变截面薄板在汽车中的应用
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万方数据
能出现拉裂或材料流动性较大
的部位，那么．在车身设计阶
段就可以为某一部件的某个部位预先分配较大的板料厚度，从而有效地避免废品的发生。ＴｗＢ与ＴＲＢ的比较１）减重效果：ＴｗＢ和ＴＲＢ的应用都是为了达到汽车轻量化的目的。基于工程力学中薄壁梁承载性能的基本理论．若由等厚度板、ＴｗＢ及ＴＲＢ三种板材制成的结构件具有同样的刚度，则其减重效果如图１所不。ＴＲＢ之所以具有极佳的减重效果归功于它的连续变化的截面形状．也就是说．用最少重量的ＴＲＢ材料制成的车身结构件能达到其他两种板料一样的刚度。２）机械性能和应用效果：由于ＴｗＢ存在厚度突变和焊缝的影响．且焊接添加金属材料与被焊接基材在材料特性上必然有一定差异，致使ＴｗＢ在沿长度方向上的硬度也会发生跳跃式的变化，如图２ａ）所示。这将为后续的成型加工带来极为不利的影响。再就是ＴｗＢ的焊缝从外观上来说即使采用任何涂装措施也无法彻底掩盖，因此它不适宜用作车身外覆盖件材料，而一般用来制作内覆盖件或支承结构件。相比之下．ＴＲＢ具有较好的机械性能，其在沿长度方向上的硬度变化比较平缓，没有ＴｗＢ那样的硬度和应力波峰．具有更佳的成形性能：ＴＲＢ所制成的零部件厚度可以连续变化，以适应车身各部位的承载要求：其表面变化是连续、光滑的．因而可以制作各种车身外覆盖件。参见图２ｂ）。３）工艺复杂程度：ＴｗＢ可以通过激光焊接工艺进行任意拼接．因此具有很大的灵活性。２００６—４７（Ｎｏ２２）ＡＰＴ技术与市场Ⅸ汽车与配件》但由于它是不同厚度板材的对接或搭接．致使在拼接处板料厚度有突变，此外在焊缝及其附近会产生局部硬化．所以不得不增加一道热处理工艺来消除硬化效应．从而加大了工艺复杂程度。ＴＲＢ则是靠柔性轧制工艺在不同厚度的板料之间形成一个连续的、缓变的过渡区．不存在ＴｗＢ的焊缝问题。但它的不足之处是受轧制工艺和轧机设备的限制，其厚度变化只能发生在板料的初始轧制方向上；此外．现有的轧制工艺还无法把不同金属材料的板料”轧制”在一块整板上，即在灵活性上不如ＴｗＢ。由以上对比分析可知，ＴｗＢ和ＴＲＢ在减重、机械性能、制造工艺等方面各有自己的特色和不足之处，从综合指标来看．ＴＲＢ具有更大的优势。因此，为达到汽车轻量化的目的，似有一种更好的方案提出：即把ＴＲＢ与ＴｗＢ组合在一起．制成真正意义上的“任意拼接板”（ＴａｉｌｏｒｅｄＢ‰ｋｓ），从而得到一种新型的汽车轻量化用材。ＴＲＢ应用中尚需解决的问题ＴＲＢ的概念从提出至今也不过１０年左右的时间，围绕着ＴＲＢ的加工和应用方面的研究还不是十分成熟．还有不少深层次的理论问题和技术问题有待解决。比较突出的问题表现在如下几个方面：车身覆盖件压模具的设计：即使是用普通等厚度板材；中压成型的车身覆盖件模具的设计就是复杂程度和难度相当高的工作．更何况变截面薄板的冲压成型模具设计。因为对于变截面薄板来说，原来基于等厚度板材所建立的力学本征模型、数值仿真模型及三维几何模型
都不再完全适用了。需要花大
力气重建这些模型，针对变截面
薄板的具体变化特征来重新设
计车身覆盖件冲压模具。
变截面薄板在冲压过程中
的变形和材料流动性：变截面
薄板的引入使车身覆盖件的冲
压成形过程变得更为复杂，在
同样的压边力和拉伸力条件
下，板料各部位的变形不均匀，
覆盖件的成形更难以控制。需
要进一步建立新的数学模型．
开展以高性能计算机为基础的
三维数值模拟来营造“虚拟现
实（Ｖｉ
ｒｔｕａＩ
Ｒｅａ旷环境，以预
测变截面薄板在冲压过程中的
变形和材料流动情况，从而找
出相应的对策。
板料回弹问题：对于等厚
度薄板冲压卸载后工件回弹量
的精确补偿，与材料本身的物
理非线性、力学上的边界非线
性和模具型腔的几何非线性等
密切相关．工程上往往是结合
现场实验来获取一些数据，再
进行工程分析，即确定材料的
弹塑性本构关系、各种应力应
变曲线及材料的各相异性等参
数，以有限元仿真、数值模拟
的手段来进行预测，修改原覆
盖件三维设计模型，最终获得
一个与所要求的工件模型不同
的模具型腔模型，以比较理想
地解决回弹量的补偿。而对于
ＴＲＢ来说．由于其本身结构的
特殊性，即沿轧制方向连续变
化的截面形状及由此引出的材
料机械性能的非均一化，将会
使工件回弹问题变得更为复
杂。Ａ盯
万方数据
