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精沖技術(shù)的發(fā)展歷程
歐洲在20世紀(jì)20年代就已發(fā)現(xiàn)采用壓邊工藝能提高沖裁件的斷面品質(zhì),并申報(bào)專利,20世紀(jì)50年代進(jìn)入實(shí)用階段。1952年,瑞士Schmid公司開始將肘桿式?jīng)_床改裝成精沖機(jī)。1956年,瑞士生產(chǎn)第一臺(tái)肘桿式精沖機(jī),至今仍在生產(chǎn),后來才生產(chǎn)全液壓精沖機(jī)。20世紀(jì)70年代中期進(jìn)入普及期,汽車制造業(yè)中大量采用精沖技術(shù)。經(jīng)過50多年的發(fā)展,該工藝已相當(dāng)成熟。平均每輛轎車的精沖件的數(shù)量有250~300件。

  我國(guó)曾一度致力于對(duì)沖壓件修整技術(shù)進(jìn)行研究,在研究修邊的模具和工藝上下功夫。20世紀(jì)50年代西北工業(yè)大學(xué)有人在前蘇聯(lián)對(duì)其進(jìn)行研究。振動(dòng)修邊在瑞士鐘表行業(yè)廣泛應(yīng)用,我國(guó)儀表行業(yè)從瑞士ESSA公司進(jìn)口了40kN凸輪式振動(dòng)修邊壓力機(jī)和160kN內(nèi)外滑塊式振動(dòng)修邊壓力機(jī)。后來,上海第七機(jī)床廠也能生產(chǎn)凸輪式振動(dòng)修邊壓力機(jī)。

  20世紀(jì)60年代初,國(guó)內(nèi)有研究機(jī)構(gòu)研究振動(dòng)修邊工藝。

  由于采用壓邊工藝能直接使沖裁件的品質(zhì)提高,精沖技術(shù)在國(guó)外迅速發(fā)展。專門生產(chǎn)精沖機(jī)的廠家就有10多家。

  國(guó)內(nèi)有的單位精沖機(jī)和精沖模具的主要加工設(shè)備從國(guó)外引進(jìn),如蘇州東風(fēng)精沖公司和廣州精沖零件公司等,也有單位立足于自主開發(fā),如武漢理工大學(xué)、北京機(jī)電所、兵器工業(yè)第59研究所(重慶)、杭州武林機(jī)械廠等。

  從瑞士Finetool Osterwalder公司進(jìn)口的GKP型精沖機(jī)為肘桿式底傳動(dòng)機(jī)械壓力機(jī),其運(yùn)動(dòng)曲線可以滿足精沖工藝過程的快速閉合、慢速?zèng)_裁、快速回程要求。其齒輪和軸之間采用緊固環(huán)連接,既可保證雙邊同步傳動(dòng),又能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)?;瑝K由表及里排滾柱過盈導(dǎo)向。

  20世紀(jì)80年代后進(jìn)口的壓力機(jī)均為全液壓式,噸位有3200kN、4000kN、6000kN與8000kN?;瑝K對(duì)工作臺(tái)的垂直精度是一項(xiàng)最重要的技術(shù)指標(biāo),為0.08mm/180mm。

  1962年A.Guidi第一次發(fā)表精沖論文,引起中國(guó)沖壓行家的關(guān)注并將其翻譯后在1963年的《機(jī)械譯從》雜志發(fā)表。

  國(guó)內(nèi)一機(jī)部?jī)x表工廠設(shè)計(jì)處與一機(jī)部機(jī)械科學(xué)研究院、西安交通大學(xué)在20世紀(jì)60年代初期共同進(jìn)行精沖工藝研究,1965年10月撰寫“儀表零件精密沖裁工藝試驗(yàn)研究小結(jié)”,但沒有公開發(fā)表。

  1965年西安儀表廠從瑞士Feintool AG Osterwald/She-weiz公司購進(jìn)一臺(tái)800kN肘桿式三動(dòng)精沖機(jī)和多套小模數(shù)齒輪精沖模,生產(chǎn)儀表零件。1966年5月原機(jī)械部濟(jì)南鑄鍛所完成了與天津紅星工廠合作用強(qiáng)力齒圈壓板精沖打字機(jī)零件—卡簧片的研究報(bào)告。

