中国冲压行业“十四五”发展纲要(连载五)

2021-08-31中国锻压协会

锻造与冲压 2021年16期

关键词：冲压成形十四五

文/中国锻压协会

《中国冲压行业“十四五”发展纲要》(连载四)见《锻造与冲压》2021年第14期

重点研发方向

基础冲压材料的研发

⑴汽车用高性能铝合金材料研发。目前汽车用国产铝合金板技术不够成熟，产品性能与国外先进国家差距大，不能满足高端车型覆盖件对铝板的需求，铝合金材料主要依赖进口的现状不利于车身轻量化技术的推进。

⑵热冲压成形板研发。技术不够成熟，稳定性还需要改善，与国外先进国家差距大。各原材料的厂家缺乏统一热成形材料标准，在开发材料的同时制定热成形材料标准。

⑶研发适应深拉深成形的高强不锈钢和高强钢板。满足深拉深冲压件对材料良好塑性和较高强度的性能需求。

⑷精冲材料的开发。提高精冲材料的质量稳定性和精度，形成满足精冲件生产和质量的精冲材料标准。

⑸成形模具陶瓷材料研发。满足精密深拉深零件质量对模具材料的需求，目前还需要从日本或美国进口高质量的陶瓷拉深成形模具材料。

⑹模具增材加工材料及技术研发。满足未来3D打印模具对材料的需求。

⑺轻量化新材料的研发。成形性能好、易加工、低成本的轻量化材料是汽车及航空、航天行业急需的材料。

⑻航空铝合金及高温钛合金材料研发。该类航空材料质量性能不稳定，生产能力不足，缺乏相应材料标准，已影响制约了我国航空、航天业的发展。

⑼超宽、超薄极限材料的研发。该类材料不能满足冲压产品对材料的需求，需要进口。

⑽厚度公差在±0.01mm的超精密高强度冲压板材研发，满足高精密高性能核心冲压件对材料的需求。产品的精度，除了依赖精密的设备和模具外，还要求原材料的精密度，否则无法生产出超高精密零件。该类材料仍需进口。

核心工业软件开发应用

国产核心专业工业软件开发应用。在制造业中CAD/CAE软件在提升效率、产品质量和未来的数字化、智能化这几个方面起着非常重要的作用，但是一直被国外的软件所垄断。我们冲压行业所使用的模拟分析软件大多是进口软件，这种技术上的垄断使得软件的使用成本特别昂贵，大量的企业利润流入外国CAD/CAE大鳄口中。更为严重的是，如果在冲压行业发生类似“华为断供”、“中兴断供”的事件，对整个行业的打击将是致命的。研发应用有核心自主产权，可以与国外软件相抗衡的国产CAD/CAE软件迫在眉睫，此事已成行业共识。具体实施措施：成立行业软件测评平台，一方面展示潜在公司，一方面选拔优秀软件；建立不同软件的操作、设置标准，实现软件互换；国内外技术实力差距大，要在新型应用方面灵活抢占细分市场。

冲压装备基础零部件国产化

⑴冲压装备高性能节能液压系统研究及应用。目前液压系统的能量利用率仅10%～20%，由于液压冲压机的数量巨大，从而造成了能量的巨大浪费，增加了排放。目标是将液压系统能量利用率从目前的10%～20%提高到50%以上，实现节能减排。

⑵用于大型伺服机械压力机的大功率伺服电机、大功率伺服驱动器及控制器的研究。低速高扭矩伺服电机和控制系统核心技术掌握在德国和日本少数几家公司，在中国售价高昂，国内厂家的技术开发滞后、还一直没有突破欧美日的技术壁垒，只能依赖进口。

⑶冲压用大功率变频驱动器研究开发，目前依靠进口(国产的用户不认可，不敢用)。

⑷高速压力机冲压线的数控液压拉伸垫的研究开发制造。目前生产节拍SPM≥12次的设备，大部分采用进口液压垫。

⑸开展设备关键零部件材料方面的研究，争取国产材料也能达到进口同等品质。多杆伺服压力机的高速重载螺旋传动副中的关键零件丝母材料实现国产化，替代进口；应用于高速精密压力机主轴的高速重载精密滑动轴承耐磨减摩材料及涂层的研制。

