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车门钣金系统-辊压成型工艺
发布日期:2025-05-21 17:48    点击次数:140

辊压成型是将板材送入包含多个连续成对滚轮的辊压轧机中,每对滚轮逐渐将板材弯曲成所需的最终形状。这种递增的方法可以最大限度地减少应变,补偿回弹。因此,滚压成型非常适合将先进的高强度钢加工成具有复杂的形状的零件,特别是那些伸长率低的钢种,如马氏体钢。

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滚轮的数量取决于钢板的材料等级、成品零部件的复杂程度以及辊压轧机的设计。一台用于生产保险杠防撞梁的辊压轧机可能需要多达30对滚轮。

滚压成型是少数的只需要一种主要变形方式的金属板材成型工艺。与大多数需要复杂的模具设计的成型工艺不同的是。在滚压成型中,除了在弯曲半径处有轻微变薄外,钢板的厚度没有明显的变化。

滚压成型适用于需要大批量生产、截面复杂、长度长并有严格尺寸公差要求的零件。这个连续的生产过程中包括钢板卷材送入、滚压成型和定尺切割。切口、开槽、冲孔、压花和弯曲与轮廓滚压成形相结合,在滚压成形机的出口端生产成品部件。事实上可以直接将汽车门梁防撞梁轧制成适当的宽度,只需要在运往汽车装配线之前焊接上用于安装的支架。下图显示了非常适合辊压工艺的汽车零部件。

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滚压成型可以生产具有以下特点的高强钢零件:

各种机械性能水平和不同的微观结构的钢材。

最小半径取决于钢板的厚度和机械性能。

然而,高强度钢板意味着滚轮和轧机框架上受到的力较大。根据经验,力与钢板的强度和厚度的平方成正比。因此,必须检查辊压设备的结构强度等级,以避免辊压过程中轴的弯曲。辊压成型部件的最小内半径值主要取决于钢材的厚度和抗拉强度,滚压成型比弯曲工艺允许更小的半径,如下图所示。

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下图比较了CR1150/1400-MS弯曲和滚压成型的情况。弯曲需要最小3倍厚度的半径,但滚压成型可以产生1倍厚度的半径。

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对回弹有影响的主要参数是部件的半径、板材厚度和钢的强度。正如预期,回弹角度变化随着抗拉强度和弯曲半径的增加而增加。

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下图显示了用相同的辊压模具对三种厚度相同、抗拉强度在1000兆帕至1400兆帕之间的钢材所做零件的剖面。即使强度差别很大,回弹也几乎相同。

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高强度钢滚压成型指南:

为成型材料选择适当数量的辊轮。钢的强度越高,轧辊成型机上所需的辊轮数量就越多。

使用材料的最小允许弯曲半径,以减少回弹。

将孔放在远离弯曲半径的地方,以帮助实现预期的公差要求。

建立合理的尺寸公差要求,以成功地生产零件。

使用适当的润滑。

对滚压成型生产线使用适当的维护计划。

预测末端扩口(回弹的一种形式),端部回弹是由于在滚压成型过程中产生的应力造成的。

要认识到,当零件被整形(或在滚压成型后被再成型)时,金属的压缩会导致侧壁弯曲,从而导致配合问题。滚压成型时不能使用打磨工具,因为使用打磨工具会增加侧壁弯曲的严重性。

不要期望来自不同材料厂家的具有相似屈服强度的钢有相似的辊压成型表现。

不要过度指定公差,对于非关键区域不要提出过严的公差要求。

专门针对最高强度钢指南:

根据牌号不同,最小弯曲半径应为钢板厚度的三到四倍,以避免开裂。

回弹幅度从 120KSI钢(1KSI=1千磅力/平方英寸=6.895MPa)的 10 度( 830 MPa 最小屈服强度,860 MPa 最小抗拉强度)到 M220HT 钢(CR1200/1500-MS)的 30 度不等,而低碳钢则为1 到 3 度。在设计辊压成型工艺时应考虑回弹。

由于回弹较高,因此很难在大半径(半径大于钢厚度的20倍)的截面上实现较高的公差要求。

辊轮的设计应具有恒定的半径和相邻两对辊轮之间的均匀过度。

当辊压成型超高强度钢时,与软钢相比需要多通过约50%的辊轮。所需的辊轮数量受型材弯曲位置的数量、钢的机械性能、截面深度与钢的厚度比、公差要求、预冲孔和切口的影响。

由于更高的辊压次数和更高的材料强度,辊压成型所需的动力也要增加。

由于材料强度较高,成形压力也较高。应考虑较大的轴直径。应避免使用薄而细长的轧辊。

在滚压成型过程中,避免被压缩的横截面部分出现过度永久伸长。

动态辊压成型:

传统的二维滚压成型使用连续的滚压架,将钢板逐渐改变成目标形状,并在长度上保持一致的轮廓。先进的动态辊压成型结合了计算机控制,具有多个自由度的辊架,允许成品轮廓沿其长度方向变化,形成三维轮廓。同一套辊压工具通过改变单个辊架的位置和运动来创造不同的轮廓。在线三维辊压加工扩大了滚压成型应用范围,更多种类的零件可以被生产。

其中一个例子是用1700兆帕马氏体钢制成的三维滚压管,用于2020年福特探险家和2020年福特Escape的A柱/车顶栏(下图)。使用这种三位辊压而不是液压成型,使零件具有更小的轮廓,从而改善了驾驶员的视野,增加了内部空间,并更好地安装安全气囊。强度-重量比提高了50%以上,从而使每辆车的总质量减少了2.8至4.5公斤。

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辊式冲压:

传统滚压成型创造出的产品基本上在滚轮轴方向具有均匀的横截面。一种被称为辊式冲压的新技术增强了加工不在滚动轴方向上的形状和特征的能力。使用专利生产工艺,辊式冲压可以在圆周方向生产出不同形状的零件,如下图。

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这种方法可以应用于传统的滚压成型生产线。在汽车车门防撞梁的例子中,中央部分的W形轮廓和连接到车门内板的平坦部分是同时形成的,不需要额外的安装支架和连接点焊,节约了零件成本。

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下面是某汽车制造商用这种方法取代了用2.0毫米PHS-CR1500T-MB冲压硬化钢管制成的三件式车门防撞梁,防撞梁需要用1.4毫米CR-500Y780T-DP制成的两端支架将其固定在内板上。新的方法,采用一体式轧制的1.0毫米CR900Y1180T-CP复相钢防撞梁,使重量减轻10%,成本降低20%。

这项技术于2017年开始在韩国某轿车上批量生产,2020年在韩国某SUV上批量生产,2021年在欧洲某SUV上批量生产。

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