精沖技術的推廣應用

在各類機電與家電產品的結構零件中，大量采用料厚t＞0.5～16mm的各種金屬材質、形狀復雜的板狀零件。由于其尺寸與形位精度要求高，特別是沿料厚方向要求光潔、平直。常規的傳統加工方法是由沖壓供坯，用車、銑、刨、磨等切削加工達要其技術要求，不僅工藝流程長、工序多，耗用工（臺）時多，生產效率低，而且零件互換性不好，勞動強度大，成本高，不能適應大量生產需要。

實踐證明，在料厚t＞3mm的中厚板和t＞4.75mm厚板零件大批量生產中，推廣應用精沖技術取代有削加工，不僅可以取得很好的經濟效益，同時還可以杜絕目前普通沖壓生產中時有發生的壓手斷指人身傷害事故，消減沖壓噪聲對環境的污染，獲取令人滿意的職業安全與環保效益。采用現代沖壓領域中的精密沖裁高技術，也充分體現出“以人為本，堅持可持續發展”的科學發展觀。圖1所示為由瑞士Feintool AG Lyss/schweiz精沖公司為用戶提供的精沖件。
這些板狀零件用其他加工方法都難以完成。即便用各工種組合切削加工，不僅效率低、質量難保證，而且成本很高。圖1所示絕大多數是不同牌號的鋼板材質，80%以上是汽車用精沖件。分析圖1示出的精沖件可以看出其如下特點：
1）形狀復雜，尺寸與形位精度高，多數料厚t＞3mm～12.5mm，為中厚板與厚板精沖件，沖切面平直、光潔，質量可與切削加工相媲美。
2）精沖件輪廓清晰、塌角小，一些孔邊距與孔間距（壁厚）≤t并有壓凸、沉孔、盲孔及輪轂凸緣等成形精沖，尤其模數很小的漸開線、擺線、三角形、矩形、梯形等形狀高精度齒輪精沖件，都是用其他加工工藝難以制造的。
3）都是大批量生產和達到適度經濟生產規模的機電產品零件，包括：中卡載重汽車、轎車、摩托車等產品精沖件，均由原材料一模沖出成品件，不再切削加工。
4）精沖的沖切面因冷作硬化效應，其表面硬度、強度大幅提高，耐摩擦性能和耐候性改善，用作運動面、摩擦面的齒輪齒廓、軸套等精沖件，其壽命會因此而提高。
精沖工藝的開發應用
金屬板料的精密沖裁是成功應用Theodor Karman理論的結果。該理論的核心是：固體在多向受壓的情況下比在單向受壓時塑性好、變形狀態更好，更易變形。在板料精密沖裁時，利用精沖模特殊結構，在板料的剪切分離區，三向施壓形成立體壓應力狀態，對材料進行純剪切分離，實現精密沖裁。德國人F.Schiess于1921年根據這個理論發明了強力壓邊精沖工藝技術（簡稱FB精沖），于1923年3月9日獲取德國專利。
在上述FB精沖工藝技術推廣普及前后，還有其他多種精沖方法在不同國家開發研制成功，取得專利，有的還推廣用于生產。至今，還有一些簡易的精沖工藝，作為FB精沖技術的補充，在一些形狀簡單、僅局部需要精沖、尺寸小且產量不大以及沒有專用精沖設備的工廠中，推廣應用，同樣可取得良好的技術經濟效益，這些精沖技術如下：
（1）普通壓力機精沖技術
a、整修——用專用整修亦稱修邊模對落料與沖孔毛坯的沖切面進行修邊加工以獲取平直、光潔及高精度的沖切面，包括：外緣整修、內孔整修、疊料整修、振動整修等。
b、光潔沖裁——采用微間隙或負間隙圓角刃口等具有特殊結構的專用沖模，對高塑性的低碳鋼及有色金屬沖裁件進行光潔沖裁，獲取光潔平整的高精度沖切面。常用的光潔沖裁工藝有：微間隙圓角刃口光潔沖裁、負間隙光潔沖裁、臺階式凸模精沖孔、同步剪擠精沖、擠壓精沖孔以及無毛刺沖裁等等。
（2）專用精沖機精沖技術
a、強力壓板精神——采用不同結構的強力壓料板進行壓邊、反頂及沖裁的精密沖裁（FB），包括：已普及用于生產的用V型齒圈強力壓邊的精沖技術和較少使用的帶鋸齒型壓板、錐形壓板、凸臺形壓板的精沖方法……等。
b、對向凹模精沖——利用平面切削原理，采用上下對應的成對凸模與凹模按規定程度分次沖切，是日本人于1968年發明并在日本已推廣用于生產的精沖技術。國內也有使用的但未推廣普及。
