浅谈辊压成型工艺

浅谈辊压成型工艺

尹艳山

130684198904024810

一、背景简介

确保汽车安全可靠的前提下，减轻整车重量可以做到降低油耗，提升性能的作用，故而轻量化、节能环保一直是汽车行业各大主机厂、配套供应商追求的目标，目前轿车行业为解决轿车轻量化问题，实现的手段是采用材质替代或者高强度钢板，在等强度计条件下减少板厚度及重量。进而高强钢、超高强钢广泛应用于汽车零部件中，并且占整车比重呈逐年上升的趋势。随着强度级别的加大，材质塑性急剧下降、回弹也越来越大、一次成型性变差，常规冲压工艺很难满足工艺要求，从而热成型工艺、辊压工艺成为优选工艺，具体应用到汽车上，其中A柱、B柱目前主流的生产工位为热成型，而前后防撞梁、车门槛、 车门顶饰条、门框亮条、座椅滑 轨、汽车等截面纵梁、车门上框、 玻璃导槽、车门导轨、落水槽嵌条等辊压成型又是最主要的工艺。

二、辊压工艺基本原理

辊压成型指的是成卷带料经过多道次不同形状、规格辊轮，宽度方向不断弯曲，进而形成特定断面形状的一种加工工艺，材料材质普遍为钢、铝，尤其适用于高强度钢材的成型，其中抗拉强度 ＞1 500 MPa 的马氏体钢已形成成熟的工艺。

三、辊压成型工艺基本流程

辊压成型工艺核心工艺为冷弯成型，但是由于产品结构复杂，所以产线会涉及前后道工序，实现形式也不尽相同。

国内现有的辊压线工艺实现形式为：线上料带前冲孔、辊压成型、简单切断；线下借助于压机+切边模具、压机+异形端头切断模具、压机+压型模具单独工序实现。且辊压精度低、工序漏冲孔等不能实现在线检测、用人多、效率低等缺点。

国外辊压线工艺实现现形式为: 线上料带前冲孔、辊压成型、在线切边、在线压型、在线异形端头切断、在线漏冲孔检测，整线的速度、精度、柔性、自动化程度均比较高。

根据产品结构不同工艺流程也不近相同

以国内先进的开口直条型产品（门槛件）典型工艺流程为：

开卷→整平→剪切对焊→地坑→预冲→伺服送料机→地坑→冷弯成型→压型模→切边模→定长切断→码料；

其中开卷用于将卷料开卷为产线输送钢带；整平将用于释放钢带生产过程中的应力，保证钢带平整，从而保证后期产品稳定性；剪切对焊用于卷料头尾衔接，避免二次上料，极大节约时间；地坑也可以成为储料坑，主要用于保证产线线平衡；预冲主要用于冲孔等，对产品上部分孔进行辊压前冲压；冷弯成型是核心单元伺服驱动，通过一组组辊轮，钢带慢慢成型；压型模、切边模用于将成型产品进行凸台或者凹槽的加工，以及法兰边的加工，此工艺可以在产品下线后进行；定长切断可以根据产品图纸长度要求，对产品进行切断；码料单元用于将切断产品进行拾取，并放置到料箱中，用于传递到下一工序。

对应产线结构如下：

四、辊压工艺优点

1产品质量

（1）产品范围：由于是连续生产所以不受产品长度限制　 普通的冲压设备不可能完成较长零件的成形。辊压成形时因为 来料是连续的，辊压的工件同样也是连续的，所以辊压成形不受 零件长度限制，它可以完成十几米，甚至几十米长的工件制造。辊压生产过程中，由于辊轮的工作方向既可水平放置，也可垂直放置，同时辊轮的 高度、旋转方向都可以灵活调节，所以辊压线可生产出多种断面复杂 的零件。有些断面形状的零件用冲压方法是不可能实现的，如车门窗框、负角、闭口、日字形、B字型等，对于此类小半径R角，冲压工艺容易产生裂纹等质量问题。

（2）产品性能：由于采用高强钢，相比于其他强度钢材优势不言而喻，有资料研究显示：冲压保险杠：材料牌号 DOCOL 500DP；抗拉强度500 MPa；t=1.8mm；质量为13kg。 辊压保险杠：材料牌号DOCOL 1000DP；抗拉强度1000MPa； t=1.0mm；质量为6.5 kg。经过进行碰撞试验发现二者所能承受的冲击能基本相同。

（3）产品质量：表面质量，由于是经过辊轮多道加工而成，每次形变的相对来说很小，同时材料与辊轮几乎没有相对位移，所以产品表面无划痕、裂纹等现象，外观较好，表面光洁；同时相比冲压一次成型，辊压成型经过二十几道辊轮逐渐成型，其中内应力得到充分释放，产品回弹小，达到最好的力学性能，所以产品尺寸稳定，只要调试成功，无需频繁进行测量。质量好辊压成形的零件由于是经过十几道辊压机 对材料逐步弯曲变形而成。

2成本控制

（1）生产效率：冷弯单元产线采用伺服电机驱动，前后设备匹配辊压单元速度，目前国内主流产线设备能够达到30m/min，其中德国三星设备能够实现45m/min。所以非常适合于大批量生产，与冲压、折弯工艺相比提高效率数倍以上，

（2）成本投入：由于生产效率高，设备集成度较高，以及仅需1-2人操作，故而运营成本较低；同时成型过程中辊轮相对产品无运动，故而几乎无磨损，寿命在50万次。

（3）开发成本：由于整线采用平台化生产，多种产品柔性化生产，故而可以共用产线，仅需进行部分换型，均摊到产品上的设备费用将大大降低。

（4）材料利用率：先比于离线冲压与折弯，辊压工艺无需二次加工，所以对于端头以及沿周不需要预留加工量，根据数据统计材料利用率可以达到93%以上，

3开发周期

（1）平台化：目前辊压成型线上已经集成了其他加工工艺，如冲孔、校平、激光焊接、滚电焊、压型、切法兰边、折弯等工序，所以产线设备的兼容性非常强，已经实现实现不同截面产品平台化的开发。所以在现有设备增加产品，仅需要对冲压磨具、辊轮、切断模具进行设计、加工、制造。整体周期普遍3个月以内，远远满足主机厂的开发需求。

（2）产品变更：对于产品临时变更，部分截面形状可以通过调试辊轮角度、位置等实现调整，长度变更仅需调整切断尺寸，孔位变更可以通过设变冲压模具进行调整，成本较低。

五、辊压工艺的发展趋势及展望

1高强钢进一步发展

近年以来伴随着市场需求不断提升，各大钢材厂加大了对汽车用钢研发投入，980-1500MP已经实现国产化，并且不断有科研院所再向2000Mpa已经更高探索，同时材料的二次成型性研究工作也在不断深入。这同样将推动相应设备的不断提升与改进。

2变截面工艺不断研发

目前主流产品主要为单一截面，但是经过轻量化技术不断深入，拓扑优化、CAD、CAE等计算机辅助技术不断优化，发现单一截面产品，力学性能可能先比同等材料不同截面产品要差一些，通过优化截面发现，变截面产品性能表现更为优秀。进而是不是可以通过调整辊轮位置或者角度来获得不同截面形状的产品，这就需要增加部分辊轮的横向移动，此项工作的研究将极大改善单一截面产品应用的局限性。据悉北方工业大学已经在此方面取得一定进展。