精冲产业的现状及发展

文/邓明·重庆理工大学机械工程学院

精冲产业的现状及发展

文/邓明·重庆理工大学机械工程学院

邓明，教授，重庆理工大学机械工程学院院长。长期从事塑性成形及模具技术研究，在国内精冲技术研究方面有较大影响。近年来，主持包括国家自然科学基金面上项目在内的科研项目30余项，发表学术论文120余篇，另有多部出版专著及多项发明专利。

精冲的特点与应用

人们通常所说的精冲是指齿圈压板精冲，它是使用专用精冲液压机，借助于特殊结构的精冲模具，加工精密轮廓零件的一种先进工艺。图1所示是一些典型的精冲制件。

精冲具有如下的优势：

⑴能够生产出优质的零件，零件剪切面的尺寸精度可达IT7～IT8级，Ra=0.8μm左右。

⑵仅用一次精冲便可生产出许多形状复杂的零件，效率高。

⑶能耗低，避免切削工艺所造成的大量能耗和材料消耗，有效降低成本。

图1 典型的精冲制件

⑷应用需求不断增多。国外发达国家已经把一辆车上使用精冲件数量的多少，作为评价其汽车制造水平的高低的一个指标。

近年来，越来越多的铸件、锻件、粉末冶金及机械加工件向精冲件转化，在未来制造业中精冲技术将有更广阔的发展空间。

到目前，有约45个国家360多家公司采用了精冲生产技术，全球的精冲机总数约为5000台，某些欧洲国家和日本掌握着先进的精冲技术，在市场竞争中已处于有利的地位，精冲件产能达300亿件。由瑞士法因图尔公司制造的机械式精冲机冲次可达到120次∕分、精冲机吨位达1400t，可冲板材的厚度达到24mm，最大尺寸可达1000mm。20世纪90年代精冲技术开始在我国汽车工业领域推广应用，1992年中汽公司在广州投资建设广州精冲件制造公司。近年来国内高档轿车的引进开发，更加促进了精冲技术的发展。目前国内拥有精冲机200余台，仅占世界总量的4%，主要应用于钟表行业、汽车行业、工业电子行业、纺织行业、建筑行业、通用机械行业等。近几年我国加大了对模具技术的研发力度，取得了很好的成果。据不完全统计，企业在用精冲模具总量中，国内制造的模具占95%左右，进口模具占5%左右。

市场方面，目前全世界已知精冲零件将近10000种，每年对精冲零件总的需求量约40亿件。据国外权威汽车专家统计分析，每辆轿车的精冲件约有80种，总数量为200多个，搭载无级变速（CVT）和涡轮增压器的轿车上的精冲件会增至350～380个；一般每辆卡车上约有50个精冲件，每辆摩托车约有30个精冲件。目前在高档车上应用的精冲件正在向所有车型覆盖，中国汽车工业目前每年对零部件的需求约折合人民币1600亿元，其中精冲件大约有8亿件产量。

随着精冲技术的逐渐普及和发展，及相关研究和开发的不断深入，除了汽车、摩托车等行业应用到精冲技术外，精冲技术将会得到更广泛的应用。

我国精冲件制造业现状

随着全球精冲行业的发展，精冲行业在国内也蓬勃发展起来，企业规模不断扩大。国内已有精冲企业70余家，分布于19个省市，其中长三角、湖北和珠三角区域聚集了全国70%以上的精冲企业，而剩下的不到30%的企业则零散分布于其他区域。2013年针对湖北、江苏地区精冲行业调研显示，国内精冲行业企业年销售额达到1000万至2亿元，企业员工人数为20～500人。国内从事精冲生产的主要企业见表1。

表1 我国主要精冲企业状况简表

此外，精冲生产的外围辅助产业也得到了较大发展，比如武汉波尔科技股份有限公司对精冲油做了研究。该公司选用聚合酯取代氯化石蜡，保证润滑特性的同时，解决了精冲件生锈以及操作工的健康问题；杭州祥生砂光机制造有限公司致力于金属表面研磨及去毛刺技术的研发，连续几年成为全球专业去毛刺机领域产品系列最全的厂商，可以基本满足全行业对表面去毛刺的工艺要求。

从精冲机在各行各业的应用分布来看，2013年各吨位的精冲机使用情况见表2。

表2 不同吨位的精冲机使用情况

目前，国内精冲生产的主要特点是：

⑴复杂齿类零件的精冲工艺。复杂齿类精冲件一般厚度不超过6mm，否则成形后齿面质量差。通过改进精冲模具、采用双齿圈等结构，精冲扇形齿板厚度可达到10mm。

⑵多品种、小批量的生产模式还占相当比例，一些企业尝试模块化多用途模具或经济型精冲机，或采用数控方式进行模具更换。

⑶经济型与专业型精冲机并行。对普通压力机进行改造，经济型、专用型、全自动化型、多工位型压力机并行。

⑷低速与高速并存。高速每分钟达100件（次），低速仅15～20件（次）。

⑸直孔、沉孔、弯曲、挤压、半冲、倒角、齿等结构要素相组合的精冲复合工艺的发展很快。图2所示是国内某公司采用精冲复合工艺生产的零件。

⑹精冲机的高刚性设计。为了满足复合精冲工艺要求，精冲机身应具有高刚性结构，同时导向也应具有高刚性和高精度。

⑺精冲模具技术有长足发展。材料和加工手段上的技术发展，都是为了满足精冲模具高精度和长寿命的要求。精冲模具的平均寿命为49.22万冲次，精冲模具一年维修成本占模具总价值的19.04%。纵向级进成形模具结构的出现，不仅减少了模具工位数，提高了同心度，同时延长了模具寿命，减少了模具制作费用，使模具更加紧凑和轻量。