c、復動和往復精沖——未推廣應用。在現場的各類機電與家電產品沖壓件生產中，實際遇到需要和能夠進行整體精沖的沖裁件種數有限。而且有相當一部分沖件只需局部精沖，尤其只要精沖其群孔、群槽孔的一小部分，應用普通壓力機精沖技術就更經濟；對于僅需局部精沖獲得高精度孔形與孔距、無毛刺且沖切面光潔平整的內形或部分外形的沖裁件，則可有光潔沖裁達到要求。
精沖的工藝技術水平
長期推廣應用精沖技術的實踐說明，精沖件的質量已達到切削加工件的水平。在大量生產中用精沖技術沖制料厚t＞0.5～16mm的各種板狀零件，特別是外形復雜的如齒輪、棘輪、凸輪片以及普通切削機床加工也十分困難的扇形齒輪、飛機剎車片、柴油機面板等，不僅能優質高產低消耗，而且精沖機自動化程度高，近幾年生產的新型CNC精沖機，功能齊全，多數為三動全液壓O型機架閉式結構，精沖過程全在密閉空間自動運作，操作十分安全，工作的噪聲不超過標準規定的85dB（A）。精沖技術（FB）是沖壓領域的高技術，設備與模具都有頗豐的高技術含量，是前景看好值得大力推廣的新技術。
用精沖技術提升沖壓技術水平
精沖技術是一項由多種基礎工藝技術組合打造的龐大而復雜的系統工程，包括：金屬治煉技術、原材料加工及其前處理技術、精沖模設計制造與修理技術，精沖潤滑技術、精沖專用設備研試開發制造與維修技術、理化計量與精密檢測技術、精沖工藝深化擴展應用技術等等。精沖技術改變了傳統板料沖壓工藝的毛坯生產性質，可以用板、條、帶、卷料在專用精沖機上用帶各種形狀強力壓料板的精沖模一模成形沖制出尺寸與形位精度高、沖切面光潔平整、可與切削加工件相媲美的成品零件。近年來，板料的精密沖裁（Feinschneiden）已擴展加工范圍成為可以精沖深孔、沉孔、盲孔、壓凸、壓花、壓印、鐓擠、翻邊……等精密沖裁與成形的復合加工，進行各種復雜板料沖壓件的精密沖壓（Feinstan-zen）技術。
在普通沖裁中，由于凸模與凹模之間有一定的間隙，使沖裁件沖切面成為層次分明而粗糙的斜面，如圓形件的落料和沖圓孔則都帶有肉眼可見的錐度及明顯的塌角與毛刺。落料件的大端尺寸等于凹模刃口尺寸；沖孔件的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。測量沖裁件尺寸與使用沖裁件時，落料件是以大端尺寸為基準，而沖孔件則以小端尺寸為基準。如果沖裁件的沖切面用作配合面、基準面、聯接面、運動面、裝飾面……，有嚴格尺寸公差及形位精度要求，尤其平面度、垂直度、表面粗糙度要求時，特別是料厚t＞3mm的中厚板及厚板料沖裁件，傳統工藝就是由沖壓供坯用切削加工完成。自從F.Schiess發明的帶V型齒圈強力壓邊精沖技術于1958年后逐步推廣用于板料精密沖裁以來，高精度復雜形狀，沖切面要求平直光潔的中厚板，厚板零件則可用該精沖法沖制，質量好、效率高，引起關注并爭先研究推廣。此后，便陸續有多種精沖方法在其他國家研試成功。1965年后國內通過技術引進與整套設備及模具的進口以及在普通沖床和液壓機上搞簡易精沖等多種途徑，也開始推廣應用精沖技術，曾精沖m=0.3的小模數片齒輪、連桿、凸輪、棘輪等零件達到IT7～8級精度作為成品零件直接用于產品裝配。近年來，精沖工藝主要是強力齒圈壓邊的精沖工藝在國內儀器儀表、開關電器、汽車摩托車等機電產品生產中逐步得到推廣，用于精沖t≤16mm厚的各種金屬板料沖壓件，取得了令人滿意的效益。精沖技術的應用提升了沖壓加工的工藝技術水平，特別是一些外形復雜切削加工的難度很大的厚板沖裁件，如：t=7.5mm、45鋼的紡織機曲柄；t=12.5mm強度高達σb =750MPa的高錳耐磨合金鋼的飛機剎車片……等，都由精沖完成。精沖（FB）的理論依據及工藝技術水平，而且可以看出精沖模具與設備的特點，對沖壓技術的提升情況及可以取代切削加工的具體工藝技術數據。
