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                        常熟市任陽梁宏不銹鋼工藝品廠
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                        中國鍛壓技術及裝備的現狀與發展

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                        中國鍛壓技術及裝備的現狀與發展

                        發布日期:2021-07-15 16:06 來源:http://www.ruidimu.com 點擊:

                        一、21世紀的制造業,拉伸件正從以機器為特征的傳統技術時代,向著以信息為特征的技術時代邁進,即用信息技術改造和提升傳統產業。經濟全球化和世界市場一體化加速發展,不斷加劇了制造商之間的競爭,提出了快速反應市場的要求,與之相適應,制造業對柔性自動化技術及裝備的要求更加迫切而強烈。同時,微電子技術和信息通信技術的快速發展,為柔性自動化提供了重要的技術支撐,工業裝備的數控化、自動化、柔性化呈現蓬勃發展的態勢。  
                        拉伸件 
                        世界鍛壓工業的柔性自動化發展不斷加快。沖壓設備廣泛應用于汽車、航空、電子、家電等工業領域,其中,作為衡量一個國家工業水平的標志之一的汽車工業,被當今世界主要工業發達國家和新興工業國家列為國民經濟支柱產業,其發展主導了鍛壓技術及裝備的發展,鍛壓技術的發展和進步基本圍繞汽車工業的發展而進行。激烈的市場競爭促使汽車更新換代的速度明顯加快,產品的市場壽命周期進一步縮短;與此同時,汽車變型品種日益增多,現代汽車工業生產日益呈現生產規?;?、車型個性化,車型批量小、車型變化快、多車型共線生產、車身覆蓋件大型化一體化的特征。傳統的加工單一品種的剛性生產線顯然已不適應這種特征和市場形勢發展的要求,其升級換代產品具有高柔性和高效率的自動化鍛壓設備,成為世界沖壓技術及裝備發展的主要潮流。二、鍛壓技術的發展趨勢美國、德國、日本的汽車工業如此發達,得益于其鍛壓技術及裝備的領先地位。當前的世界鍛壓技術及裝備向以下幾個方面發展:1、鍛壓設備自動化1.1冷沖壓根據不同種類的加工環境和條件,國外逐步發展了兩大類汽車車身自動化沖壓生產線。1.1.1單機聯線自動化配置為5-6臺壓力機,配備拆垛、上下料機械手,穿梭翻轉裝備和碼垛裝置,全線總長約60米,安全性高,沖壓質量好。由于工件傳送距離長,工件的上下料換向和雙動拉伸必須用工件翻轉裝備。這種單機聯線自動化沖壓技術的生產節拍較高為6-9次/分,設備維修工件量大。1.1.2大型多工位壓力機八十年代中期,國外沖壓技術發展到大型三坐標多工位壓力機自動化連續沖壓,由拆垛機,大型壓力機,三坐標工件傳送系統和碼垛工位組成,生產節拍可達16-25次/分。其主要特點是:生產效率高,是手工送料流水線的4-5倍,是單機聯線自動生產線的2-3倍;全自動化、智能化,整個多工位壓力機系統只需2-3人進行監控,當模具更換時,只需輸入要換模具的編號,其余工作自動完成,整個換模時間只需5分鐘,換模的同時對多工位壓力機運行特征作智能化調整;特別是配有電子三坐標送料多工位的壓力機,可以根據模具隨意調節運動路徑和時間,不僅能沖壓大型覆蓋件,而且能沖壓小型零件。當沖壓小型零件時,送料距減短,節拍提高,通過合理的模具布置,可一次沖壓2-3零件,具有充分的自由度,柔性極強。