文／李鳳華·中國鍛壓協會

本人連續參加了中國鍛壓協會主辦的2018 年、2019 年全國沖壓、鈑金制作企業廠長會議和中國國際金屬成形展覽會。通過參會和參觀展覽，自己對沖壓、鈑金制作行業新技術、新裝備發展狀態有了更深的認識和思考，以下是參會、參觀印象比較深刻的幾個方面。

伺服技術逐漸普及應用

伴隨汽車整車產品競爭日趨激烈，沖壓產品外形越來越復雜，沖壓加工工藝多樣化，模具結構復雜化，材料輕量化、多樣化；同時，隨著家電、電子通訊等行業產品的高端化、定制化，各種鈑金制作件及精密沖裁拉深件的精細化質量要求也越來越高。先進沖壓工藝的應用，離不開裝備的技術進步，近年來，伺服沖壓、鈑金制作設備順應產品和工藝的需求，開始普及應用。

20 世紀90 年代中期，伺服壓力機應運而生，以其優越的性能得到了迅速發展。在我國，伺服壓力機的發展方興未艾，在各大汽車主機廠已廣泛普及和應用。據不完全統計，全國目前共有大型伺服壓力機生產線50 條以上，中小型伺服壓力機的應用更不計其數。

最初人們還對伺服壓力機的優勢和節能方面持有懷疑態度，不能確定伺服壓力機的性價比是否合理。經過近二十年伺服壓力機技術的發展和應用，伺服壓力機的優勢不斷被發現和證明，并根據產品和工藝的需求不斷完善和開發新的技術，而且有了一些實際數據的支撐。伺服壓力機技術近年來一直是持續的熱門話題。

伺服壓力機功能與優勢再梳理

⑴產品成形性提高，質量提高。

伺服壓力機兼具機械式的可靠性和油壓式的靈活性?？筛鶕煌漠a品和工藝需求，輸出不同的運動曲線，其滑塊行程和速度都可以調整，滿足不同的工藝和質量特性要求，而且可以有效解決材料變化帶來的質量風險，大幅減小回彈量和沖切分離的撕裂帶。

⑵提高生產效率，實現經濟效益最大化。

全行程模式下：相同或更低的成形速度下對滑塊運動進行單獨編程控制，大大縮短了循環時間，提高效率。

擺動行程模式下：允許對滑塊行程高度進行自由編程。通過力矩電機的反向轉動，滑塊的偏心驅動裝置以擺動形式運動，這可以顯著提高效率節省能源。

根據舒勒公司伺服壓力機沖壓生產的經驗，與普通壓力機相比，一些中小型級進模及多工位模具生產的零件，采用伺服壓力機生產效率平均提高70%。

⑶節省能源。伺服壓力機配備能源反饋管理系統，可節省能源20%～30%。

⑷降低噪聲，提高模具壽命。由于更好地控制接觸模具瞬間的速度，能有效減少對模具的沖擊和振動，降低噪聲，提高模具和壓力機壽命，改善了以往沖壓工廠惡劣的工作環境。

⑸壓力機結構簡單，故障率低，更易于維修保養，如圖1 所示。

圖1 伺服壓力機結構示意圖

⑹壓力機整體高度降低，結構緊湊占地面積小，降低了對沖壓廠房高度的要求和限制，降低了沖壓廠房的投資成本。

⑺普通壓力機模具安裝和試模時，使用的“寸動運轉”需要較高的操作技能，且控制不準確，而伺服壓力機做模具調整時可以做到每次0.01mm的微動操作，使模具的調整操作變得簡單、方便、快捷、準確。

⑻伺服壓力機可實現與自動化裝置的有機結合，控制更靈活，效率最大化。通過高動態性能的伺服電機對滑塊運動進行編程控制，使其簡單快速的適應模具和自動化工藝參數，使滑塊和自動化裝置等各方面得到最優化的配合，在保證質量的情況下提高效率。有的伺服壓力機配有“優化程序曲線發生器”，能夠根據模具和參數自動優化滑塊與自動化系統運行參數曲線。目前大型伺服壓力機自動線的最高節拍達到18 次/分鐘。

