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中国钣金制作行业 “十三五”发展纲要
来源:中国数控机床网   发表时间:2018/5/29 21:07:00  浏览次数:
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钣金制作是对板材、型材、管材等金属材料进行综合加工的工艺,这种工艺通过手工、通用设备或特殊装备和简易工、模、夹具,实现金属结构件需求的板材成型,包括剪、冲、切、打磨、折弯、拉弯、铆接、焊接、表面处理和组装等。

 

“十二五”期间,钣金制作技术与传统相比已有本质的飞跃。目前,钣金制作技术是以数控钣金制作设备为核心,配以工装、模具和夹具等设备,形成坚实的现代的高新技术成型行业。其主要设备如数控冲床、激光切割机、数控折弯机等。数控技术在钣金制作行业的应用与发展进入了高峰期。信息技术的进步在自动化、智能化的生产制造进程中担当主角。当今社会,在人们的生活中,可以说钣金制作产品无处不在,已被广泛用于航空、船舶、轨道交通、汽车、计算机、通信设备、医疗器械、建筑装修和仪器仪表等领域。应用领域广泛,也就形成了庞大的现代钣金制作行业。

目前钣金制作行业平稳增长,根据中国锻压协会的统计和推算,2012年底钣金制作行业有250万从业人员,销售总额约6800亿元人民币,50人以上企业有2.5万家。2013年销售额约7000亿元人民币,2014年销售额约7500亿元人民币。

“十二五”期间,钣金制作下料工艺得到优化,企业广泛使用激光切割机进行下料,同时也开始使用数字化排料技术,优化了下料工艺,提高了工件的加工精度,特别节约了板材。

在钣金制作加工中,连接等新技术成功研发并推广。无铆连接和锁铆连接新技术得到广泛应用,在一定程度上提高了劳动生产率,缩短了交货周期。加工钻孔、倒角、攻螺纹、压铆和拉铆等所用的设备如钻床、压铆机和拉钉枪等都有重大创新,既实用又快捷方便。

经过多年的实践和经验总结,钣金制作零件展开系数计算标准已经形成。传统的钣金零件展开方法周期长、效率低和精度差,目前先进的CAD系统逐渐增多,这些专门的钣金制作零件设计系统功能强,再加上长期的经验积累,建立了必要的数据库。展开系数计算标准已经基本形成。有力地推动了钣金制作行业的发展和进步。

钣金制作中的成型工艺逐渐完善。“十二五”期间钣金制作产品逐步完善了生产工艺,以通信设备行业中钣金件的生产为例,已经研究开发出三种加工工艺,可根据订单具体要求进行选择。各应用领域的产品成型工艺逐渐完善,便于企业根据订单要求选择合适工艺进行生产,为钣金制作实现数字化、自动化和智能化生产奠定了基础。

板材冲剪切复合加工技术在梯形类和长条形类零件的批量生产中得到应用和推广。在生产过程中,零件紧密排布、避免了加工死区、少或无余料,优化了材料的利用率。冲剪切分离,两台机床(一个控制系统)同时进行工作,机床的利用率和生产率得到大幅度提高。冲床和斜剪现实连线,由原材料至零件分选码垛自动完成,只需人工定时补充原材料及取走加工码好的零件,无需专人值守,劳动强度小,大大减少人工费用。由于加工过程无人操作,人员安全得到保证。

成功研发激光弯曲成型技术。利用激光束扫描金属板材、管材表面时,通过局部瞬态加热,在热作用区域产生不均匀内部热应力,使其产生塑性变形的激光弯曲成型技术与传统成型工艺相比有许多特点,形为无模成型,生产周期短、柔性大,用于小批量及大型工件的生产。光弯曲成型为非接触成型,成型时无外力作用,因此无回弹,成型精度高。光弯曲成型为热态累积成型,能弯曲常温下难变形的材料。激光弯曲成型可进行复合弯曲成型,制作各类异形工件。借助红外测温仪及形状测量仪,可在数控激光加工机上实现全过程闭环控制,保证工件质量,改善加工条件。激光束良好的方向性和相干性使得激光弯曲技术能够应用于受结构限制、传统工具无法接触或靠近的工件部位加工。