  天津李錫曾在1966年《鍛壓機(jī)械》雜志上發(fā)表論文“精密沖裁”,可能是國(guó)內(nèi)第一篇公開發(fā)表的關(guān)于精密沖裁的文章。

  20世紀(jì)70年代,南京航空學(xué)院曾采用碟形彈簧或聚氨酯橡膠等彈性元件建立壓邊力和反向壓力進(jìn)行簡(jiǎn)易精沖。簡(jiǎn)易精沖投資少,見效快。適合于生產(chǎn)批量不大的我國(guó)國(guó)情,適合于精沖入門。其不足之處是當(dāng)模具開啟時(shí),頂件和卸料同步,往往發(fā)生將精沖件頂回到廢料框中。可能使剪切面擦傷,影響下次送料。

  1972年,哈爾濱儀表機(jī)床廠研制“YA99-25型精密沖裁液壓機(jī)”,該機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)為:主活塞最大壓力350kN,壓邊滑塊壓力10~100kN,反向支承壓力5~50kN;結(jié)構(gòu)采用上傳動(dòng)方式,主油缸安裝在機(jī)身最上方,油缸內(nèi)裝有內(nèi)外活塞,外活塞與壓邊滑塊連接,內(nèi)活塞桿穿過外活塞及壓邊滑塊可與凸模相接,壓邊滑塊在4個(gè)立柱的導(dǎo)軌間上下運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)的下面裝有反向壓力油缸,液壓油的油箱在機(jī)身的最下方,液壓件箱裝在機(jī)身的左上方,電器箱裝在機(jī)身的右上方,機(jī)身為鑄鐵件。

  1973年,張正修在《鍛壓機(jī)械》雜志上發(fā)表了第二篇同名文章“精密沖裁”。

  1974年,華中工學(xué)院與長(zhǎng)江有線電廠協(xié)作,設(shè)計(jì)制造了液壓精沖模架,利用普通壓床,進(jìn)行多種零件精沖。當(dāng)年四機(jī)部在該廠召開全國(guó)精沖新工藝經(jīng)驗(yàn)交流會(huì),并拍攝電影。

  1975年,貴州長(zhǎng)征電器九廠研制簡(jiǎn)易精沖模具,76年投產(chǎn),用于沖裁5mm以下低碳鋼板材,效果良好,截面粗糙度Ra≤1.6μm,尺寸精度控制在±0.02mm。

  武漢733廠(武漢長(zhǎng)江有線電廠)在JB21-100型開式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)上安裝液壓裝置精沖電傳打字機(jī)零件獲得成功,還將此項(xiàng)技術(shù)傳授給天津754廠(總后天津?qū)嶒?yàn)工廠),取得滿意成果。

  國(guó)營(yíng)772廠在《航空工藝技術(shù)》1976年第三期上發(fā)表第三篇同名“精密沖裁”的文章,介紹了他們將JB21-100型100噸開式偏心沖床改裝成為精沖用沖床,用通用模架精沖模具生產(chǎn)精沖件。

  1976年,我國(guó)與Feitool公司進(jìn)行精沖技術(shù)交流, Feitool第一次向中國(guó)提供了精沖技術(shù)培訓(xùn)資料, Feitool的《實(shí)用精沖手冊(cè)》被譯出于1977年由國(guó)防工業(yè)出版社出版,即《精沖技術(shù)》(第一版)。

  1977年,內(nèi)江鍛壓機(jī)床廠研制Y99-63/100型精密沖裁液壓機(jī)成功,同年鑒定,稱其“填補(bǔ)了空白,該機(jī)的性能滿足精沖工藝的要求,參數(shù)選擇合理,符合我國(guó)國(guó)情”。

  1977年,上海開關(guān)廠研制精沖工藝生產(chǎn)SN8-10觸片,設(shè)計(jì)制造了精沖通用模架、模芯和液壓裝置,設(shè)備為普通閉式單點(diǎn)壓力機(jī)上,效果很好。

  1977年原一機(jī)部北京機(jī)電所設(shè)計(jì)的精沖液壓模架在天津第三開關(guān)廠投入使用,使國(guó)內(nèi)精沖料厚增大到10mm,可精沖零件最大尺寸達(dá)到250mm。

