現階段連續變截面板研究發展現狀

羅齊萱

摘要：本文主要對TRB現階段的生產研究、性能研究以及應用研究進行介紹。本文分別闡述：TRB在生產過程中的關鍵技術與生產流程以及針對已有問題的解決方式;TRB現階段性能研究主要研究方向;TRB具體應用研究案例。最后提出對TRB未來研究方向的展望。

Abstract： This paper mainly introduces the production research， performance research and Application Research of TRB at this stage. This paper describes respectively： the key technologies and production processes of TRB in the production process as well as the solutions to the existing problems; the main research directions of performance research at this stage of TRB; the specific application research cases of TRB. Finally， the future research direction of TRB is put forward.

關鍵詞：TRB;變截面板;輕量化;柔性軋制

Key words： TRB;variable section panel;lightweight;flexible rolling

0? 引言

近年來，全社會越來越注重地球生態問題，呼吁節能減排，強調綠色出行，但是現如今社會節奏加快，汽車已經是絕大多數人生活中的必需品。因此現如今為了降低使用汽車所消耗的能源，現常用的方式是對車輛進行輕量化技術改進，通過減輕汽車自身重量，從而降低能源消耗[1]。輕量化通常是選用輕質材料或者對汽車結構進行合理的設計，從而在保證車身強度滿足要求的前提下減輕車身重量。

本文主要討論的是通過使用特殊加工后的鋼板，在滿足使用強度、性能以及其他方面的條件下，減少車身材料，從而達到輕量化的目的。根據調查實際使用過程中在很多情況下，用鋼材制作的零部件其受力往往是不均勻的，因而變厚度的產品比厚度均勻的產品更有利于發揮材料的承載潛力。

1  TRB介紹及生產研究

連續變截面板，英文名Tailored? Rolled Blanks，簡稱 TRB。這項技術是二十世紀九十年代由德國的研究所研究開發出來的[2]。TRB是一種具有不同厚度且直接存在過渡區域的鋼板，如圖1所示，通過一個平滑的過渡區域，可以使TRB在減少自身重量同時減輕應力突變等缺陷。

TRB最核心的技術被稱作“柔性軋制技術”[3]。這項技術是通過計算機連續控制軋輥之間的間隙，從而使鋼板被軋出擁有著連續變化厚度使之過渡的不等厚鋼板。柔性軋制依靠的是控制系統對軋輥進行實時控制，在生產過程中需要保證精度，防止厚度突變保證質量。在TRB的軋制過程中，由于TRB的軋制通常是周期循環的，需要在生產周期內進行完成厚度變化循環，故在整個生產過程中需要研究的有軋制、矯直、剪切等各個方面的研究，生產示意圖如圖2所示[4]。

1.1 軋制技術研究

TRB變截面軋制的實現主要是依靠依靠柔性軋制技術，近些年對于柔性技術的研究主要集中于對軋制控制技術、軋制過程控制流程、軋制過渡面時軋輥的運動規律等方面。

有學者建立軋制過渡區時，軋輥縫的動態控制模型，并進行實驗對DP590雙相鋼進行變厚度的軋制[5]。實驗使用離散化的方法對控制模型進行建立，結合設定輥縫的與負載之間的閉合控制，構建出了整個軋制過程中的控制系統，然后應用高精度測厚儀以及測速儀與高精度位移傳感器進行結合，從而進行精準控制。最終經過實驗，實驗結果與設計結果厚度偏差最大為0.08mm。

有學者研究TRB的軋制控制，通過建立整個生產過程中的關鍵技術的控制模型[6]。為了保證軋制過程中定位精度，在伺服閥與計算機進行快速響應，并且保證整個軋制過程中控制系統的安全順暢運行。相應控制數據流程圖如圖3所示。

有學者為了研究TRB軋制成型的過程，建立軋制模型進行仿真，并對軋輥在軋制過程中的運動規律進行了研究[7]。根據穩定軋制時板材的出料速度恒定，分別計算了厚區和薄區的水平速度，再根據軋制的原理，得出軋制過渡區域時，物料的出口速度的變化是線性均勻變化的，對公式進行整合，得出在軋制過渡區時，軋輥的豎直速度，如下所示：

通過建立軋輥的運動公式，可以用來模擬軋制過程中軋輥的運動，從而可以用于對整個軋制過程進行有限元分析。

1.2 剪切工藝研究

寶鋼公司考慮到生產出的TRB是周期性厚度變化的鋼卷，而用戶需要的是單張疊加的板材，對生產流程進行了改良[8]。由于生產出來的TRB是有著厚度變化的，所以和常規的鋼卷的剪切有所區別，對橫切機組進行了改造，修改了矯直段和剪切段，示意圖如圖4。

東北大學的吳志強等也對TRB剪切工藝進行了研究[9]。由于TRB在軋制完成后，需要進行退火以及矯直等工序，而這些工序中會出現熱脹冷縮和再加工的微變形，從而導致生產的TRB與設計的TRB有誤差，使廢品率上升，并且在多次工序后，誤差將要累計，需要重新調整精度與定位，造成生產效率的下降。故針對已有的問題，重新設計了專用于TRB生產的剪切線，并且為了達到剪切的高精度，設計了與之匹配的控制線路與流程。最終設計的剪切系統應用于沈陽東寶公司的生產線路，通過了生產調試，生產的成品率高于98%，完成了生產目標。

