基于汽车轻量化的变厚板技术研究

朱梅云,李光辉

(1.安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心，安徽 合肥 230601；2.安徽继远软件有限公司，安徽 合肥 230000)

基于汽车轻量化的变厚板技术研究

朱梅云1,李光辉2

(1.安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心，安徽 合肥 230601；2.安徽继远软件有限公司，安徽 合肥 230000)

基于汽车轻量化技术，对变厚板(VRB)技术进行研究，研究了VRB工艺结构特性、生产特性及使用特性，研究结果表明：VRB技术结构特性、生产特性及使用特性均优于TWB技术，并且VRB技术在汽车车身结构件中应用广泛，有效促进汽车轻量化技术的发展，同时，VRB技术为绿色制造业奠定基础。

汽车轻量化；冲压成形；变厚板VRB；绿色制造

汽车轻量化技术已成为世界汽车发展的潮流。该技术是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。其中，变厚板冲压成形技术是汽车轻量化的主要途径之一[1]。

变厚度板(VRB，Variable-thickness Blanks)是指通过轧制技术将坯料轧制成不同厚度，用以制作不同部位不同厚度的特殊零件形状。变厚板成形技术是绿色制造技术的典型，是实现汽车轻量化的有效途径。图1是变厚板冲压成形技术的典型案例。

图1 变厚板成形技术的冲压件

1 变厚板成形技术

VRB技术的基础出发点是使零件结构中的任一部位材料都会对整体结构起到应有的性能和功能作用。等强度原理就是零件在机构中的应力场不一定均匀，因此，可根据零件结构的非线性设计，形成结构内部应力场分布均衡，从而实现结构的最佳设计。

在等强度条件下，零件厚度在长度方向呈二次曲线分布[2]，如式(1)，在刚度条件下，零件厚度在长度方向呈线性分布，如图2所示。

图2 零件厚度在长度方向的线性分布

图3 三种梁减重方案对比

零件在机构中的连续质量分布决定了它在结构轻量化中的作用，用最少重量的VRB材料制成的车身结构件能达到其他两种板料一样的刚度，如图3所示。其中，TWB(Tailor Weld Bank)指激光拼焊板技术。可见，VRB技术汽车车身减重比较明显。

2 变厚板成形工艺

2.1 变厚度板工艺

VRB技术直接来源于上世纪的柔性轧制技术[3]，是通过周期变厚轧制实现厚度的变化，之后通过热处理、平整等工序以达到产品所需性能，然后剪切、冲压制作出变厚度零件。如图4所示为VRB工艺流程技术。

VRB成形工艺技术属于高精度动态厚度控制技术，高精度长度跟踪技术，高精度周期剪切技术[4-5]。

2.2 变厚度板工艺特点

对比TWB技术，VRB技术有如下工艺特点，如图5所示。

图4 VRB生产工艺流程

图5 VRB工艺特性

(1)VRB工艺技术的结构特点。①按等强度原理设计零件，更能发挥零件的强度和刚度的作用；②同等强度和刚度效果时，比TWB零件的轻量化效果更好；③没有焊缝，表面质量好，有可能作汽车覆盖件；④用过渡区代替焊缝，连接强度大幅度提高，均匀性好，强度分布连续。

(2)VRB工艺技术的生产特点。①连续性生产，生产效率高，操作容易，可靠性好；②厚度容易控制，能生产出两种以上厚度组合的板材；③厚度过渡区的长度和形状可以控制。

(3)VRB工艺技术的使用特性。①省去了焊接工序，可降低生产成本；②可根据冲压件成形时受力状况，设计过渡区的长度和形状；③过渡区光滑连续，比拼焊板厚度突变的模具设计简单；④过渡区有良好的吸收能量效果，比拼焊板抗击性能好。

3 VRB技术在汽车车身上的应用

图6 VRB技术在汽车车身结构件中的应用

VRB技术在汽车车身结构件中的应用如图6所示，由图可见，VRB技术在汽车车身结构件上应用广泛，该技术促进了汽车轻量化技术的快速发展。

4 结论

(1)VRB技术的结构特性、生产特性及使用特性均优于TWB技术，并在汽车车身结构件中得到广泛应用。

(2)VRB技术的应用，有效促进汽车轻量化技术的发展，促进汽车制造业绿色环保健康发展。

[1] Hauger.Tailor Rolled Blanks for Automotive Light-weight Engineering[C].Automotive Circle International Conference,Frankfurd:2008:26-27.

[2] 林忠钦.车身覆盖件冲压成形仿真[M].北京：机械工业出版社,2004：49-52.

[3] 张 文，等.变厚板汽车顶盖横梁成形工艺研究及模具设计[J].模具工业，2016，42(4)：19-24.

[4] 杨 兵，等.基于变厚板(VRB)的汽车前纵梁内板开发[J].塑性工程学报，2014，21(2)：76-80.

[5] 杨 兵，等.变厚板(VRB)冲压成形数值模拟[J].塑性工程学报，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，硕士，高级工程师，从事板料成形CAD/CAE及材料技术研究。E-mail：zhumeiyun@163.com