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精沖技術在中國的發展和應用

作者：王孝文1， 劉 浩2，鞏玉偉3

摘要：精沖是在普通沖裁的基礎上發展起來的，精沖的主要形式是壓邊精沖；介紹了從20世紀60年代起精沖在中國的發展歷程，許多單位和個人為精沖在中國的發展貢獻了力量。精沖模具加工技術的發展促進了精沖技術的發展，例如精沖模具結構的設計更新、精沖模具加工機床的更新和其他工藝條件的更新都促進了精沖技術的發展，最后介紹了精沖的未來。未來的國際精沖舞臺上必然有很多中國的科研成果，精沖生產的零件必將越來越多，各種各樣的復合精沖工藝都將粉墨登場，大顯身手。

1.精沖工藝的出現

精密沖裁技術簡稱精沖技術。精沖技術組合了沖壓技術的經濟性和一般機械加工方法的高精度，在不少場合可取代鑄造加工、鍛壓加工、車加工、鉆加工、磨加工等工藝。

精沖是在普通沖裁的基礎上發展起來的，只有在普通精沖的土壤上才能誕生精沖。

沖裁是沖壓工藝的分離工序，如圖1所示。它和其他沖壓工序一樣，生產率高，材料利用率高，能量消耗少，生產成本低，產品凈形率高(質量輕)，強度和剛度好，容易實現自動化生產。由于這些優點，沖裁在各機械工業部門廣泛應用。

圖1 普通沖裁原理示意圖

①沖頭；②坯料；③下模

然而，由于沖裁過程的加工特性，普通沖裁時沖頭1和凹模3模腔的間隙較大，即沖頭1的外徑尺寸小于凹模3模腔的內徑。在沖壓過程中，板料2發生拱彎，板料2在還沒有被完全剪斷前就被撕斷。因而，在剪切面上有大約三分之二的撕裂帶，剪切面的品質和精度不能滿足某些沖裁件的技術要求。在這種情況下，普通沖裁只能制坯，對普通沖裁件還需進行后續機械加工。在沖壓生產薄片齒輪時，一件一件再進行機械加工生產顯然不合時宜，效率很低，成本很高，品質低，而且不穩定。

后來人們沖裁制坯后鉆孔，鉸中心孔；再用一根具有一定精度的芯棒，按一定的配合要求將多片沖裁后鉸了中心孔的坯料穿套在一起進行滾齒。這種加工方法生產零件仍然效率低，成本高，加工品質也不能滿足生產要求。

人們在生產實踐中逐步摸索和反復試驗，力圖尋求既具有沖裁工藝的固有優點，又能獲得剪切面品質高、精度也高的沖裁方法。

圖2為一般壓板精沖原理示意圖。在沖壓前壓板先將板料壓緊。沖頭1和凹模3模腔的間隙小，甚至為零(無間隙)，為負(沖頭的直徑大于凹模模腔直徑)，即沖頭1的外徑尺寸等于或大于凹模3模腔的內徑。在沖裁過程中，板料不發生拱彎，板料被完全剪斷，因而截面斷口光潔。人們把這樣的沖裁就叫做精密沖裁，簡稱精沖。

圖3為普通沖裁件和精密沖裁件剪切面品質的比較。精密沖裁技術一般適合于生產批量在10萬件以上，中等復雜程度以上的零件，批量越大越顯示出這種工藝的優越性。某小齒輪盒零件成本的比較曲線大致如圖4。當批量很小時，精沖的成本大于普通沖裁的成本，批量越小，成本越高，差別越大。而批量增加到15×103=15000時，精沖成本曲線與普通沖裁成本曲線相交于一點，精沖的成本和普通沖裁的成本相同。如批量繼續增加，則精沖成本更低，大約是普通沖裁的55%左右。

有資料介紹[1]，日本在20世紀初期，才“國產化“精沖機，但現在正在使用的精沖機大約有360臺。一臺精沖機，每年工作300天，每天工作20h，每年工作不少于600h。2006年全年共生產精沖件12億件。其中有一臺精沖機，每分鐘行程次數為100次；一模4件，全年生產達6500萬件。

圖2 精密沖裁原理示意圖

①沖頭；②板料；③下模；④壓邊圈；⑤反向加壓柱塞

圖3 精密沖裁件(下)和普通沖裁件(上)的剪切面

圖4 某小齒輪盒零件成本的比較曲線

2.精沖的主要形式是壓邊精沖

精沖技術的應用行業有汽車、摩托車、計算機、錄像機、通訊設備、飛機制造業、家電產品、辦公機械、光學元件、建筑業等。用精沖生產的零件有近8000種，大約50%~60%的精沖件用于汽車工業，如渦輪增壓器、制動器、變速箱、安全帶、座椅、空調、壓縮機等。

精密沖裁與精密鍛造、精密焊接、精密鑄造、精密剪切等精密成形工藝一樣，是當前工業技術的發展方向，它們與國計民生有著密切的關系，對于節材節能綠色制造關系極大。

精沖工藝在節省設備、工裝、生產面積、生產工時、物流等方面具有顯著的經濟效益。如某廠家有一臺精沖機，模具加工能自己配套解決，可年生300~600萬件以上精沖件。

凡是能提高沖裁件的剪切面品質和尺寸精度的沖裁工藝都叫精沖。

對普通沖裁件的二次加工一般叫精整，精整分修邊和擠光2種。

精整常用的一種方法就是修邊。修邊就是切除不光潔表面。修邊模的沖頭和凹模的間隙應盡量小，大約為0.006~0.010mm，甚至為負間隙。當然負間隙不宜太大，也以-0.006~-0.010mm為宜。修邊余量和修邊次數由料厚和產品的形狀決定。

