祺开发了台阶式内阻尼静压导轨,在承受倾复倾覆力矩100kNm的情况下,压机滑块导轨仍保持油膜润滑。内江锻压机床厂开发的Y26-630型精冲机,即采用此结构。同时生产了3台,一台在兵器部59研究所,从1986年开始使用至今,仍保持良好的精度和性能。

湖北军工企业733厂、181厂等单位从20世纪70年代开始做了大量工作,取得了在普通压力机上进行精密冲裁的成熟技术成果,武汉车锁厂、513厂、520厂应用得很好。“在普通压力机上进行精密冲裁”技术通过部级鉴定,获得多项奖励,分别列为航空工业部和国防科工委“八五”重点推广项目,1994年又通过国家科委初审和答辩,列为国家级重点科技成果推广项目。

20世纪80年代前,我国进口的精冲机有30多台,都是小吨位,大部分是400kN,少量为600kN750kN800kN1600kN2500kN,大部分从瑞士Finetool Osterwalder公司进口,少量从瑞士Schmid公司、瑞士ESSA公司和英国Fine-O-Matic公司进口。

Schmid公司生产HSR自动化精冲机组,实现了上、下料全自动,其最大吨位达10000kN

1984年无锡模具厂接受“六五”科技攻关项目“精冲新工艺”,用国产Y99-25型精冲机和进口FeitoolGKP 25/40精冲机精冲电镀表m=0.3550的小模数片齿轮、照相机调焦凸论等零件获得成功并通过国家鉴定,投入生产。

基于中国汽车工业总公司“八五”行业发展规划重点技改项目,该公司筹建了苏州东风精冲工程有限公司,从Feintool公司成套引进精冲技术及设备,标志着国内推广精冲技术已进入汽车制造行业。该公司具备设计与制造精冲模50/年及各类精冲件800万件/年的能力,是国内较有实力的汽车精冲零件加工中心。

19872月,四川省机械工业厅受国家机械委员会机床工业局的委托,在内江市召开了Y26-1001000kN精密冲裁液压机技术鉴定会。

20世纪80年代后期,国内有人从复合挤压试验过程中发现冲裁变形这一事实出发,进一步分析了冲裁变形机理,指出冲裁变形开始阶段就是挤压。并且用实验说明了冲裁和挤压之间的差异和不可分割的联系。

1993年天津市电机总厂,采用高速精密自动级进冲压(高速级进冲)生产100mm电机铁芯冲片。因其具有高效、精密、安全、优质和节约原材料等显著优点,技术经济效益很高。

21世纪以来,我国宁波帕沃尔精密液压机械有限公司生产YPKJ系列框架式精冲液压机,佛山市兴发液压机械制造有限公司生产ZWJ系列四柱快速精冲机,徐州特种锻压机床厂生产YTD26型内阻尼静压导轨精冲机。武汉华夏精冲技术公司生产HFB2500AHFB6300A全自动液压精冲机。

《精冲技术与装备》书中介绍了武汉精冲2009年正式投产,基本完成了市场布点,形成了汽车座椅系列精冲件、汽车门锁系列精冲件、汽车发动机及变速箱系列精冲件三大业务板块;完成超过100个精冲零件的开发,正在开发的新产品近20个,初步形成自己的产品开发能力和开发路线。

湖北黄石华力锻压机床有限公司与武汉理工大学合作,开发出了数控精冲机系列产品KHF200KHF320KHF500KHF700KHF1200,不仅满足了我国精冲生产装备市场需求,而且替代了进口。精冲机的部分技术指标达到国际先进水平,在我国市场占有最大份额。

201266日,黄石华力锻压机床有限公司举办了“KHF系列精冲机制造15年技术总结暨2012款精冲机展示会”,展出了KHF-500液压式数控精冲机。该机冲裁平稳、可靠。与会人员评价:“华力公司2012款精冲机与国际先进水平已不存在代差,在硬件性能、软件控制、使用效能已接近国际水平,整机性能在国内已达领先水平。”

吉林大学、武汉理工大学、江南大学、天津大学、重庆理工大学、天津理工大学等校从一进入21世纪就培养精密冲裁方向的研究生,到现在为止全国高校已经培养近100名硕士,他们的硕士论文都是关于精冲的设备、工艺和理论研究方面的。特别是在复合精冲的理论研究和生产实践方面取得了明显的进步和成绩。通过有限元模拟技术对复合精冲工艺进行了研究,揭示了复合精冲技术的成形特点;研究了精冲复合成形件的毛坯设计方法,开发了毛坯设计系统;利用仿真软件ADAMS建立了10000kN精冲机虚拟样机模型,完成了10000kN精冲机虚拟设计;以汽车拨叉、摩擦片为对象,研究了精冲技术在汽车零件的应用;通过有限元模拟及实验方法分析了精冲模具应力、模具磨损等变化规律;采用DEF0RM-3D分析了汽车刹车片钢背精冲过程中工艺参数对精冲质量、模具磨损的影响规律。

《精冲技术与装备》书中介绍了压边精冲在国内应用生产也只有半个多世纪,已发展得比较成熟,基本定型。国内也已发展30多年,逐步完善了自主开发的技术,基本上消化了引进的国外技术。我国先后制定了《精冲件结构工艺性》、《精冲件质量》、《精冲件通用技术条件》、《精冲件工艺编制原则》、《精冲模具》、《精冲压力机精度》和《精冲模润滑技术条件》等国家标准和行业标准。

我国已累积生产近千种精冲零件,其中有汽车座椅角调器总成,汽车、坦克、飞机上的制动摩擦片,变速箱拨叉,厚度从0.44mm的直齿齿轮,摩托车主动链轮和从动链轮,空压机阀板等,其中图154飞机起落用的摩擦片,外径达375mm,厚8mm。材料为30CrSiMoV,σb=700800MPa

《精冲技术与装备》书中介绍了国内有单位正在研究用板料精冲生产同步环和用复合精冲的方法生产螺旋齿轮(斜齿轮),武汉理工大学2012年申报了专利“精冲模具及使用其加工斜齿圆柱齿轮的旋转精冲成形方法”

日本20世纪初期才“国产化”精冲机,现在正在使用的精冲机大约有360台。一台精冲机,每年工作300天,每天工作20h,每年工作不少于600h2006年全年共生产精冲件12亿件。据介绍,其中有一台精冲机,每分钟行程次数为100次;一模4件,全年生产达6500万件。日本现在冲零件中,最薄的为0.1mm,最厚的为19mm

压边精冲发展的同时,日本开发了对向凹模精冲,德国开发了集成精冲,美国开发了挤压精冲。它们各自都有专用的精冲机。但压边精冲仍然占很大的比重。估计以后还会有其他的精冲方法出现。集成精冲、挤压精冲和压边精冲基本相同,精冲件剪切面的品质也差不多。其主要区别是在压边圈上不带“V”形齿。

国内有人提出 “摆辗精冲”和“旋转精冲”。

许多事实表明,精冲件的尺寸精度越来越高,被精冲材料的强度(σb)越来越高,厚度(t)越来越厚,尺寸越来越大;精冲件的内形轮廓和外形轮廓越来越微小精细,越来复杂。


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