精沖工藝的推廣應用
我國開發推廣應用精沖技術始于1965年，算下來已有四十年的歷史。而真正進入推廣應用的普及階段還應該從1979年由筆者單位原一機部第十一設計研究院受部局委托在無錫召開的全國首次精沖技術交流會以后，在改革開放的大好形勢下，通過技術引進、國際技術交流、合資與外資企業大量采用FB精沖技術的拉動，國內推廣應用精沖技術才開始步入迅速發展的推廣普及期。
原一機部北京機電研究所作為國內最早研究與開發精沖技術的單位之一，又是國家精沖技術研究開發中心，對精沖理論和精沖潤滑劑等進行了卓有成效的研究并設計了液壓精沖模架及6300KN精沖機等，為國內精沖工藝的推廣應用做了大量工作；武漢長江有線電廠是用普通沖床精沖較早、較成功并引進瑞士Feintool公司技術與設備的廠家。也是目前武漢地區的精沖加工中心之一。此后，上海、蘇州和廣州都建立了精沖專業廠和兼業廠。所生產的精沖件中絕大部分為鋼質沖件而且80%以上是汽車、摩托車用精沖件，如上海交運公司、蘇州精沖廠等主要生產汽車用精沖件。
國外精沖設備，特別是瑞士四家世界著名精沖公司：Feintool、Schmid、ESSA、Hydrel等出產的精沖機質量不錯，但價格高昂，國內多數企業不愿購買，中小企業買不起。國內雖在上世紀70年代后就有哈爾濱和內江兩家機床廠開發生產出全液壓三動精沖機，但液壓密封欠佳，技術性能尚待改進。近幾年，由國內精沖技術學者和專家組織在武漢成立華夏精沖技術有限公司，專門制造精沖機并與2002年8月研制成功第一臺具有中國自主知識產權的HFB-2500A全自動液壓精沖機。同時與武漢理工大學共建精沖技術中心。目前該公司已有三臺不同規格的HFB系列精沖機交用戶使用。并已形成年產12臺精沖機的生產能力。該公司制造的HFB系列全自動液壓精沖機的主要特點：自動送料、廢料自動剪切、模具安全防護、精沖零件精度高、沖切面光潔平直。HFB系列精沖機有公稱沖壓力從1600～6300KN六個規格可供選用。
推廣應用精沖技術面臨的問題
精沖是沖壓領域中的高技術，在各類機電與家電產品制造企業中，如其產品達到適度經濟生產規模進行大批量生產時，合理應用精沖技術，可以獲得很好的技術經濟、職業安全效益。推廣應用精沖技術，需要很好地解決面臨的以下問題：
（1）更新觀念，以人為本，用精沖更多地取代切削加工
沖壓生產中的噪聲超標和時有發生的壓手斷指的人身傷害事故是令人疾首的兩個難題，至今并沒有有效的消減辦法。“以人為本，堅持可持續發展”，在沖壓行業的體現首先是“生產必須安全，安全為了生產”。沖壓中噪聲多數超標達95dB（A），有害于工人身體健康。精沖機多為全液壓驅動，模具工作區外有密閉防護屏，全自動運作，勞動強度低，噪聲一般不超過標準規定的85dB（A），能確保安全生產，工作地噪聲污染小，符合“以人為本，可持續發展”的科學發展觀。而且精沖工藝生產t＞3mm的中厚板、厚板，具有復雜外形零件，切削及其他加工方法都難以實施大批量生產，而是精沖高技術的優勢，理應積極大力推廣應用，更多的取代切削加工，實現優質高產低消耗。
（2）開展協作，互惠互利
克服計劃經濟時期遺留的“大而全，小而全”，萬事不求人的傳統觀念，開展大協作，把需要精沖而自己又無能力精沖加工的零件外委協作。獨自開展精沖加工，需要有相關技術配套齊全、巨大的資金投入以購買昂貴的精沖設備；需要一批不同專業的技術人員支撐，周期長、投入大，外委協作不失為上策。但對于已達到經濟生產規模、精沖件需要品種多、數量大的產品制造廠，如汽車、摩托車、縫紉機、照相機、開關電器、儀表、家電五金……等，建立自己的精沖生產車間（點）只要設備負荷率足夠，效益會很好的。
（3）配套技術要跟上，關聯工藝要完善
推廣精沖技術涉及很多配套技術門類和工種以及直接關聯和應用的工藝技術，是一項龐大而復雜的系統工程。
