4 金属成形行业锻压设备及模具的发展状况
4.1 机械压力机
锻压生产在工业生产中占据重要地位。锻压生产是一种压力成形制造,具有制件质量好,材料耗废少,生产效率高等特点。机械压力机在锻压生产中应用最为广泛,尤其是闭式机械压力机,已成为现代冲压生产,特别是汽车冲压生产的主力设备,并且随着汽车工业的发展而不断完善。
4.1.1 产量与产值
2006年锻压机械总产量为69 246台(套)、产值为649 542万元,其中机械压力机产量为57 185台(套)、产值为387 968万元,机械压力机产量占总量的83%、产值占总值的60%。机械压力机中的数控产量为237台(套)、数控产值为68 676万元,分别占机械压力机产量的0.4%和产值的18%。由此可见,应当减少小型、低档机械压力机的比例,提高大中型锻压机械的产量,提高锻压机械的技术附加值和数控化率。
4.1.2 我国闭式压力机的技术能力与水平
我国机械压力机的发展与应用,总体上是在不断地向国外产品结构与生产模式靠拢。机械压力机作为汽车冲压生产的主力设备,尤其是闭式压力机组成的汽车覆盖件冲压线,其技术能力与水平具有典型意义:①大吨位:广泛应用于各种汽车、轿车行业;②大行程:适应较广的加工范围;③大台面:适应较大的加工范围;④大吨位气垫:可以满足大型覆盖件拉深压边的需求;⑤滑块气垫:可以满足多次拉深压边、冲裁的需求;⑥机械手上、下料系统:真正实现冲压自动化;⑦高速度:大吨位压力机过去13 次/分以下,现在达到15~20 次/分,显著提高了生产效率;⑧高精度:可显著提高模具寿命和冲压件质量;⑨全自动换模技术:将换模时间缩短为人工换模的1/8,满足了多车型柔性冲压生产的需要;⑩触摸屏技术:控制功能完善,实现了良好的人机交互工作。
4.1.3 大型机械压力机目前研发的重点
机械压力机目前研发的重点,是用信息技术实现产品结构升级,满足汽车工业规模化、汽车品种个性化发展需要,重点在以下方面:
1)大力发展单机联线自动化、数控化技术,如上下料自动化技术、全自动换模技术、信息终端管理技术等。
2)开发大型多工位压力机自动线,包括拆垛装置、三座标伺服传送系统、两滑块或三滑块式主机及码垛装置。
3)研发全伺服驱动机械压力机,根据市场需求,陆续推出多系列多品种的伺服压力机。
4)开发高档的开卷校平、垛料翻转、钢板清洗涂油等辅助设备。
5)研发和应用若干关键技术,如数控液压拉深垫技术;远程诊断技术;智能化控制技术(生产线的自诊断、自动优化工艺、程序,自动精度补偿);网络化控制技术(生产线与车间、工段、外界的联网,数据共享,信息化交流等);Profipus 总线控制技术;重型机械环保材料应用技术;重型机械失效预分析功能等。
6)贯彻ISO14000 系列标准(环境管理、避免振动和噪音);进行国际化对接,修订和制订新的机械压力机相关标准。
4.1.4 机械压力机的需求量和供应能力
近几年来,我国经济增长呈现稳中趋升的态势,特别是汽车工业发展迅猛,对机械压力机需求呈连续增长的趋势。改革开放以来,我国企业的所有制构成、生产规模与方式呈多元化态势,因此对机械压力机的需求也分为低、中、高不同档次。随着近年来汽车工业生产模式的发展变化,冲压生产所需的冲压线与传统的冲压线相比已有了质的变化。由数控装备组成的柔性自动冲压线成为高端汽车企业需求的重点,其综合要求是:①柔性好;②生产效率高;③可靠性好;④精度高;⑤环保要求严格;⑥成套性好。
我国机械压力机行业企业经过多年发展,形成了较为完整的技术体系和较大规模的生产能力,并且通过技术引进、合作和联合生产,奠定了有利的技术基础,技术水平在众多领域与国际水平同步发展,具备了相当的竞争实力。从整体上说,我国的机械压力机已形成多品种、多系列、多档次的产品格局,种类、产量已跨入世界行列的第一方阵,供应能力已从1980年代的挡住进口跃升为成线、成套出口,实现了从装备中国到装备世界的历史性跨越。
总体上分析,国内机械压力机行业供应能力充足,设备的技术水平按高、中、低不同档次,适应大型汽车集团、民营经济、家用电器、汽车零部件配套厂的需求。
4.1.5 机械压力机存在的主要问题和与国外的差距
我国锻压机械的总量供给能力很强,但整个锻压机械行业的国际市场竞争能力不强。就机械压力机而言,存在的主要问题和与国外的差距主要有以下几点:
1)从机械压力机的品种构成来看,国产小型、低档机械压力机所占比例较大,大中型机械压力机产量偏少,技术附加值和数控化率较低。
