精密沖壓技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

文/牛連革，李雙來，郭孟強(qiáng)，黃佳恒·廣東瑞輝智能科技有限公司

精密沖壓技術(shù)是在普通沖壓工藝上發(fā)展起來的沖壓工藝，它是通過提高沖床和模具的導(dǎo)向精度、減小凸凹模的配合間隙、增加反向頂出壓力和V 形環(huán)壓邊圈壓力等工藝措施，在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)精密沖壓，或精密沖壓與其他復(fù)合成形工藝相結(jié)合，獲得比普通沖壓尺寸與表面粗糙度更高的精密沖壓件。

隨著“中國(guó)制造2025”的到來，通訊、汽車、設(shè)備、消費(fèi)電子等行業(yè)智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)如雨后春筍遍地開花，而實(shí)現(xiàn)智能制造的信號(hào)采集、連接、傳輸、控制、執(zhí)行、電機(jī)電器等關(guān)鍵元器件的需求量也急劇增加，且產(chǎn)品質(zhì)量越來越精密、零件體積越來越小，精密沖壓技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。尤其針對(duì)這種細(xì)小、精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精密零件，許多企業(yè)都在應(yīng)用精密沖壓技術(shù)，不僅保證了加工零件的形狀、尺寸精度、位置精度和一致性，也提高了對(duì)客戶的響應(yīng)速度，更提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和企業(yè)的整體效益。

精密沖壓技術(shù)優(yōu)勢(shì)

精密沖壓技術(shù)是現(xiàn)代生產(chǎn)中不可或缺的先進(jìn)制造技術(shù)，它涉及精密壓力機(jī)技術(shù)、高精度沖壓模技術(shù)、材料技術(shù)、高性能的模具技術(shù)、模具材料技術(shù)、智能控制技術(shù)等多種高新技術(shù)，已被國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)生產(chǎn)部門所重視。當(dāng)前，先進(jìn)制造技術(shù)是世界各國(guó)研究和發(fā)展的主題，特別是在經(jīng)濟(jì)全球一體化高度發(fā)展的今天，精密沖壓技術(shù)占有十分重要的地位，主要原因是精密沖壓技術(shù)與其他制造技術(shù)相比有著突出的優(yōu)勢(shì)。

零件質(zhì)量高

由于精密沖壓與普通沖壓相比，提高了壓機(jī)和模具的導(dǎo)向精度、模具制造精度、減少了凸凹模的配合間隙，尤其是使板料在三向壓應(yīng)力的狀態(tài)下進(jìn)行沖壓，再結(jié)合精密沖壓油的潤(rùn)滑冷卻，極大地提高了零件尺寸精度和沖切橫截面的表面粗糙度，使得加工零件質(zhì)量非常高。

零件一致好

由于精密沖壓模具選用了特殊的模具材料和熱處理工藝，模具尺寸精度很高，壽命比普通沖壓的模具高出十多倍，加工出的零件尺寸精度、形狀、位置精度一致性非常高，提高了零件的互換性，減少了裝配時(shí)的測(cè)量選配，保證產(chǎn)品的一致性。

生產(chǎn)效率高

與普通沖壓相比，由于精密沖壓提高了零件尺寸精度、形狀和位置精度，減少了后續(xù)精加工工序，節(jié)省了其他設(shè)備加工時(shí)間，減少了中間產(chǎn)品周轉(zhuǎn)次數(shù)，大幅縮短了零部件的制造周期和資金占用，極大地提高了企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)某些特定行業(yè)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出了成熟的高速精密壓力機(jī)，這種高速精密壓力機(jī)的滑塊行程每分鐘次數(shù)是噸位相似普通壓力機(jī)的5 倍以上，不但沖壓件精度高、表面質(zhì)量好、模具使用壽命長(zhǎng)，而且已廣泛地應(yīng)用在IC 集成電路引線框架類、電機(jī)鐵心類、電器鐵心類等產(chǎn)品的加工，并取得了非常好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

自動(dòng)化程度高

因精密沖壓融合了高精度沖壓模技術(shù)、智能控制技術(shù)等多種技術(shù)，再輔以沖壓自動(dòng)化技術(shù)，極大地降低了對(duì)人員的依賴，不僅改善勞動(dòng)條件、降低成本，而且保證沖壓生產(chǎn)中的人身安全，改變了沖壓生產(chǎn)理念，因此精密沖壓與沖壓自動(dòng)化已被廣泛地應(yīng)用到電子、通訊、電機(jī)電器、儀器儀表、家電產(chǎn)品、汽車、軍工等眾多的制造領(lǐng)域，更被越來越多的企業(yè)家作為提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