修邊件精度高，粗糙度小，塌角和毛剌小，缺點是在修邊生產時定位要求高，不易除屑，效率低。

如在修邊過程中加入有關能量，使沖頭在工作過程中產生振動，則稱振動修邊。所生產的產品品質高于一般振動件，但修邊件的某些缺陷可能仍然保留。

擠光主要用于軟料，它是將凹模的入�？谠O計為錐形，讓普通沖裁件通過錐形入�？跀D光。錐形入�？诘腻F形部位約高0.04~0.06mm，一般擠光件的品質低于修邊。

采用小間隙沖裁可以獲得粗糙度較小、塌角毛刺較大的擠壓-精沖件，沖裁間隙不大于0.02mm。落料時的凹模圓角半徑和沖孔時的凸模圓角半徑之大小均為0.1t，t為板料厚度，單位為mm。

負間隙沖裁更是明顯將坯料擠壓進凹模模腔，凸模的工作直徑大于凹模的工作直徑，大約大(0.05~0.2)t，。要注意凹模入�？诘膱A角半徑的大小為(0.05~0.1)t。負間隙沖裁適用于軟料，能獲得較小的粗糙度，但塌角和毛剌較大。

精沖時還可采用階梯式沖頭，雙臺階沖頭的小直徑按小間隙沖裁過程，大直徑與小直徑之差為(0.15~0.35)t，高度差為(0.1~0.4)t。精沖時也可采用雙層凹模，上、下凹模與沖頭的間隙也大約為(0.15~0.35)t。這樣，獲得的沖裁件粗糙度小，生產率較高，缺點是對于復雜輪廓的產品模具制造困難。

精密沖裁的主要形式是壓邊精沖，壓邊精沖的工藝特點主要是更小的小間隙沖裁，其間隙值為0.01t，而且必須采用壓邊圈(一般采用V形齒壓邊圈)或反向壓板加壓夾持。所產生的產品精度高，粗糙度小，塌角和毛剌也小，生產效率高，但模具或設備復雜。

如果壓邊圈上無齒形，是一塊平板，那么就叫做平面壓邊精沖。在沖裁前和沖裁中均是“平板”壓緊坯料。

此外，還有將沖頭設計成沖頭內芯和沖頭外圈2件，構成組合沖頭。沖裁時，外圈先壓入(0.7~0.8)t后沖頭內芯再行沖裁。所產生的產品精度高，粗糙度小，塌角和毛剌也小�？梢詻_厚料和剛性差的材料，這就是所謂的“對向凹模精沖”。實際上相當于拋棄了壓板，壓板與凹模合為一體。

當工作部分由2個凸模和2個凹模組成。一個凹模固定，另一個凸模和2個凹模的成形力單獨可調，而且按照一定的預置程序動作擠壓，完成整個往復成形精沖過程。

一個凸模和2個凹模還可實現鎖定和給以一定壓力的狀態。

精沖工作開始階段，上模中的活動凹模一直鎖定，滑塊下行。此時先讓上凸模鎖定，下凸模無壓力，使精沖毛坯受到活動凹模和上凸模的壓力，內部部分材料被擠入固定凹模的模腔中(下凸模被擠向下)。然后讓下凸模鎖定，上凸模無壓力，內部部分材料流入活動凹模的�？字�，上凸模被帶動向上。

此時精沖坯料在固定凹模和活動凹模模腔之內的尺寸加厚，與坯料接觸部位的模面之間的厚度變小，產生連皮。而在固定凹模和活動凹模接觸部位的模面以外的坯料厚度不發生變化或基本不發生變化。

精沖工步的最后階段，滑塊繼續下行，上凸模處于鎖定狀態�；顒影寄．a生所需的壓邊力，壓緊坯料，下凸模產生所需的反向壓力，在壓邊力的反向壓力的作用下，上凸模完成連皮的強力壓邊精沖，從而實現精沖成形全過程。這就是所謂的“往復成形精沖”。

往復成形精沖與對向凹模精沖實質上也是相同的，只是把上下凹模(沖頭外圈)都設計成一樣，其極限狀態可以想像成與指甲鉗剪指甲的原理差不多。

精沖工藝又可以和其他成形工藝復合。主要有3種復合形式：第一種是精沖外形輪廓和精沖內孔的復合，第二種是精沖成形和其他沖壓工藝如拉深、彎曲、側向沖裁的復合，第三種是精沖成形與體積成形(擠壓成形)的復合。第一種情況比較簡單，在普通精密沖裁和在精沖機上精沖的文獻內就有不少介紹。關于精沖成形和其他沖壓工藝如拉深、彎曲、側向沖裁的復合成形[2-18]，關于精沖成形與擠壓成形的復合的例子也有不少[19-27]是在同一臺壓力機上的復合，至于與其他設備復合的例子，如為其他設備生產預成形件，或其他設備為精沖工藝制坯的例子，在有關書籍文獻里將作詳細介紹。

3.精沖技術的發展歷程

采用壓邊工藝能提高沖裁件的斷面品質，歐洲人在20世紀20年代就已發現并申報專利。20世紀50年代進入實用階段。1952年，瑞士Schmid公司開始將肘桿式沖床改裝成精沖機。1956年，瑞士開始生產第一臺肘桿式精沖機，至今仍在生產。后來才生產全液壓精密沖裁壓力機。

20世紀70年代中期進入普及期，汽車制造業中大量采用精沖技術。經過50多年的發展，該工藝已相當成熟。平均每輛轎車的精沖件的數量有250~300件，我國曾一度致力于對沖壓件修整進行研究，在研究修邊的模具和工藝上下過功夫。20世紀50年代就有人在前蘇聯對其進行研究[28]。由于振動修邊在瑞士鐘表行業得到廣泛應用，我國儀表行業從瑞士ESSA公司進口了40kN凸輪式振動修邊壓力機和160kN內外滑塊式振動修邊壓力機。后來，上海第七機床廠也能生產這種凸輪式振動修邊壓力機[29]。