⑼伺服壓力機使沖壓生產更容易實現自動化、信息化、智能化。

伺服壓力機新技術及應用

⑴實現后續工藝整合。零部件生產經常涉及諸多工序，需要不同的工藝來完成，逐一執行需要增加工裝設備，浪費大量時間，降低生產效率。伺服壓力機可根據用戶需求實現對行程高度和運動序列自由編程，實現最大的靈活性，也可利用伺服壓力機將焊接或激光之類的工藝直接可靠地整合到一個高效的沖壓循環中，如焊接螺帽、焊接螺栓、螺紋成形、部件焊接、鉚接等。

⑵可實現傳統壓力機不能做到的板材鍛造。

⑶一種新型的伺服直驅技術的沖裁壓力機：高動態性的驅動電機與一到兩個肘桿。不存在機械連接，無潤滑、無磨損傳動系統可大大提高工藝可靠性和零件質量。

⑷舒勒的雙伺服技術(圖2)：主要用于1000 噸以上的大臺面多工位及獨立壓力機，其特點是雙伺服電機驅動，驅動裝置下置，拉著滑塊運動，實現同步控制。顯著提高壓力機抗偏載能力，壓力機撓度減少30%，單工序承載能力更高，保護模具，提高零件質量；為多工位布局提供更大的靈活性；主動式滑塊平行控制，壓力機整體高度更低，封閉性更好，滿足防噪、無油等環保要求。

圖2 舒勒1000t 雙伺服壓力機

國內伺服壓力機已經有了很大發展，但是，低速大扭矩伺服電機和控制系統核心技術的研發還處于起步階段，制約我國伺服壓力機的發展。目前國內在用的50 余條大型伺服壓力機生產線，國外品牌壓力機占90%的份額，僅舒勒公司即占全部大型伺服壓力機保有量的50%，國產品牌壓力機僅占10%，而這些國產伺服壓力機的核心伺服電機及控制系統全部依賴進口。這些核心技術掌握在德國和日本少數幾家公司，售價高昂，國內廠家的技術開發滯后、一直沒有突破歐美日的技術壁壘，只能依賴進口。隨著對伺服壓力機需求的增加，我國亟需研制出大扭矩伺服電機與控制系統等核心部件。

激光技術無所不能

激光技術“無所不能”，堪稱萬能的“光刀”。激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點，激光技術已經廣泛應用于航空航天、軌道交通、汽車制造、船舶制造、工程機械、農業機械、電梯制造、廚具家電、電子電氣等各個行業。激光技術可以完成打標、切割、焊接、熔覆與淬火、表面熱處理、3D 打印、制孔、清洗等工藝。目前，國產激光技術得到長足發展，已經打破了國外高端激光設備公司壟斷的局面。

切割方面

⑴厚板切割厚度最高達不銹鋼50mm 以上，碳鋼40mm 以上。

⑵高速切割機最大定位速度可達200m/min以上。

⑶大功率切割機國內可以做到15kW 以上。

⑷超大幅面切割機，大尺寸零件一次下料成形。寬度可達5m，長度可達8～50m。

⑸全自動柔性加工生產線(圖3)，由多臺激光切割機及自動化系統組成，全自動上下料及過程傳輸，整個加工過程實現信息化、智能化控制，打破國外壟斷。

圖3 大族激光智能裝備集團激光切割柔性生產線

⑹全自動光纖三維切管機，實現各類管件各種斷面和孔的三維切割。

⑺開卷激光切割線，代替開卷落料線，節省模具投資，更適合多品種、小批量柔性化生產，打破國外壟斷。

⑻機器人三維激光切割機，光纖激光與工業機器人高度融合，柔性化加工，一次完成。主要用于汽車覆蓋件的切割，代替等離子切割，代替修邊模和沖孔模，可提高零件質量，節省模具成本。

