近十多年來(lái)，隨著對(duì)發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識(shí)，沖壓成形技術(shù)無(wú)論在深度和廣度上都取得了

前所未有的進(jìn)展，其特征是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開(kāi)始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)

控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合，推動(dòng)了先進(jìn)沖壓成形技術(shù)的形成和發(fā)展。本文著重結(jié)合汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展需求

，討論沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

    1.沖壓技術(shù)發(fā)展的特征

    沖壓技術(shù)的真正發(fā)展，始于汽車(chē)的工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀(jì)初，美國(guó)福特汽車(chē)的工業(yè)化生產(chǎn)大大推動(dòng)了沖術(shù)的研究

和發(fā)展。研究工作基本上在板料成形技術(shù)和成形性?xún)煞矫嫱瑫r(shí)展開(kāi)，關(guān)鍵問(wèn)題是破裂、起皺與回彈，涉及可成形性

預(yù)估、成形方法的創(chuàng)新，以及成形過(guò)程的分析與控制。但在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里，對(duì)沖壓技術(shù)的掌握基本上是經(jīng)

驗(yàn)型的。分析工具是經(jīng)典的成形力學(xué)理論，能求解的問(wèn)題十分有限。研究的重點(diǎn)是板材沖壓性能及成形力學(xué)，遠(yuǎn)不

能滿足汽車(chē)工業(yè)的需求。60年代是沖壓技術(shù)發(fā)展的重要時(shí)期，各種新的成形技術(shù)相繼出現(xiàn)。尤其是成形極限圖

（fld）的提出，推動(dòng)了板材性能、成形理論、成形工藝和質(zhì)量控制的協(xié)調(diào)發(fā)展，成為沖壓技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里

程碑。

    由于80年代有限元方法及cad技術(shù)的先期發(fā)展，使90年代以數(shù)值模擬仿真為中心的和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在沖壓領(lǐng)

域得以迅速發(fā)展并走向?qū)嵱没蔀椴牧献冃涡袨檠芯亢凸に囘^(guò)程設(shè)計(jì)的有力工具。汽車(chē)沖壓技術(shù)真正進(jìn)入了分析

階段，傳統(tǒng)的板成形技術(shù)開(kāi)始從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)化。

    縱觀上世紀(jì)的發(fā)展歷程可見(jiàn)：

    （1）沖壓性能的研究和改進(jìn)是與沖壓技術(shù)的發(fā)展相輔相承的。

    （2）汽車(chē)、飛機(jī)等工業(yè)的飛速發(fā)展，以及能源因素都是沖壓技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力。進(jìn)入新世紀(jì)，環(huán)境因素

及相關(guān)的法律約束日益突出，汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)和制造成為當(dāng)前的重要課題。

    （3）成形過(guò)程數(shù)字化仿真技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)傳統(tǒng)沖壓技術(shù)走向科學(xué)化，進(jìn)入先進(jìn)制造技術(shù)行列。

    （4）沖壓技術(shù)的發(fā)展涉及材料、能源、模具、設(shè)備等各方面。工藝方法的創(chuàng)新及其過(guò)程的科學(xué)分析與控制是

技術(shù)發(fā)展的核心；模具技術(shù)是沖壓技術(shù)發(fā)展的體現(xiàn)，是決定產(chǎn)品制造周期、成本、質(zhì)量的重要因素。

    2、先進(jìn)成形技術(shù)的發(fā)展

    沖壓技術(shù)的發(fā)展與材料和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。預(yù)計(jì)未來(lái)10-15年，環(huán)境要求和日益嚴(yán)格的環(huán)保法律，將促使汽車(chē)材

料和結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化。為了減少城市co2的排放量，汽車(chē)力求輕量化，其最突出的發(fā)展方向是提高所用材料的比

強(qiáng)度和比剛度及發(fā)展高效的輕量化結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代車(chē)身結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)度鋼約占25%。目前在繼續(xù)開(kāi)發(fā)超高強(qiáng)度鋼的同時(shí)

，結(jié)合發(fā)展新的“高效結(jié)構(gòu)”和制造技術(shù)，爭(zhēng)取使車(chē)身重量減少20%以上。但更引人關(guān)注的努力方向是擴(kuò)大鋁、鎂

等低密度合金材料在汽車(chē)上的應(yīng)用。

    歐美正在研究開(kāi)發(fā)未來(lái)型的鋁車(chē)身家用小汽車(chē)，可使重量減輕40-50%，耗油僅為現(xiàn)行小汽車(chē)平均值的三分之一

。目前的主要問(wèn)題是開(kāi)發(fā)低成本鋁合金，發(fā)展新結(jié)構(gòu)和高效制造方法，以及改進(jìn)回收技術(shù)。一旦成本問(wèn)題解決了，