電子多工位送料壓力機的優點是生產率高,工件處理較優化,工件轉換迅速,維修量低,診斷性能好,成本低,與現有壓力機的適應性強,售后服務遠程通訊好。美國的多工位壓力機基本都采用了電子伺服三坐標送料。八十年代中期以后,美國通用汽車公司牽頭,大規模地用多工位壓力機改造原有的單機沖壓線。據美國精密鍛壓協會統計,美國三大汽車公司680多條沖壓線中,有70%為多工位壓力機;日本在美國的35條沖壓線中,有24臺多工位壓力機,占69%;日本國內的250條沖壓線中,有80多臺多工位壓力機,占32%;而且,美國已經出現了一些只用多工位壓力機的汽車沖壓廠,一些新投資改造的汽車廠和新建汽車廠的這種發展趨勢更為明顯。大型多工位壓力機集機械、電子、控制和檢測技術為一體,全自動,智能化,操作安全,沖壓件綜合成本低,勞動生產率高,制件質量高,滿足了汽車工業大批量生產的需要。并且,壓力機自身的技術和性能,在近十多年的實踐中得到不斷完善和發展,如:拉伸工位采用變速多連桿機構,數控液壓拉伸墊代替雙動壓機、現場總線控制技術等。以一臺多工位壓力機系統代替一條由5-6臺壓機組成的沖壓線,按同規模沖壓生產量比較,設備投資可減少20%-40%,能量消耗減少50%-70%,沖壓件綜合成本可節約40-50%,而且節省了大量生產面積和設備投資,降低了工人數量??蛇M行柔性沖壓生產的大型多工位壓力機,代表了當今國際鍛壓技術的較高水平,是目前世界上大型覆蓋件沖壓設備的較高級發展階段,也是車身覆蓋件沖壓成型生產的發展方向。1.2鍛造國外的鍛造自動化也取得了長足發展?,F代化的大型自由鍛造車間的鍛造液壓機、操作機、鍛造吊車實現了聯動控制,全部機械化,并配有鍛件尺寸自動測量裝置,鍛造壓機與操作機數控聯動,鍛造加熱爐自動控制。中小型自由鍛實現了壓機與操作聯動微要控制、計算機自動編程的自動程序鍛造。熱模鍛方面,大型汽車零件模鍛件大部分采用以多工位熱模鍛壓機為主休的綜合自動線,美國、德國、日本基本采用熱模鍛壓力機取代原有的模鍛錘,中小型模鍛件采用多工位高速自動熱鐓機,較高速度達到4000-12000件/小時。德國穆勒.萬加頓公司開發研制了直接驅動的螺旋壓力機,并組成全自動鍛造線,較大噸位達到25000噸,主要用于中、重零件的模鍛和精密鍛造。2、高速化復合化相結合,提高加工效率提高生產率是永恒的追求目標,各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究,各鍛壓廠家均致力于鍛壓機械的高速化研究,在數控回轉頭壓力機上,主要采用伺服控制的液壓主驅動系統來提高壓機的行程次數。在追求高速化加工的同時,還必須盡可能縮短生產輔助時間,以取得良好的技術經濟效益。在數控壓機上配備伺服電機驅動的三坐標上下料裝置,可使沖壓中心實現高效板材加工。將幾種工藝或幾個工序復合在一臺機床上完成,是當前各類機床大幅壓縮生產輔助時間,提高生產率的重要技術途徑,在鍛壓機械上也得到了成功應用,效果十分顯著。如:德國、美國、日本已相繼開發出激光一步沖復合機,將模具沖切與激光切割有機地結合起來,工件一次上料即可完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉伸、切割等多道工序,較大限度地節省了輔助時間,特別適合孔型多而復雜的面板類工件的加工及多品種小批量板料加工。3、鍛壓設備控制系統的發展趨勢鍛壓產品面臨的重要挑戰之一,是如何更具柔性,以適應“及時生產”的要求。壓力機用戶要求設備的所有控制功能集成化,從而實現全套模具的菜單化管理,主要包括滑塊行程調整、平衡器氣壓的調整、氣墊行程調整,以及自動化控制系統等各個環節的參數設定。