【摘要】文章分析了辊压工艺的特点，根据后保险杠横梁的空间状况确定了合理的辊压断面，通过反复地模拟计算，在实现轻量化的同时完成了降本。

【关键词】辊压 保险杠 轻量化 成本

0 引言

汽车的轻量化是一个非常重要，也是非常时髦的话题。减轻重量的最主要方法就是大量采用超高强度的钢板，现在大众除了B柱、门内防撞杆，很多前保险杠横梁也采用了超高强度热成型钢板。但是热成型成本很高。经过方案分析比较，认为后保险杠横梁采用辊压工艺能很好地平衡轻量化要求和成本目标。

1 辊压工艺的优点

辊压成型又称冷弯、辊弯，该工艺是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面的型材，如图1所示。辊压成型工艺具有很多优点:

(1) 可连续生产，长度不受限制，生产效率高，与冲压相比提高效率10倍以上;

(2) 材料利用率高，能节约15%左右;

(3) 冲压工艺只能做开放式截面，封闭式截面要做成2件再合起来，辊压可以直接产出各种不同封闭截面的零件。

正因为辊压工艺的这些优点，其在很多地方都有应用，比如很多钢管就是由钢板通过辊压做成圆再激光焊接而成;在汽车上也有使用，比如车窗导槽就是采用此工艺;在保险杠横梁方面，国外有些公司也有尝试，特别是日本的有些公司非常喜欢这个工艺。

2 初始方案

某车型的后保险杠横梁前期的初始方案是采用常规的冲压工艺，由2个法兰板、2组吸能盒(由2件拼焊而成)和1根主横梁组成，这些零件都是采用冲压工艺，如图2所示。其中的主横梁尺寸为60mm×1050mm×100mm，材料HC420LA－1．5(屈服强度大于420MPa)的重量为2451g。这个方案由前期方案组布置，满足各种空间要求，也经过模拟计算部门确认可行。

但是这个方案的价格超过预算，希望通过减少材料厚度等措施来降低成本。考虑到辊压工艺的这些优点，进行进一步尝试。

3 辊压横梁的方案确定

3.1 辊压断面的选择

辊压的断面有开放式和封闭式两种。开放式有几字型和C字型等;封闭式有D字型、B字型和日字型等，如图3所示。

首先考虑几字型断面，Y0截面与冲压方案完全一致，形状一样，厚度也一样为1．5mm。这个方案的优点是整个中间区域与冲压方案完全一致，碰撞性能上没有风险。缺点是由于冲压两侧是减小的，而辊压两侧与中间相同，这导致主横梁与法兰板的距离只有22．5mm，如图4所示。另外两侧相比冲压多出来一部分，重量增加了174g。因此该方案不可行。

日字型断面具有最佳的抗扭转和抗弯曲性能，可能是后续轻量化设计的趋势。很多铝合金横梁也是因为其优点而采用日字型断面，当然铝合金横梁不是采用辊压工艺。但据专业人士介绍，目前该方案在弯曲时容易起皱，弯曲成型的极限较小。

B字型断面是目前比较经典的方案，比较成熟，各方面都比较均衡。经讨论，最终选定B字型断面。

3.2 辊压弯圆半径的选择

先初步测量保险杠横梁外面蒙皮的光顺数据的半径，为2600～2700mm之间。那么辊弯半径应该小于2600mm。按要求设定两侧主横梁与蒙皮的距离为10mm左右，Y0位置主横梁与蒙皮的距离为5～6mm，如图5所示。经反复推算确定外侧半径为Ｒ2495mm。

3.3 辊压工艺最终方案的确定

断面B字型，辊弯外侧半径Ｒ2495mm，材料选用HC420LA。有了这些参数以后，再经过反复试算，确定截面的大小为38mm×58mm，厚度为1．2mm，零件重量为2340g。辊压最终方案完全确定，零件的3D数据也制作完成，可用于正式计算。

4 计算模拟

4.1 摆锤工况

由于是SUV车型，后保险杠横梁的离地高度比轿车要大，所以摆锤和横梁并不是中对中，在模拟过程中横梁有扭转现象，如图6所示。但是重叠量还是足够的，计算合格。

4.2 RCAR工况

RCAR工况中，经过16km/h碰撞，由于吸能盒变短了，变形不充分，如图7所示。

改善措施:吸能盒两侧加引导变形的结构。再计算，结果合格。

5 可制造性分析

5.1 成型分析及CAE计算

碰撞计算完成后，由辊压零件的供应商来做可制造性分析。供应商做了成型工艺及CAE分析，确认成型良好，如图8所示。

5.2 零件表面保护问题

主横梁成型后，与吸能盒、法兰板焊接到一起形成总成，然后总成做电泳时出现问题。因为是封闭截面，在做电泳时，电泳液外流时间太长。解决方法是在横梁上开15mm×10mm的长腰孔，两个朝上的面开3个孔，两个朝下的面开2个孔，总共10个孔，如图9所示。由于对这些孔的精度要求不高，可以在开卷、展平以后，在辊弯之前就冲孔。

5.3 拼缝焊接工艺选择

另外出于成本考虑，建议用滚点焊来替代激光焊。滚点焊也是主流方案，基本能实现功能，如图10所示。

6 结语

通过把后保险杠主横梁由冲压工艺改成辊压工艺，最终实现减重111g;与此同时，成本也下降了10元左右，总体上这次研发是成功的。

当然，这次研发还是比较稳重保守，减的重量还不是非常多。以后还要寻求更好的辊压断面，尝试辊压更高强度的钢板，甚至变曲率辊弯工艺等，以取得更大范围的应用和更大的减重效果。

来源：期刊-工艺材料

作者：孟小斌

单位：上汽大众汽车有限公司