鋁合金可能成為汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)材料。

    自1991年以來(lái)，鎂的產(chǎn)量每5年增加1倍，是很有前途的未來(lái)材料，預(yù)計(jì)2003年后鎂的應(yīng)用將有明顯上升，包括

大的車(chē)身外部零件。

    復(fù)合板材料在汽車(chē)、飛機(jī)、醫(yī)藥、食品、化工、日用品等方面也均有廣闊應(yīng)用前景。

    此外烘烤硬化板、表面改性板等改性材料。80年代，歐美研究鍍鋅板的沖壓技術(shù)；90年代，重點(diǎn)研究激光拼焊

板的沖壓及各種擠壓管坯型材的精密成形技術(shù)。鋁型材骨架件的用量也在不斷增加。

    結(jié)構(gòu)整體化是重要的發(fā)展趨勢(shì)，不僅對(duì)于飛機(jī)，未來(lái)汽車(chē)也將擴(kuò)大應(yīng)用。

    隨著新材料和新結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大應(yīng)用，迫切需要發(fā)展相應(yīng)的低成本沖壓成形技術(shù)。當(dāng)前的研究重點(diǎn)：

    鋁合金覆蓋件等車(chē)身零件的沖壓技術(shù)。國(guó)外已有實(shí)用的工藝及模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料。

    （2）多種厚度激光拼焊板坯的沖壓技術(shù)。

    （3）擠壓管坯的內(nèi)高壓成形技術(shù)。

    （4）復(fù)合板的成形技術(shù)等。

    對(duì)于飛機(jī)工業(yè)來(lái)說(shuō)，鈦合金、鋁鋰合金復(fù)雜形狀零件及鋁合金特殊結(jié)構(gòu)件的成形技術(shù)是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

    以液體直接或間接作為半模或傳感應(yīng)介質(zhì)的各種液壓成形技術(shù)，屬于半模成形或軟模成形，有很多優(yōu)點(diǎn)（已有

近60年歷史），是飛機(jī)鈑金零件的主要制造方法。近十多年來(lái)在高壓源及高壓密封問(wèn)題解決后，得以迅速發(fā)展，在

汽車(chē)工業(yè)中獲得重要應(yīng)用。液壓成形包括液壓橡皮囊成形、充液拉深成形和內(nèi)高壓脹管成形。液壓橡皮成形已從航

空工業(yè)的傳統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)大到汽車(chē)的復(fù)雜內(nèi)外板件的成形，在100-140mpa的壓力下，成形質(zhì)量很好，適用于試制和小批

量生產(chǎn)。新興的內(nèi)高壓成形技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化、工業(yè)化，生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的支架、排氣管、凸輪軸及框架件等，達(dá)到了很

好的效率和效益預(yù)計(jì)液壓成形、拼焊毛坯沖壓成形及激光焊接裝配將是未來(lái)汽車(chē)輕量化的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

    此外粘介質(zhì)壓力成形、磁脈沖成形，以及各種無(wú)模成形技術(shù)的研究也有很大進(jìn)展，顯現(xiàn)出越來(lái)越多的工藝柔性

。

    3.數(shù)字化成形技術(shù)的發(fā)展

    先進(jìn)成形技術(shù)是在傳統(tǒng)成形技術(shù)的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)為支柱，綜合利用信息、電子、材料、能源、環(huán)境工程等

各項(xiàng)高新技術(shù)及現(xiàn)代管理技術(shù)，有利于最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命期綜合優(yōu)化的沖壓成形技術(shù)，是能越大程度地達(dá)到“精

、省、凈”目標(biāo)，獲得高綜合效益的成形技術(shù)。

    發(fā)展先進(jìn)成形技術(shù)的關(guān)鍵在于：

    大力發(fā)展沖壓成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)分析仿真技術(shù)（cae）。

    （2）并行工程（ce）、并行工作模式逐步取代傳統(tǒng)的串行順序式工作模式。

    計(jì)算機(jī)輔助過(guò)程分析仿真（cae）是20世紀(jì)后期對(duì)于金屬成形最具重大意義的技術(shù)進(jìn)步之一，其核心是有限元

分析技術(shù)。

    以有限元法為基礎(chǔ)的沖壓成形過(guò)程中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)或數(shù)值模擬技術(shù)，以沖壓模具設(shè)計(jì)、沖壓過(guò)程設(shè)計(jì)與工藝

參數(shù)優(yōu)化提供了科學(xué)的新途徑，將是解決復(fù)雜沖壓過(guò)程設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的最有效手段。國(guó)外大型企業(yè)的應(yīng)用步伐非

常迅速，而汽車(chē)工業(yè)走在前列，現(xiàn)已逐漸成熟，用于模具設(shè)計(jì)和試模的時(shí)間減少50%以上。美國(guó)gm居世界領(lǐng)先地位

。

    數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可概括如下：

    進(jìn)一步提高模擬計(jì)算的精度和速度。重點(diǎn)突破回彈精確預(yù)測(cè)；發(fā)展快速有限元模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“當(dāng)天工程”、