20世紀60年代初，國內有研究機構專門研究振動修邊工藝。而這時，由于采用壓邊工藝能直接使沖裁件的品質提高，精沖技術在國外迅速發展。專門生產精沖機的廠家就有10多家。

國內有的單位精沖壓力機和精沖模具的主要加工設備從國外引進，如蘇州東風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，如武漢理工大學、北京機電所、兵器工業第59研究所(重慶)、杭州武林機械廠等。

從瑞士Finetool Osterwalder公司進口的GKP型精沖壓力機為肘桿式底傳動機械壓力機，其運動曲線可以滿足精沖工藝過程的快速閉合、慢速沖裁的快速回程的要求。其齒輪和軸之間采用緊固環連接，既可保證雙邊同步傳動，又能實現過載保護�；瑝K由表及里排滾柱過盈導向。

20世紀80年代后進口的壓力機均為全液壓式，噸位有3200kN、4000kN、6000kN與8000kN�；瑝K對工作臺的垂直精度為0.08mm/180mm，這是一項最重要的技術指標。

1962年A.Guidi第一次發表精沖理論引起了中國沖壓行家的關注并將其論文翻譯后在1963年的《機械譯從》雜志發表。

國內一機部儀表工廠設計處與一機部機械科學研究院、西安交通大學從20世紀60年代初期就共同進行精沖工藝研究，1965年10月撰寫有“儀表零件精密沖裁工藝試驗研究小結”，但沒有公開發表[30]。

1965年西安儀表廠從瑞士Feintool A G Osterwald/She-weiz公司購進一臺800kN肘桿式三動精沖機和多套小模數齒輪精沖模，生產儀表零件。1966年5月原機械部濟南鑄鍛所完成了與天津紅星工廠合作用強力齒圈壓板精沖打字機零件—卡簧片的研究報告。

天津李錫曾在1966年《鍛壓機械》雜志上發表論文“精密沖裁”，是國內第一篇公開發表的關于精密沖裁的文章[31]。

如果在設計模具的液壓模架時，能提供壓邊力、反向壓力和保證導向精確，將它安裝在通用壓力機上，也能完成精沖工藝。這就是簡易精沖，也有人稱其為普通精沖。20世紀70年代，南京航空學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開展簡易精沖[32-33]。簡易精沖的投資少，見效快。適合于生產批量不大的我國國情，適合于精沖入門。其不足之處是當模具開啟時，頂件和卸料同步，往往發生將精沖件頂回到廢料框中。從而有可能使剪切面擦傷，影響下次送料。

1972年，哈爾濱儀表機床廠開始研制“YA99-25型精密沖裁液壓機”，該機的主要技術性能參數為：主活塞最大壓力350kN，壓邊滑塊壓力10~100kN，反向支承壓力5~50kN；結構采用上傳動方式，主油缸安裝在機身最上方，油缸內裝有內外活塞，外活塞與壓邊滑塊連接，內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個立柱的導軌間上下運動。工作臺的下面裝有反向壓力油缸，液壓油的油箱在機身的最下方，液壓件箱裝在機身的左上方，電器箱裝在機身的右上方，機身為鑄鐵件[34]。

1973年，另一位沖壓前輩張正修在《鍛壓機械》雜志上發表了第二篇同名文章“精密沖裁”，我國在70年代開始在生產上有所應用[30]。

1974年，華中工學院與長江有線電廠協作，設計制造了一套液壓精沖模架，利用普通壓床改裝，進行多種零件的精度沖裁工藝試驗，獲得成功，并投入生產。當年四機部在該廠召開了全國性新工藝經驗交流會，并拍攝電影[35]。

1975年，貴州長征電器九廠開始研制簡易精沖，76年正式投產，用于沖裁5mm以下低碳鋼板材，效果良好，截面粗糙度Ra≤1.6μm，尺寸精度可控制在±0.02mm[36]。

武漢733廠(武漢長江有線電廠)在JB21-100型開式雙柱固定臺壓力機上安裝液壓裝置精沖電傳打字機零件獲得成功并擴大生產，還將此項技術傳授給天津754廠(總后天津實驗工廠)，也取得滿意成果。

國營772廠在《航空工藝技術》1976年第三期上發表第三篇同名“精密沖裁”的文章，文章介紹了他們經過4個多月的試驗，將JB21-100型100噸開式偏心沖床改裝成為精沖沖床，用通用模架精沖模具生產精沖件[37]。

1976年，我國與FEINTOOL公司開始精沖技術交流，翻譯了Feitool《實用精沖手冊》(初版)，Feitool第一次向中國提供了精沖技術培訓資料，后被譯出于1977年由國防工業出版社出版，即《精沖技術》(第一版)。

1977年，內江鍛壓機床廠研制Y99-63/100型精密沖裁液壓機獲得成功[38]，同年召開鑒定會，稱其“填補了空白，該機的性能滿足精沖工藝的要求，參數選擇合理，符合我國國情，機器的設計和試制是成功的”。

1977年，上海開關廠采用精沖工藝生產SN8-10觸片，設計制造了精沖通用模架、模芯和液壓裝置，并在普通閉式單點壓力機上進行了精沖試驗，正式用于生產，效果很好[39]。