⑼熱成形件三維五軸激光切割機-高強度鋼激光切割成形，打破國外壟斷。

⑽三維五軸激光切割、焊接與3D 打印一體裝備，多種功能，一機實現。

焊接方面

⑴激光-電弧復合焊接系統兼具激光焊接和電弧焊接的優點，適用于難焊材料和金屬厚板的焊接，適用于碳鋼、不銹鋼、鈦合金、鋁合金等材料的焊接加工。

⑵大族激光智能裝備集團先后推出15kW、16kW、20kW 等超高功率激光焊接裝備，可實現20mm 不銹鋼優質焊接、單面焊接和雙面焊接。

⑶激光拼焊生產線：實現不同材質、不同厚度、不同強度材料的拼接。

⑷遠程焊接-無填料焊接，實現對一些空間狹小區域的自動化焊接。

⑸汽車車身零部件、動力總成與傳動系統部件的激光自動焊接，有效保證汽車關鍵零部件的焊接質量。

熔覆與淬火

⑴激光熔覆：提高耐磨性、硬度、耐蝕性，表面修復。

⑵激光淬火：齒輪、軸類及模具表面淬火強化及表面熱處理。

3D 激光打印

⑴鋪粉式3D 打印裝備，可打印不銹鋼、鈦合金、鈷鉻合金等材料，成形精度高，尺寸精度可達20 ～100μm，可成形結構復雜、壁厚小于0.2mm的薄壁零件，醫學、汽車、模具行業應用廣泛。

⑵送粉式增減材復合制造裝備，3D 打印和切削加工自動切換，實現增材制造與減材制造的有機結合，復雜曲面3D 打印與五軸加工，一次成形，適用于發動機葉片、結構件、模具制造等。

激光清潔

采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、銹斑或涂層發生瞬間蒸發或剝離，可用于工業模具清洗，銹跡、油漆去除等。清洗迅速快捷，不損傷基材，可達性好。

目前，國產激光設備雖然得到快速發展，但激光發生器等核心部件大多需要進口，國內激光設備研發廠家及相關科研單位需加大對激光器等核心部件的研發力度。

自動化、信息化、智能化是用戶需求，也是裝備發展方向

沖壓行業處于產業鏈中游，在原材料價格上漲、人工成本上漲、主機廠壓縮成本、提高質量要求的背景下，處于產業鏈中游的沖壓企業，特別是中小型沖壓企業，走專業化、自動化道路是企業在競爭激烈的環境下生存和發展的方向。自動化是企業降低人工成本、提高產品質量，進而提高競爭力的重要途徑之一，也是實現信息化、智能化的基礎。無論是零部件生產企業還是裝備生產企業都越來越重視自動化、信息化和智能化的發展和應用。

⑴沖壓件的成形開裂在線監測：利用傳感技術、光學照相技術等監測溫度、潤滑條件、零件狀態等，判斷零件是否開裂，保證沖壓自動線高效運行，質量可靠。

⑵設備自動化、智控技術：設備的各種傳感檢測等，如噸位檢測指示、裝模高度指示、控制，設備輔助視覺系統等。

⑶模具數字化及智能化技術：傳感器及信號處理技術、算法及工業專用軟件開發應用，沖壓CAE 精準仿真技術研究，車身覆蓋件沖壓模具型面精益設計（回彈補償、A 面重構、壓力機及模具變形等問題的分析與解決），汽車模具動態調試數字化設計仿真平臺建立等。

⑷智能制造信息化云平臺：設備的接入、管理，遠程數據采集，數據存儲圖形組態，數據展示，數據分析，用戶管理等。

⑸壓力機周邊自動化設備：各種形式的自動化上下料機械手、自動開卷送料機、線邊料庫、模具庫、氣動落料(廢料）輸送系統等，這些周邊輔助工藝的自動化裝置，體現了構思巧妙和匠心制作。

CAE 虛擬分析技術日趨成熟，應用越來越廣泛

板材成形有限元分析，是現代金屬板材成形產品開發和工藝開發不可或缺的手段，CAE 軟件功能越來越強大，越來越與實際接近，充分考慮影響因素，接近實際，利用大數據，提高分析穩健性。某些板材模擬分析軟件在原有基礎上又增加了新的功能。

