1  引言

    精密成形是指采用金屬塑性成形技術(shù)，將坯料在模具中一次或多次成形為最終產(chǎn)品的過(guò)程。它改變了傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)模式，使之由粗放型的成形過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、低成本的成形方式，可以最大限度地減少機(jī)械加工量，節(jié)約原材料和能源，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

    沖壓加工是機(jī)械、汽車、家電等行業(yè)廣泛采用的一種生產(chǎn)加：[方式。作為一種傳統(tǒng)的加工技術(shù)，普通沖壓加工在設(shè)備性能、加工質(zhì)量、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性方面已越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)代大規(guī)模、大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，因此發(fā)展高效沖壓精密成型技術(shù)已成為新的社會(huì)需求。近年來(lái)，新型材料及其性能優(yōu)化、設(shè)備制造水平以及模具設(shè)計(jì)水平的不斷提高，大大推動(dòng)了沖壓精密成形技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。  2沖壓精密成形技術(shù)及其發(fā)展  目前各類結(jié)構(gòu)零件的尺寸與形位精度要求越來(lái)越高，特別是沿料厚方向要求光潔、平直。傳統(tǒng)加   1U方法是由沖壓供坯，再通過(guò)切削加工的方法滿足技術(shù)要求，這樣不僅工藝流程長(zhǎng)、工序多，生產(chǎn)效率低，而且零件互換性不好，不能適應(yīng)大批量生產(chǎn)需要。隨著新材料和新結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大應(yīng)用，迫切需要發(fā)展相應(yīng)的沖壓精密成形技術(shù)_l J。  2．1精密沖裁技術(shù)  精密沖裁技術(shù)是在普通沖裁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種高效率、高精度的塑性加工技術(shù)。其工作原理為：利用精沖模具，在專用壓力機(jī)或經(jīng)過(guò)改裝的通用壓力機(jī)上，使板料在三向壓力狀態(tài)下沿所需輪廓進(jìn)行純剪切分離，從而得到斷面光潔、垂直、平整度好、精度高的板狀精密輪廓零件(見(jiàn)圖1)。精沖技術(shù)被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，已成為汽車、摩托車等許多行業(yè)零部件制造的關(guān)鍵技術(shù)之一L2 J。精沖零件也由起初的儀器、儀表領(lǐng)域的精密小零件發(fā)展到汽車、摩托車行業(yè)的厚大復(fù)雜件，如凸輪、齒輪等，并取得了較好的效果_3 J。

    精密沖裁技術(shù)具有高效、精密、節(jié)能、少費(fèi)料等特點(diǎn)，但精密沖裁技術(shù)的推廣應(yīng)用很不理想，大量適于精沖的板狀精密輪廓零件，仍是用傳統(tǒng)的、低效率的銑削加工l 4|。主要原因在于：①精沖機(jī)的價(jià)格昂貴；②精沖機(jī)的專業(yè)性強(qiáng)，只有達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)才體現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性，而我國(guó)企業(yè)目前很難形成較大批量的生產(chǎn)；③精沖過(guò)程不僅要有先進(jìn)的精沖機(jī)，還需要相應(yīng)的先進(jìn)配套設(shè)備(包括精密的檢測(cè)設(shè)備和模具加工設(shè)備等)，另外要配備高素質(zhì)的工程師和技術(shù)工人，才能發(fā)揮它的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性；④精沖技術(shù)在我國(guó)仍屬起步階段，精沖設(shè)備、精沖模具、精沖材料和精沖潤(rùn)滑油等配套不完善。  2．2往復(fù)成型方法  精沖過(guò)程中，所加工的材料自始至終都是塑性變形過(guò)程。材料的塑性變形集中在凸模刃口和凹模刃口所局限的極窄間隙區(qū)內(nèi)，塑性變形所引起的材料加工硬化也隨精沖過(guò)程的進(jìn)行而增加。精沖件剪切面及內(nèi)層硬化曲線如圖2所示。材料的厚度越大，變形程度越大，硬化曲線的峰值硬度越高∞j。這種明顯的加工硬化現(xiàn)象降低了材料的塑性，同時(shí)增加了沖裁力，即材料塑性枯竭現(xiàn)象，限制了材料的最大精沖厚度。

    為了減弱加工硬化所帶來(lái)的材料塑性枯竭問(wèn)題，往復(fù)成形精沖工藝通過(guò)模具零件的順序動(dòng)作，巧妙地將材料的金屬塑性變形分配到材料的三個(gè)不同部分，推遲乃至抑制了傳統(tǒng)精沖技術(shù)上的塑性枯竭問(wèn)題。此外，在加工過(guò)程中，利用上、下凹模的持續(xù)保壓及材料完好搭邊的“緊箍”作用，可以保證坯料的變形區(qū)在整個(gè)精沖過(guò)程中始終處于三向靜水壓力狀態(tài)，從而確保了精沖件剪切面的光亮，以獲得合格的精沖件怕j。其工藝原理為：在向某一方向沖裁的深度達(dá)到一定值以后，再向其相反方向沖裁，從而獲得精密零件。其沖裁過(guò)程如圖3所示。

