高強鋼輥壓成型技術在車身輕量化方面的應用

李巖 崔禮春 孫連福

摘要：隨著汽車工業的發展，燃油經濟性、低碳排放和更高的安全性對汽車車身輕量化提出了新的要求和挑戰，本文介紹了高強鋼門檻輥壓成型技術的應用，在滿足汽車碰撞安全性能要求的前提下，實現了車身輕量化，同時對門檻輥壓成型設計的過程和要點進行了介紹。

關鍵詞：高強鋼；輥壓成型；輕量化

1 輥壓成型技術簡介

隨著汽車工業的發展，燃油經濟性、低碳排放和更高的安全性對汽車車身輕量化提出了新的要求和挑戰，推進了先進高強鋼在車身設計制造上應用的穩步增長，先進高強鋼的廣泛應用同時帶動了先進加工方式的快速發展。

為實現汽車車身輕量化，國外主流車企在汽車車身制造中，以高強鋼替代低強鋼，以輥壓件替代沖壓件，成為現代汽車零部件發展的一個趨勢。與沖壓成形相比，在加工最高強度等級的高強鋼時，輥壓成型具有更顯著的優越性。輥壓成形作為先進的成形工藝，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對坯料逐步進行彎曲變形，從而得到均一截面的產品加工方法。

輥壓成形技術涉及輥壓-拉彎-沖壓-切斷-焊接等多個工藝流程，涵蓋輥壓設備、拉彎設備、模具、夾具、檢具等多領域整合，目前汽車行業在輥壓型材的技術條件和設計制造等方面，不僅對輥壓材料、公差、性能等方面進行了要求，對工裝設備、成本、周期等也有相關標準。

2 輥壓成型技術特點

經過大量的生產實驗驗證發現，輥壓成型技術與傳統的沖壓工藝相比，不僅能夠降低車身開發過程初期的研發費用投資，在材料利用率方面也得到提升，生產效率也有所改善。

3 高強鋼輥壓成型技術應用

為了有效的保證汽車側面碰撞的安全性，必須對汽車側面結構進行合理的設計，使其側面碰撞傳力路徑完成，通過對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，在產品設計時會通過增加材料厚度、提高零件材料等級等方式增加零件的強度。

某車型車身左、右門檻加強板采用高強度鋼板生產，初始設計為料厚1.4mm、材質H420LA，通過汽車碰撞仿真分析發現，要實現更高的防撞安全等級，需要再次提高門檻加強板的強度，若采取增加料厚的方式勢必會增加此零件的重量，H420LA材料為普通高強鋼材質，通過分析發現如果在不改變材料厚度的情況下提高材料的強度，只有采用超高強鋼1180DP材料才能滿足要求，由于超高強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無法滿足生產需求，而熱成型加工又存在生產線復雜、設備投資大、生產節拍慢等不足之處，為了滿足車身輕量化的需求最終考慮采用高強鋼輥壓成型的加工方式。

3.1輥壓工藝流程的確定

通過對門檻零件的初步分析，確定出輥壓工藝流程圖，根據流程圖設計相應的工裝模具，其中輥壓成型機組是輥壓生產線的核心結構。根據不同的輥壓件的斷面形狀，配置不同組數的輥輪，將所需輥輪固定在成型機組上，一般有48段、28段等不同配置，帶料在數組輥輪的作用下，被逐漸成型至產品設計的斷面。

3.2輥壓工藝CAE分析

在進行輥壓CAE分析前還有一項重要的工作是輥花圖的設計，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點疊放在一起構成工藝疊加圖，它是輥壓過程CAE分析、變形量分配以及輥輪設計的依據，圖2為門檻加強板的成型過程展開圖，可以看出一共需要通過28個工步完成輥壓成型的過程。

4 總結

通過高強鋼輥壓成型技術的應用，在滿足汽車碰撞安全性能要求的前提下，實現了車身輕量化，輥壓成型有著其他加工方法無法取代的優勢，目前在一些車身上使用的輥壓成形零部件重量已經超過車體總重的10%以上。

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