1977年原一機部北京機電所設計的精沖液壓模架在天津第三開關廠投入使用，使國內精沖料厚增大到10mm，可精沖零件最大尺寸達到250mm。

1978年哈爾濱鍛壓機床廠研制出Y99-25/40型250kN，內江鍛壓機床廠研制出Y26-100型1000kN三動全液壓精沖壓力機。截至1978年底，國內已有西安儀表廠、無錫模廠、安徽電影機械廠、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開發應用精沖技術。1979年為介紹國外先進經驗，總結國內推廣精沖技術的成果，10月31日至11月8日國家儀表總局委托一機部第十一設計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”技術經驗座談會》。參加這次會議的有來自全國21個省市自治區及中央直屬的大專院校、科研設計及企事業部門，計91個單位131位代表[40]。

精密沖裁前期主要用于儀器儀表、照相機、辦公機械、起重機械、電器開關等行業，80年代開始進入汽車摩托車行業，國內有幾十家工廠采用。

20世紀70年代國內曾先后開發了4000kN和1000kN2種全液壓精沖壓力機，小量投入市場。但在滑塊對工作臺的垂直精度和送料裝置自動化方面不夠理想。有些精沖壓力機的滑塊采用滾動導向，導向精度高，然而抗偏載能力差。

Feintool SMG公司推出4000kN、25000kN大噸位全液壓三動精沖壓力機，為沖制厚板，大尺寸精沖零件創造了條件，1981年中國研制出6300kN精沖壓力機。

當時，北京機電所涂光祺開發了臺階式內阻尼靜壓導軌，在承受傾復傾覆力矩100kNm的情況下，壓機滑塊導軌仍保持油膜潤滑[41]。內江鍛壓機床廠開發的Y26-630型精沖壓力機，即采用此結構。同時生產了3臺，一臺在兵器部59研究所，從1986年開始使用至今，仍保持良好的精度和性能[42]。

湖北軍工企業733廠、181廠等單位從20世紀70年代開始在精密沖裁方面做了大量的工作，取得了在普通壓力機上進行精密沖裁的成熟技術成果，武漢車鎖廠、513廠、520廠在這方面也應用得很好�！霸谄胀▔毫�機上進行精密沖裁”技術通過部級鑒定，獲得多項獎勵，分別列為航空工業部和國防科工委“八五”重點推廣項目，1994年又通過國家科委初審和答辯，列為國家級重點科技成果推廣項目[20]。

20世紀80年代前，我國進口的精沖壓力機有30多臺，都是小噸位，大部分是400kN，少量為600kN，750kN，800kN，1600kN，2500kN，大部分從瑞士FinetoolOsterwalder公司進口，少量從瑞士Schmid公司、瑞士ESSA公司和英國Fine-O-Matic公司進口。

Schmid公司生產HSR自動化精沖機組，實現了上、下料全自動，其最大噸位達10000kN[43]。

1984年無錫模具廠接受“六五”科技攻關項目“精沖新工藝”，用國產Y99-25型精沖機和進口Feitool GKP25/40精沖機精沖電鍍表m=0.3550的小模數片齒輪、照相機調焦凸論等零件獲得成功并通過國家鑒定，投入生產�；�于中國汽車工業總公司“八五”行業發展規劃重點技改項目，該公司籌建了蘇州東風精沖工程有限公司，從Feintool公司成套引進精沖技術及設備，標志著國內推廣精沖技術已進入汽車制造行業。該公司具備設計與制造精沖模50套/年及各類精沖件800萬件/年的能力，是國內較有實力的汽車精沖零件加工中心。

1987年2月，四川省機械工業廳受國家機械委員會機床工業局的委托，在內江市召開了Y26-100型1000kN精密沖裁液壓機技術鑒定會。

20世紀80年代后期，國內有人從復合擠壓試驗過程中發現沖裁變形這一事實出發，進一步分析了沖裁變形機理，指出沖裁變形開始階段就是擠壓。并且用實驗說明了沖裁和擠壓之間的差異和不可分割的聯系[44-51]。

1993年天津市電機總廠，采用高速精密自動級進沖壓(高速級進沖)生產��100mm電機鐵芯沖片。因其具有高效、精密、安全、優質和節約原材料等顯著優點，在生產上產出的技術經濟效益很高[45]。

21世紀以來，我國有寧波帕沃爾精密液壓機械有限公司生產YPKJ系列框架式精沖液壓機，佛山市興發液壓機械制造有限公司生產ZWJ系列四柱快速精沖機。徐州特種鍛壓機床廠生產YTD26型內阻尼靜壓導軌精沖壓力機。

據《上海證券報》2012年3月7日第F10版“公司縱深”專欄宋元東的一篇文章：“中航精機收購武漢精沖49%股權”，中航精機“包攬”了其子公司武漢中航精沖的全部股權。由于公司控股子公司武漢中航精沖技術有限公司外方股東英國CRH的實際控制人發生變更，中外雙方對武漢精沖的發展戰略產生分歧。為保證武漢精沖的長遠發展，鞏固公司在國內精沖行業的領先地位，3月5日，雙方簽署合同，CRH向公司轉讓持有的武漢精沖49%的股權以及與之有關的所有權利和利益，合同轉讓標的金額520萬美元。通過上述股權收購后，公司將持有武漢精沖100%的股權，武漢精沖將成為公司的全資子公司”�！拔錆h精沖自2009年正式投產以來，經過三年的成長期，基本完成了市場布點，形成了汽車座椅系列精沖件、汽車門鎖系列精沖件、汽車發動機及變速箱系列精沖件三大業務板塊；已完成超過100個精沖零件的開發，正在開發的新產品有近20個，已初步形成自己的產品開發能力和開發路線；武漢精沖2011年實現營業收入3506.69萬元，凈利潤131.36萬元。

