我国已成为世界制造业中心和消费大国,金属成形行业也获得了快速发展。2001年至2008年,我国金属成形行业年产值平均每年增长29%。由于金属成形行业涉及整个制造业,难以全面统计,在此选取若干代表性行业的统计数据进行简要分析
金属成形零部件主要用户行业概况
全世界约70%以上的金属材料要通过变形加工制成产品,其中大部分零件要以板材、管材或型材作为原材料或半成品进行冲压加工成形。这表明金属成形行业每年要加工成形2/3的钢材产品。以2008年为例,我国的钢材产量为5.85亿吨,意味着金属成形行业要加工3.9亿吨钢材。 冲压模具。2000年至2008年冲压模具产值平均每年增长29.6%,环比年均增长18.6%,进出口额平均每年分别增长17.7%和84.7%,环比年均分别增长12.9%和32%。其中,一个可喜的现象是,国产模具产值和出口额两个指标的增长速度远远大于模具进口额的增长速度,充分说明我国冲压模具制造业取得了长足进步。 锻压设备。从2000年至2008年,我国金属成形设备的年产值、进口、出口额平均每年分别增长88.5%、42.3%、40.4%,其中产值和进口环比年均分别增长36%和23.9%。
金属成形行业技术发展状况
大型覆盖件冲压技术。现代汽车工业生产具有生产规模化、车型变化快、产品个性化、多品种共线生产的特点。车身覆盖件呈现大型化、一体化的特征。 汽车大型覆盖件及其模具(模具设计、制造大约占汽车研发2/3的时间和资金)的设计制造能力,一直是决定汽车产品开发速度和品质的核心要素。近年来,通过技术引进和改造,我国大中型汽车覆盖件模具的设计研发能力不断提高,汽车冲压生产装备有了极大改善,大型覆盖件冲压技术取得了长足进步。 现代汽车生产的冲压装备必须具备高速、高效、高精度、高柔性、全自动化、安全环保的特点。大型多工位压力机、高效柔性冲压自动化生产线是当今大型冲压装备的两大发展趋势。大型多工位压力机在国外应用比较普遍。伺服压力机技术是目前国际上最先进的压力机技术之一。 液压成形技术。液压成形技术是一种特殊的柔性塑性加工成形工艺,可分为板材液压成形和管材液压成形,能够克服常规工艺的不足,制模简单、周期短、成本低、质量好、形状和尺寸精度高,尤其适合在单道工序内成形复杂形状的零件,多用于汽车、航空航天、电器仪表等领域中小批量、多品种的复杂零件生产。近年来,随着液压成形设备及其控制技术的发展,不断推出了替代传统成形技术而开发的新产品,制造出了其他方法难以成形的复杂工件,对提高汽车性能、减少零件数量和汽车自重具有十分重要的意义。 板材液压成形。板材液压成形包括液压胀形、橡皮膜液压胀形、充液拉深成形、无模液压胀形、黏性介质液压胀形等,具有以下特点:模具费用降低30%以上,可显著降低零件生产成本;不同厚度、不同材料的零件可以在同一个模具上生产;可提高产品质量,明显改善产品性能;大幅减少成形工序和焊接零件数量;特别适合于成形性能差或高强度的材料加工;更换模具和成形时间相对较短。 管材液压成形。管材液压成形是一种以液体为传压介质,利用管内液体产生的高压(工作压力通常为100MPa~400MPa,最高达1000MPa)使金属管坯变形成为具有三维形状零件的现代塑性加工技术,属于液力成形的范畴,具有以下优点:减轻重量,节约材料;液压成形件的比强度、比刚度和使用寿命比传统拼焊构件和铸件高许多;可有效抑制工件的热变形和回弹;减少了零件和模具数量,可降低模具费用;具有较高的成形自由性,使设计工作更具灵活性;降低生产成本。 我国在液压成形技术的研发和应用上已积累了一定经验,并形成了一定特色。但与国外相比,尤其在新产品开发、专用设备研制方面,还相对落后。主要是高压水发生器、阀门管路配件、自动化控制水平较低,经验较少。 激光拼焊毛坯成形技术。拼焊板是指将不同厚度、不同材质、不同强度或不同性能的平板材料焊接在一起形成的平板坯料。对拼焊板进行冲压成形使之成为所需零件,称为拼焊板冲压成形技术。 全球拼焊板产量逐年上升,增长势头十分强劲。据统计,在北美、欧洲和日本,已采用拼焊板技术的汽车企业每年对拼焊板需求涨幅在25%~30%左右。 激光拼焊毛坯制备技术。为了获得优质的拼焊板,目前世界上先进的拼焊板生产工艺流程是板料精切→激光焊接→精度检验。将两张或多张不同厚度或不同材质的板料精切后,经过激光器的高速焊接再进行焊缝处理后,通过测量系统,检测其精度。对于不同厚度或不同强度的母材组成的拼焊板, 冲压过程中不可避免地存在焊缝移动。目前, 控制焊缝移动的工艺方法主要有改变压边圈形式、设置拉延筋、合理布置焊缝初始位置、设计特殊装置抑制焊缝在成形中的移动以及采用先进成形工艺等。 汽车超高强钢板热冲压成形技术。汽车领域对薄壁结构件的轻量化、整体化、精品化及安全性的需求,使许多特种难成形板材如超高强钢板、铝合金等日益受到重视,但这类材料在室温下成形性能差,而在热环境下成形是有效手段之一。 近年来,世界各大汽车厂逐步增加了高强钢的使用量。钢铁行业在高强钢方面的研发投入也有较大增长。目前,对抗拉强度达到1500MPa的超高强度钢板,已开始利用热成形及同时淬火的热成形技术方法(简称热冲压成形技术),这代表了目前超高强度钢在汽车领域应用的最高水平,国内宝钢正在研发类似钢种。 电磁成形技术。电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形方法。因为在成形过程中载荷是以脉冲的方式作用于毛坯,因此又称为磁脉冲成形。其具有以下突出优点:可大幅度提高材料的成形极限;可对非金属涂层或放在容器内的工件进行成形加工;电磁成形属单模成形,简化了模具制造,增强了加工柔性;可对复杂零件进行高精度加工,残余应力小,回弹小;可进行复合及混合加工,缩短加工周期;具有纯电磁特性,与其他高速高能加工方法相比,容易实现能量控制和生产自动化、机械化;具有较强的工艺灵活性,同一感应线圈可以进行多种加工。电磁成形还可用于多种工序的复合成形、异型管成形、容器密封、电磁铆接和粉末压实等。 无模多点成形技术。该技术具有以下特点:可节约大量模具材料和设计、制造费用;在一台设备上可进行不同形状零件的加工;可实现板料变路径成形;易于实现CAD、CAE、CAM、CAT一体化及板料成形自动化;缩短新产品开发周期,降低产品成本。多点成形技术适用于各种金属曲面的制造,可实现单件、小批零件的规范加工。一个基本的多点成形装备由三大部分组成,即CAD/CAM软件、控制系统及多点成形主机。
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