摩擦系統模塊(Tribo Form)：模具材料、粗糙度、成形速度、潤滑條件等影響成形的因素和條件都考慮到，使分析結果更接近實際，更準確。

穩健性分析：利用CAE軟件進行6σ穩定性分析，利用大數據分析參數在一定變化范圍內的結果，預判風險，提前改進優化成形條件，確保后續生產準備的質量和周期，提前得到穩健可靠的結果和方案。

考慮各種軟件之間的接口和轉化，使軟件利用起來更方便、快捷。

遺憾的是，我們所使用的模擬分析軟件大多是進口軟件，中國面臨缺乏自主CAE 軟件的尷尬局面。國家應鼓勵和扶持有能力的高校、科研機構和企事業單位研發有核心自主產權的國產CAE 軟件，否則我們的板材成形技術和產業仍然會受制于人。

其他技術發展及觀點

汽車輕量化技術及裝備得到快速發展

為了滿足節能環保要求，無論是針對燃油車不斷提高的國家排放標準，還是電動車的發展，汽車輕量化是必由之路。目前汽車輕量化的主要途徑仍是材料和結構兩個努力方向。材料輕量化方面，高強度板、管材、鋁板、復合材料的應用仍是主要路徑，未來工藝技術和裝備的發展仍將主要圍繞這些新材料、新技術展開，典型的如高強板熱成形、內高壓成形、滾壓成形、鋁合金成形等。目前，熱成形和內高壓成形設備已實現國產化，打破了國外壟斷局面。隨著需求的增加，包括復合材料在內的新材料的研發、新工藝開發及相關裝備技術將迎來快速發展階段。

精沖件需求增加

精沖零件由于其斷面質量高、尺寸精度高和互換性好、生產成本低等優勢，在汽車、電子等行業應用越來越廣泛，但是在高精度的精沖零件生產上國內精沖企業的競爭力還有待提高，精沖工藝、模具、設備都亟待進步和發展。精沖傳遞模開發應用，板鍛技術研究應用，形狀更復雜、精度更高的精密沖壓成形技術等將是精沖領域重點研發方向。

工藝結合更緊密

沖壓、鈑金制作、精密擠壓成形（體積成形）越來越相互聯系、相互滲透，有許多零件采用沖壓和擠壓復合工藝。同時，許多產品和企業也都是沖壓和鈑金制作工藝緊密結合的。

在工藝和裝備技術上：江蘇中興西田研制開發出了具有自主產權的江蘇省首臺套沖鍛復合加工的多工位壓力機(圖4)，將沖壓與鍛造工藝相結合，在成形下死點完成材料增厚和體積成形。壓力機結構保證剛性，采用伺服控制。

圖4 興鍛1250 噸雙電機伺服驅動閉式多工位沖鍛復合成形壓力機

農機沖壓產品升級

我國正處于從傳統農業向現代農業轉變的關鍵時期，對國內農機工業發展既是機遇也是挑戰。一方面現代農業對農機需求大幅增加，加之政府的補貼政策，農機行業迎來了前所未有的發展機遇；另一方面，現代農業需要的大型、高效、復雜的農業裝備及核心零部件依然依賴進口，國際資本大舉進入我國農機領域。同時，人們對傳統農機的要求也由過去注重實用性轉向既注重實用性又注重視覺效果和操作的舒適性，對農機駕駛室覆蓋件的造型和質量提出了更高的要求。農機企業需要產品和工藝并舉，沖壓和鈑金制作工藝相結合來滿足新時代對農機鈑金制作、沖壓件的需求。

零部件廠和設備廠聯合開發裝備已成一種趨勢

設備生產廠與零部件生產廠聯合開發設計沖壓工藝和沖壓裝備，已成為雙方共同愿望。根據產品工藝需求和特點，設備廠和沖壓生產廠合作，共同研究開發適合的工藝、模具、設備、自動化系統等。這就要求設備企業擁有工藝開發的人才和能力，對設備企業的要求會越來越高。