⑹重大装备的其他关键零部件研发。机械压力机低惯量高可靠性液压离合制动器、精密行星齿轮传动……液压机上使用的大流量高压柱塞泵、比例变量泵、伺服阀、比例溢流阀、压力传感器等，目前还是依赖进口。目标是实现关键核心部件的自给自足。

信息化和数字化制造

⑴汽车覆盖件数字化冲压示范工厂建设。自动上料、自动装卸模具、自动装箱、自动零件检测，基于区块链的复合冲压信息化管理系统，实现黑灯(无人值守)工厂。

⑵精密微冲压数字化冲压生产线研制。精密微小冲压件在冲压领域具有重要的发展前景，非常适合自动化、数字化和信息化生产。

⑶研究基于AI算法的设备智能诊断模型，通过对设备及零部件运行数据分析，实现准确的故障预测，降低设备停机率。

⑷建立封头自动化、数字化和信息化(无人值守)制造示范工厂。

⑸建立虚拟现实双胞胎实验基地。采用现代化的手段，将虚拟数据的结果无限可能地接近实际数据，使用5G、AI、大数据、云计算等给冲压行业带来全新变革。

⑹数字成像在封头行业的应用技术研究。

先进成形技术(新工艺)

⑴高强度材料复合精密冲压成形技术研究及产业化应用。

以钛合金为代表的高强度材料广泛应用于航空航天等领域。但这类材料强度高，塑性差，室温冲压成形极易产生破裂。现有的成形技术均采用机械加工制造，生产效率低、制造周期长、产品性能差，亟需开发室温复合精密冲压成形技术。

⑵冷锻造和冲压相结合的复合成形工艺研究。

研发常温锻造与精密冲压相结合的复合工艺，超高强度材料(强度1GPa以上)复合精冲成形技术研究。将冷锻造和普通冲压的工艺特点相结合，开发出全新的工艺方案，制造更加精密、更加复杂的金属零件，从而部分替代传统低效的机加工艺。

⑶超高强板材深拉深工艺研究。

随着汽车和其他机械设备轻量化发展的深入，高强板的应用愈来愈广泛，尤其在安全气囊爆炸器、汽车电池系统、变速箱系统均有高强度金属壳体类零件的需求。而高强板强度高，塑性低，深拉深成形性能差。因此，深入研究适合高强板深拉深成形的工艺，符合市场的需求，可替代部分进口产品。

⑷不锈钢外观件深拉深成形工艺和模具研究。

随着环保标准和人工成本的提高，不锈钢外观件深拉深成形成为行业的痛点。通过应用陶瓷模具、硬质合金模具、模具涂层，优化模具结构、工艺和润滑，探究最佳的不锈钢外观件解决方案，从而避免或减少低效重污染的传统人工抛光，具有极大的经济效益。

⑸高强轻质合金板材零件冲击液压成形工艺研究。

随着我国航空工业的快速发展，冲压钣金零部件需求由原来的多品种小批量到批量化生产转变，钛合金、铝合金等难变形高强轻质合金板材零件的高效、高精度成形成为迫切的需求，如航发上一些钣金零件具有几千件的年需求量。冲击液压成形工艺兼具液体柔性和脉动冲击加载的特征，可以有效抑制钛合金等难变形金属材料的室温弹复，提升相应零件的成形效率和室温成形精度。

⑹航空管路零件制造技术研究，航空零件提升疲劳寿命工艺研究。

⑺轻量化非金属材料成形技术研究。

着手研究碳纤维、SMC、LFT-D等复合材料的模压工艺技术。关键基础材料产业的发展对“中国制造2025”战略的实施有着重要的影响，在高性能纤维方面，有“黑色黄金”美誉的碳纤维复合材料逐步成为新兴材料产业中的重中之重。尤其是近几年，随着国内碳纤维自主生产技术的进步，与发达国家先进水平之间的差距不断缩小，碳纤维复合材料产品的应用水平也进入了快速发展轨道，碳纤维复合材料被越来越多地应用于飞机、汽车、高铁、轻轨等现代化公共交通工具中。但目前产业化应用技术还没有成熟。

