文/張春雨，宋成朋，王曉麗·一汽解放汽車有限公司

交通部JT/T 1178.1-2018《營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件第1部分：載貨汽車》將UN ECE R29-03全部試驗(yàn)內(nèi)容納入法規(guī)體系，2019年5月執(zhí)行，法規(guī)升級(jí)，駕駛室需要增加整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以滿足法規(guī)要求。國六排放、四階段油耗、國內(nèi)油價(jià)高位的運(yùn)行與商用車總重限制等國家法規(guī)政策也將直接推動(dòng)商用車輕量化發(fā)展。

一般來說，汽車重量每減少10%，燃油消耗量將降低8%左右，并降低5%～6%的排放，如果車輛自重降低0.8噸就可以多裝貨物0.8噸，按照每年行駛20萬公里、每公里平均運(yùn)價(jià)0.28元計(jì)算，一輛輕量化重卡一年可比載重量相同的普通車型增加收入5萬～6萬元。如何實(shí)現(xiàn)重型卡車的輕量化改進(jìn)、提高用戶收益并提升駕駛室強(qiáng)度成了我們必須要面對(duì)的問題。那么對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行提升就成了一個(gè)實(shí)施途徑，輥壓工藝以其特有的漸變成形原理及對(duì)高強(qiáng)鋼的適應(yīng)性成為了我們對(duì)駕駛室生產(chǎn)工藝提升的一個(gè)重要工藝手段。工藝流程如圖1所示。輥壓成形技術(shù)從二十世紀(jì)八九十年代在我國得到廣泛應(yīng)用之后，商用車生產(chǎn)中也引入了輥壓成形技術(shù)，包括重卡縱梁、下防護(hù)等結(jié)構(gòu)件的輥壓成形技術(shù)也得到了很好的發(fā)展，乘用車車身鈑金件的輥壓成形技術(shù)得到了很好的發(fā)展，而商用車車身輥壓技術(shù)開展及應(yīng)用起步較晚。

輥壓技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

不同于乘用車駕駛室結(jié)構(gòu)，商用車駕駛室呈現(xiàn)方形籠式結(jié)構(gòu)，后圍、頂蓋、側(cè)圍都需要達(dá)到一定強(qiáng)度完成駕駛室的安全保護(hù)強(qiáng)度支撐，如駕駛室后圍應(yīng)能承受最大允許裝載質(zhì)量每1000kg施加1.96kN的靜載荷。此靜載荷應(yīng)通過置于車架上的不小于整個(gè)后圍的剛性壁障施加在至少車架以上的駕駛室后圍上，剛性壁障應(yīng)垂直于車輛的縱向中心軸線，且平行于中心軸線移動(dòng)。

目前乘用車行業(yè)車身輥壓技術(shù)應(yīng)用開展較早，相對(duì)成熟，如車身結(jié)構(gòu)件：車身AB柱、底板梁、頂蓋梁、加強(qiáng)管件、座椅滑軌、門檻、側(cè)圍等。乘用車輥壓技術(shù)應(yīng)用示意圖如圖2所示。材料強(qiáng)度普遍達(dá)到1200～1600MPa，車身輥壓技術(shù)均已得到批量采用，如通用、日產(chǎn)、捷豹路虎、福特、豐田、奇瑞、特斯拉、FCA、本田、一汽大眾、雷諾、上汽大眾、吉利、比亞迪、麥格納等知名汽車廠商。乘用車的輥壓應(yīng)用可以達(dá)到20%以上。

圖2 乘用車輥壓技術(shù)應(yīng)用示意

在商用車輥壓技術(shù)應(yīng)用方面歐美走在了前列，如中地板縱梁、頂蓋的橫梁和縱梁、后圍的橫梁和縱梁都是輥壓成形零件，國外某品牌商用車車身輥壓件應(yīng)用多年，重量比例達(dá)到12%，材料強(qiáng)度1200～1600MPa。集輥壓、拉彎、激光切割、端部翻邊及焊接于一體，優(yōu)勢(shì)為：⑴可實(shí)現(xiàn)2D和3D彎曲，⑵可實(shí)現(xiàn)拉彎成形，⑶可進(jìn)行復(fù)雜端面成形及切割。國外商用車駕駛室輥壓應(yīng)用及生產(chǎn)線示意圖如圖3所示。

圖3 國外商用車駕駛室輥壓應(yīng)用及生產(chǎn)線示意圖

商用車高強(qiáng)鋼駕駛室輥壓件的開發(fā)