吉林大學、江南大學、天津大學、天津理工大學等[47-52]校從一進入21世紀就培養精密沖裁方向的研究生，到現在為止全國已經培養近100名碩士，他們的碩士論文都是關于精沖的設備、工藝和理論研究方面的。特別是武漢理工大學在復合精沖的理論研究和生產實踐方面取得了明顯的進步和成績[9、53-54]。通過有限元模擬技術對復合精沖工藝進行了研究，揭示了復合精沖技術的成形特點；研究了精沖復合成形件的毛坯設計方法，開發了毛坯設計系統；利用仿真軟件ADAMS建立了10000kN精沖壓力機虛擬樣機模型，完成了10000kN精沖壓力機虛擬設計；以汽車撥叉、摩擦片為對象，研究了精沖技術在汽車零件的應用；通過有限元模擬及實驗方法分析了精沖模具應力、模具磨損等變化規律；采用DEF0RM-3D分析了汽車剎車片鋼背精沖過程中工藝參數對精沖質量、模具磨損的影響規律。

壓邊精沖在國內應用生產也只有半個多世紀，已發展得比較成熟，基本定型。國內也已發展30多年，逐步完善了自主開發的技術，基本上消化了引進的國外技術。我國也與世界接軌，先后制定了《精沖件結構工藝性》、《精沖件質量》、《精沖件通用技術條件》、《精沖件工藝編制原則》、《精沖模具》、《精沖壓力機精度》和《精沖模潤滑技術條件》等國家標準和行業標準。

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

有資料介紹，日本現在沖零件中，最薄的為0.1mm，最厚的為19mm[1]。

汽車上的精沖件如圖5。

壓邊精沖發展的同時，日本開發了對向凹模精沖，德國開發了集成精沖，美國開發了擠壓精沖。它們各自都有專用的精沖壓力機。但壓邊精沖仍然占很大的比重。估計以后還會有其他的精沖方法出現。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也差不多。其主要區別是在壓邊圈上不帶“V”形齒。

經過較長時間的錘煉成長，新世紀以來，國內已能長期穩定的組織精沖件大批量生產，在品質上完全符合有關技術要求。我國在精沖技術領域，基本上消化吸收了引進的國外技術，逐步完善了自主開發的技術，并且有所創新。

許多事實表明，精沖工藝的發展方向大致為：

• 1)被精沖材料的強度(σb)越來越高，厚度(t)越來越厚，尺寸越來越大；
• 2)精沖件的內形輪廓和外形輪廓越來越微小精細，越來復雜；
• 3)精沖件的尺寸精度越來越高。

國內已有較多的關于精鍛-精沖復合工藝和精沖-精鍛復合工藝的研究，這2種復合工藝都是使板料精密沖裁和棒料精密成形交匯和結合，相互取長補短。因此精鍛-精沖復合工工藝和精沖-精鍛復合工藝生產出的零件大小、輪廓將由精鍛和精沖組合完成，充分發揮2種工藝的優勢，成為精沖件大型化、復雜化和向更厚方向發展的一種途徑。

有關復合精沖的專利也在不斷涌現。武漢理工大學申報了“一種板料沖壓冷鍛與精沖復合凸臺零件的成形工藝”專利[55]，還申報了“精沖模具及使用其加工斜齒圓柱齒輪的旋轉精沖成形方法”[56]。

在精密成形設備上精鍛成形棒料毛坯，可為后續精沖提供厚度不等且不受被壓邊精沖材料極限厚度約束的復雜形狀毛坯。

精沖板料也可獲得適合于后續精密鍛造成形的復雜形狀的異形預制坯，擴大精鍛工藝的應用范圍。

后一種情況在瑞士Schmid公司冷精密擺輾一槍械零件時已有先例，在冷精密擺輾終成形時，采用精沖件作為坯料，見圖6[57]。

圖6 schmid公司的冷擺輾成形件和精沖預制坯件

(a)自行車零精預制坯件(左)、冷擺輾成形件(中)和切飛邊后的擺輾成形件(右)

(b)兵器用制動桿的精沖預制坯件(左)和冷擺輾成形件(右)

國內有人在日本“對向凹模精沖”的基礎上，提出“往復成形精沖”的概念并進行理論研究和生產實踐[58]。還有人更具創新思維，提出“擺輾精沖”[59]，提出“輥式精沖壓力機”[60]，利用具有一定曲率半徑的精密沖裁模進行精沖。

4.精沖模具加工技術的發展促進了精密沖裁技術的發展

曾經有一鍛壓前輩說過，有了精密的鍛壓設備但是模具的精度不高不能生產出精度高的鍛件或沖壓件，而如果模具精度高，鍛壓設備精度不高倒有可能生產出精度高的鍛件或沖壓件。由此可見，模具是多么的重要。

1)精沖模具結構的設計更新

20世紀80年代前，國內的精沖模架均采用整體嵌入式結構，將凹模嵌入凹模座的錐形凹槽，壓邊圈要嵌入壓邊圈座的錐形凹槽。錐面的接觸面要保證在75%以上，軸向預壓量為0.4mm，預壓后的凹模與壓邊圈的型腔要同心。否則就會在沖裁時產生沖裁間隙不均勻，影響精沖的成敗。凹模座是模具中最主要的基本零件，上面有加工精度要求相當高的導向孔，加工制造相當困難。有人說它“在一定程度上阻礙了精沖在我國的推廣”。

在20世紀80年代后，國內逐步興起導銷式模具。凹模和壓邊圈改由凹模座上的導銷定位。在工作時凹模上的導銷插入壓邊圈上的導孔內。凹模和壓邊圈分別由銷固定在凹模座和壓邊圈座上。因為可以將凹模和壓邊圈疊在一起組合加工，所以這種結構加工簡單，保證型腔對中，誤差小。

與嵌入式結構精沖模具相比，很明顯無論從加工費用和工人的裝拆和操作角度來講，導銷式結構精沖模具的結構要合理得多。因為它取締了一對大件的相互配合要求，而將其由4個導銷導孔代替。

