辊压成型工艺现状及发展趋势
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AT&M 视 界
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VISION
辊压成型工艺现状及发展趋势
龚元明 1 李欣 2 周京 3 赵云 4
（1. 一汽-大众汽车有限公司，长春 130011；2. 凌云工业股份有限公司，西安 710043； 3. 上汽大众汽车有限公司，上海 201805；4. 江苏凌云恒晋汽车零部件有限公司，扬州 211400）
随 着 计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 ，辊 压 成 型 理 论 分析手段日渐成熟，东京大学木内学[3]教授对辊压 成 型 过 程 中 带 材 变 形 区 域 进 行 分 析 ，提 出 近 似 成 型 理 论 ，对 板 材 的 成 型 轨 迹 进 行 模 拟 ，同 时 ，对 影 响 成 型 的 因 素 进 行 分 析 ，例 如 机 架 间 距 等 。 [4] PowellI J. 和 King T. E. E. 等 学 者 提 出 了 ORTIC[5] （Oplinised Rollforming Technology Imperfections Calculated）计算方法，该理论基于成型残余应力及
20 世纪末期，我国引入辊压成型工艺，随着我 国 工 业 的 迅 速 发 展 ，辊 压 成 型 工 艺 在 建 筑 及 汽 车 等 行 业 得 到 广 泛 应 用 ，尤 其 是 单 一 截 面 成 型 的 应 用，促进了辊压成型理论发展。
由于辊压成型工艺具有生产效率高和工艺简 单 的 特 点 ，能 够 满 足 建 筑 行 业 对 于 型 材 的 大 量 需 求。由于汽车安全性越来越受到重视，高强钢板在 汽车行业得到了广泛的应用。但是在冲压成型过 程中，尤其是在大拉延变形情况下，高强钢板容易 产生开裂褶皱等问题，而辊压成型这种逐道次的成 型工艺具有容易控制表面精度与光洁度的特点，从 而得到推广和应用。为了实现节能减排的目的，高 强钢以及超高强钢在汽车上的应用得到了推广，因 此推动了辊压成型技术在抗拉强度 1 300 MPa 以上 钢材上的应用。
摘要：为解决高强度钢延伸率低，传统冷冲压成形困难的问题，通过总结分析国内外辊压 成型研究现状，研究了辊压成型的分析方法、连续设备、新兴技术以及当前存在的问题，表明辊 压成型工艺拓展了板材的传统成型工艺，通过优化截面形状提高了材料利用率，是一种高效节 能的生产工艺，也是高强度钢理想的成型方式。
关键词：高强度钢 辊压成型 成型理论 中图分类号：U270.6 文献标识码：B DOI：10.19710/ki.1003-8817.20180112
6 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2019 年 第 2 期
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VISION
塑 性 增 量 理 论 ，该 方 法 能 够 对 成 型 过 程 中 的 材 料 宽度、残余应力、辊压变形过程缺陷进行预测。
20 世纪中叶，辊压成型装备集成度得到飞速 提高，由辊压成型单一工艺方式逐渐集成冲压、焊 接等工艺。进入 21 世纪，为了满足辊压成型产品 高柔性、高精度的需求，在辊压成型单元集成了断 面 光 学 测 量 、对 称 件 产 品 线 上 工 装 快 速 切 换 等 装 置，集成度进一步加强。 2.2 国内辊压成型发展现状
1 前言
辊压成型（Roll-Forming）是带材通过多道次不 同 形 状 轧 辊 进 行 横 向 弯 曲 ，最 终 形 成 特 定 截 面 形 状 的 工 艺 形 式 [1]，适 用 于 高 强 度 钢 材 的 成 型 ，对 于 抗拉强度 1 500 MPa 的马氏体钢已有成熟的产业 应用。辊压成型是一种连续轧制逐道次成型的工 艺 过 程 ，通 过 修 改 辊 轮 型 面 来 获 得 不 同 截 面 形 状 的产品，在机架上增加独立控制的伺服电机，通过 计算机编程实现机架在板材成型过程中的横向移 动 ，形 成 变 截 面 、柔 性 化 的 生 产 工 艺 ，扩 展 了 原 单 一截面的产品应用局限性。