“十二五”期间无磷成膜技术得到推广普及。该技术节能,不产生磷化渣,减少了能源费用和清理磷化渣的费用,显著降低企业成本。整体焊接工艺得到广泛应用,行业整体焊接水平得到提高。喷涂工艺向环保、金属效果的方向发展和完善。电泳喷涂方式逐渐得到推广,实现了水性涂料的施工,彻底解决了大批量难喷涂部件的难题。微连接、共边切和滚切等技术得到了广泛的应用。

激光切割机方面出现较多实用技术。例如采用二次切割技术切割正反面不能任意设置的材料,使用双重喷嘴进行切割较厚的碳钢板。合理调整轮廓切割导入线的长度,用快速刺穿代替普通刺穿,切割大轮廓厚板。此外,将伺服技术、传感技术和先进控制软件等应用于激光切割机,改良了切割工艺,提高了切割精度,提高了设备使用的经济性。

随着中国经济的发展,市场对激光切割机的需求迅速增强,“十二五”期间,国内激光切割机制造商快速崛起,一方面导致国外同行纷纷大幅降价,另一方面极大地推动了国内钣金加工市场的装备升级。CO2气体激光器形成大批量生产,成功为国内激光切割机所配套,并以显著的性价比优势,占据了国内CO2激光切割机市场的绝大部分市场。

在性能方面,国内激光切割机与国外激光切割机相比,差异日益缩小,切割质量、切割效率基本一致。由于国内激光切割机制造企业在人员薪酬、管理费用、采购及制造成本方面,较国外激光切割机低,同等规格激光切割机市场售价比国外品牌低1/3~1/4不等。而且,进口品牌激光切割机交货周期较长、备品备件及售后服务收费高昂,这都使国内激光切割机以其价格及服务优势,受到国内用户的青睐。

近年来迅猛发展的光纤激光,其波长为1.06 μm,非金属材料对其吸收较差,金属材料,包括铜、铝等高反射材料对其吸收较高。所以,对于切割金属材料,尤其是铜、铝等高反射材料,终端用户都会选择光纤激光切割机。由于中、低功率光纤激光切割机市场进入门槛低,国内百余厂家应运而生,纷纷投产500 W、1000 W功率光纤激光切割机,大量的市场需求使企业得到快速发展。目前,中国制造的中、低功率光纤激光切割机占全球总量的60%以上。

光纤激光切割机适用于切割碳钢、不锈钢、镀锌板、酸洗板、硅钢片、钛及合金等金属材料,尤其是铝及合金、铜及合金等高反射材料。随着技术的发展、科技的进步,光纤激光切割机切割材料厚度达到碳钢16 mm、不锈钢10 mm、铝8 mm和黄铜6 mm。

CO2激光切割机适于切割碳钢、不锈钢、镀锌板等金属材料。切割厚度为碳钢20 mm和不锈钢10 mm。

切割速度方面,切割≤12 mm板材,光纤激光切割速度,均比同等功率的CO2激光快20%,甚至2倍以上。如2500 W光纤激光,切割1 mm不锈钢速度达50 m/min,而同等功率的CO2激光速度仅为12 m/min;2500 W光纤激光,切割10mm碳钢速度达1.6 m/min,而同等功率的CO2激光速度为1.2 m/min。

“十二五”期间,国内的转塔冲床随着钣金制作行业的蓬勃发展得到了长足的发展。数控砖塔冲床可加工厚度为10 mm的碳钢、6 mm厚的不锈钢钢板。数控砖塔冲大都为单电伺服主传动数控转塔冲。为了提供更好的工作环境,数控砖塔冲已经采用降噪模具等方式,减少数控冲在工作时产生的噪音。

