4 金屬成形行業鍛壓設備及模具的發展狀況
4.1 機械壓力機
鍛壓生產在工業生產中占據重要地位。鍛壓生產是一種壓力成形制造,具有制件質量好,材料耗廢少,生產效率高等特點。機械壓力機在鍛壓生產中應用最為廣泛,尤其是閉式機械壓力機,已成為現代沖壓生產,特別是汽車沖壓生產的主力設備,并且隨著汽車工業的發展而不斷完善。
4.1.1 產量與產值
2006年鍛壓機械總產量為69 246臺(套)、產值為649 542萬元,其中機械壓力機產量為57 185臺(套)、產值為387 968萬元,機械壓力機產量占總量的83%、產值占總值的60%。機械壓力機中的數控產量為237臺(套)、數控產值為68 676萬元,分別占機械壓力機產量的0.4%和產值的18%。由此可見,應當減少小型、低檔機械壓力機的比例,提高大中型鍛壓機械的產量,提高鍛壓機械的技術附加值和數控化率。
4.1.2 我國閉式壓力機的技術能力與水平
我國機械壓力機的發展與應用,總體上是在不斷地向國外產品結構與生產模式靠攏。機械壓力機作為汽車沖壓生產的主力設備,尤其是閉式壓力機組成的汽車覆蓋件沖壓線,其技術能力與水平具有典型意義:①大噸位:廣泛應用于各種汽車、轎車行業;②大行程:適應較廣的加工范圍;③大臺面:適應較大的加工范圍;④大噸位氣墊:可以滿足大型覆蓋件拉深壓邊的需求;⑤滑塊氣墊:可以滿足多次拉深壓邊、沖裁的需求;⑥機械手上、下料系統:真正實現沖壓自動化;⑦高速度:大噸位壓力機過去13 次/分以下,現在達到15~20 次/分,顯著提高了生產效率;⑧高精度:可顯著提高模具壽命和沖壓件質量;⑨全自動換模技術:將換模時間縮短為人工換模的1/8,滿足了多車型柔性沖壓生產的需要;⑩觸摸屏技術:控制功能完善,實現了良好的人機交互工作。
4.1.3 大型機械壓力機目前研發的重點
機械壓力機目前研發的重點,是用信息技術實現產品結構升級,滿足汽車工業規模化、汽車品種個性化發展需要,重點在以下方面:
1)大力發展單機聯線自動化、數控化技術,如上下料自動化技術、全自動換模技術、信息終端管理技術等。
2)開發大型多工位壓力機自動線,包括拆垛裝置、三座標伺服傳送系統、兩滑塊或三滑塊式主機及碼垛裝置。
3)研發全伺服驅動機械壓力機,根據市場需求,陸續推出多系列多品種的伺服壓力機。
4)開發高檔的開卷校平、垛料翻轉、鋼板清洗涂油等輔助設備。
5)研發和應用若干關鍵技術,如數控液壓拉深墊技術;遠程診斷技術;智能化控制技術(生產線的自診斷、自動優化工藝、程序,自動精度補償);網絡化控制技術(生產線與車間、工段、外界的聯網,數據共享,信息化交流等);Profipus 總線控制技術;重型機械環保材料應用技術;重型機械失效預分析功能等。
6)貫徹ISO14000 系列標準(環境管理、避免振動和噪音);進行國際化對接,修訂和制訂新的機械壓力機相關標準。
4.1.4 機械壓力機的需求量和供應能力
近幾年來,我國經濟增長呈現穩中趨升的態勢,特別是汽車工業發展迅猛,對機械壓力機需求呈連續增長的趨勢。改革開放以來,我國企業的所有制構成、生產規模與方式呈多元化態勢,因此對機械壓力機的需求也分為低、中、高不同檔次。隨著近年來汽車工業生產模式的發展變化,沖壓生產所需的沖壓線與傳統的沖壓線相比已有了質的變化。由數控裝備組成的柔性自動沖壓線成為高端汽車企業需求的重點,其綜合要求是:①柔性好;②生產效率高;③可靠性好;④精度高;⑤環保要求嚴格;⑥成套性好。
我國機械壓力機行業企業經過多年發展,形成了較為完整的技術體系和較大規模的生產能力,并且通過技術引進、合作和聯合生產,奠定了有利的技術基礎,技術水平在眾多領域與國際水平同步發展,具備了相當的競爭實力。從整體上說,我國的機械壓力機已形成多品種、多系列、多檔次的產品格局,種類、產量已跨入世界行列的第一方陣,供應能力已從1980年代的擋住進口躍升為成線、成套出口,實現了從裝備中國到裝備世界的歷史性跨越。
總體上分析,國內機械壓力機行業供應能力充足,設備的技術水平按高、中、低不同檔次,適應大型汽車集團、民營經濟、家用電器、汽車零部件配套廠的需求。
4.1.5 機械壓力機存在的主要問題和與國外的差距
我國鍛壓機械的總量供給能力很強,但整個鍛壓機械行業的國際市場競爭能力不強。就機械壓力機而言,存在的主要問題和與國外的差距主要有以下幾點:
1)從機械壓力機的品種構成來看,國產小型、低檔機械壓力機所占比例較大,大中型機械壓力機產量偏少,技術附加值和數控化率較低。