綜合效益好

精密沖壓技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)制造中有著非常好的應(yīng)用，高速精密沖壓技術(shù)批量生產(chǎn)的制品，不僅具有制造產(chǎn)品質(zhì)量高、一致性好、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，在沖壓自動(dòng)化的助推下還能節(jié)約人力、降低能耗、縮短制造周期和減少資金占用，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，已越來越被企業(yè)接納和認(rèn)可。

近十幾年，隨著多工位壓機(jī)與多功能沖壓模具的廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車行業(yè)中，多工位壓機(jī)使得原本需要幾道工序設(shè)備才能完成的工作，縮減至一臺(tái)或兩臺(tái)即可完成，優(yōu)化了沖壓工藝，減少了沖壓設(shè)備數(shù)量，在汽車行業(yè)精密沖壓技術(shù)得到了空前的發(fā)展。比如，以往2 次印模，由于拉深產(chǎn)生的冷作硬化不能去除皺褶，采用精密拉深后，不但可以抑制皺褶的產(chǎn)生還可以削減后續(xù)工序，降低了設(shè)備的投資成本和材料成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，如圖1、2 所示。

圖1 二次印模有褶皺

圖2 精密拉深后無褶皺

精密沖壓技術(shù)的應(yīng)用

有些行業(yè)把精密沖壓與沖壓自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，極大地提高了沖壓生產(chǎn)率和企業(yè)效益。汽車、電子、通訊、電機(jī)、電器和家電等產(chǎn)品技術(shù)的迅速普及，普通沖壓已不能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品制造工藝和技術(shù)的要求，因精密沖壓技術(shù)制造出的零件質(zhì)量好、效率高、經(jīng)濟(jì)效益好，被廣泛地應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)行業(yè)。

在汽車行業(yè)的應(yīng)用

近年來，在全球節(jié)能減排大環(huán)境下，汽車輕量化已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。隨著我國(guó)汽車行業(yè)快速發(fā)展和新能源汽車占有率的持續(xù)提升，以及能夠滿足汽車輕量化需求高強(qiáng)度特種鋼材的普及，使得精密沖壓成形技術(shù)被廣泛應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、變速器與離合器系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、內(nèi)飾系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)件及功能件上。根據(jù)相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，目前我國(guó)乘用車單車精密沖壓鋼用量為12 ～15kg，而發(fā)達(dá)國(guó)家約為20 ～22kg。今后隨著精密沖壓技術(shù)的成熟以及精密沖壓設(shè)備、模具成本的下降，我國(guó)乘用車單車精密沖壓鋼的用量將會(huì)接近或超過發(fā)達(dá)國(guó)家水平，我們國(guó)家的精密沖壓技術(shù)也將會(huì)得到更廣的應(yīng)用和發(fā)展。

在電機(jī)方面的應(yīng)用

鐵心是電機(jī)的重要組成部分和核心零件，一般由多層0.35mm、0.5mm 厚的硅鋼片疊加而成，因此在電機(jī)的整個(gè)制作工藝中，硅鋼片鐵心質(zhì)量和一致性就變得尤為關(guān)鍵。目前中國(guó)的電機(jī)行業(yè)中硅鋼片及自動(dòng)疊鉚、硅鋼片三列帶扭槽疊鉚、硅鋼片帶扭槽及回轉(zhuǎn)疊鉚、硅鋼片雙回轉(zhuǎn)疊鉚、定子硅鋼片半圓組合疊鉚、定子硅鋼片多塊組合疊鉚等制造工藝均采用高速精密沖壓技術(shù)，且其高速精密沖壓設(shè)備和工藝基本已經(jīng)達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平，有力地推動(dòng)了我國(guó)電機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