導銷式結構的精沖模和嵌入式結構的精沖模同樣具有“結構緊湊，封閉高度小”，“結構剛性好”，“定位可靠”的優點。

2)精沖模具加工機床的更新

模具加工機床的更新對促進精密沖裁的發展也起了很大作用。

有了電加工，才可以對淬硬了的材料進行加工，才能使精密沖裁大踏步向前發展。這是因為精沖模具要求的沖裁間隙太小，大約為料厚的0.5%，因而，對于輪廓形狀復雜的異形零件，模具制造困難。如果完全依照對模具的工作零件配作，不但效率低，而且廢品率高。

電火化加工技術的迅速發展，特別是高精度數控慢走絲線切割的應用，加工精度達到μ級，從根本上改變了精沖模具的加工面貌。高精度電火化、數控慢走絲線切割、數控點位坐標磨床和連續軌跡坐標磨床的加工精度都已達到μ級，用它們制造精沖模的工作零件可以實現互換。

人們在滿足產品要求的前提下，盡量降低生產成本。發展線切割加工更適合精沖模具加工。因為高精度、數控、慢走絲線切割的加工精度達0.004mm。只需按零件圖樣編程后按指定的間隙分別切出凹模和凸模，壓邊圈和反向壓板。對于多工位連續模用來保證上下模對中的零件，也只需利用一個程序分別切出，不需配作，實現精沖模具零件的互換。

國內具有這種加工能力和加工水平的數控慢走絲線切割機床已有多臺。設想，如果沒有線切割機床，精沖模的沖頭和凹模要想達到相當高的精度和配合間隙是何等困難？

3)其他工藝條件的更新

開展精沖，必須具備精沖模具、精沖材料、精沖工藝潤滑劑和精沖設備4個方面的條件。而精沖模具是關鍵，它因精沖件的不同而不同，直接影響產品品質和生產成本。

由于精沖件的本質是沖壓件，所使用的原材料為板(帶)材，工藝以沖壓為主。從零件形狀到工藝方法都比較單一，共性多，容易根據零件的尺寸和形狀特征制定精沖模架標準和精沖模具零件標準，實現標準化。為了縮短精沖模設計周期，可以采用標準圖紙。凹模、壓邊圈、凸模、反向壓板可以先在啞圖上給出部分尺寸，其他所有精沖模的零件圖均可先行給出。對于某一個精沖零件設計精沖模時，只需根據工件的尺寸選定一個標準圖紙，再按工件的輪廓尺寸填補標準圖紙(啞圖)的空白部分，精沖模具的結構圖設計即告完成。

采用計算機以后，可建立精沖模架標準庫和精沖模零件標準庫。采用計算機繪制精沖模具圖，可進一步縮短設計時間。

精沖模具的凹模、凸凹模和沖孔凸模等工作零件，與普通沖裁模的用鋼相同，一般都采用高鉻工具鋼和高速鋼，主要采用Cr12MoV鋼和W6Mo5Cr4V2鋼，美國同類型號為D2鋼和M2鋼，德國為X165CrMoV12鋼和S6-5-2鋼。

有人把模具材料說得神乎其神，好像模具鋼非要買外國人的不可。確實不同的冶煉方法和不同化學成分的材料，直接影響模具壽命高低，但即使是相同的冶煉方法和相同化學成分的材料，如果組織不均勻，碳化物偏析嚴重，同樣會降低模具壽命。如果用國產的模具鋼材，賴以認真的熱處理工藝和負責的科學態度，使模具壽命能大幅度延長，那才真正的叫有水平呢！

被精沖材料作為精沖的具體對象，是提高產品質量，降低生產成本、擴大精沖使用范圍的重要因素，對這個環節也要足夠重視。有人講過，生產上無小事，凡是影響產品質量和生產成本的事都是大事，但是如果把這個問題解決了，它們就都成了小事。由于我們國家太大，部門太多，做好每一件事的組織協調工作很不容易。一家著急頭疼的事，另一家不一定著急頭疼。國外有的鋼廠，對于常用材料主動進行附加技術處理滿足精沖用戶定貨時提出的技術要求，專門開發適合精沖要求的材料。這一舉動肯定能大大節約社會成本，節才節能。如一般抗拉強度σb大于600MPa的材料不易精沖，而歐洲、日本開發出高強度微合金細晶粒鋼，其σb=650~850MPa，其鋼板在6mm厚時精沖，仍可獲得無撕裂的光滑剪切面。開發高強度微合金細晶粒鋼，即使在國外，有哪一個搞精沖的工廠能搞得了呢?而對于鋼廠來講，他們搞這種課題和使其迅速產業化生產，應該是輕而易舉。

利用精沖過程剪切面的加工硬化，使材料的剪切面之硬度能提高到滿足生產應用(例如達到硬度40HRC左右)，如果能免除后續的熱處理工藝工序，不但可以降低生產成本，更重要的是可以避免熱處理變形和剪切面被氧化，降低工件品質。這樣的事情雖然應該是具體搞精沖的廠家要認真考慮的事，但是離開了鋼廠的關心和支持，離開了對熱處理工藝的掌握，也同樣搞不好。

低碳鋼可以直接使用，如需球化，則由精沖廠家自行解決。據說寶鋼的QSTE420TM鋼，σb=480~620MPa，鞍鋼的12MnVNbTi鋼，σb=660~670MPa，沖壓性能較好，可以作為精沖用鋼。但精沖廠仍應掌握豐富的熱處理知識，配以真空退火設備或光潔退火設備，否則也只能是畫餅充饑。