2)從機械壓力機的制造年代來看,1995年代前的國產機械壓力機,存在的主要問題是可靠性低,漏油、漏氣,控制水平和自動化程度低,生產效率不高。
3)從機械壓力機的技術水平來看,大部分國產機械壓力機不能全面符合國際主要安全標準,在設備的可靠性,整體自動化程度,設備的宜人化,制造的精細化和設計的人性化等方面,與國外設備有較大差距。
4)從機械壓力機行業的綜合能力來看,目前的“軟肋”是核心技術開發能力不足,設備性能和服務及整體解決方案能力方面存在差距,規模化企業較少,面對技術含量更高、制造難度更大、配套能力更強的裝備制造要求,我們獨立制造高精尖設備的能力不強,機械壓力機行業的整體競爭力不強,與世界制造業強國仍然存在很大差距。
4.2 液壓機
液壓機是鍛壓機械的一大類,是航天、航空、汽車、造船、能源、輕工、電子、國防、原材料、化工等工業部門不可缺少的壓力成形設備,在機器制造業中占有重要地位。
液壓機應用非常廣泛,既適于沖壓、拉深、彎曲、校正等金屬板材成形,也適于鍛造、粉末冶金等金屬材料體積成形,管、線、型材擠壓,以及多種非金屬材料塑料、橡膠、膠合板、人造金剛石、耐火磚和炭極等的壓制成形工藝,還是模具研配、零件壓裝等不可缺少的裝備。隨著對金屬壓制和拉深制品需求量逐年提高,對制品品種變化的要求也日益增多,同時制品的生產批量也逐漸縮小,液壓機是與多品種、中小批量生產相適應的理想的壓力成形設備。
4.2.1 目前液壓機的主要行業使用率
目前,液壓機成形工作母機的使用率在汽車行業達80%、航空航天工業達85%、通訊器材和電子儀表工業達70%、標準件和緊固件工業達90%、塑料制品和建材工業達100%,特別是高技術含量的液壓機在軍工產業中起到了舉足輕重的作用。
4.2.2 液壓機的發展水平和趨勢
1)提高速度和生產率
液壓機曾由于速度慢和生產率低,影響了它的發展和應用。隨著生產的日益發展,提高生產效率已成為液壓機發展的核心問題。目前這一問題已通過下述三條主要途徑得到良好的解決。
①提高液壓機的行程速度,特別是空程和回程速度,以縮短循環時間,提高行程次數。
②提高液壓機的自動化程度。采用上、下料裝置,實現單機自動化;發展多工位液壓機,實現在一臺液壓機上進行多工序加工。
③縮短輔助操作時間,提高液壓機的開動率。在現代液壓機上都配備有快速換模系統和快速夾緊系統。
2)提高剛度和精度
現代化生產要求制件的尺寸和精度最大限度地接近成品零件;對大批量生產的制件,則要求有較高的尺寸穩定性等。因此對液壓機的剛度和精度提出了越來越高的要求,以提高制件的精度和模具的壽命。
3)高壓化和大型化
隨著航空航天工業和汽車工業的迅速發展, 沖壓件的輪廓和零件重量都有所增加,從而導致所需液壓機的公稱力日益增大,液壓機正朝著大型化的方向發展;同時隨著等靜壓和內高壓等工藝的發展,高壓化也已是液壓機發展的一個重要方向。
4)控制系統的數控化
數控技術可大大提高液壓機的自動化程度,縮短加工時間和輔助時間,提高生產效率;能適應各種不同的生產規模,具有較大的柔性;可存儲加工用的優化程序,供隨時調用,以實現最佳工藝過程。因此,采用PLC控制的液壓機和計算機數控(CNC)的液壓機取得了很大發展。
5)液壓系統的集成化
液壓系統集成化的共同特點是:結構緊湊,體積小;可大大減少配管數量,縮短液壓系統的設計和安裝周期;減少系統的振動和漏油;元件維修和更換方便;易于更改和適應新的工作要求。其中尤以插裝閥集成系統發展最為迅速。
6)電液比例技術的應用
電液比例控制技術適應了液壓機的發展要求,其控制精度能夠滿足液壓機的需要。因此電液比例控制技術在液壓機及其配套設備工作過程的自動化方面獲得廣泛應用。
7)液壓機的宜人化
隨著液壓機的高速化和自動化,限制噪聲和振動、防止環境污染、消除人身事故、保證液壓機安全可靠地進行自動生產就顯得非常重要了。為此,許多國家都制訂了有關液壓機的安全標準與法規。我國也制訂有相關的液壓機安全技術條件和液壓機噪聲限制等行業標準。
4.2.3 國內近年重點研發的液壓機
1)數控等溫鍛造液壓機
2)重型數控鈦電極制備液壓機
3)重型數控砂輪制品液壓機成套裝備
4)板材成形液壓機柔性制造系統
5)船體板材成形數控液壓機生產線
6)半固態金屬模鍛成套裝備全自動生產線(SSM)
7)大型數控玻璃鋼制品液壓機
8)大口徑中高壓異型無縫管件成形成套裝備
4.2.4 液壓機存在的主要問題和與國外的差距
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