  1978年哈爾濱鍛壓機(jī)床廠研制出Y99-25/40型250kN精沖機(jī),內(nèi)江鍛壓機(jī)床廠研制出Y26-100型1000kN三動(dòng)全液壓精沖機(jī)。至1978年底,國(guó)內(nèi)有西安儀表廠、無錫模具廠、安徽電影機(jī)械廠、天津電器廠、上海人民電器廠、上海星火模具廠等100多家科研單位與企業(yè)開發(fā)應(yīng)用精沖技術(shù)。

  1979年10月31日至11月8日國(guó)家儀表總局委托一機(jī)部第十一設(shè)計(jì)院和無錫模具廠主辦于在江蘇無錫市召開了《精密沖裁與模具“三化”技術(shù)經(jīng)驗(yàn)座談會(huì)》。參加這次會(huì)議的有來自全國(guó)21個(gè)省市91個(gè)單位的代表。

  精密沖裁前期主要用于儀器儀表、照相機(jī)、辦公機(jī)械、起重機(jī)械、電器開關(guān)等行業(yè),80年代開始進(jìn)入汽車摩托車行業(yè),當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)有幾十家工廠采用。

  20世紀(jì)70年代國(guó)內(nèi)曾先后開發(fā)了4000kN和1000kN二種全液壓精沖機(jī),小量投入市場(chǎng)。但在滑塊對(duì)工作臺(tái)的垂直精度和送料裝置自動(dòng)化方面不夠理想。有些精沖機(jī)的滑塊采用滾動(dòng)導(dǎo)向,導(dǎo)向精度高,然而抗偏載能力差。

  Feintool SMG公司推出4000kN、25000kN大噸位全液壓三動(dòng)精沖機(jī),為沖制厚板,大尺寸精沖零件創(chuàng)造了條件,1981年中國(guó)研制出6300kN精沖機(jī)。

  當(dāng)時(shí),北京機(jī)電所涂光祺開發(fā)了臺(tái)階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌,在承受傾復(fù)傾覆力矩100kNm的情況下,壓機(jī)滑塊導(dǎo)軌仍保持油膜潤(rùn)滑。內(nèi)江鍛壓機(jī)床廠開發(fā)的Y26-630型精沖機(jī),即采用此結(jié)構(gòu)。同時(shí)生產(chǎn)了3臺(tái),一臺(tái)在兵器部59研究所,從1986年開始使用至今,仍保持良好的精度和性能。

  湖北軍工企業(yè)733廠、181廠等單位從20世紀(jì)70年代開始做了大量工作,取得了在普通壓力機(jī)上進(jìn)行精密沖裁的成熟技術(shù)成果,武漢車鎖廠、513廠、520廠應(yīng)用得很好?!霸谄胀▔毫C(jī)上進(jìn)行精密沖裁”技術(shù)通過部級(jí)鑒定,獲得多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì),分別列為航空工業(yè)部和國(guó)防科工委“八五”重點(diǎn)推廣項(xiàng)目,1994年又通過國(guó)家科委初審和答辯,列為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目。

  20世紀(jì)80年代前,我國(guó)進(jìn)口的精沖機(jī)有30多臺(tái),都是小噸位,大部分是400kN,少量為600kN,750kN,800kN,1600kN,2500kN,大部分從瑞士Finetool Osterwalder公司進(jìn)口,少量從瑞士Schmid公司、瑞士ESSA公司和英國(guó)Fine-O-Matic公司進(jìn)口。

  Schmid公司生產(chǎn)HSR自動(dòng)化精沖機(jī)組,實(shí)現(xiàn)了上、下料全自動(dòng),其最大噸位達(dá)10000kN。

  1984年無錫模具廠接受“六五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“精沖新工藝”,用國(guó)產(chǎn)Y99-25型精沖機(jī)和進(jìn)口FeitoolGKP 25/40精沖機(jī)精沖電鍍表m=0.3550的小模數(shù)片齒輪、照相機(jī)調(diào)焦凸論等零件獲得成功并通過國(guó)家鑒定,投入生產(chǎn)。