目前国内生产数控转塔冲床的厂家很多。生产的数控转塔冲床有DMT系列双伺服、MT系列单伺服、HVT液压和VT系列以及ET系列。有SPH和SPE系列数控伺服转塔冲床。有SKYB系列数控液压转塔冲床以及SKYE系列数控砖塔冲。还有T30和MP系列的数控转塔冲。其中T30为液压传动方式,MP10、MP20和MP30为伺服主传动方式。HPE、HPQ系列和HPl、HPH系列数控转塔冲中HPE系列为伺服主传动方式。台湾生产的转塔冲床有HPS、HP、VISE以及CP系列。中外合资产品为经济型的Strippit P系列及高尖端全配置的Strippit M系列、Strippit V 系列、Strippit VX 系列和Strippit-PX 系列高性能数控砖塔冲。

我国数控板料折弯机已进入国际先进水平的行列。目前,全自动折弯机最受企业青睐,它使生产率大幅提高,劳动力成本显著降低。高档折弯机普遍采用国外先进的液压系统和专用数控系统,利用了成熟完善的工艺软件、自动编程功能及彩屏显示,可实现多种折弯工件的工艺存储及轮番生产。采用了动态压力补偿系统、温度补偿系统、侧梁变形补偿系统、板材厚度及反弹在线检测及修正系统,提高了受力状态下工作台与滑块的相对位置的精确性。以人为本的设计思想推动了机床外观、色彩、操作与控制的宜人化。采用了数控轴数4、6、8轴后定位机构,保证了板料的精确送进。最大空程速度达120 mm/s、工作速度达10 mm/s、回程速度达100 mm/s,大大提高了折弯机的工作效率。定位精度可控制在±0.01 mm左右,角度精度可控制在±0.25°~0.5°。近年来,数控板料折弯机出现了由液压驱动向机械传动回归的动向。它是采用伺服电动机带动滚珠丝杠直接驱动折弯滑块,形成新型数控板料折弯机。其折弯滑块由两台伺服电动机同步驱动,在滑块平衡快速运行的同时,滑块挠度得到有效补偿。伺服电动机通过滚珠丝杠直接驱动的优点在于主驱动由定量控制变成了可对整个折弯过程周期任意控制,使能量分配更合理,能耗降低。与自动化系统可以高度柔性连接;噪声、污染和制造维修成本大为降低。机床的可靠性好、工作速度和效率高。我国数控液压板料折弯机目前有向着网络化和折弯单元化发展的趋势。

目前,国内很多企业生产折弯机。AS系列、PS系列和2-PS系列数控板料折弯机机架采用钢板整体焊接结构,具有足够的强度和刚度。可靠的电/液比例伺服阀同步机构和双重补偿机构的应用大大提高了折弯机性能。采用PS系列主机配用各种数控系统提供三轴、四轴、五轴、六轴、七轴PS系列数控板料折弯机供选用。选用两台PS系列同规格的主机,配置双机联动同步装置,构成2-PS系列双机联动数控板料折弯机,两机联动可加工特长工件,还可以同时单独使用。

MB系列电液伺服同步数控折弯机,采用电液伺服阀双杠同步控制,液压凸形自动补偿系统,后档料机构可控制多个后档料轴,机身采用钢板焊接,整机经回火处理,液压系统采用集成式控制系统,进口密封圈,外形美观简洁,采用先进数控系统,中文菜单图形显示,配有上模块速夹紧装置。

PR6C225×3100型2250kN数控板料折弯机采用了电液伺服同步控制技术及液压凸形补偿技术,集成式液压系统,实现对折弯滑块Y1、Y2位置和后挡料X1、X2、Z1、Z2、R1、R2位置的8轴控制。滑块快速向下速度120 mm/s,折弯速度9mm/s,回程速度80 mm/s。折弯滑块定位精度0.005 mm,后挡料前后位置重复定位精度0.005 mm。

“十二五”期间出现快速检测设备。工件放到检测设备平台上,几秒钟内,显示屏上形成CAD图形,和原始CAD比对,便能知道尺寸误差。合格即可打印检测报告。这种检测设备,如同工业照相机拍照。可使用该设备进行逆向工程,通过工件直接转换成CAD,提高制图精确度并节省制图时间。

