浅析先进高强钢辊压成型工艺

李燕，王三星，陈馨

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

关键字：轻量化；高强钢；辊压成型

引言

高强钢冷弯异型材制造工艺具有三大特点，该三大特点完美满足了轻量化设计中的材料、结构和工艺的三大要素。

1）可使用高强钢以及超高强钢，达到高强减薄的材料轻量化；

2）以承载或功能性要求为目的，进行型材截面优化设计，达到型材刚度增加的结构轻量化；

3）以冷弯成形为制造平台，将冲孔、冲压、焊接、剪切等多工艺集成于冷弯成形，达到简化工艺降低成本的高效生产的先进制造工艺。

1 应用先进高强度钢的推动和约束如图1所示

图1 先进高强度钢的推动和约束

2 辊压成型特性

辊压成型工艺（RollForming）是通过顺序配置的多道次轧辊，将卷材、带材等金属板带不断的进行横向弯曲，以制成特定截面产品（如图2所示）的一种新的塑性加工工艺。主要成型特性有：

1）生产效率高且速度快，适合大批量生产，与冲压、折弯工艺相比效率提高10%以上，制造成本大幅下降。

2）加工产品长度基本不受限制，可连续生产。

3）产品表面质量好，尺寸精度高。

4）在辊压成型线上可以集成其他加工工艺，如冲孔、焊接、压花、剪切等，可简化工艺降低成本。

5）与热轧和冲压工艺相比，材料利用率高，能够节约材料15%-20%。

6）适合横截面形状复杂的零件，包括复杂的开口和闭口截面。

7）与冲压工艺相比较低的投资费用。

8）适合高强钢的成型。

9）零件长度改变而不需要额外的模具投资费用。

10）可以3D辊压成型。

11）生产噪音低，无环境污染。

图2 截面产品

3 先进高强钢辊压成型的一些重要参数

1）弯曲半径 Ri：根据实际经验，高强度钢辊压件内圆角半径Ri=6Xt-9Xt（t=板厚）；当Ri/t≥1（t=板厚）时，高强度钢辊压成型是可行的，否则可能出现开裂风险；对于Y1500马氏体高强钢，建议Ri/t≥2以上（t=板厚），否则可能出现开裂风险，如图3所示。

图3 弯曲半径

图4 板带厚度

2）板带厚度 t：原材料抗拉强度1100Mpa；延伸率2%；Ri=6Xt；

t=1.9mm，60度时开裂；t=2.2mm，30度时开裂，如图4所示。

3）回弹补偿

预测回弹时常用BISWAS回弹计算公式［2］，如图5所示，即

ri1——弯曲半径（mm）

ri2——回弹后半径（mm）

rf——屈服曲率（mm）

E——杨氏模量（MPa）

t——板料厚度（mm）

S——材料屈服应力（MPa）

图5 回弹补偿

由上述公式获得初始回弹补偿角，一般实际回弹角大于预测角，结合实际情况调整，以便获得回弹角补偿。

1）高强度钢需要更多的回弹补偿量

2）当材料特性不同时候，就需要调整过弯内圆角半径Ri

3）辊压成型可以很方便的进行回弹的调整

4 辊压工艺流程

1）钢带进料

2）校平

3）预冲孔

4）钢带导入

5）辊压成型

6）焊接（轮焊接/高频焊接/激光焊接等）

7）后冲压+切断

5 零件精度

1）辊压成型可以实现在有预冲孔情况下对工件的最小拉伸，有效避免了孔位畸变情况的发生。

2）实现更高的产品平直度。

3）有效应对材料变化带来的补偿（如回弹补偿等）

6 高强钢门槛辊压成型

此高强钢门槛材质为1180DP，料厚0.8mm,对其断面审核发现两处问题，如图6所示：1）1处法兰边宽度太宽，超高强钢辊压成品此处波浪起伏无法避免，此面为焊接面，面的质量好精度要求较高，最好控制在35mm以内；2）2处门槛内R过大，超高强板成型后回弹严重，精度难以控制，要求根据上述公式改为R6。

图6 高强钢门槛断面图

图7 高强钢门槛工艺流程

此辊压工艺流程如图7所示。此辊压门槛道次图及辊花图如图8所示。

图8 辊压门槛道次图及辊花图

7 小结

合理的辊压成型工艺能够使高强钢辊压件得到较高的精度，良好的面品，提高高强钢辊压件的成型性。