2)从机械压力机的制造年代来看,1995年代前的国产机械压力机,存在的主要问题是可靠性低,漏油、漏气,控制水平和自动化程度低,生产效率不高。
3)从机械压力机的技术水平来看,大部分国产机械压力机不能全面符合国际主要安全标准,在设备的可靠性,整体自动化程度,设备的宜人化,制造的精细化和设计的人性化等方面,与国外设备有较大差距。
4)从机械压力机行业的综合能力来看,目前的“软肋”是核心技术开发能力不足,设备性能和服务及整体解决方案能力方面存在差距,规模化企业较少,面对技术含量更高、制造难度更大、配套能力更强的装备制造要求,我们独立制造高精尖设备的能力不强,机械压力机行业的整体竞争力不强,与世界制造业强国仍然存在很大差距。
4.2 液压机
液压机是锻压机械的一大类,是航天、航空、汽车、造船、能源、轻工、电子、国防、原材料、化工等工业部门不可缺少的压力成形设备,在机器制造业中占有重要地位。
液压机应用非常广泛,既适于冲压、拉深、弯曲、校正等金属板材成形,也适于锻造、粉末冶金等金属材料体积成形,管、线、型材挤压,以及多种非金属材料塑料、橡胶、胶合板、人造金刚石、耐火砖和炭极等的压制成形工艺,还是模具研配、零件压装等不可缺少的装备。随着对金属压制和拉深制品需求量逐年提高,对制品品种变化的要求也日益增多,同时制品的生产批量也逐渐缩小,液压机是与多品种、中小批量生产相适应的理想的压力成形设备。
4.2.1 目前液压机的主要行业使用率
目前,液压机成形工作母机的使用率在汽车行业达80%、航空航天工业达85%、通讯器材和电子仪表工业达70%、标准件和紧固件工业达90%、塑料制品和建材工业达100%,特别是高技术含量的液压机在军工产业中起到了举足轻重的作用。
4.2.2 液压机的发展水平和趋势
1)提高速度和生产率
液压机曾由于速度慢和生产率低,影响了它的发展和应用。随着生产的日益发展,提高生产效率已成为液压机发展的核心问题。目前这一问题已通过下述三条主要途径得到良好的解决。
①提高液压机的行程速度,特别是空程和回程速度,以缩短循环时间,提高行程次数。
②提高液压机的自动化程度。采用上、下料装置,实现单机自动化;发展多工位液压机,实现在一台液压机上进行多工序加工。
③缩短辅助操作时间,提高液压机的开动率。在现代液压机上都配备有快速换模系统和快速夹紧系统。
2)提高刚度和精度
现代化生产要求制件的尺寸和精度最大限度地接近成品零件;对大批量生产的制件,则要求有较高的尺寸稳定性等。因此对液压机的刚度和精度提出了越来越高的要求,以提高制件的精度和模具的寿命。
3)高压化和大型化
随着航空航天工业和汽车工业的迅速发展, 冲压件的轮廓和零件重量都有所增加,从而导致所需液压机的公称力日益增大,液压机正朝着大型化的方向发展;同时随着等静压和内高压等工艺的发展,高压化也已是液压机发展的一个重要方向。
4)控制系统的数控化
数控技术可大大提高液压机的自动化程度,缩短加工时间和辅助时间,提高生产效率;能适应各种不同的生产规模,具有较大的柔性;可存储加工用的优化程序,供随时调用,以实现最佳工艺过程。因此,采用PLC控制的液压机和计算机数控(CNC)的液压机取得了很大发展。
5)液压系统的集成化
液压系统集成化的共同特点是:结构紧凑,体积小;可大大减少配管数量,缩短液压系统的设计和安装周期;减少系统的振动和漏油;元件维修和更换方便;易于更改和适应新的工作要求。其中尤以插装阀集成系统发展最为迅速。
6)电液比例技术的应用
电液比例控制技术适应了液压机的发展要求,其控制精度能够满足液压机的需要。因此电液比例控制技术在液压机及其配套设备工作过程的自动化方面获得广泛应用。
7)液压机的宜人化
随着液压机的高速化和自动化,限制噪声和振动、防止环境污染、消除人身事故、保证液压机安全可靠地进行自动生产就显得非常重要了。为此,许多国家都制订了有关液压机的安全标准与法规。我国也制订有相关的液压机安全技术条件和液压机噪声限制等行业标准。
4.2.3 国内近年重点研发的液压机
1)数控等温锻造液压机
2)重型数控钛电极制备液压机
3)重型数控砂轮制品液压机成套装备
4)板材成形液压机柔性制造系统
5)船体板材成形数控液压机生产线
6)半固态金属模锻成套装备全自动生产线(SSM)
7)大型数控玻璃钢制品液压机
8)大口径中高压异型无缝管件成形成套装备
4.2.4 液压机存在的主要问题和与国外的差距
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