2? TRB的性能研究

關于TRB性能的研究，主要集中研究TRB沖壓過程中的拉深深度、彎曲成型、回彈、起皺以及熱沖壓等方面。

Meyer.A等[10]通過計算機模擬后，再進行實驗測試，從而達到提高TRB在拉深過程中深度，最終結果顯示，在最理想的板材厚度比下，所使用的TRB既能減輕約9%的重量，還可以提高約20%的拉深深度。

在沖壓中，TRB中的厚度過渡區的成形存在力學等缺陷，東北大學的張華偉[11-12]多次研究TRB的沖壓過程中的彎曲成型與回彈問題。通過實驗，對TRB進行橫向沖壓成U型通道板以及盒形拉深件。最終得出結論，導致TRB回彈的根本原因是在于沖壓過程中的應力分布不均勻，可以通過退火的方式減輕應力分布不均勻的狀況。

對TRB進行沖壓過程中，由于板材的厚度不均、受力不均，所以起皺現象是十分常見的，張華偉[13]等人采用數值模擬與實驗相結合的的方法，對TRB拉深成型的方盒體進行研究。通過研究板材中的尺寸參數、厚度、過渡區域大小等因素對起皺的影響展開分析。最終得出結論，假若板材的尺寸越小，其過渡區域越小，這種情況下，起皺越不容易產生，使用板材的厚度較小亦可以減小起皺的產生。

哈爾濱工業大學的雷呈喜[14]等人針對應用TRB技術的高強度鋼研究其熱流變特性。通過應用熱模擬試驗機分別在不同的溫度下采用不同的應變速率，對厚度不同的板材進行拉伸試驗，從而制成應力-應變曲線，構建變形數學模型。將曲線與各個厚度進行結合，再使用最小二乘法進行數據擬合，得出了應用TRB的高強度鋼在高溫下的材料性能關系。最后得出結論，板材的厚度和應變速率在高溫狀況下對于應力和應變有一定影響，厚度增加其峰值應力也增加;應變速率增加時，變形抗力也將增加。

3? TRB的應用研究

TRB的理論研究已經發展多年，現階段主要存在的是TRB在實際應用中的問題，由于沖壓成型往期只用于等截面板，對于變截面板的應用有所區別，因此現階段主要進行的是TRB的應用研究。TRB應用于車輛上主要集中在結構件，如圖5所示。

華南理工大學的李佳光研究將TRB應用于車輛B柱內板[15]。通過將B柱內板的截面、厚薄、長度等參數進行多組結合，建立了有限元模型;再通過使用NASTRAN和LS-DYNA進行模擬分析，分析其受到的靜力學與動力學性能，從而建立近似模型，將需要承受力比較大的部分進行加厚，較小部分減薄，建立了TRB應用于B柱內板的模型，對結果進行模擬分析，滿足使用要求并且減輕了質量的同時，減小了變形量。

寶山鋼鐵公司研究使用TRB應用于汽車頂蓋橫梁的研究[16]。通過將一種車型的頂蓋橫梁作為模型，使用Autoform與Dynaform進行建模與分析，探索使用TRB進行加工成型頂蓋橫梁，針對使用變截面板加工的難度大這一狀況，使用對型面進行分區偏置的方式，還對TRB在加工過程中所存在的間隙和定位進行了一定的研究，組合建立了應用TRB加工頂蓋橫梁的加工流程，通過加工實驗，所生產的頂蓋橫梁滿足強度與精度要求。

TRB于車輛吸能盒與前縱梁的研究相對較多。大量理工大學的姜帆[17]與華南理工大學的蘭鳳崇[18]都對此有所研究。姜帆通過應用TRB加工成方管吸能盒，通過改變壁厚大小來分析研究，通過多次壓潰試驗，從而得出通過使用不同厚度的TRB制作的吸能盒，可以誘導吸能盒的壓潰變形，從而無需進行誘導槽的加工。蘭鳳崇主要研究應用TRB加工前縱梁，首先根據原有的前縱梁模型進行分析其在發生碰撞時所承受力的情況，對其進行優化建立了應用TRB的前縱梁模型，再將優化完TRB前縱梁模型進行碰撞分析，通過仿真與試驗，最終設計出的TRB前縱梁對比原先前縱梁，在具有質量減輕5.21%的情況下，變形減小，具有了更好的耐撞性。

4? 結語

本文主要介紹了現階段TRB所進行生產研究、性能研究以及應用研究。根據現有的研究可以發現，TRB技術主要應用于輕量化問題，通過加工車身結構件，減輕車身重量，從而達到輕量化的效果。綜合來看TRB的研究具有著發展前景，現應用的TRB已經使車身減輕了達10%以上，但是目前TRB的應用主要集中車輛方面，對于新的領域的研究值得研究探索。

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