在集成電路行業(yè)的應(yīng)用

在集成電路中，精密沖壓技術(shù)應(yīng)用更加普及，作為半導(dǎo)體芯片的載體引線框架，其特點(diǎn)是精度高、形狀細(xì)小、材料較薄、批量大，并且質(zhì)量和零件的一致性要求極其苛刻。根據(jù)半導(dǎo)體引線框架的特點(diǎn)，采用高速精密沖壓技術(shù)，主要由高速精密壓力機(jī)、精密級(jí)進(jìn)模、料架、送料機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、成品收放機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成精密沖壓生產(chǎn)線，兩根引線間距離最小要求0.17mm，平面度要控制在0.01mm之內(nèi)，技術(shù)要求很高。根據(jù)零件大小和特點(diǎn)一般選用80 ～120 噸高速精密壓力機(jī)生產(chǎn)，每分鐘沖次350 ～500 次，此類精密沖壓設(shè)備的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且已經(jīng)在半導(dǎo)體和集成電路行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

精密沖壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，精密沖壓技術(shù)正向精密化、高速化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、信息化和智能化、低碳環(huán)保及全球化的方向發(fā)展。

智能化

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，精密沖壓設(shè)備正逐步向智能化方向發(fā)展，有較為先進(jìn)的人工智能技術(shù)和自動(dòng)測(cè)量技術(shù)作為基礎(chǔ)，精密沖壓設(shè)備有較高的邏輯能力和判斷能力，可對(duì)精密沖壓目標(biāo)進(jìn)行有效的控制和調(diào)整。隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，精密沖壓設(shè)備研發(fā)人員應(yīng)該向智能化領(lǐng)域進(jìn)行深入的探索，這是精密沖壓技術(shù)未來發(fā)展方向。

精密化

現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步，各類產(chǎn)品體積越來越小、尺寸精度、形狀精度等要求更高，各項(xiàng)質(zhì)量要求也更加的嚴(yán)格，這種變化趨勢(shì)表明今后的產(chǎn)品在未來發(fā)展中將具有更精密的要求。體積更小，使用更便捷，能耗更低，這使得精密沖壓技術(shù)在眾多領(lǐng)域?qū)⒂懈訌V泛的應(yīng)用，比如生物技術(shù)、醫(yī)療等行業(yè)，在廣大科研人員的研究和探索中，精密沖壓技術(shù)順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)。

網(wǎng)絡(luò)化

精密沖壓技術(shù)和設(shè)備在發(fā)展期間需要與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，在研發(fā)的過程中要求質(zhì)量更高、功能更全。尤其隨著信息互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，許多新的控制技術(shù)日趨成熟，需要在精密沖壓設(shè)備中逐漸應(yīng)用新的控制技術(shù)，其中遠(yuǎn)程控制設(shè)備技術(shù)較為成熟。在以后的研究和開發(fā)中，能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)才能適應(yīng)未來智能制造的發(fā)展。

模塊化

精密壓力機(jī)是精密沖壓的重要裝備，隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷發(fā)展，會(huì)逐漸向模塊化方向發(fā)展。產(chǎn)品的多樣性和復(fù)雜性，使得生產(chǎn)精密沖壓設(shè)備的廠家規(guī)模不斷增大。為適應(yīng)產(chǎn)品的多變性，精密沖壓設(shè)備要逐步實(shí)現(xiàn)模塊化。在新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，應(yīng)當(dāng)劃分合理的標(biāo)準(zhǔn)系列，充分利用標(biāo)準(zhǔn)模塊組織產(chǎn)品開發(fā)，確保產(chǎn)品關(guān)聯(lián)接口尺寸的一致和產(chǎn)品功能的完整。同時(shí)也應(yīng)當(dāng)增加控制單元和自動(dòng)檢測(cè)單元的合理配置，并不斷完善其功能。

結(jié)束語

綜上所述，精密沖壓技術(shù)有許多其他加工工藝所不具備的優(yōu)勢(shì)，且已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中得到非常廣泛的應(yīng)用，比如在汽車行業(yè)中的應(yīng)用、在電機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用、在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用等，使用了許多不同的技術(shù)，不僅提高了精密沖壓技術(shù)的應(yīng)用效率，而且擴(kuò)大了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和科學(xué)理論的不斷涌現(xiàn)，需要對(duì)精密沖壓技術(shù)進(jìn)行不斷的完善和更新，以適應(yīng)未來新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展需求，同時(shí)也順應(yīng)智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。隨著我國(guó)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，新一代精密沖壓技術(shù)的研究和開發(fā)，必然會(huì)成為我國(guó)未來制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。