淺析先進高強鋼輥壓成型工藝

李燕，王三星，陳馨

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

關鍵字：輕量化；高強鋼；輥壓成型

引言

高強鋼冷彎異型材制造工藝具有三大特點，該三大特點完美滿足了輕量化設計中的材料、結構和工藝的三大要素。

1）可使用高強鋼以及超高強鋼，達到高強減薄的材料輕量化；

2）以承載或功能性要求為目的，進行型材截面優化設計，達到型材剛度增加的結構輕量化；

3）以冷彎成形為制造平臺，將沖孔、沖壓、焊接、剪切等多工藝集成于冷彎成形，達到簡化工藝降低成本的高效生產的先進制造工藝。

1 應用先進高強度鋼的推動和約束如圖1所示

圖1 先進高強度鋼的推動和約束

2 輥壓成型特性

輥壓成型工藝（RollForming）是通過順序配置的多道次軋輥，將卷材、帶材等金屬板帶不斷的進行橫向彎曲，以制成特定截面產品（如圖2所示）的一種新的塑性加工工藝。主要成型特性有：

1）生產效率高且速度快，適合大批量生產，與沖壓、折彎工藝相比效率提高10%以上，制造成本大幅下降。

2）加工產品長度基本不受限制，可連續生產。

3）產品表面質量好，尺寸精度高。

4）在輥壓成型線上可以集成其他加工工藝，如沖孔、焊接、壓花、剪切等，可簡化工藝降低成本。

5）與熱軋和沖壓工藝相比，材料利用率高，能夠節約材料15%-20%。

6）適合橫截面形狀復雜的零件，包括復雜的開口和閉口截面。

7）與沖壓工藝相比較低的投資費用。

8）適合高強鋼的成型。

9）零件長度改變而不需要額外的模具投資費用。

10）可以3D輥壓成型。

11）生產噪音低，無環境污染。

圖2 截面產品

3 先進高強鋼輥壓成型的一些重要參數

1）彎曲半徑 Ri：根據實際經驗，高強度鋼輥壓件內圓角半徑Ri=6Xt-9Xt（t=板厚）；當Ri/t≥1（t=板厚）時，高強度鋼輥壓成型是可行的，否則可能出現開裂風險；對于Y1500馬氏體高強鋼，建議Ri/t≥2以上（t=板厚），否則可能出現開裂風險，如圖3所示。

圖3 彎曲半徑

圖4 板帶厚度

2）板帶厚度 t：原材料抗拉強度1100Mpa；延伸率2%；Ri=6Xt；

t=1.9mm，60度時開裂；t=2.2mm，30度時開裂，如圖4所示。

3）回彈補償

預測回彈時常用BISWAS回彈計算公式［2］，如圖5所示，即

ri1——彎曲半徑（mm）

ri2——回彈后半徑（mm）

rf——屈服曲率（mm）

E——楊氏模量（MPa）

t——板料厚度（mm）

S——材料屈服應力（MPa）

圖5 回彈補償

由上述公式獲得初始回彈補償角，一般實際回彈角大于預測角，結合實際情況調整，以便獲得回彈角補償。

1）高強度鋼需要更多的回彈補償量

2）當材料特性不同時候，就需要調整過彎內圓角半徑Ri

3）輥壓成型可以很方便的進行回彈的調整

4 輥壓工藝流程

1）鋼帶進料

2）校平

3）預沖孔

4）鋼帶導入

5）輥壓成型

6）焊接（輪焊接/高頻焊接/激光焊接等）

7）后沖壓+切斷

5 零件精度

1）輥壓成型可以實現在有預沖孔情況下對工件的最小拉伸，有效避免了孔位畸變情況的發生。

2）實現更高的產品平直度。

3）有效應對材料變化帶來的補償（如回彈補償等）

6 高強鋼門檻輥壓成型

此高強鋼門檻材質為1180DP，料厚0.8mm,對其斷面審核發現兩處問題，如圖6所示：1）1處法蘭邊寬度太寬，超高強鋼輥壓成品此處波浪起伏無法避免，此面為焊接面，面的質量好精度要求較高，最好控制在35mm以內；2）2處門檻內R過大，超高強板成型后回彈嚴重，精度難以控制，要求根據上述公式改為R6。

圖6 高強鋼門檻斷面圖

圖7 高強鋼門檻工藝流程

此輥壓工藝流程如圖7所示。此輥壓門檻道次圖及輥花圖如圖8所示。

圖8 輥壓門檻道次圖及輥花圖

7 小結

合理的輥壓成型工藝能夠使高強鋼輥壓件得到較高的精度，良好的面品，提高高強鋼輥壓件的成型性。