高強(qiáng)鋼輥壓成型技術(shù)在車身輕量化方面的應(yīng)用

李巖 崔禮春 孫連福

摘要：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，燃油經(jīng)濟(jì)性、低碳排放和更高的安全性對(duì)汽車車身輕量化提出了新的要求和挑戰(zhàn)，本文介紹了高強(qiáng)鋼門檻輥壓成型技術(shù)的應(yīng)用，在滿足汽車碰撞安全性能要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了車身輕量化，同時(shí)對(duì)門檻輥壓成型設(shè)計(jì)的過程和要點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼；輥壓成型；輕量化

1 輥壓成型技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，燃油經(jīng)濟(jì)性、低碳排放和更高的安全性對(duì)汽車車身輕量化提出了新的要求和挑戰(zhàn)，推進(jìn)了先進(jìn)高強(qiáng)鋼在車身設(shè)計(jì)制造上應(yīng)用的穩(wěn)步增長(zhǎng)，先進(jìn)高強(qiáng)鋼的廣泛應(yīng)用同時(shí)帶動(dòng)了先進(jìn)加工方式的快速發(fā)展。

為實(shí)現(xiàn)汽車車身輕量化，國外主流車企在汽車車身制造中，以高強(qiáng)鋼替代低強(qiáng)鋼，以輥壓件替代沖壓件，成為現(xiàn)代汽車零部件發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。與沖壓成形相比，在加工最高強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)鋼時(shí)，輥壓成型具有更顯著的優(yōu)越性。輥壓成形作為先進(jìn)的成形工藝，是車身零部件加工制造的重要成形方式之一，它是一種以金屬薄板或帶卷為原料，通過多架裝配了具有一定形狀的成型輥輪的成型機(jī)對(duì)坯料逐步進(jìn)行彎曲變形，從而得到均一截面的產(chǎn)品加工方法。

輥壓成形技術(shù)涉及輥壓-拉彎-沖壓-切斷-焊接等多個(gè)工藝流程，涵蓋輥壓設(shè)備、拉彎設(shè)備、模具、夾具、檢具等多領(lǐng)域整合，目前汽車行業(yè)在輥壓型材的技術(shù)條件和設(shè)計(jì)制造等方面，不僅對(duì)輥壓材料、公差、性能等方面進(jìn)行了要求，對(duì)工裝設(shè)備、成本、周期等也有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2 輥壓成型技術(shù)特點(diǎn)

經(jīng)過大量的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，輥壓成型技術(shù)與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，不僅能夠降低車身開發(fā)過程初期的研發(fā)費(fèi)用投資，在材料利用率方面也得到提升，生產(chǎn)效率也有所改善。

3 高強(qiáng)鋼輥壓成型技術(shù)應(yīng)用

為了有效的保證汽車側(cè)面碰撞的安全性，必須對(duì)汽車側(cè)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使其側(cè)面碰撞傳力路徑完成，通過對(duì)汽車碰撞的仿真分析，得出汽車門檻位置的變形量比較大，為了使門檻可以有效的保證汽車的碰撞安全性能，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)通過增加材料厚度、提高零件材料等級(jí)等方式增加零件的強(qiáng)度。

某車型車身左、右門檻加強(qiáng)板采用高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)，初始設(shè)計(jì)為料厚1.4mm、材質(zhì)H420LA，通過汽車碰撞仿真分析發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)更高的防撞安全等級(jí)，需要再次提高門檻加強(qiáng)板的強(qiáng)度，若采取增加料厚的方式勢(shì)必會(huì)增加此零件的重量，H420LA材料為普通高強(qiáng)鋼材質(zhì)，通過分析發(fā)現(xiàn)如果在不改變材料厚度的情況下提高材料的強(qiáng)度，只有采用超高強(qiáng)鋼1180DP材料才能滿足要求，由于超高強(qiáng)鋼材料性能的大幅改變，材料的塑性急劇下降、成型范圍變窄、回彈也越來越大，普通的冷沖壓成型已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求，而熱成型加工又存在生產(chǎn)線復(fù)雜、設(shè)備投資大、生產(chǎn)節(jié)拍慢等不足之處，為了滿足車身輕量化的需求最終考慮采用高強(qiáng)鋼輥壓成型的加工方式。

3.1輥壓工藝流程的確定

通過對(duì)門檻零件的初步分析，確定出輥壓工藝流程圖，根據(jù)流程圖設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝模具，其中輥壓成型機(jī)組是輥壓生產(chǎn)線的核心結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的輥壓件的斷面形狀，配置不同組數(shù)的輥輪，將所需輥輪固定在成型機(jī)組上，一般有48段、28段等不同配置，帶料在數(shù)組輥輪的作用下，被逐漸成型至產(chǎn)品設(shè)計(jì)的斷面。

3.2輥壓工藝CAE分析

在進(jìn)行輥壓CAE分析前還有一項(xiàng)重要的工作是輥花圖的設(shè)計(jì)，輥花圖就是采用“倒推法”，由成品斷面逐步將其“還原”成板料，再將變形過程按同一基準(zhǔn)點(diǎn)疊放在一起構(gòu)成工藝疊加圖，它是輥壓過程CAE分析、變形量分配以及輥輪設(shè)計(jì)的依據(jù)，圖2為門檻加強(qiáng)板的成型過程展開圖，可以看出一共需要通過28個(gè)工步完成輥壓成型的過程。

4 總結(jié)

通過高強(qiáng)鋼輥壓成型技術(shù)的應(yīng)用，在滿足汽車碰撞安全性能要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了車身輕量化，輥壓成型有著其他加工方法無法取代的優(yōu)勢(shì)，目前在一些車身上使用的輥壓成形零部件重量已經(jīng)超過車體總重的10%以上。

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