2 国内外辊压成型研究现状
2.1 国外辊压成型发展现状 19 世纪，国外辊压成型工艺开始发展，初期并
作者简介：龚元明（1979—），男，中级工程师，硕士研究生，研究方 向为汽车车身研发。
没 有 足 够 的 理 论 研 究 ，工 艺 参 数 主 要 来 源 于 实 际 生产经验。随着辊压成型工艺在各个领域得到ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 泛 应 用 和 推 广 ，各 国 都 认 识 到 辊 压 成 型 的 发 展 潜 力，所以纷纷投入大量人力、物力开展研究[2]。
1910 年，美国开发了第一套比较专业的辊压 成型设备。1939 年，由美国钢铁研究院出资，联合 康奈尔大学，乔治·温特教授对辊压成型理论进行 了研究。其理论基础为 Von Karman 及 Bryan 的方 程 ，在 研 究 过 程 中 ，仍 然 参 考 了 大 量 的 经 验 数 据 ， 在 实 际 生 产 过 程 中 ，理 论 公 式 并 没 有 对 生 产 起 到 明显的指导作用。
2.3 与国外辊压成型技术对比 从 辊 压 成 型 钢 的 产 量 上 看 ，尤 其 在 汽 车 用 高
强 钢 、超 强 钢 方 面 ，我 国 只 有 宝 钢 、首 钢 等 几 家 供 应商满足要求。对于抗拉强度 1 200 MPa 以上的 汽车用钢，我国主要依靠 SSAB、Arcelor 等欧洲钢 厂进口。
北方工业大学在彩板门窗用轧辊上的计算机 辅助制造技术及 CAD/CAM 一体化工作填补了当时 国内空白[6]。燕山大学刘才教授将有线条理论分析 应用到辊压工艺中，对其成型过程及应力场进行了 分析。北方交通大学张乐乐教授将拉格朗日弹塑 性变形理论与辊压实际相结合，对辊压成型过程中 带材的应力场、应变场进行了分析[7-8]。北京科技大 学开发了 CARD 柔性系统及专家系统 。 [9] 我国也在 用弹塑性有限元法对辊压成型进行数值模拟，例如 郑军兴等通过 ANSYS/LS-DYNA 对辊压成型的回 弹进行研究[10-11]，刘继英等用 Marc[12]对高强钢板辊 压进行成型研究等。目前，国内的辊压成型研究主 要集中于有限元分析发展[13]，依旧需要进行技术工 艺和理论的研究。
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辊压成型工艺现状及发展趋势
龚元明 1 李欣 2 周京 3 赵云 4
（1. 一汽-大众汽车有限公司，长春 130011；2. 凌云工业股份有限公司，西安 710043； 3. 上汽大众汽车有限公司，上海 201805；4. 江苏凌云恒晋汽车零部件有限公司，扬州 211400）
随 着 计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 ，辊 压 成 型 理 论 分析手段日渐成熟，东京大学木内学[3]教授对辊压 成 型 过 程 中 带 材 变 形 区 域 进 行 分 析 ，提 出 近 似 成 型 理 论 ，对 板 材 的 成 型 轨 迹 进 行 模 拟 ，同 时 ，对 影 响 成 型 的 因 素 进 行 分 析 ，例 如 机 架 间 距 等 。 [4] PowellI J. 和 King T. E. E. 等 学 者 提 出 了 ORTIC[5] （Oplinised Rollforming Technology Imperfections Calculated）计算方法，该理论基于成型残余应力及
20 世纪末期，我国引入辊压成型工艺，随着我 国 工 业 的 迅 速 发 展 ，辊 压 成 型 工 艺 在 建 筑 及 汽 车 等 行 业 得 到 广 泛 应 用 ，尤 其 是 单 一 截 面 成 型 的 应 用，促进了辊压成型理论发展。
由于辊压成型工艺具有生产效率高和工艺简 单 的 特 点 ，能 够 满 足 建 筑 行 业 对 于 型 材 的 大 量 需 求。由于汽车安全性越来越受到重视，高强钢板在 汽车行业得到了广泛的应用。但是在冲压成型过 程中，尤其是在大拉延变形情况下，高强钢板容易 产生开裂褶皱等问题，而辊压成型这种逐道次的成 型工艺具有容易控制表面精度与光洁度的特点，从 而得到推广和应用。为了实现节能减排的目的，高 强钢以及超高强钢在汽车上的应用得到了推广，因 此推动了辊压成型技术在抗拉强度 1 300 MPa 以上 钢材上的应用。
