基于汽車輕量化的變厚板技術(shù)研究

朱梅云,李光輝

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

基于汽車輕量化的變厚板技術(shù)研究

朱梅云1,李光輝2

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

基于汽車輕量化技術(shù)，對變厚板(VRB)技術(shù)進(jìn)行研究，研究了VRB工藝結(jié)構(gòu)特性、生產(chǎn)特性及使用特性，研究結(jié)果表明：VRB技術(shù)結(jié)構(gòu)特性、生產(chǎn)特性及使用特性均優(yōu)于TWB技術(shù)，并且VRB技術(shù)在汽車車身結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛，有效促進(jìn)汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，同時，VRB技術(shù)為綠色制造業(yè)奠定基礎(chǔ)。

汽車輕量化；沖壓成形；變厚板VRB；綠色制造

汽車輕量化技術(shù)已成為世界汽車發(fā)展的潮流。該技術(shù)是在保證汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車的整備質(zhì)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(shù)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(shù)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(shù)是綠色制造技術(shù)的典型，是實現(xiàn)汽車輕量化的有效途徑。圖1是變厚板沖壓成形技術(shù)的典型案例。

圖1 變厚板成形技術(shù)的沖壓件

1 變厚板成形技術(shù)

VRB技術(shù)的基礎(chǔ)出發(fā)點是使零件結(jié)構(gòu)中的任一部位材料都會對整體結(jié)構(gòu)起到應(yīng)有的性能和功能作用。等強(qiáng)度原理就是零件在機(jī)構(gòu)中的應(yīng)力場不一定均勻，因此，可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的非線性設(shè)計，形成結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力場分布均衡，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計。

在等強(qiáng)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(jī)構(gòu)中的連續(xù)質(zhì)量分布決定了它在結(jié)構(gòu)輕量化中的作用，用最少重量的VRB材料制成的車身結(jié)構(gòu)件能達(dá)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(shù)。可見，VRB技術(shù)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(shù)直接來源于上世紀(jì)的柔性軋制技術(shù)[3]，是通過周期變厚軋制實現(xiàn)厚度的變化，之后通過熱處理、平整等工序以達(dá)到產(chǎn)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(shù)。

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

2.2 變厚度板工藝特點

對比TWB技術(shù)，VRB技術(shù)有如下工藝特點，如圖5所示。

圖4 VRB生產(chǎn)工藝流程

圖5 VRB工藝特性

(1)VRB工藝技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點。①按等強(qiáng)度原理設(shè)計零件，更能發(fā)揮零件的強(qiáng)度和剛度的作用；②同等強(qiáng)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(zhì)量好，有可能作汽車覆蓋件；④用過渡區(qū)代替焊縫，連接強(qiáng)度大幅度提高，均勻性好，強(qiáng)度分布連續(xù)。

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

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

3 VRB技術(shù)在汽車車身上的應(yīng)用

圖6 VRB技術(shù)在汽車車身結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用

VRB技術(shù)在汽車車身結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用如圖6所示，由圖可見，VRB技術(shù)在汽車車身結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用廣泛，該技術(shù)促進(jìn)了汽車輕量化技術(shù)的快速發(fā)展。

4 結(jié)論

(1)VRB技術(shù)的結(jié)構(gòu)特性、生產(chǎn)特性及使用特性均優(yōu)于TWB技術(shù)，并在汽車車身結(jié)構(gòu)件中得到廣泛應(yīng)用。

(2)VRB技術(shù)的應(yīng)用，有效促進(jìn)汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)汽車制造業(yè)綠色環(huán)保健康發(fā)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(jī)械工業(yè)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(shè)計[J].模具工業(yè)，2016，42(4)：19-24.

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

[5] 楊 兵，等.變厚板(VRB)沖壓成形數(shù)值模擬[J].塑性工程學(xué)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(shù)研究。E-mail：zhumeiyun@163.com