  基于中國(guó)汽車工業(yè)總公司“八五”行業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)技改項(xiàng)目,該公司籌建了蘇州東風(fēng)精沖工程有限公司,從Feintool公司成套引進(jìn)精沖技術(shù)及設(shè)備,標(biāo)志著國(guó)內(nèi)推廣精沖技術(shù)已進(jìn)入汽車制造行業(yè)。該公司具備設(shè)計(jì)與制造精沖模50套/年及各類精沖件800萬件/年的能力,是國(guó)內(nèi)較有實(shí)力的汽車精沖零件加工中心。

  1987年2月,四川省機(jī)械工業(yè)廳受國(guó)家機(jī)械委員會(huì)機(jī)床工業(yè)局的委托,在內(nèi)江市召開了Y26-100型1000kN精密沖裁液壓機(jī)技術(shù)鑒定會(huì)。

  20世紀(jì)80年代后期,國(guó)內(nèi)有人從復(fù)合擠壓試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)沖裁變形這一事實(shí)出發(fā),進(jìn)一步分析了沖裁變形機(jī)理,指出沖裁變形開始階段就是擠壓。并且用實(shí)驗(yàn)說明了沖裁和擠壓之間的差異和不可分割的聯(lián)系。

  1993年天津市電機(jī)總廠,采用高速精密自動(dòng)級(jí)進(jìn)沖壓(高速級(jí)進(jìn)沖)生產(chǎn)100mm電機(jī)鐵芯沖片。因其具有高效、精密、安全、優(yōu)質(zhì)和節(jié)約原材料等顯著優(yōu)點(diǎn),技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益很高。

  21世紀(jì)以來,我國(guó)寧波帕沃爾精密液壓機(jī)械有限公司生產(chǎn)YPKJ系列框架式精沖液壓機(jī),佛山市興發(fā)液壓機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)ZWJ系列四柱快速精沖機(jī),徐州特種鍛壓機(jī)床廠生產(chǎn)YTD26型內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌精沖機(jī)。武漢華夏精沖技術(shù)公司生產(chǎn)HFB2500A、HFB6300A全自動(dòng)液壓精沖機(jī)。

  《精沖技術(shù)與裝備》書中介紹了武漢精沖2009年正式投產(chǎn),基本完成了市場(chǎng)布點(diǎn),形成了汽車座椅系列精沖件、汽車門鎖系列精沖件、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱系列精沖件三大業(yè)務(wù)板塊;完成超過100個(gè)精沖零件的開發(fā),正在開發(fā)的新產(chǎn)品近20個(gè),初步形成自己的產(chǎn)品開發(fā)能力和開發(fā)路線。

  湖北黃石華力鍛壓機(jī)床有限公司與武漢理工大學(xué)合作,開發(fā)出了數(shù)控精沖機(jī)系列產(chǎn)品KHF200、KHF320、KHF500、KHF700、KHF1200,不僅滿足了我國(guó)精沖生產(chǎn)裝備市場(chǎng)需求,而且替代了進(jìn)口。精沖機(jī)的部分技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,在我國(guó)市場(chǎng)占有最大份額。

  2012年6月6日,黃石華力鍛壓機(jī)床有限公司舉辦了“KHF系列精沖機(jī)制造15年技術(shù)總結(jié)暨2012款精沖機(jī)展示會(huì)”,展出了KHF-500液壓式數(shù)控精沖機(jī)。該機(jī)沖裁平穩(wěn)、可靠。與會(huì)人員評(píng)價(jià):“華力公司2012款精沖機(jī)與國(guó)際先進(jìn)水平已不存在代差,在硬件性能、軟件控制、使用效能已接近國(guó)際水平,整機(jī)性能在國(guó)內(nèi)已達(dá)領(lǐng)先水平。”