⑻在材料方面，精冲材料的需求日益增加。目前在国内，精冲用到的材料主要是碳素结构钢，同时合金结构钢和高强度钢也日趋主流。

精冲产业面临的机遇和挑战

目前，世界上已形成欧洲、美国、日本三大精冲零件制造中心。表3为国外主要精冲企业。某些欧洲国家和日本形成了完整的精冲产业链。国际大公司为了降低生产成本，把大量的零部件生产扩散转移到包括中国在内的发展中国家，并面向全球进行比价采购，全球金融危机加快了这一产业转移的进程。中国有望成为继欧、美、日、之后全球第四大精冲零件制造中心。

图2 精冲复合成形件

近年来，国外精冲企业纷纷在中国建厂，瑞士法因图尔在苏州太仓建厂，并在上海松江设立了研发中心；法国佛吉亚在江苏无锡建厂；美国江森在上海建厂；美国普世信在杭州建厂；韩国MR在苏州建厂。纵观世界各行业，对精冲件的厚度、尺寸要求越来越高，促使国内精冲生产能力快速提升，精冲技术将在工艺、模具、精冲材料、润滑及设备方面有显著提升。一个崭新的、全球化的精冲工业网正在酝酿。对于我国而言，这是一个十分重要的机会。当前国内精冲行业面临着人才少、市场规模小、产量低、效率低等问题，为在将来的发展中逐渐解决这些问题，迎合这一即将到来的更发达的精冲行业，我国必须做好相应的准备，同行业之间也应相互组织起来，便于相互交流、协作，共同进步，这也是今后我国精冲行业发展的大势所趋。

表3 国外主要精冲企业

虽然精冲技术发展迅速，但大多是国内企业通过商务合作的方式得到基础的精冲技术，先进的精冲技术还是需要靠自身的研究获得。因此，我们仍然面临着许多尚待解决的问题：

⑴中、厚板零件精冲技术依然不成熟。普通的齿圈压板精冲只能冲裁塑性较好的薄板材料，而中、厚板材料的精冲工艺发展依旧不成熟，且并未得到大范围推广。

⑵精冲设备价格昂贵，投资风险大，很多企业因此无力投资。而精冲本身是为了获得更高的效益和更好的产品质量，只有产量需求达到足够大后，才能弥补精冲设备昂贵的费用。然而，根据我国制造业现状，市场瓜分呈多元化，厂家各自为营，企业间的合作较少，很难形成批量，难以实现规模效益，这在很大程度上阻碍了精冲技术的推广和应用。

⑶精冲技术是一个较新、较复杂的工艺技术，除了精冲机，还需要引进较多先进的设备，例如精密检测设备、模具加工设备等，甚至还需要一批高素质的工程师和技术人员。因此，精冲是一项高技术的系统工程，在短期内不可一蹴而就。

⑷尽管精冲技术在我国发展了十几年，但至今技术仍不成熟，精冲设备、模具、材料和润滑等尚不配套。精冲材料目前尚无国家标准，均采用的是国外的标准，而国内研究精冲润滑的企业甚少，市场不大，润滑油的环保问题也少有人研究。一旦出现突发问题，如模具损坏等，则无法短时间内解决。人才方面，随着行业的前进和发展，对精冲人才的需求量也大量增加，复合型人才的培养也迫在眉睫。

精冲产业的发展趋势

未来精冲产品必须满足经济、高产、高质量等要求，因而精冲技术的应用必定是更加广泛的。第一，随着其他机械加工件向精冲件转化，以及不锈钢及有色金属精冲件的生产，精冲件的应用范围将更广。国产汽车上的精冲件基本实现国产化，部分精冲零件进入国际市场，还有其他行业(精密机械、办公用品、日用品等）也大量采用精冲零件，市场有所扩大。第二，精冲件形状更加复杂。第三，伴随中厚板精冲件的生产和高强度钢板精冲件的生产，精冲坯件的难度会更大。第四，随着精冲市场的不断扩大，各钢厂和钢材供应商的生产及经营的改善，各种精冲材料的采购将基本上都在国内解决。第五，国产精冲机设备将被更广泛地采用，精冲效率及自动化水平必将得到更大的提升，企业也将高度整合，转型升级势在必行。第六，模具结构方面正在发展多工位、多腔等高效新结构精冲模具的开发。第七，精冲自动化、智能化升级正在进行。