国内先进冲床制造技术的发展趋势

文/秦剑，鹿新建，柯尊芒·江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司

国内先进冲床制造技术的发展趋势

文/秦剑，鹿新建，柯尊芒·江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司

近几年由于冲床下游产业技术进步的拉动，加之冲床行业内部激烈的市场竞争推动，冲床的制造技术呈现出大型化、专机化、智能化、模块化和集成化等五个方向的发展趋势。

冲床的大型化发展趋势

模具是汽车工业的基础工艺装备，在汽车生产中90%以上的零部件都需要依靠模具成形。制造一辆普通轿车约需1500套模具，其中冲压模具约占1000余套。模具行业的技术进步，带动了冲床的大型化发展趋势。

宽工作台面趋势

随着汽车冲压件生产高效化和自动化的发展及人力成本的上升，汽车零件的生产由单工序模向级进模方向发展的趋势愈发明显（图1），对冲床的工作台面和冲压吨位的需求越来越大，因此加大工作台面已成为机械压力机的发展方向之一。

大装模高度趋势

随着二次元、三次元机械手和机器人在冲压线上的应用越来越多（图2），对冲床的装模高度和喉深尺寸提出了更高的要求，以保证机械手可灵活进入模具区域。大装模高度的冲床原先仅为客户特殊需求而做，现在慢慢成了标准配置规格。

图1 大型汽车冲压件级进模

图2 冲压机器人生产线

冲床的专机化发展趋势

近两年受益于汽车行业的大幅拉动，锻压机床行业发展平稳，但市场竞争激烈。由于国内厂家冲床产品多为同质化竞争，价格接近透明，利润空间受到极大压缩，企业要生存，一是选择规模经济模式，走扩张之路，二是选择蓝海战略，走差异化经营之路，即做专机生产线。随着国家经济增速放缓，目前选择做专机生产线的厂家越来越多，冲床机型由通用化向专机化发展的趋势也愈发明显。

传统专机生产线的丰富和发展

⑴换热器零件生产线的扩展。

国内一家冲床制造商专业从事成套换热器装备生产线的研发，主营业务为空调翅片高速冲、芯体组装机、翅片芯装一体机、扁管校直切断生产线、真空箱式氦检漏装置、胀管机、全自动长U弯管机、小U弯管机、数控三维弯管机、数控换热器折弯机、盘管校直切割机等整套换热器生产设备。近期，又根据市场需求开发了板链式胀管机和数控卧式胀管机等，真正实现了为用户提供交钥匙工程。

⑵工业电机定转子冲压线的延伸。

随着国内微电机定转子高速冲市场趋于饱和，部分企业转向开发大尺寸工业电机定转子（冲片直径260～800mm）快速冲压设备（图3）。与传统的单工序冲压相比，快速冲可将原先的4～5个冲压工序集中在一套模具上，极大地提高了生产效率。

⑶多机连线机械手的广泛应用。

图3 工业电机定转子生产用快速冲床

近两年，多机连线机械手在冲压行业得到了广泛的应用，借助于该平台，许多生产线应运而生，像电视机背板生产线、电饭锅生产线、脚轮生产线等等。

⑷新型冲压生产线的开发。

为提高生产效率，不少新型冲压生产线应客户需求而开发出来，如微电机定转子“S”形开料生产线、汽车刹车片钢背生产线（图4）、滤清器生产线、家电壳体生产线（图5）和电池壳体冲压线等，不胜枚举。

图4 汽车刹车片钢背生产线

图5 家电壳体生产线

新兴制造领域冲床专机生产线的研制和应用

汽车轻量化，是现代汽车工业技术发展的方向，而采用高强钢板，是实现汽车轻量化的主要途径之一。高强钢板的屈服强度、抗拉强度比低碳钢板高得多，而硬化指数值和各向异性指数值却比较低，因此高强钢的成形性能比低碳钢板差，成形极限比低碳钢板小，要保证高强钢板的冲压质量，不仅要避免破裂和起皱问题，更重要的是想办法解决回弹问题，以保证零件的形状和尺寸精度。表1为高强钢板和低碳钢板性能比较。

高强钢成形根据冲压件变形复杂程度，分为冷成形和热成形，冷热成形工艺的选择主要依据冲压件的成形极限；相应地，伺服压力机根据冷热成形工艺的不同，也分为冷、热冲两大类。热成形直接成形工艺，是指板料加热到奥氏体化温度保温一段时间后，直接放到具有冷却系统的模具里进行成形及淬火。热成形直接成形工艺的优点如下：1）板料在一套模具中进行成形及淬火，节省了预成形模具费用并加快了生产节奏；2）板料加热前为平板料，这样不仅节省了加热区面积节省能源，而且可以选取多种加热方式，例如采取感应加热炉加热。热成形直接成形工艺的缺点包括：复杂形状的车内零部件成形困难，且模具冷却系统的设计更为复杂，以及需要增加切型激光切割设备等。汽车用热成形高强度钢板，目前应用较广的为含硼合金钢，此硼钢经热成形后屈服强度要达到900MPa以上，抗拉强度要达到1500MPa，伸长率要超过6%，硬度达到45HRC以上。