国内已开始生产刻角机。由于很多工件,比如门板,就是去角。没有孔,使用激光切割机和数控冲床极大浪费。以前使用普通冲床,换一副模具最少半小时,而且不同板厚需要调整间隙。国内企业开始研发生产液压剪角机,固定其定位尺即可实现定位,角度可变范围在30~140°之间,电机4 kw,有延长工作台,不可移动。可以倒角,R2~R12,切角最大尺寸为单次220 mm×220 mm(板厚在6.5 mm以下)。最重要的是间隙自调整,该设备后面有一个工位,可以通过不同的模具完成不同的工作,例如倒圆角、开槽、冲孔和折弯等。但喉口深只有150 mm,折弯长度为415 mm。刻角机的出现,提高了生产率,减少了资金投入。

研发高精度矫平设备。钣金制作行业生产大都为薄板加工,矫平设备已经实现国产化。可以选择900 mm、1100 mm、1350 mm的宽度。精度矫平使变形的板材通过辊压变形,达到板材精密的平整度,平整度≤0.5/m2。

为更大程度挖掘设备的潜能,提高产品的附加值,一系列特殊钣金制作用工模具已经成功研发和推广。譬如数控转塔冲,研发并广泛使用气吹模具、数控冲折弯模具、攻丝模具、全导向群孔模具、正方形微连接模具等特殊模具。

“十二五”期间,在实现钣金制作数字化控制方面取得良好成绩的基础上,在钣金加工中开始研制使用激光在线检测和机器人操作技术。特别是在钣金制作焊接方面,为保证焊接的一致性,企业引进了焊接机器人。在帮助钣金制作焊接质量的基础上,降低了劳动强度。

“十二五”期间,企业注重产品研发、工艺改进、质量提升。部分钣金制作零部件企业从中低端产品市场跨入高端市场。从生产配电柜配电箱,通讯柜等常规钣金产品,逐渐过渡到高铁、核电、检测仪器、实验室器材和医疗等高端产品。

优化产品结构。在全球经济下行和价格下行的市场环境下,大部分钣金制作产品进行了优化,以电器控制机箱为例,将骨架、前后门和前后板等部分进行了结构优化,既满足了产品的质量要求,又符合产品的经济性。模块化设计引入机箱机柜生产行业。模块化生产的推广,很大程度上缩短了研制周期,提高设备的可靠性和可维护性,能够针对不同使用需求进行组合。

在成本不断上涨的压力下,我国钣金制作企业对提升内部管理,降底内部成本的需求日益迫切,生产精益化思想已经基本普及全行业。目前,钣金制作企业精益生产理论水平、实际应用效果都不乐观。推行精益生产不只是理念的改变,还需要技术手段来实现。因此需要全面、系统的整理精益化所需的技术手段,切实推动企业精益化的进程。

钣金制作市场不断扩大,一些企业已经开始走出国门,向世界供货。钣金制作行业在逐渐扩大市场规模,提高生产能力,满足更多行业产品的需求,以低压电器、医疗器械行业为例,钣金制作行业结构件销售额2004年1095亿元,每年的平均增长率超过30%。

“十二五”期间,面对日益激烈的市场竞争和不断上升的运营成本,一些钣金制作企业管理者们的信息化管理的意识不断增强,逐渐倾向于采用ERP、MRP进行企业资源管控,进而改变需求结构和提升内部管理。同时,钣金制作企业管理人员自主开发了信息化管理系统也在发挥着作用。

为了提高劳动生产率,也为了节约人力资源,减轻劳动者劳动强度,提升产品质量和保持产品质量的稳定和一致性,一些钣金制作企业开始使用柔性生产线、板材的动卸料装置、开料自动上料装置以及激光切割自动上料系统。压铆机自动送钉机装置、自动化焊接、自动化喷涂和各种机械人得到应用。这些自动化设备和装置的使用在一定程度上推动了钣金制作行业企业自动化的发展。值得提出的是焊接机器人在中小企业的应用也越来越广泛。

 

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