法規(guī)項(xiàng)中對(duì)側(cè)圍、后圍、頂蓋的強(qiáng)度要求提升，綜合輕量化需求，要求商用車車身輥壓件的開發(fā)在材料厚度和強(qiáng)度的選擇上都要慎重。在同一輥壓產(chǎn)品中由于輕量化需求，在材料強(qiáng)度升級(jí)的同時(shí)，不同的厚度除了輥壓成形本身成形性之外，還會(huì)在駕駛室強(qiáng)度方面有著不同的支撐，滿足不了強(qiáng)度要求就無法完成新車型的開發(fā)，如圖4所示。統(tǒng)一高強(qiáng)度級(jí)別的材料，不同的減薄料厚的CAE強(qiáng)度分析結(jié)果顯示，相對(duì)薄的某減薄料厚駕駛室在頂壓狀態(tài)下發(fā)生失效變形，無法滿足法規(guī)項(xiàng)，而另一減薄料厚則滿足法規(guī)項(xiàng)的要求，如圖5所示。材料強(qiáng)度升級(jí)，料厚減薄，強(qiáng)度甚至可以超出法規(guī)強(qiáng)度要求，既滿足強(qiáng)度升級(jí)又滿足輕量化需求，成為重點(diǎn)輥壓產(chǎn)品開發(fā)方向，

圖4 強(qiáng)度失效不滿足法規(guī)

圖5 強(qiáng)度滿足法規(guī)需求

輥壓仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用

我們利用輥壓仿真模擬軟件模塊進(jìn)行輥花和軋輥的數(shù)字化設(shè)計(jì)，采用工藝過程的仿真分析技術(shù)代替實(shí)物試錯(cuò)，使用仿真模型來模擬生產(chǎn)過程和預(yù)測(cè)生產(chǎn)結(jié)果。除了有斷面設(shè)計(jì)模塊，還可以通過分析回彈情況和優(yōu)化冷彎成形過程給輥壓工程師提供最快速直觀的輔助反饋（如圖6），在成形過程中，產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)扭曲、翹曲或端部張開等缺陷實(shí)現(xiàn)在有限元模擬前進(jìn)行整套軋輥組的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來提升計(jì)算效率。

圖6 輥壓仿真模擬

輥壓工藝開發(fā)

輥壓工藝開發(fā)階段，輥壓工藝工程師除了要根據(jù)仿真模擬結(jié)果考慮各種可能缺陷回彈等因素，還需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各種因素結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行方案融合保證方案可靠高效。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，輥片道次數(shù)、輥軸直徑、輥片尺寸、輥片共用、設(shè)備結(jié)構(gòu)等都直接影響企業(yè)成本，而企業(yè)往往都面臨著產(chǎn)品換型所帶來的各種變化因素，所以工藝開發(fā)也要考慮換型調(diào)試穩(wěn)定性，包括快換機(jī)架、模具更換工作臺(tái)等快速調(diào)整結(jié)構(gòu)都需要加以考慮，通過開卷、矯平、預(yù)沖孔、彎弧、切割、輥壓成形、校直、焊接、切斷等各種成熟工藝組合，配合先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，可以完成多種冷彎成形件的生產(chǎn)，實(shí)時(shí)反饋生產(chǎn)信息，方便調(diào)整。同時(shí)應(yīng)和設(shè)計(jì)師及時(shí)溝通，產(chǎn)品截面盡量統(tǒng)一，減少輥片開發(fā)，降低成本及換型調(diào)試。輥壓成形的工藝方案是多種多樣的，企業(yè)也可以根據(jù)自己實(shí)際的生產(chǎn)狀況進(jìn)行合理的定制。這也需要綜合考慮場(chǎng)地、人員、成本、生產(chǎn)節(jié)拍等等。

表1 輥壓工藝特點(diǎn)

材料、人工等成本的變化

企業(yè)在輕量化的過程中往往會(huì)考慮材料升級(jí)所帶來的成本變化，比如某材料由原有強(qiáng)度升級(jí)為更高級(jí)別強(qiáng)度的材料，單卷材料費(fèi)是上漲的；但是輕量化材料減薄所帶來的用料數(shù)量卻是降低的，實(shí)際核算發(fā)現(xiàn)升級(jí)后輥壓?jiǎn)渭杀敬_實(shí)是降低的。這樣的變化所帶來的結(jié)果是企業(yè)和用戶雙方受益，用戶享受輕量化所帶來的使用成本降低及高強(qiáng)度安全保護(hù)，企業(yè)則用成本降低創(chuàng)造效益。同時(shí)，輥壓技術(shù)在商用車車身的應(yīng)用所帶來的人工降低、效率提升、能耗降低、投資降低等降成本效果也是企業(yè)愿意接受此種量產(chǎn)工藝的因素。

結(jié) 束 語

本文簡(jiǎn)要介紹了輥壓成形工藝在商用車車身生產(chǎn)中的一些應(yīng)用及開發(fā)思路，希望能給同行提供一些可借鑒思路。實(shí)踐證明，用輥壓成形工藝不僅能保證零件質(zhì)量、性能、使用要求，還可以降低成本，在商用車車身加工領(lǐng)域具有相當(dāng)大的開發(fā)前景。