基于汽車輕量化的變厚板技術研究

朱梅云,李光輝

(1.安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601；2.安徽繼遠軟件有限公司，安徽 合肥 230000)

基于汽車輕量化的變厚板技術研究

朱梅云1,李光輝2

(1.安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601；2.安徽繼遠軟件有限公司，安徽 合肥 230000)

基于汽車輕量化技術，對變厚板(VRB)技術進行研究，研究了VRB工藝結構特性、生產特性及使用特性，研究結果表明：VRB技術結構特性、生產特性及使用特性均優于TWB技術，并且VRB技術在汽車車身結構件中應用廣泛，有效促進汽車輕量化技術的發展，同時，VRB技術為綠色制造業奠定基礎。

汽車輕量化；沖壓成形；變厚板VRB；綠色制造

汽車輕量化技術已成為世界汽車發展的潮流。該技術是在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。其中，變厚板沖壓成形技術是汽車輕量化的主要途徑之一[1]。

變厚度板(VRB，Variable-thickness Blanks)是指通過軋制技術將坯料軋制成不同厚度，用以制作不同部位不同厚度的特殊零件形狀。變厚板成形技術是綠色制造技術的典型，是實現汽車輕量化的有效途徑。圖1是變厚板沖壓成形技術的典型案例。

圖1 變厚板成形技術的沖壓件

1 變厚板成形技術

VRB技術的基礎出發點是使零件結構中的任一部位材料都會對整體結構起到應有的性能和功能作用。等強度原理就是零件在機構中的應力場不一定均勻，因此，可根據零件結構的非線性設計，形成結構內部應力場分布均衡，從而實現結構的最佳設計。

在等強度條件下，零件厚度在長度方向呈二次曲線分布[2]，如式(1)，在剛度條件下，零件厚度在長度方向呈線性分布，如圖2所示。

圖2 零件厚度在長度方向的線性分布

圖3 三種梁減重方案對比

零件在機構中的連續質量分布決定了它在結構輕量化中的作用，用最少重量的VRB材料制成的車身結構件能達到其他兩種板料一樣的剛度，如圖3所示。其中，TWB(Tailor Weld Bank)指激光拼焊板技術。可見，VRB技術汽車車身減重比較明顯。

2 變厚板成形工藝

2.1 變厚度板工藝

VRB技術直接來源于上世紀的柔性軋制技術[3]，是通過周期變厚軋制實現厚度的變化，之后通過熱處理、平整等工序以達到產品所需性能，然后剪切、沖壓制作出變厚度零件。如圖4所示為VRB工藝流程技術。

VRB成形工藝技術屬于高精度動態厚度控制技術，高精度長度跟蹤技術，高精度周期剪切技術[4-5]。

2.2 變厚度板工藝特點

對比TWB技術，VRB技術有如下工藝特點，如圖5所示。

圖4 VRB生產工藝流程

圖5 VRB工藝特性

(1)VRB工藝技術的結構特點。①按等強度原理設計零件，更能發揮零件的強度和剛度的作用；②同等強度和剛度效果時，比TWB零件的輕量化效果更好；③沒有焊縫，表面質量好，有可能作汽車覆蓋件；④用過渡區代替焊縫，連接強度大幅度提高，均勻性好，強度分布連續。

(2)VRB工藝技術的生產特點。①連續性生產，生產效率高，操作容易，可靠性好；②厚度容易控制，能生產出兩種以上厚度組合的板材；③厚度過渡區的長度和形狀可以控制。

(3)VRB工藝技術的使用特性。①省去了焊接工序，可降低生產成本；②可根據沖壓件成形時受力狀況，設計過渡區的長度和形狀；③過渡區光滑連續，比拼焊板厚度突變的模具設計簡單；④過渡區有良好的吸收能量效果，比拼焊板抗擊性能好。

3 VRB技術在汽車車身上的應用

圖6 VRB技術在汽車車身結構件中的應用

VRB技術在汽車車身結構件中的應用如圖6所示，由圖可見，VRB技術在汽車車身結構件上應用廣泛，該技術促進了汽車輕量化技術的快速發展。

4 結論

(1)VRB技術的結構特性、生產特性及使用特性均優于TWB技術，并在汽車車身結構件中得到廣泛應用。

(2)VRB技術的應用，有效促進汽車輕量化技術的發展，促進汽車制造業綠色環保健康發展。

[1] Hauger.Tailor Rolled Blanks for Automotive Light-weight Engineering[C].Automotive Circle International Conference,Frankfurd:2008:26-27.

[2] 林忠欽.車身覆蓋件沖壓成形仿真[M].北京：機械工業出版社,2004：49-52.

[3] 張 文，等.變厚板汽車頂蓋橫梁成形工藝研究及模具設計[J].模具工業，2016，42(4)：19-24.

[4] 楊 兵，等.基于變厚板(VRB)的汽車前縱梁內板開發[J].塑性工程學報，2014，21(2)：76-80.

[5] 楊 兵，等.變厚板(VRB)沖壓成形數值模擬[J].塑性工程學報，2015，22(1)：88-93.

Study on technology of variable-thickness rolled blank on the basis of automotive light-weight engineering technology

ZHU Meiyun1,LI Guanghui2
(1.Technical Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230601,Anhui China;2.Anhui Jiyuan Software Co.,Ltd.,Hefei 230000,Anhui China)

On the basis of automotive light-weight engineering technology,the technology of variable-thickness rolled blank has been studied.The technical process structural characteristics and production&operating characteristics of VRB have been researched.The results show that VRB technology is superior to TWB technology in technical process structural characteristics and production&operating characteristics.Moreover,the widely application of VRB technology in automotive body structural part has effectively promoted the development of light-weight technology.Meanwhile,VRB technology establishes basis for environmentally conscious manufacture.

Automotive light-weight Engineering;Stamping forming;Variable-thickness rolled blank;Environmentally conscious manufacture

TG335.81

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.015

1672-0121(2017)05-0052-02

2017-05-12；

2017-06-17

朱梅云，女，碩士，高級工程師，從事板料成形CAD/CAE及材料技術研究。E-mail：zhumeiyun@163.com