精沖工藝潤滑劑對于精沖來說也是一個重要條件。但對其要求與一般沖裁相同，沒有特別之處，應當沒有什么問題。如精沖模具壽命，與模具的材料及熱處理、精沖材料的內部組織、硬度和表面狀態調和模具的結構和精度以及潤滑劑的品質和潤滑條件有關。天津某開關廠精沖杠桿零件，材料為15鋼，厚4mm。采用機油潤滑時一次刃磨壽命為2000~3000件，采用硫化茶油潤滑時一次刃磨壽命為6000~7000件，而采用國產某單位研制的F-1潤滑劑，一次刃磨壽命達41000件。

精沖的未來

精沖工藝最適合于生產扁平的板狀零件，其沖裁厚度不可能很大。根據壓邊精沖機理和各種技術規范給出的數據資料也證實了各種材料都有其最大厚度極限。沖裁更厚的坯料，刃口的受力強度系數大幅度增加；坯料的塑性變得很差，將使剪切面的剪切終端表層剝落帶增寬，表面完好率降低；精沖模的刃口容易崩缺，模具壽命降低。

要想精沖超過極限厚度的板料，可采用對向凹模精沖、往復成形精沖，或采用精鍛-精沖復合工藝生產出適合于后續精沖的不等厚毛坯。也可采用精沖-精鍛復合工藝，生產出適合于后續精鍛的異形預制坯。

當前還應該重視開發精沖材料，擴大精沖-精鍛復合工藝的應用，增加三維精沖件的品種、提高精沖壓力機的品質和性能，擴大精沖壓力機的應用范圍以及加快市場響應速度。

搞精沖的技術人員也不要眼睛中只盯著精沖，也可換一種思維，例如可以不可以將一件厚工件改成2層組合或3層外形輪廓完全相同的精沖件疊拼到一起?當代已經發展相當成熟的“TOX”連接法，完全可以天衣無縫的完成這個使命。所謂“TOX”連接技術是利用TOX氣液增力缸式沖壓設備和TOX連接模具，通過一個沖壓過程，依靠板料本身的冷擠壓變形，形成TOX圓點，即可將不同材質、不同厚度的2層或多層材料連接起來。TOX連接對板材任何連接處原有的鍍層和漆層都不會損傷。TOX連接自動化程度高，可單點或多點同時連接，并能進行無損傷連接強度的檢測及過程自動監控，生產效率極高。

精密沖裁主要適用于介于原材料制造業與最終產品制造業之間的零部件、元器件和中間材料制造業，特別是關鍵性、高功能零部件、元器件和中間材料的制造業。這種產業應該具有很大盈利空間。

從20世紀90年代開始，新世紀正在迅猛發展的世界經濟一體化，反映在制造業中的巨大變革是由金字塔式多層組織模式向分散網絡化制造的扁平模式轉化，金字塔式企業向扁平式企業轉化。扁平式企業就是一種“虛擬企業”�！疤摂M企業”為了快速響應市場需求，將產品涉及到的分散在各地的中場企業組建成一個沒有圍墻，超越時間約束，靠計算機網絡聯系，統一指揮的經濟實體組合，完成既定的生產任務后這種組合自動解體，市場出現新的需求時，再進行新的組合。

與傳統的大而全的金字塔式企業相比，分散網絡化制造可充分利用社會現有資源，避免重復投資，投資省，新產品試制周期短，市場響應速度高，有利于組織柔性生產。

制造業在世界范圍內的這種巨大變革正影響著我國，雖然全國性的制造信息網絡尚未建成，僅僅是大而全的金字塔式的生產模式已不復存在。分散網絡化制造的雛形正在國內形成。國外預測中場產業將成為制造業的核心和領導企業。顯然，作為中場產業中的一員，精沖行業將以其獨特的優勢得到企業界的青睞而迅猛發展。

未來的精沖工藝和精沖設備必將更是一個百花齊放的春天!精沖生產的零件必將越來越多，各種各樣的復合精沖工藝都將粉墨登場，大顯身手。在國際精沖舞臺上必然有很多中國人的身影！