⑻橡皮囊充液深拉深(模具)成形技术研究。

开发橡皮囊充液深拉深技术，将聚氨酯软模作为模具的一部分，解决橡皮囊专用装备的需求和限制；研究高分子聚氨酯囊作为柔性半模，解决液体密封难题，同时研究柔性深拉深过程中聚氨酯的硬度、厚度、与板料之间的摩擦系数等因素对板材拉深机理的影响。

⑼极端环境下封头成形技术的研究及应用。

⑽封头冷成形技术的研究及应用。

模具技术

⑴模具表面热处理技术研究。

脉冲等离子扩散(PPD)工艺和设备研发。PPD技术是通过氮离子渗透到模具基体材料表面形成超硬耐磨表面。质量好，寿命长，降低模具维修成本，提高零件质量，提高生产效率，环保无污染。目前该项技术掌握在国外企业手中。

⑵研发陶瓷成形模具。

解决高强度、深拉深零件的表面质量问题。

⑶3D打印模具技术研发。

研发3D打印模具材料及模具技术，缩短模具开发周期，对于新产品的开发试制具有十分重要的意义。

⑷高强钢、超高强钢冷冲压用模具材料及热处理技术。

高强钢模具磨损问题严重，是目前生产中存在的主要问题。适用于汽车冲压件的低成本模具材料及热处理技术将进一步推动汽车轻量化的进步。

⑸数字化和信息化冲压模具技术。

国产模具数字化、信息化程度低，国内缺乏成熟的数字化、信息化模具供应商。研究通过自我感知和控制相关因素，减少模具整改工作量，提高产品质量。提升行业模具技术水平。

先进重大工艺装备

⑴航空航天钛合金热成形自动化生产线。

目前国内暂无用于航空航天钛合金热成形领域的高温状态下的自动模具更换系统、精准定位的自动化生产线，导致钛合金零件生产效率低，难以批产。项目实现后，提高现有钛合金热成形生产效率3倍以上。

⑵橡皮囊柔性成形自动化、数字化装备。

橡皮囊柔性成形技术是一种先进的静压半模成形工艺，不仅适合于成形性能差或者高强度的材料，而且成形的零件表面无擦伤痕迹、回弹小、贴模准确度高，可充分发挥材料的塑性，同时还可降低成本，提高研发和生产效率。该工艺特别适用于航空航天领域多种类、小批量零部件的生产和研发。目前该类设备主要为进口。

⑶蒙皮拉深装备。

蒙皮拉深装备是我国航空航天，特别是大飞机、大火箭急需的装备，我国目前在用的该类设备全部为进口设备，属于卡脖子装备，亟待开发。重点解决机构运动反解技术、制件自检技术和具有仿真、自动跟踪、自学习功能的数字化控制系统等。

⑷充液成形装备。

充液成形装备是采用先进成形技术升级改造传统的落压成形、爆炸成形等工艺，解决了传统工艺程序繁琐、精度和可靠性低、原材料和模具浪费严重等问题，解决国内新型航空零件及汽车零件难成形的问题，满足国家对新型航空航天零件的成形要求，我国大飞机、大火箭及大型复杂冲压制件急需产业化成套装备。

⑸高能率的冲击液压成形装备。

冲击液压成形有效利用高应变率成形提高铝合金、钛合金、高温合金、不锈钢等材料的冲压成形能力，此外该工艺还可以抑制弹复、减少工序，能够提高冲压钣金生产效率和质量，解决飞机、航天制造过程的过多人工校形问题。能够实现工程化应用、适用于航空航天大尺寸钣金零件冲击液压成形的设备，对冲击能量的需求应达到500kJ以上，目前在国内仍为空白。