壓力機控制系統的集成化,可通過單一操作接口實現所有壓機和模具的各項控制功能,包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關和模具監控的調整等,并使設備的維修保養更加方便,而且明顯增加壓力機的有效工作時間。具有現場通信網絡、現場設備互聯、互動操作性、分散功能模塊、開放式互聯網絡的現場總線技術,是壓力機控制技術的發展方向,對實現自動化具有明顯也推動作用。4、注重環境保護是當今世界性的潮流許多國外鍛壓設備愈來愈重視環保問題,如在數控轉塔壓力機上,工作臺普遍采用柔性的尼龍刷支撐代替傳統的滾珠支撐,以減少噪聲污染;變速壓機實現快速下降,慢速沖裁工件,快速回程,使振動和噪聲大大降低。特別是歐洲市場,已基本貫徹ISO14000系列標準(環境管理、避免振動和噪音),鍛壓設備必須通過CE認證。5、模具技術發展的幾個特點模具與壓力機是決定沖壓質量、精度和生產效率的兩個關鍵因素。先進的壓力機只有配備先進的模具,才能充分發揮作用,取得良好效益。模具的發展方向為:5.1充分運用IT技術發展模具設計、制造用戶對壓力機速度、精度、換模效率等方面不斷提高的要求,促進了模具的發展。外形車身和發動機是汽車兩個關鍵部件,汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具,技術密集,體現當代模具技術水平,是車身制造技術的重要組成部分。車身模具設計和制造約占汽車開發周期三分之二的時間,成為汽車換型的主要制約因素。目前世界上汽車的改型換代一般約需48個月,而美國僅需30個月,主要得益于在模具業中應用了CAD/CAE/CAM技術和三維實體汽車覆蓋件模具結構設計軟件。另外,網絡技術的廣泛應用提供了可靠的信息載體,實現異地設計和異地制造。虛擬制造等IT技術的應用,將推動模具工業的發展。5.2縮短金屬成型模具的試模時間主要發展液壓高速試驗壓力機和拉伸機械壓力機,特別是在生產型機械壓力機上的模具試驗時間可減少80%,具有巨大的節省潛力。這種試模機械壓力機的發展趨勢是采用多連桿拉伸壓力機,它配備數控液壓拉伸墊,具有參數設置和狀態記憶功能。5.3車身制造中的級進沖模發展迅速在自動沖床上用級進沖裁?;蚪M合沖模加工轉子、定子板,或者應用于插接件作業,都是眾所周知的沖壓技術。近些年來,級進組合沖裁模在車身制造中開始得到越來越廣泛的應用,用級進模直接把卷材加工為成型零件和拉伸件,加工的零件也越來越大,省去了用多工位壓力機和成套模具生產所必需串接的板材剪切、涂油、板坯運輸等后續工序。級進組合沖模已在美國汽車工業中普遍應用,其優點是生產率高,模具成本低,不需要板料剪切,與多工位壓力機上使用的階梯模相比,節約30%。但是,級進組合沖模技術的應用受拉伸深度、導向和傳輸的帶材邊緣材料表面硬化的限制主要用于拉伸深度比較淺的簡單零件,因此不能完全替代多工位壓力機,絕大多數零件應優先考慮在多工位壓力機上加工。三、我國鍛壓工業的現狀及發展對策沖壓方面,目前我國主要汽車生產廠,約有90%的沖壓線采用一臺雙動拉伸壓力機(或多連桿單動拉伸壓力機)和4-6臺單動壓力機組成沖壓流水線,手工上下料完成大型覆蓋件的沖壓生產,生產效率低,生產節拍較高只有3-5次/分;人身安全和工件環境差;在手工上下料和傳送工件過程中,易造成工件劃傷等缺陷,沖壓制件質量差;整條沖壓線長60米左右,約需20-24名操作工人,占地面積大,人工成本高,沖壓件制造成本比國外高2-3倍,是我國汽車工業嚴重缺乏市場競爭力的重要因素之一。我國有90%的沖壓線采用人工上下料,另有10%的沖壓線實現了單機聯線自動化,生產節拍較高為6-8次/分,而代表當今沖壓技術國際水平的大型多工位壓力機,在我國汽車工業中的應用仍是空白。這也是我國沖壓行業與西方發達國家的主要差距所在,在很大程度上制約了我國汽車工業的發展。