如何轧制高强度材料？

由于高强板，特别是抗拉强度大于780MPa的超高强钢，其延伸率较差，不可避免地要采用滚压复合成型工艺生产异型冷弯型钢，如保险杠车身、防撞板等。防撞杆、门槛、座椅导轨等。但是不同的带孔冷弯件需要使用在线落料、焊接、自动切割等设备组合成一条全自动滚压线，需要突破一些关键技术。本文结合实例，重点介绍汽车保险杠及防撞杆生产设备的关键技术，与大家分享交流。

一、汽车异形滚压件自动化生产简介

同传传统冷弯型钢，一般分为开式和闭式两种。门槛和导轨多为开式型钢，开式保险杠车身很常见。由于传统冲压工艺的限制，过去基本是开型材，后来很多车型还在沿用，比如老款别克GL8、捷达、起亚、荣威350等。封闭式b型钢，国外一些轻型车纵梁也采用封闭式冷弯型钢；车门防撞杆多为圆管，也有长椭圆形和异形截面的防撞杆（见图1）。

图1 崩溃栏

门槛件（见图2）基本为敞开式，端部形状复杂，中间和边缘需要冲孔或局部凹入。

图2 门槛

座椅导轨（见图3）主要采用冲压工艺制成。通过使用高强度材料，可以推广应用滚压成型工艺。

图3 座椅导轨

滚柱保险杠一般为大于780MPa的高强度材料，型材比较复杂，有的甚至是弯曲的（见图4）。这些产品中的大多数都有不规则的孔。个别孔的精度要求高，工件上的孔数不同。该生产线集冲压和焊接技术于一体，已在生产中得到广泛应用。采用数控技术，可有效控制折弯后的孔位精度。滚轮中高频焊接和在线激光焊接技术在国内也已经成熟和应用。

图4 保险杠

2、高强度型材生产设备介绍

鉴于汽车零部件产量大、准时生产严格、精度要求相对较高的特点，其生产设备多采用自动线作为保险杠车身的轧制部分，其生产过程是从开卷——（校平）——头部切割对焊；从送料冲压（压花）单元到滚压成型、切割和在线焊接技术，对自动化和可靠性的要求越来越高。

高强度（一般抗拉强度小于1200-1450mpa）冷弯型材的道次可在线加工或离线加工。但为了提高生产效率，对不影响辊筒设计的零件，一般在滚压成型前先进行局部冲孔，而且大部分需要在线预冲孔。预冲带材在成型过程中会出现孔位漂移、孔形变形，甚至改变轧制变形机制和回弹，影响产品精度，提高废品率。

2.1开式高强型材轧制生产线

特征工件是门槛和保险杠车身的一部分。与传统的滚压成型工艺相同，大部分可以通过开卷、滚压成型和分切机组生产，分切后进行冲压加工。不同的是，高强度冷弯型材成型机必须有足够的刚性和更高的精度，以减少回弹，保证产品精度。对于需要圆弧弯曲、复杂通孔和局部预凸的型钢，必须配备矫平机和在线冲孔设备。在线冲床一般采用油压机和多模油压机，也可选择机械压力，但适用范围比较窄。

开放式保险杠的弯曲弧度比较复杂。由于高强型钢的回弹难以控制，在线折弯时边缘容易起皱，因此滚压成型设备是关键。当然也可以通过线下拉折弯来完成。

2.2 封闭式高强型材自动轧制生产线

封闭式保险杠的滚动部分一般为B型，焊接接头大多在型材中间。成型后需要将两层金属焊接在一起，主要采用滚焊工艺。管状防撞条采用对焊方式，可采用高频或激光焊接。对于镀锌板，激光焊接最好，焊接强度高，热影响区小。

无论采用何种焊接方法，焊后整形均应充分，必要时采用型芯增加整形道次。在圆弧弯曲过程中，模具设计考虑了截面特性以防止变形。

2.2.1 两条型材轧制线的通用设备

为实现高强度轧制件生产的自动化，必须将冲压、压纹、折弯、焊接、拉深等加工工序集成到生产线中，一次完成型材件的加工。随着轧制技术的成熟和光、电、液控制技术的发展，高强度零件的自动化生产变得简单。

① 开卷机：主要结合高强度材料具有高弹性的特点，具有压紧和防放卷功能，保证安全生产。

②校平机：一般认为校平机是在线冲压辊线压制的必备设备，但实践证明，生产高强度材料的冷弯成型件可以省去校平机，相对较低的孔位要求和较窄的轮廓。

③冲孔单元：这类材料的长度一般为900-1500mm，大部分采用一次冲孔，因此需要选择台面大的设备。为了扩大适应性，降低投资成本，快速液压机是首选设备。如有需要，可加装压花机，完成零件上的标识压印。由于传统的滚筒印刷工艺需要在滚筒母线上刻字，工作时字体容易脱落。此外，由于材料表面硬度高，不再适用。

④ 滚压成型机：不同于传统成型机，它需要适应高强度板材的滚压，因此其驱动性能、设备刚性和传动精度都需要大幅度提高。也经常使用拱架的快换结构。可选择半自动控制气动爪式离合器结构，实现多品种生产。轧辊精度和耐磨性是稳定生产高强度轧件的重要因素。

⑤切割机：一般采用液压切割。对于高强度轧制零件，切削过程会产生更多的热量。同时，由于材料屈服强度超过1000MPa，刀具的使用寿命相对较低。因此，刀口设计和模具材料选择非常重要。

2.2.2 生产线专用工艺设备

1）在线焊接设备

主要用于需要在线焊接和连续生产的封闭冷弯型钢。它是影响轧制件，尤其是汽车安全件加工过程的关键点。目前，我国主要采用两种焊接方法：

① 间歇滚焊：间歇滚焊时，滚轮连续旋转，工件连续运动，电流间歇通过工件。形成的焊缝由重叠的熔核组成。通过自动控制，可以设置焊点间距、焊接电流和在线修整电极焊轮。由于电流间歇通过，辊子设计有内部冷却和额外的外部冷却。在休息时间，可以对轧辊和工件进行冷却，从而提高轧辊的使用寿命，减少热影响区宽度和工件变形，获得较好的焊接质量，而没有连续滚焊的缺点。当然，缺点是间歇滚焊时，熔核冷却时，卷板已经离开焊接区，没有充分的锻造工艺，熔核在减压下结晶，容易产生表面过热、缩孔空洞和裂缝。

目前广泛采用高频焊接和中频焊接。中频焊接频率为1000Hz，比工频50Hz的焊接控制要快。中频焊接电流响应时间为1ms，比工频20ms快20倍。调整精度大大提高，从而更好地保证焊接质量。