伺服压力机因可根据冲压工艺曲线设计需要方便调整的特点，能更好地满足高强钢成形工艺，因此市场前景较好。目前，欧、美、日等各大汽车生产厂商，已成功地将高强度钢热成形技术应用到汽车构件的生产中，经济效益显著，有效地提高了市场竞争力，日本高强钢冷热成形伺服压力机，如图6所示。

近两年，高强钢热成形冲压线的研制在国内逐渐展开，在制造技术方面呈现出两种发展趋势，一种是以油压机作主机的高强钢热成形生产线，如图7所示；另一种是与国际技术水平同步，以机械伺服压力机作主机的高强钢热成形生产线，如图8所示。

表1 高强钢板和低碳钢板性能比较

图7 以油压机作主机的高强钢热成形生产线

图8 以机械伺服压力机作主机的高强钢热成形生产线

图9 快速换模系统

冲床的复合技术和智能制造发展趋势

随着社会的进步，像汽车、家电等许多商品的个性化需求已成主流。对应地，冲压件由大批量生产模式向多品种、小批量方式转变，也渐成趋势。冲压件的多品种、小批量生产模式，意味着模具更换频次的大幅增加、冲床调整时间的增多，原本可忽略不计的换模时间，现在已变成冲压件厂商生产成本的重要组成部分。

为压缩换模时间、降低成本，新型快速换模装置应时而生，如图9所示。新型快速换模装置，除了包括传统的移模臂导轨和自动夹紧装置外，还包含吨位检测仪、滑块下死点检测仪、滑块封闭高度伺服电机调整机构，以及具有储存多套模具数据的PLC控制系统等。该系统的工作原理是：准备上模具时，先在PLC控制系统中输入模具号，系统自动启动滑块封闭高度调整伺服电机，将装模高度调整至设定位置；接下来，人工将模具吊放到移模臂导轨上，升起液压滚柱后，将模具推到冲床工作台上规定位置；最后，按下按钮，系统自动调整滑块高度，完成模具自动夹紧。滑块下死点检测仪的作用，是反馈滑块实际位置与滑块伺服电机形成闭环控制；应变式吨位检测仪的作用，是起保护作用，即当滑块封闭高度调整有问题、冲压超载时，吨位检测仪发出反馈信号，控制机床紧急停机。应用该系统后，换模时间可缩短到人工换模时间的1/3以内。

冲床的模块化、标准化制造技术发展趋势

通用压力机，如高性能压力机、大型闭式压力机等，原作为机床非主要件的平衡缸、液压过载泵、润滑泵站、控制柜等，多数主机生产厂都是通过外购解决。现在许多冲床的主要零部件，比如离合制动器、曲轴、调节螺杆、蜗轮箱、滑块部件等，许多厂商也都委托专业生产厂制作，专业生产厂家为了降本，往往建议冲床厂商将个性化零件向通用化改进，结果促成了部分零部件向模化块、标准化趋势发展。据了解，目前一些齿轮专业生产厂家，也开始介入冲床行业，下一步冲床上所用的齿轮轴、大齿轮也会逐渐标准化。按此趋势发展下去，以后主机厂仅需设计制作机身等几个主要零部件，其余均可从市场外购获得。

冲床的集成化制造技术发展趋势

在冲床的模块化、标准化制造蓬勃发展之时，冲床企业为了自身生存，开始走集成化制造技术发展之路，即由原先的向用户提供生产线、转变为向用户提供全套解决方案。

集成制造技术，是一种跨行业、多种产品和技术的融合，是冲床生产厂商由产品竞争迈向技术竞争的转型。集成制造技术，需要多种专业人才，实质上也是一种团队人才的竞争。以应用于汽车行业的高强钢热成形生产线为例，该生产线由伺服压力机、加热炉、自动化连线机械手等设备组成主生产线，另外还有做毛坯准备的板坯下料线和零件热成形后的后续工序表面处理生产线（切形和喷丸除锈）等构成。相应地，要设计制作类似的生产线，不仅需要冲床设计制造人才，而且还需要模具人才、加热炉人才、机械手人才、表面处理设备人才，以及将系统进行整合控制的自动化专业人才等。除了上述主要人才外，为保证生产线的正常运行，还需要多种专业的技工进行支持。因此，冲床厂商利用集成制造技术后，容易在某一冲压领域筑起技术壁垒、形成垄断优势。

结束语

在当前市场导向下，国内冲床生产厂家只有顺应冲床大型化、专机化、智能化、模块化和集成化的发展趋势，顺势而为，才能有所作为。