摘要：为解决高强度钢延伸率低，传统冷冲压成形困难的问题，通过总结分析国内外辊压 成型研究现状，研究了辊压成型的分析方法、连续设备、新兴技术以及当前存在的问题，表明辊 压成型工艺拓展了板材的传统成型工艺，通过优化截面形状提高了材料利用率，是一种高效节 能的生产工艺，也是高强度钢理想的成型方式。
关键词：高强度钢 辊压成型 成型理论 中图分类号：U270.6 文献标识码：B DOI：10.19710/ki.1003-8817.20180112
6 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2019 年 第 2 期
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塑 性 增 量 理 论 ，该 方 法 能 够 对 成 型 过 程 中 的 材 料 宽度、残余应力、辊压变形过程缺陷进行预测。
20 世纪中叶，辊压成型装备集成度得到飞速 提高，由辊压成型单一工艺方式逐渐集成冲压、焊 接等工艺。进入 21 世纪，为了满足辊压成型产品 高柔性、高精度的需求，在辊压成型单元集成了断 面 光 学 测 量 、对 称 件 产 品 线 上 工 装 快 速 切 换 等 装 置，集成度进一步加强。 2.2 国内辊压成型发展现状
1 前言
辊压成型（Roll-Forming）是带材通过多道次不 同 形 状 轧 辊 进 行 横 向 弯 曲 ，最 终 形 成 特 定 截 面 形 状 的 工 艺 形 式 [1]，适 用 于 高 强 度 钢 材 的 成 型 ，对 于 抗拉强度 1 500 MPa 的马氏体钢已有成熟的产业 应用。辊压成型是一种连续轧制逐道次成型的工 艺 过 程 ，通 过 修 改 辊 轮 型 面 来 获 得 不 同 截 面 形 状 的产品，在机架上增加独立控制的伺服电机，通过 计算机编程实现机架在板材成型过程中的横向移 动 ，形 成 变 截 面 、柔 性 化 的 生 产 工 艺 ，扩 展 了 原 单 一截面的产品应用局限性。
2 国内外辊压成型研究现状
2.1 国外辊压成型发展现状 19 世纪，国外辊压成型工艺开始发展，初期并
作者简介：龚元明（1979—），男，中级工程师，硕士研究生，研究方 向为汽车车身研发。
没 有 足 够 的 理 论 研 究 ，工 艺 参 数 主 要 来 源 于 实 际 生产经验。随着辊压成型工艺在各个领域得到ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 泛 应 用 和 推 广 ，各 国 都 认 识 到 辊 压 成 型 的 发 展 潜 力，所以纷纷投入大量人力、物力开展研究[2]。
1910 年，美国开发了第一套比较专业的辊压 成型设备。1939 年，由美国钢铁研究院出资，联合 康奈尔大学，乔治·温特教授对辊压成型理论进行 了研究。其理论基础为 Von Karman 及 Bryan 的方 程 ，在 研 究 过 程 中 ，仍 然 参 考 了 大 量 的 经 验 数 据 ， 在 实 际 生 产 过 程 中 ，理 论 公 式 并 没 有 对 生 产 起 到 明显的指导作用。
2.3 与国外辊压成型技术对比 从 辊 压 成 型 钢 的 产 量 上 看 ，尤 其 在 汽 车 用 高
强 钢 、超 强 钢 方 面 ，我 国 只 有 宝 钢 、首 钢 等 几 家 供 应商满足要求。对于抗拉强度 1 200 MPa 以上的 汽车用钢，我国主要依靠 SSAB、Arcelor 等欧洲钢 厂进口。
北方工业大学在彩板门窗用轧辊上的计算机 辅助制造技术及 CAD/CAM 一体化工作填补了当时 国内空白[6]。燕山大学刘才教授将有线条理论分析 应用到辊压工艺中，对其成型过程及应力场进行了 分析。北方交通大学张乐乐教授将拉格朗日弹塑 性变形理论与辊压实际相结合，对辊压成型过程中 带材的应力场、应变场进行了分析[7-8]。北京科技大 学开发了 CARD 柔性系统及专家系统 。 [9] 我国也在 用弹塑性有限元法对辊压成型进行数值模拟，例如 郑军兴等通过 ANSYS/LS-DYNA 对辊压成型的回 弹进行研究[10-11]，刘继英等用 Marc[12]对高强钢板辊 压进行成型研究等。目前，国内的辊压成型研究主 要集中于有限元分析发展[13]，依旧需要进行技术工 艺和理论的研究。