⑹冲压线整线伺服技术(包括整线能量管理系统)的研究，研究制定伺服技术规范和标准。

⑺伺服热成形压机技术研究。

研究开发基于伺服电机驱动的热成形压机技术，实现提高节拍、节能降噪的目标，提升国产热成形设备技术水平。其中伺服热成形高速液压机与现有热成形压机比较节能20%～30%，降低噪声10分贝。

⑻间接热成形冲压生产线。

间接热成形冲压生产线用于间接热成形件的生产，主要用于汽车复杂、深拉深超高强钢热冲压件的生产。目前间接热成形冲压生产线完全被国外企业垄断，加热非常昂贵，限制了国内间接热成形件的生产。间接热成形冲压生产线工艺可实现大型、复杂汽车安全冲压件的经济生产。

⑼超精密高速冲床的研发制造。

目前国内用于电机铁心连续模冲压的高速冲床精度和速度与国外相比差距较大，尚不能适应0.2～0.35mm新能源汽车等更高效能电机铁心的高精度、高速冲压要求；通过多连杆及动态精度补偿技术提升精度和速度，适应精密引线框架等超高速超精密冲压要求。

⑽开发高速深拉深自动冲压线。

开展伺服、多连杆、凸轮传动等多工位自动线、内置高速机械手，填补国内空白，适应国内新能源电池等壳体高速拉深成形发展的需求，提高我国该类冲压设备技术水平。

⑾高速试模液压机的研发应用。

通过高性能的液压机模拟机械压力机运动速度曲线，使模具完全满足机械压力机使用要求，缩短模具调试时间，降低模具生产成本，满足汽车产业零部件的批量化生产需要。

⑿商用车桥壳冲压装备。

提高生产线效率，冷热压工艺共线生产，降低设备投入成本，提升设备技术水平，实现自动化生产，并可对工件品质可追溯。

⒀船舶壳体冲压装备。

提高生产线效率，智能检测工件，根据检测结果自动冲压校正，提升设备技术水平，并可对工件品质进行追溯。

⒁电路板压制层压机。

随着电子、电气、汽车等行业对电路板需求逐年增加，国内对电路板压制层压机需求非常大，但目前中高端电路板压制层压机均为日本和欧洲产品，限制了国内电路板企业的良性发展。国内急需实现高端电路板压制层压机自主。

⒂轻工家电领域高速液压机冲压生产线。

用于轻工家电领域的中小型高速全自动液压机冲压生产线，生产节拍实现6～10SPM。产品可以实现深拉深、保压整形等工艺。

⒃多层模板数控粉末液压机。

中高端多层模板数控粉末液压机被德国、日本垄断，目前国内只能生产简易的粉末液压机，性能差异巨大。进口多层模板数控粉末液压机价格非常昂贵，大部分国内企业很难接受，这制约了国内高档粉末制品的生产。目前研制发展方向可打破技术壁垒，实现自主创新。

⒄自粘硅钢高速冲压生产线。

开发自粘硅钢高速冲压生产线，用于电机转子的生产，提高电机质量。

⒅碳纤维复合材料模压成形生产线。

碳纤维是军民两用新材料，属于轻量化和重大装备的关键材料，近年来广泛应用于航空航天、风力发电、汽车轻量化等诸多产业。国内碳纤维等复合材料制造多采用手工、半自动化作业生产方式，成品率低，产品质量及一致性差，批量化生产困难。生产线包含伺服模压液压机、加热系统、混料系统、涂胶系统、冷却系统、真空系统等，实现热固性碳纤维复合材料制品的高速生产。实现碳纤维的批量化商业生产。

⒆汽轮机及航空发动机叶片超高压热气胀成形技术与装备。

超高压热气胀成形是制造钛合金、铝镁合金及金属间化合物等难成形金属复杂构件的一种先进制造技术，欧美、日本等发达国家对此项技术已开展广泛而深入的研究，并已大量应用于航空航天、国防军工、汽车制造等领域。国内自主研发了掌握钛合金空心叶片等复杂构件超高压热气胀全套成形技术，形成超高压高温热气胀技术自主创新能力；开发航空发动机钛合金叶片等新产品，突破国外封锁和限制，为军工、民用大飞机自主创新提供高水平、高质量发动机叶片支撑。