熱鍛方面,大型自由鍛造的設備能力過剩,設備布局分散,利用率極低,機械化、自動化程度低,鍛件加工余量大,工人勞動條件差,勞動強度大。國內自行設計制造了三條800T雙機聯動快鍛機組,但自動化程度不高;國內冶金行業引進少量的快鍛機組和精鍛生產線;汽車大型模鍛件的自動化方面,只有一汽、二汽等少數大公司從國外引進熱模鍛壓力機自動線,絕大部分仍采用蒸空模鍛錘和壓力機模鍛相結合的格局,自動化程度低;中小件的模鍛,仍然是模鍛錘占多數,基本上是手工操作,錘上模鍛機械手實際應用很少,高速自動熱鍛機主要依賴進口。隨著我國工業技術水平的發展,特別是以轎車為代表的汽車工業快速發展,帶動汽車零件的產量和質量不斷提高。但必須清醒地認識到,中國與國際先進水平仍有很大差距,而且隨著加入WTO,國際大汽車公司必然嚴重沖擊中國汽車工業,國內同行之間的競爭也將日趨激烈。中國汽車工業的發展,離不開裝備工業的大力支撐,鍛壓設備制造業必須滿足汽車工業大批量生產的要求,向自動化、高效率方向發展。大型自由鍛造向數控化、高精度化、專業化發展;用精鍛和冷溫擠壓逐步代替中小自由鍛件。大力發展壓力機熱模鍛自動線技術。汽車車身覆蓋件沖壓向單機聯線自動化特別是大型多工位壓力機方向發展。根據國外的經驗,汽車產量達到15萬輛以上的企業,就有必要采用大型多工位壓力機連續自動沖壓,降低沖壓件的成本??梢哉J為,誰先掌握和使用大型多工位自動壓力機,誰就將在汽車的產量、質量、成本等方面占據競爭優勢。中國鍛壓行業一定要提高核心競爭力和技術水平,堅持“中國裝備,裝備中國”,研制出技術、質量、國內價格的大型多工位壓力機,支持汽車產業發展,提高汽車行業的國際競爭力,振興民族工業。四、濟南二機床集團有限公司概況及鍛壓設備發展水平我們濟南二機床集團有限公司始建于1937年,50年代研制出中國一臺機械壓力機和龍門刨床,以機械壓力機為主的重型鍛壓設備和以銑刨床、數控龍門鏜銑床為代表的金切機床,國內市場占有率達80%以上,并遠銷世界40多個國家和地區,被譽為中國“鍛壓、龍門世家”?,F為全國520家重點企業之一,中國鍛壓行業的排頭兵,已發展了鍛壓設備、數控機床、自動化產品、鑄造設備、環保機械、建材機械六大類產品。企業占地101萬平方米,下設11個生產廠、8個全資子公司,在崗職工4700余人,其中,工程技術人員近800人,總資產逾11億元。建立技術創新機制,實施“鍛壓設備自動化、金切機床數控化”產品發展戰略,形成并不斷發展了核心技術與核心產品。為盡快掌握世界先進的鍛壓設備開發與制造技術,我們實施高技術嫁接,擴大與美、德、法、日、瑞典等國九家公司,以及十余家國內高校、科研院所的合作生產和產學研聯合,加快產品“兩化”發展,迅速發展完善了數控鍛壓設備、數控金切機床、自動化設備等高新技術產品,推動了產品多元化發展。同時,加強企業技術中心建設,不斷提高自主技術創新開發能力,每年開發研制四、五十種新產品,90%達到國際或國內先進水平,技術進步產品產值占新增工業產值的70%以上,2000年國家認定企業技術中心綜合評價中躋身前50強之列,企業還入選首屆“中國機械十大杰出企業”、“中國機械工業核心競爭力三十佳”。繼八十年代引進美國VERSON公司的機械壓力機設計和制造技術后,90年代又引進了美國ISI機器人公司的沖壓自動化技術,1996年-2001年分別與日本小松公司及德國穆勒.萬加頓公司合作生產大型沖壓線,進一步發展了鍛壓設備的核心技術和核心競爭力,鞏固了國內技術和市場的主導地位,產品打入了歐美等國際市場。我們還承擔完成了國家重點科技攻關計劃――《轎車大型覆蓋件沖壓自動化關鍵裝備――上下料機械的的開發》,合作完成了上海通用等二十余條單機聯線沖壓自動化生產線的設計、制造,并在全自動換模技術、現場總線等若干關鍵技術領域取得了一系列成果,單機線自動化技術已達到當今國際水平。