    往復(fù)成形精沖工藝突破了傳統(tǒng)精沖工藝在材料可精沖厚度極限方面的限制，擴(kuò)大了精沖技術(shù)的應(yīng)用范圍。但往復(fù)成形精沖工藝的動(dòng)作比強(qiáng)力壓邊精沖更復(fù)雜，而且對(duì)各力的控制也更為嚴(yán)格，因此需要專門(mén)的設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。

    2．3輔助增壓技術(shù)

    針對(duì)現(xiàn)代汽車工業(yè)生產(chǎn)對(duì)沖壓加工越來(lái)越高的要求，德國(guó)T0x沖壓技術(shù)有限公司在二十世紀(jì)七十年代成功開(kāi)發(fā)出了新一代沖壓技術(shù)及沖壓加工設(shè)備——TOx一氣液增壓式?jīng)_壓技術(shù)及其設(shè)備。其原理為：內(nèi)置液壓油系統(tǒng)的氣增油壓的沖壓動(dòng)力裝置，只需2bin。一6bar壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，即可產(chǎn)生2kN一2000kN的沖壓力，以此高可靠性的集成組合，取代了傳統(tǒng)沖壓設(shè)備的繁雜動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和龐大的裝機(jī)功率。而在運(yùn)動(dòng)特性方面，T0x～氣液增力缸又以三行程沖壓循環(huán)徹底改變了傳統(tǒng)沖壓設(shè)備二沖程沖壓循環(huán)帶來(lái)的諸多弊端，為這一新的沖壓技術(shù)奠定了先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)17J。  2．4板材熱成形技術(shù)  板材熱成形是將坯料加熱到再結(jié)晶溫度以上某一適當(dāng)溫度，使板料在奧氏體狀態(tài)時(shí)進(jìn)行成形，降低板料成形時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力，提高板料的成形性舊J。但為了防止熱加工導(dǎo)致強(qiáng)度降低，熱成形方法必須輔以合適的熱處理手段。

    板材熱成形工藝流程：落料一預(yù)成形一加熱一沖壓成形一保壓(使零件形狀穩(wěn)定)一去氧化皮一激光切邊沖孔一涂油(防銹處理)。熱成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于利用材料高溫下良好的塑性，可以成型非常復(fù)雜的形狀，可生產(chǎn)超高強(qiáng)度零件，成形精確，沒(méi)有回彈。

    目前，厚板料零件的熱成形技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已得到應(yīng)用，阿賽洛、蒂森克虜伯、本特勒等公司已經(jīng)建立了熱沖壓生產(chǎn)線。德國(guó)大眾公司在PASSAT B6中對(duì)部分車身零件采用了該技術(shù)汐j。由于該項(xiàng)技術(shù)需要在成形的同時(shí)，給予足夠的冷卻速度進(jìn)行淬火，因而設(shè)備和模具方面也有其特定的要求。國(guó)內(nèi)在熱沖壓生產(chǎn)工藝和模具方面進(jìn)行了一定的研究，但在材料開(kāi)發(fā)、設(shè)備改造及控制方面、零件質(zhì)量穩(wěn)定性控制等方面仍然欠缺，離生產(chǎn)應(yīng)用還有一定的差距。  2．5液壓成形技術(shù)  液壓成形是特種沖壓成形工藝，其工藝特征為等壓成形，依賴高壓介質(zhì)改變板料形狀，板料為三向受力狀態(tài)，能夠較好地改善局部成形，有利于成形更加復(fù)雜的覆蓋件；同時(shí)零件成形過(guò)程中利用液體介質(zhì)的靜壓力，改變了傳統(tǒng)的鋼一鋼接觸成形方式，能夠有效減少板料劃傷，對(duì)提高表面質(zhì)量極為有利，因此可以保證良好的沖壓質(zhì)量。但是，液壓成形技術(shù)應(yīng)用的限制也顯而易見(jiàn)：需要外用液體介質(zhì)及其相應(yīng)裝置；并且有必要在焊接前對(duì)零件進(jìn)行后續(xù)處理；考慮到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的影響，不適合大批量零件加工。

    目前的板材液壓成形工藝有兩種：液體代替凸模和液體代替凹模。液體代替凸模是板料在液壓的作用下直接被壓人凹模，并緊貼凹模成形(見(jiàn)圖4)；液體代替凹模是剛性凸模將板料壓入液壓室，板料在液壓的作用下緊貼凸模而成形，其原理圖如圖5所示。

    液壓成形技術(shù)是近10年被廣泛關(guān)注的一種近凈成形技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于制造汽車零部件。1993年奔馳公司就建成了液壓成形車間，通用、福特、歐寶、寶馬等汽車公司也已投資建成了自己的液壓成形件生產(chǎn)基地。

 3與精密沖壓工藝相關(guān)的技術(shù)