  吉林大學(xué)、武漢理工大學(xué)、江南大學(xué)、天津大學(xué)、重慶理工大學(xué)、天津理工大學(xué)等校從一進(jìn)入21世紀(jì)就培養(yǎng)精密沖裁方向的研究生,到現(xiàn)在為止全國(guó)高校已經(jīng)培養(yǎng)近100名碩士,他們的碩士論文都是關(guān)于精沖的設(shè)備、工藝和理論研究方面的。特別是在復(fù)合精沖的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐方面取得了明顯的進(jìn)步和成績(jī)。通過有限元模擬技術(shù)對(duì)復(fù)合精沖工藝進(jìn)行了研究,揭示了復(fù)合精沖技術(shù)的成形特點(diǎn);研究了精沖復(fù)合成形件的毛坯設(shè)計(jì)方法,開發(fā)了毛坯設(shè)計(jì)系統(tǒng);利用仿真軟件ADAMS建立了10000kN精沖機(jī)虛擬樣機(jī)模型,完成了10000kN精沖機(jī)虛擬設(shè)計(jì);以汽車撥叉、摩擦片為對(duì)象,研究了精沖技術(shù)在汽車零件的應(yīng)用;通過有限元模擬及實(shí)驗(yàn)方法分析了精沖模具應(yīng)力、模具磨損等變化規(guī)律;采用DEF0RM-3D分析了汽車剎車片鋼背精沖過程中工藝參數(shù)對(duì)精沖質(zhì)量、模具磨損的影響規(guī)律。

  《精沖技術(shù)與裝備》書中介紹了壓邊精沖在國(guó)內(nèi)應(yīng)用生產(chǎn)也只有半個(gè)多世紀(jì),已發(fā)展得比較成熟,基本定型。國(guó)內(nèi)也已發(fā)展30多年,逐步完善了自主開發(fā)的技術(shù),基本上消化了引進(jìn)的國(guó)外技術(shù)。我國(guó)先后制定了《精沖件結(jié)構(gòu)工藝性》、《精沖件質(zhì)量》、《精沖件通用技術(shù)條件》、《精沖件工藝編制原則》、《精沖模具》、《精沖壓力機(jī)精度》和《精沖模潤(rùn)滑技術(shù)條件》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

  我國(guó)已累積生產(chǎn)近千種精沖零件,其中有汽車座椅角調(diào)器總成,汽車、坦克、飛機(jī)上的制動(dòng)摩擦片,變速箱撥叉,厚度從0.4~4mm的直齒齒輪,摩托車主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪,空壓機(jī)閥板等,其中圖154飛機(jī)起落用的摩擦片,外徑達(dá)375mm,厚8mm。材料為30CrSiMoV,σb=700~800MPa。

  《精沖技術(shù)與裝備》書中介紹了國(guó)內(nèi)有單位正在研究用板料精沖生產(chǎn)同步環(huán)和用復(fù)合精沖的方法生產(chǎn)螺旋齒輪(斜齒輪),武漢理工大學(xué)2012年申報(bào)了專利“精沖模具及使用其加工斜齒圓柱齒輪的旋轉(zhuǎn)精沖成形方法” 。

  日本20世紀(jì)初期才“國(guó)產(chǎn)化”精沖機(jī),現(xiàn)在正在使用的精沖機(jī)大約有360臺(tái)。一臺(tái)精沖機(jī),每年工作300天,每天工作20h,每年工作不少于600h。2006年全年共生產(chǎn)精沖件12億件。據(jù)介紹,其中有一臺(tái)精沖機(jī),每分鐘行程次數(shù)為100次;一模4件,全年生產(chǎn)達(dá)6500萬件。日本現(xiàn)在沖零件中,最薄的為0.1mm,最厚的為19mm。

  壓邊精沖發(fā)展的同時(shí),日本開發(fā)了對(duì)向凹模精沖,德國(guó)開發(fā)了集成精沖,美國(guó)開發(fā)了擠壓精沖。它們各自都有專用的精沖機(jī)。但壓邊精沖仍然占很大的比重。估計(jì)以后還會(huì)有其他的精沖方法出現(xiàn)。集成精沖、擠壓精沖和壓邊精沖基本相同,精沖件剪切面的品質(zhì)也差不多。其主要區(qū)別是在壓邊圈上不帶“V”形齒。

  國(guó)內(nèi)有人提出 “擺輾精沖”和“旋轉(zhuǎn)精沖”。

  許多事實(shí)表明,精沖件的尺寸精度越來越高,被精沖材料的強(qiáng)度(σb)越來越高,厚度(t)越來越厚,尺寸越來越大;精沖件的內(nèi)形輪廓和外形輪廓越來越微小精細(xì),越來復(fù)雜。

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