高强钢辊压成型技术在车身轻量化方面的应用

李岩 崔礼春 孙连福

摘要：随着汽车工业的发展，燃油经济性、低碳排放和更高的安全性对汽车车身轻量化提出了新的要求和挑战，本文介绍了高强钢门槛辊压成型技术的应用，在满足汽车碰撞安全性能要求的前提下，实现了车身轻量化，同时对门槛辊压成型设计的过程和要点进行了介绍。

关键词：高强钢；辊压成型；轻量化

1 辊压成型技术简介

随着汽车工业的发展，燃油经济性、低碳排放和更高的安全性对汽车车身轻量化提出了新的要求和挑战，推进了先进高强钢在车身设计制造上应用的稳步增长，先进高强钢的广泛应用同时带动了先进加工方式的快速发展。

为实现汽车车身轻量化，国外主流车企在汽车车身制造中，以高强钢替代低强钢，以辊压件替代冲压件，成为现代汽车零部件发展的一个趋势。与冲压成形相比，在加工最高强度等级的高强钢时，辊压成型具有更显著的优越性。辊压成形作为先进的成形工艺，是车身零部件加工制造的重要成形方式之一，它是一种以金属薄板或带卷为原料，通过多架装配了具有一定形状的成型辊轮的成型机对坯料逐步进行弯曲变形，从而得到均一截面的产品加工方法。

輥压成形技术涉及辊压-拉弯-冲压-切断-焊接等多个工艺流程，涵盖辊压设备、拉弯设备、模具、夹具、检具等多领域整合，目前汽车行业在辊压型材的技术条件和设计制造等方面，不仅对辊压材料、公差、性能等方面进行了要求，对工装设备、成本、周期等也有相关标准。

2 辊压成型技术特点

经过大量的生产实验验证发现，辊压成型技术与传统的冲压工艺相比，不仅能够降低车身开发过程初期的研发费用投资，在材料利用率方面也得到提升，生产效率也有所改善。

3 高强钢辊压成型技术应用

为了有效的保证汽车侧面碰撞的安全性，必须对汽车侧面结构进行合理的设计，使其侧面碰撞传力路径完成，通过对汽车碰撞的仿真分析，得出汽车门槛位置的变形量比较大，为了使门槛可以有效的保证汽车的碰撞安全性能，在产品设计时会通过增加材料厚度、提高零件材料等级等方式增加零件的强度。

某车型车身左、右门槛加强板采用高强度钢板生产，初始设计为料厚1.4mm、材质H420LA，通过汽车碰撞仿真分析发现，要实现更高的防撞安全等级，需要再次提高门槛加强板的强度，若采取增加料厚的方式势必会增加此零件的重量，H420LA材料为普通高强钢材质，通过分析发现如果在不改变材料厚度的情况下提高材料的强度，只有采用超高强钢1180DP材料才能满足要求，由于超高强钢材料性能的大幅改变，材料的塑性急剧下降、成型范围变窄、回弹也越来越大，普通的冷冲压成型已经无法满足生产需求，而热成型加工又存在生产线复杂、设备投资大、生产节拍慢等不足之处，为了满足车身轻量化的需求最终考虑采用高强钢辊压成型的加工方式。

3.1辊压工艺流程的确定

通过对门槛零件的初步分析，确定出辊压工艺流程图，根据流程图设计相应的工装模具，其中辊压成型机组是辊压生产线的核心结构。根据不同的辊压件的断面形状，配置不同组数的辊轮，将所需辊轮固定在成型机组上，一般有48段、28段等不同配置，带料在数组辊轮的作用下，被逐渐成型至产品设计的断面。

3.2辊压工艺CAE分析

在进行辊压CAE分析前还有一项重要的工作是辊花图的设计，辊花图就是采用“倒推法”，由成品断面逐步将其“还原”成板料，再将变形过程按同一基准点叠放在一起构成工艺叠加图，它是辊压过程CAE分析、变形量分配以及辊轮设计的依据，图2为门槛加强板的成型过程展开图，可以看出一共需要通过28个工步完成辊压成型的过程。

4 总结

通过高强钢辊压成型技术的应用，在满足汽车碰撞安全性能要求的前提下，实现了车身轻量化，辊压成型有着其他加工方法无法取代的优势，目前在一些车身上使用的辊压成形零部件重量已经超过车体总重的10%以上。

参考文献：

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