沖壓技術的現狀和發展趨勢

【摘要】：近十多年來，隨著對發展先進制造技術的重要性獲得前所未有的共識，沖壓成形技術無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進展，其特征是與高新技術結合，在方法和體系上開始發生很大變化。計算機技術、信息技術、現代測控技術等沖壓領域的滲透與交叉融合，推動了先進沖壓成形技術的形成和發展。

【關鍵詞】：制造技術;沖壓;發展

1.沖壓技術發展的特征

沖壓技術的真正發展，始于汽車的工業化生產。20世紀初，美國福特汽車的工業化生產大大推動了沖壓技術的研究和發展。研究工作基本上在板料成形技術和成形性兩方面同時展開，關鍵問題是破裂、起皺與回彈，涉及可成形性預估、成形方法的創新，以及成形過程的分析與控制。但在20世紀的大部分時間里，對沖壓技術的掌握基本上是經驗型的。分析工具是經典的成形力學理論，能求解的問題十分有限。研究的重點是板材沖壓性能及成形力學，遠不能滿足汽車工業的需求。60年代是沖壓技術發展的重要時期，各種新的成形技術相繼出現。尤其是成形極限圖（FLD）的提出，推動了板材性能、成形理論、成形工藝和質量控制的協調發展，成為沖壓技術發展史上的一個里程碑。

由于80年代有限元方法及CAD技術的先期發展，使90年代以數值模擬仿真為中心的和計算機應用技術在沖壓領域得以迅速發展并走向實用化，成為材料變形行為研究和工藝過程設計的有力工具。汽車沖壓技術真正進入了分析階段，傳統的板成形技術開始從經驗走向科學化。

2、先進成形技術的發展

沖壓技術的發展與材料和結構密切相關。預計未來10-15年，環境要求和日益嚴格的環保法律，將促使汽車材料和結構發生很大變化。為了減少城市CO2的排放量，汽車力求輕量化，其最突出的發展方向是提高所用材料的比強度和比剛度及發展高效的輕量化結構。現代車身結構中，高強度鋼約占25%。目前在繼續開發超高強度鋼的同時，結合發展新的“高效結構”和制造技術，爭取使車身重量減少20%以上。

此外烘烤硬化板、表面改性板等改性材料。80年代，歐美研究鍍鋅板的沖壓技術;90年代，重點研究激光拼焊板的沖壓及各種擠壓管坯型材的精密成形技術。鋁型材骨架件的用量也在不斷增加。

隨著新材料和新結構的擴大應用，迫切需要發展相應的低成本沖壓成形技術。當前的研究重點：

鋁合金覆蓋件等車身零件的沖壓技術。國外已有實用的工藝及模具設計數據資料。

以液體直接或間接作為半模或傳感應介質的各種液壓成形技術，屬于半模成形或軟模成形，有很多優點（已有近60年歷史），是飛機鈑金零件的主要制造方法。近十多年來在高壓源及高壓密封問題解決后，得以迅速發展，在汽車工業中獲得重要應用。液壓成形包括液壓橡皮囊成形、充液拉深成形和內高壓脹管成形。液壓橡皮成形已從航空工業的傳統應用擴大到汽車的復雜內外板件的成形，在100-140Mpa的壓力下，成形質量很好，適用于試制和小批量生產。新興的內高壓成形技術已經實用化、工業化，生產發動機的支架、排氣管、凸輪軸及框架件等，達到了很好的效率和效益預計液壓成形、拼焊毛坯沖壓成形及激光焊接裝配將是未來汽車輕量化的三項關鍵技術。

此外粘介質壓力成形、磁脈沖成形，以及各種無模成形技術的研究也有很大進展，顯現出越來越多的工藝柔性。

3.數字化成形技術的發展

先進成形技術是在傳統成形技術的基礎上，以計算機為支柱，綜合利用信息、電子、材料、能源、環境工程等各項高新技術及現代管理技術，有利于最終實現產品全生命期綜合優化的沖壓成形技術，是能越大程度地達到“精、省、凈”目標，獲得高綜合效益的成形技術。

發展先進成形技術的關鍵在于：大力發展沖壓成形過程的計算機分析仿真技術（CAE）。

計算機輔助過程分析仿真（CAE）是20世紀后期對于金屬成形最具重大意義的技術進步之一，其核心是有限元分析技術。

以有限元法為基礎的沖壓成形過程中計算機仿真技術或數值模擬技術，以沖壓模具設計、沖壓過程設計與工藝參數優化提供了科學的新途徑，將是解決復雜沖壓過程設計和模具設計的最有效手段。國外大型企業的應用步伐非常迅速，而汽車工業走在前列，現已逐漸成熟，用于模具設計和試模的時間減少50%以上。美國GM居世界領先地位。

4、沖壓成形技術的發展趨勢

（1）沖壓成形技術將更加科學化、數字化、可控化。科學化主要體現在對成形過程、產品質量、成本、效益的預測和可控程度。成形過程的數值模擬技術將在實用化方面取得很大發展，并與數字化制造系統很好地集成。人工智能技術、智能化控制將從簡單形狀零件成形發展到覆蓋件等復雜形狀零件成形，從而真正進入實用階段。

（2）注重產品制造全過程，最大程度地實現多目標全局綜合優化。優化將從傳統的單一成形環節向產品制造全過程及全生命期的系統整體發展。

（3）對產品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發展。以便從產品初步設計甚至構思時起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評估。

（4）沖壓技術將具有更大的靈活性或柔性，以適應未來小指量多品種混流生產模式及市場多樣化、個性化需求的發展趨勢，加強企業對市場變化的快速響應能力。

（5）重視復合化成形技術的發展。以復合工藝為基礎的先進成形技術不僅正在從制造毛坯向直接制造零件方向發展，也正在從制造單個零件向直接制造結構整體的方向發展。

加入WTO以后，中國的汽車工業、航空航天工業等支柱產業必將有大的發展。我國的沖壓行業既充滿發展的機遇，又面臨進一步以高新技術改造傳統技術的嚴峻挑戰。國民經濟和國防建設事業將向沖壓成形技術的發展提出更多更新更高的要求。我國的板料加工領域必須加強力量的聯合，加強技術的綜合與集成，加快傳統技術從經驗向科學化轉化的進程。加速人才培養，提升技術創新能力，提高沖壓技術隊伍的整體素質和生產企業的競爭力。