我公司還引進了美國VERSON公司大型多工位壓機的技術資料,與德國穆勒.萬加頓公司合作生產了兩臺2000T多工位壓力機并出口北美市場,具備了開發、設計和制造大型多工位壓力機的技術水平和能力。目前,已形成了大中小型、高中低檔、各種規模型號的鍛壓設備及自動化輔機系列,包括:單動、雙動及單點、雙點、四點閉式機械壓力機,及其組成的各種沖壓生產線;全自動沖壓線,大型多工位壓力機;開式壓力機,數控板料折彎機,數控剪板機;冷擠壓機、多工位冷擠壓機、精壓機;單機自動及連線自動沖壓裝置,自動開卷落料線,轉塔沖床。同時,還迅速發展了30多個系列、100多個品種的數控機床,形成了提供“高新數控套餐”的能力,能提供自動化沖壓車間的全套裝備。實施高起點改造,構建國際的鍛壓設備制造實力。經過“七五”、“八五”和“雙加”等技術改造,完成技改投資3億多元,加強企業技術中心建設,擁有完善的科研、設計、加工、檢測手段。新增大型MAAG插齒機、大型數控機床等關鍵設備儀器300余臺(套),主要生產設備共1200余臺。擁有世界的重型壓力機生產廠等3個壓力機商品廠,國內的數控機床制造廠等3個數控機床商品廠,中國機床行業金屬結構件樣板廠等3個毛坯廠,和1個自動化設備廠、1個專業化加工廠,構建了強大的制造體系,具備年產各種機床570標準臺的生產能力,可制造世界上較大公稱力的超重型機械壓力機和重型金屬切削機床,成為國內同行業裝備和制造實力較強的企業之一。推進管理創新,提高了滿足市場需求的能力。深化人力資源管理,強人干部職工的政治、業務培訓,建立崗技效益工資制度,健全了競爭與激勵機制。實施“生命工程”和“精品工程”,建立并運轉嚴格的質量保證體系,并能過了DNV公司ISO9001國際質量認證,產品質量達到國際先進水平。實施“并行工程”和“敏捷制造工程”,引入MRPII,建立了生產快速反應機制。加強產品目標成本控制和比質比價采購,提高企業素質。企業管理水平和綜合實力位居全國機床行業前列,為制造高質量、高水平鍛壓裝備,提供了可靠的管理保證。依托核心技術和核心能力,向國內市場提供了大量先進裝備。近幾年,我們的大、重型機械壓力機國內市場占有率提高到90%,向市場推出了國內一條全自動沖壓生產線、智能化控制的一級精度重型沖壓生產線等高水平鍛壓裝備。1997年以來,以合作方式成功為美國通用汽車公司本部及其在英國、加拿大、泰國、中國上海的分公司,提供了7條高水平重型沖壓線,開創了國產大、重型鍛壓裝備成線出口之先例。1998年,壓力機批量出口非洲市場。2000年,與德國穆勒.萬加頓公司合作,贏得了上海通用汽車公司第三條沖壓線、美國通用汽車公司本部兩條重型沖壓線、墨西哥兩臺大型多工位壓力機等訂貨合同;自營出口也實現重大突破,與德國代理商簽訂了17臺機械壓力機出口合同,SC2系列壓力機開始批量進入國際市場,特別是自主設計制造的2000噸重型機械壓力機成功打入美國市場,標志著國際市場營銷實現重大突破。2000年數控機床合同總額比上年激增350%,大型數控龍門鏜銑床訂貨額躍居全國機床行業首位,2001年的市場占有率進一步提高,繼重型鍛壓設備之后,成為新興的主導產品,并中標上海磁懸浮列車等國家重點工程項目。中國加入WTO,必將給中國鍛壓行業及汽車、家電、航天航空等用戶行業帶來巨大機遇與挑戰,推動鍛壓技術、裝備及市場的結構升級與發展??梢灶A見,不久的將來,自動化鍛壓技術將主導中國鍛壓裝備市場的競爭格局。依托企業核心能力,我們有信心,也有決心,與社會同行一起,以自動化、數控化、柔性化為發展方向,用信息技術改造傳統產業,推動我國鍛壓技術及裝備的發展與升級,在增強自身國際競爭力的同時,有力地支持中國汽車等民族工業的發展。

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