    沖壓精密成形技術(shù)涉及很多削套技術(shù)門(mén)類，是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程。結(jié)合目前的技術(shù)現(xiàn)狀，應(yīng)重點(diǎn)從原材料前處理技術(shù)、模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、潤(rùn)滑技術(shù)等三個(gè)方面著手開(kāi)展攻關(guān)，促進(jìn)沖壓精密成形技術(shù)的進(jìn)步。

    提高沖壓材料的綜合性能是解決材料塑性枯竭問(wèn)題的一個(gè)研究方向。沖壓材料選擇的合理與否，直接影響到?jīng)_壓產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和制造成本，同時(shí)決定著沖壓工藝過(guò)程及繼續(xù)加工的復(fù)雜程度。有研究表明，將某些金屬進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以獲得穩(wěn)定的超細(xì)晶粒組織，再經(jīng)過(guò)形變熱處理，可以生產(chǎn)用常規(guī)塑性加工方法無(wú)法生產(chǎn)的具有薄壁、薄腹板、高肋和細(xì)微凸出部的精密復(fù)雜零件_11i。同時(shí)，在沖壓材料特別是精密沖壓材料的性能改善與質(zhì)量提高等方面需引起足夠的重視。在冶煉工藝、熔體處理、晶粒度控制、變形工藝控制以及熱處理質(zhì)量等方面加強(qiáng)質(zhì)量控制，提高材料的沖壓成形性能。

    模具制造水平的提高無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量沖壓的重要手段。瑞士、德國(guó)選用的模具鋼都是經(jīng)過(guò)二次精煉的，而國(guó)內(nèi)很少對(duì)模具鋼進(jìn)行二次精煉，造成模具鋼的內(nèi)在質(zhì)量得不到改善和提高。同時(shí)加強(qiáng)模具的表面處理，使模具材料具有內(nèi)部韌、表面硬、耐磨、耐熱、耐蝕、耐疲勞、抗咬合的特殊性能，充分發(fā)揮材料的潛力，可以有效改善沖壓件質(zhì)量112]。目前模具的表面處理方法主要包括：①改變表面的化學(xué)成分，如滲金屬、滲碳、滲氮、滲硼和，ID處理；②不改變表面化學(xué)成分，如激光淬火、真空淬火、低溫和超低溫處理；③表面形成硬化層，如鍍硬鉻、熱噴涂、化學(xué)氣相沉積(vcD)、物理氣相沉積(PvD)等在表面形成TiC、TiN等超硬物質(zhì)。我國(guó)模具材料在工序和質(zhì)量控制、質(zhì)量檢測(cè)手段等方面存在差距，模具新材料及其熱處理、表面強(qiáng)化等新技術(shù)的研究與應(yīng)用偏少，應(yīng)引起足夠的重視。

    潤(rùn)滑技術(shù)是影響模具使用效率的重要因素，同樣也影響到?jīng)_壓工藝的實(shí)施效果。潤(rùn)滑技術(shù)的研究主要體現(xiàn)在高效添加劑等，如金屬磨損自修復(fù)技術(shù)(ART)，將極微細(xì)(納～微米級(jí))礦物質(zhì)組成的混合物加入潤(rùn)滑油中，它與載體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不改變載體粘度；使用過(guò)程中在催化劑的作用下，迅速向金屬零件內(nèi)部擴(kuò)散，熔化在金屬表面晶格上，呈現(xiàn)金屬陶瓷結(jié)構(gòu)，因而金屬表面具有非常卓越的抗磨特性，而且還能修復(fù)處于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的模具磨損表面[?引。

    4結(jié)語(yǔ)

    目前，沖壓精密成型技術(shù)的應(yīng)用性研究仍處于起始階段。為滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)珱_零件厚度的日益增長(zhǎng)的要求，沖壓精密成型技術(shù)應(yīng)從以下幾方面開(kāi)展應(yīng)用性研究：(1)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，通過(guò)模具結(jié)構(gòu)的完善以及靜水壓效應(yīng)等，提高被加工材料的冷塑性能力；(2)開(kāi)展在普通壓力機(jī)上實(shí)現(xiàn)精密沖壓的技術(shù)研究，適應(yīng)tfJ小企業(yè)多品種小批量生產(chǎn)的需要；(3)加強(qiáng)適宜于精密沖壓工件的材料設(shè)計(jì)與工藝控制技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，為沖壓精密成形技術(shù)的研究與應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；(4)從模具材料、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝潤(rùn)滑等方面研究提高模具壽命和沖壓工件品質(zhì)的工藝技術(shù)。

    精密成形技術(shù)是建立在新材料、新能源、新型制造技術(shù)等多學(xué)科高新技術(shù)成果基礎(chǔ)上的高效、高精度成形技術(shù)，國(guó)家在“九五”期間已將“精密成形與加工研究的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用示范”列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。隨著沖壓精密成型技術(shù)的研究和不斷開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮其高效率和產(chǎn)晶的高互換性、加工成本低等的優(yōu)越性，將會(huì)大大提高機(jī)械、汽車等行業(yè)零部件的生產(chǎn)效率，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與快速發(fā)展。