2016年全國精沖生產技術培訓班--9月10-13武漢華中科技大學

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參考文獻：

• [1]林一雄.日本精沖技術的新發展[C]//2007年第三屆中國國際金屬切割、沖壓成形及制作會議論文集.出版地不詳：[出版社不詳]，2007.
• [2]樊安樂.精沖機用多工位級進模[J].模具工業，1991(3)：7-11.
• [3]謝又炎，周曉峰.定位橋精密多工位級進模設計[J].模具工業，2001(5)：14-17.
• [4]潘陽準.插頭簧片精密多工位級進模設計[J].模具工業，2001(5)：11-13.
• [5]阮中燕、鐘曉燕.氮氣彈簧式精沖級進模具的設計[J].電加工與模具，2004(5)：59-61.
• [6]金麗君.鏈片準高速精密沖裁級進模[J].機械工程師，2005(12)：147-148.
• [7]歐陽波儀，李洋，石宗金.精密連接端子級進模設計[J].模具工業，2006(10)：16-20.
• [8]夏華，王昶，胡亞民.楔塊模圖冊[M].北京：化學工業出版社，2007.
• [9]劉勝林.板料精沖與擠壓復合成形研究[D].武漢：武漢理工大學，2007.
• [10]SchmidtRA.冷成形與精沖[M].趙震，向華，莊新村，譯.北京：機械工業出版社，2008.
• [11]洪慎章.摩托車從動鏈輪精沖復合模設計[J].模具制造，2009(2)：63-68.
• [12]葉俊勇，虞婕華.鏈板精密級進模設計[J].模具工業，2009(4)：37-41.
• [13]林志超，王蕾.連接器端子精密級進模設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2010(3)：67-69.
• [14]張東立，蔡敏.薄材料精密級進模設計[J].模具技術2010(5)：23-26.
• [15]梁合意.接觸彈片多工位級進模設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2010(3)：69-72.
• [16]李貝，張斌.換檔撥叉精沖級進模設計[J].模具制造，2011(6)：24-26.
• [17]張正威，孫恒，郝慶明.測量環多個缺口精沖模設計[J].模具制造，2011(3)：16-18.
• [18]陸建聚.調整墊片精密沖裁級進模設計[J].模具工業，2012(7)：32-34.
• [19]杜泗洲.精沖盲孔工藝研究與應用[J].金屬成形工藝，1994(5)：201-204.
• [20]羅有生.一項先進經濟的適用技術——普通壓力機精密沖裁技術[J].適用技術市場，1995(1)：3-5.
• [21]早立，曾振鵬.摩托車從動鏈輪精沖復合模設計[J].模具技術，2000(6)：63-68.
• [22]賀詠梅，舒行軍，秦渝茗.精密墊片精沖工藝與模具設計[J].模具工業，2004(6)：50-53.
• [23]周開華，幺廷先，齊翔憲.簡明精沖手冊[M].2版.北京：國防工業出版社，2006.
• [24]葉俊勇，邱德芳，廖杭州.鏈板精密沖裁級進模設計[J].模具制造，2009(1)：24-27.
• [25]張社就，李冬梅.電動車制動撥叉級進精沖模具設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2009(4)：77-78.
• [26]易際明，趙軍，黃桂美.離合器星輪精沖擠壓工藝分析與模具設計[J].模具工業，2012，38(5)：58-60.
• [27]朱小兢.冷擠壓技術在精沖模具設計中的應用[J].模具制造，2013(6)：15-17.
• [28]姚祖斌.在模具上整修鋼制平板零件的研究[J].西北工業大學學報，1963(2)：43-51.
• [29]上海第七機床廠.1962年試制成功的新產品——機95-25型精密壓力機[J].上海機械，1963(8)：41-47.
• [30]張正修.精密沖裁[J].鍛壓機械，1973(3)：12-16.
• [31]李錫曾.精密沖裁[J].鍛壓機械，1966(3)：27-31.
• [32]南京航空學院103教研室.精密沖裁概況及其發展[J].電子管技術，1977(1).
• [33]劉渭賢，惲君璧，孫延齡.簡易精密沖裁[M].上海：上�？茖W技術出版社，1990.
• [34]鑒定委員會.YY99-25精密沖裁壓力機鑒定會[J].儀器制造，1977(6).
• [35]華中工學院鍛壓教研室.鍛壓少無切屑工藝發展概況[J].湖北機械，1979(3).
• [36]朱季韜.一種簡易精沖模結構簡介[J].貴州機械，1983(2).
• [37]國營七七二廠.精密沖裁[J].電子管技術，1976(3).
• [38]內江鍛壓設備廠.YY99-63/100精沖壓力機研制成功[J].鍛壓機械，1983(6).
• [39]上海開關廠工具車間.觸指精沖模[J].高壓電器，1977(4).
• [40]張正修.精密沖裁與模具三化技術座談會召開[J].模具通訊，1980(1).
• [41]涂光祺，精沖壓力機靜壓導軌結構剛度分析[C]//中國鍛壓學會第6屆全國年會論文集.出版地不詳：[出版社不詳]，1995.
• [42]金鑫，周學斌，陳志強.STD工業控制機在精密沖裁液壓機上的應用[J].兵工自動化，1994(3)：.
• [43]胡亞民.HSR型自動精沖壓力機組[J].世界機械工業，1988(9).
• [44]沈新民.高速精密自動級進沖壓工藝分析[J].機械工藝師，1993(4)：10-12.
• [45]夏慶發.HFB-2500A全自動液壓精沖機通過技術鑒定[J].模具制造，2005(2)：14-15.
• [46]李永剛.混合驅動的拉伸壓力機與精壓機的基礎理論研究[D].天津：天津大學，2003.
• [47]湯建云.厚板精沖工藝參數試驗研究及有限元分析[D].武漢：武漢理工大學，2006.
• [48]朱培浩.1000kN精密液壓機精細分析[D].天津：天津理工大學，2011.
• [49]陳文.450T機械式精密沖壓機的優化設計與研究[D].無錫：江南大學，2011.
• [50]胡俊偉.10000kN精沖壓力機虛擬設計研究[D].武漢：武漢理工大學，2011.
• [51]郭飛.鋼背無齒圈精沖成形模擬及工藝參數優化[D].武漢：武漢理工大學，2012.
• [52]曹晨華.精沖與復合精沖工藝參數研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.
• [53]楊珊.斜齒圓柱齒輪精沖成形規律與工藝參數優化[D].武漢：武漢理工大學，2013.
• [54]胡亞民.關于復合擠壓與沖裁關系的初步研究[J].模具技術，1990(3)：1-7.
• [55]華林，劉勝林，曹晨華，等.一種板料沖壓冷鍛與精沖復合凸臺零件的成形工藝[P].中國專號：CN101259509，2008-10-04.
• [56]華林，毛華杰，楊珊，等.精沖模具及使用其加工斜齒圓柱齒輪的旋轉精沖成形方法[P].中國專號：201210165772，2012-05-25.
• [57]schmid公司.schmid公司擺輾機樣本[Z]，2005.
• [58]涂光棋，趙彥啟，杜貴江，等.往復成形精沖壓力機的開發[C]//第八屆全國塑性加工學術年會論文集.出版地不詳：[出版社不詳]，2002.
• [59]馬寶慶，裴偉才.金屬擺輾精密沖裁新工藝的探討[J].鍛壓技術，1981(1)：26-31.
• [60]付建華.輥式精沖機初步探討[J].山西機械，2002(2)：9-10.

發表時間：2016/8/31 10:42:11