與實施精沖工藝直接配套的技術主要有：精沖原材料前處理技術、理化計量技術、潤滑技術、精沖模的設計與制造及修理技術、CNC精沖機操作與維修技術等等。這些配套技術門類都有專業工藝技術領域與成套設備，要有專門技術人員與技師從事作業，配合精沖所需工作。
與推廣精沖技術直接關聯的治金技術，關系到精沖模具鋼的精煉和精沖專用鋼種的開發、治煉任務。此外精沖模工作零件鍛坯的鍛造，是一項難度大，要求高的自由鍛工藝技術，都需要適應精沖技術要求，逐步完善。
（4）精沖模的設計、制造與修理走專業化道路
與普通全鋼沖模相比，精沖模制造技術要求更高、難度更大，所需制模的高、精、尖設備品種多，制造工藝也復雜。由一定基礎的沖模制造專業廠制造精沖模更經濟一些，提倡并推薦走專業化生產道路。
（5）專業技術人材的培養
精沖技術是沖壓領域中的高技術和發展方向。國家與相關企事業單位及有關聯的技術門類和科研機構，應注重培養專業人材及對有關專業人員有意進行精沖專門知識與技能的培養。從實踐中培養專門技術人材，如從沖壓工藝與沖模設計與制造的技術人員中挑選與培養推廣精沖技術的專門人才就會迅速入門、見效。
（6）編制精沖技術用各種國標GB，填補空白
1986年后有關單位根據德國工程師協會（VDI）于1980年由瑞士Feintool AG Lyss/schweiz公司起草編輯出版的VDI-Richtlinie VDI3345 Feinschneiden，即：VDI-技術準則VDI3345精沖篇和上述Feintool公司于1977年出版的新二版《Feinschneiden Handbuch für die praxis》即《Fein-tool實用精沖手冊》，編制了機械工業精沖技術用行業標準：JB/T6957-93精密沖裁件工藝編制原則、JB/T6958-93精密沖裁件通用技術條件、JB/T7714-95精沖模具潤滑劑技術條件等幾個行業標準。雖然這幾個行標存在一些問題，不盡如人意，但十幾年來對國內精沖技術推廣應用仍起到一定的指導與推動作用。如今已時過境遷，國內精沖技術的應用，受汽車、摩托車、家電等產品的大量增產以及中國逐步成為世界制造中心的強力拉動，不僅建立了多個精沖加工中心普及精沖件的使用，還開始依靠自己的能力制造全自動精沖機，不僅需要而且也完全有能力、有條件編制適合國情的成系列的精沖技術方面的國家標準以規范和指導全國精沖技術的應用及相關的商業行為。
（7）充實科研隊伍，加大科研力度
精沖技術的科研應走在推廣應用的前邊。國內推廣應用這項新技術，1965年起步與日本1962年開始研究相差不大。由于眾所周知的“十年文革”，不進而退，至到改革開放后，推廣應用精沖技術才又重新起步緩行。造成在精沖技術科研與應用方面與日本相比存在著很大差距；日本1964年引進瑞士多家精沖工藝及精沖機制造專利技術，1966年開始制造精沖機，目前已可制造250～25000KN三動全液壓CNC精沖機出口世界各國。日本的精沖科研實力雄厚，并于1968年發明了對向凹模精沖法，迅速投入實際應用，很快有9個歐美國家購買了這項專利技術，現在日本還制造成系列的對向凹精沖用CNC專用精沖機。相比之下，國內至今雖建有北京、武漢等地的精沖科研基地和上海、蘇州、武漢、廣州幾個精沖加工中心，對全國和國內迅速發展壯大的制造業而言，科研隊伍太小，精沖技術中如下一些難題有待加大科研力度給予解決：
a、厚板精沖問題
按照德國工業標準DIN對鋼板按厚度t分類中，t＞4.75mm的厚板精沖及t＞3～4.75mm中厚板精沖，目前尚存在精沖模壽命低、精沖件質量不穩定以及合理工藝參數與合理間隙值以及刃口圓角值的確定等……。
b、精沖模結構及零部件標準化、系列化、通用化。
c、精沖模的技術條件與驗收標準。
d、其他精沖方法的開發、創新與推廣。
e、CNC精沖機的開發、研制與制造。尤其32000KN以上大噸位CNC精沖機的制造。