甚至“2小時(shí)工程”；同時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，解決復(fù)雜變形路徑等基礎(chǔ)性問(wèn)題。

    （2）降低軟件對(duì)人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的要求。目前市場(chǎng)軟件功能強(qiáng)大，主要面向分析師，買(mǎi)了先進(jìn)軟件系統(tǒng)，不一

定能獲得好的模擬結(jié)果。面向中小企業(yè)，推廣更加困難。

    （3）降低軟件對(duì)硬件平臺(tái)的要求。目前，幾乎著名的沖壓模擬軟件都已完成向微機(jī)版的轉(zhuǎn)化。

    （4）加強(qiáng)初始化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的研究。初始化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)（初始方案），作為計(jì)算分析的起點(diǎn)和修改的基礎(chǔ)，至今

仍需要靠有經(jīng)驗(yàn)的人員完成。迫切需要發(fā)展知識(shí)庫(kù)工程（kbe），將專(zhuān)家系統(tǒng)（es）、人工智能技術(shù)（ai）與有限

元模擬軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化初始工作，減少對(duì)工藝專(zhuān)家的依賴(lài)。

    （5）加強(qiáng)基礎(chǔ)試驗(yàn)。材料性能本構(gòu)關(guān)系、摩擦狀態(tài)、缺陷判據(jù)等數(shù)據(jù)來(lái)自試驗(yàn)，其真實(shí)性、準(zhǔn)確性是限制模

擬分析達(dá)到可靠精度的重要因素。

    （6）進(jìn)一步向產(chǎn)品沖壓制造系統(tǒng)擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)制造全過(guò)程、全生命期的綜合優(yōu)化。目前，成形過(guò)程分析，仍重

在解決成“形”問(wèn)題。未來(lái)，將同時(shí)向改“性”發(fā)展，實(shí)現(xiàn)變形方式、成形過(guò)程及成形后性能的綜合優(yōu)化。

    （7）普及cae技術(shù)勢(shì)在必行。cad技術(shù)經(jīng)過(guò)5-10年的大力普及，基本解決了手工繪圖問(wèn)題。未來(lái)5-10年，cae技

術(shù)的普及將勢(shì)在必行。

    中小機(jī)械制造企業(yè)70多萬(wàn)家，沖壓、模具企業(yè)為數(shù)甚大，以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)的任務(wù)十分艱巨，結(jié)合產(chǎn)業(yè)

調(diào)整，統(tǒng)籌規(guī)劃，需要提上日程。

    4、沖壓成形技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

    進(jìn)入90年代以來(lái)，高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技術(shù)的形成和發(fā)展。21世紀(jì)的沖壓技術(shù)

將以更快的速度持續(xù)發(fā)展，發(fā)展的方向?qū)⒏油怀觥熬⑹?、凈”的需求?

    （2）沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化?？茖W(xué)化主要體現(xiàn)在對(duì)成形過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益

的預(yù)測(cè)和可控程度。成形過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實(shí)用化方面取得很大發(fā)展，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地集成。人

工智能技術(shù)、智能化控制將從簡(jiǎn)單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復(fù)雜形狀零件成形，從而真正進(jìn)入實(shí)用階段。

    （3）注重產(chǎn)品制造全過(guò)程，最大程度地實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造

全過(guò)程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。

    （4）對(duì)產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評(píng)估能力將有大的發(fā)展。以便從產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)甚至構(gòu)思時(shí)起，

就能針對(duì)零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評(píng)估。

    （5）沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以適應(yīng)未來(lái)小指量多品種混流生產(chǎn)模式及市場(chǎng)多樣化、個(gè)性化需

求的發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化的快速響應(yīng)能力。

    （6）重視復(fù)合化成形技術(shù)的發(fā)展。以復(fù)合工藝為基礎(chǔ)的先進(jìn)成形技術(shù)不僅正在從制造毛坯向直接制造零件方

向發(fā)展，也正在從制造單個(gè)零件向直接制造結(jié)構(gòu)整體的方向發(fā)展。

    加入wto以后，中國(guó)的汽車(chē)工業(yè)、航空航天工業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)必將有大的發(fā)展。我國(guó)的沖壓行業(yè)既充滿發(fā)展的機(jī)

遇，又面臨進(jìn)一步以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)事業(yè)將向沖壓成形技術(shù)的發(fā)展提出更

多更新更高的要求。我國(guó)的板料加工領(lǐng)域必須加強(qiáng)力量的聯(lián)合，加強(qiáng)技術(shù)的綜合與集成，加快傳統(tǒng)技術(shù)從經(jīng)驗(yàn)向科

學(xué)化轉(zhuǎn)化的進(jìn)程。加速人才培養(yǎng)，提升技術(shù)創(chuàng)新能力，提高沖壓技術(shù)隊(duì)伍的整體素質(zhì)和生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力.