趙生蓮

摘 要： 本文從冷彎型鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀，輥彎成型的特點等方面，闡述了對汽車輥彎型鋼成型進行仿真的必要性。

關(guān)鍵詞： 冷彎型鋼 輥彎成型 仿真

1.引言

絕大部分金屬材料都必須經(jīng)過材料成型加工才具有實際使用價值，材料成形加工科學(xué)與技術(shù)既是制造業(yè)的重要組成部分，又是材料科學(xué)與工程的四要素之一。因此，材料成型加工理論和技術(shù)的研究對國民經(jīng)濟發(fā)展及國防力量增強均有重要作用。

未來的制造企業(yè)將由人、管理及技術(shù)三要素組成，而以人為本，以技術(shù)創(chuàng)新為依托，將是未來制造業(yè)的發(fā)展方向。隨著社會發(fā)展與進步，制造業(yè)的發(fā)展將走向大批量、高質(zhì)量、低成本、快速成型、柔性生產(chǎn)的集約化制造系統(tǒng)。新一代制造工藝及裝備、建模與仿真和快速成型工藝系統(tǒng)與產(chǎn)品的開發(fā)將成為21世紀(jì)三項關(guān)鍵先進制造技術(shù)，輕量化、精確化、高效化將是新一代材料成形加工技術(shù)的重要研究領(lǐng)域，材料成形制造將向更輕、更薄、更精、更強、更韌、成本低、周期短、質(zhì)量高的方向發(fā)展。

材料成形加工過程的計算機建模與仿真是先進制造技術(shù)的重要組成部分，已在鑄造及塑性成形加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代制造產(chǎn)品及加工工藝開發(fā)系統(tǒng)以設(shè)計及成形加工過程的建模與仿真為核心內(nèi)容，在產(chǎn)品零部件設(shè)計過程中，對產(chǎn)品成形制造過程的工藝技術(shù)進行模擬仿真，以最新技術(shù)和最低成本預(yù)測產(chǎn)品制造過程中可能出現(xiàn)的工藝技術(shù)問題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及資源的日趨短缺，人們對產(chǎn)品的要求不僅僅停留在實現(xiàn)某些特定功能和達到一定安全性能上，而是希望在滿足這兩方面的前提下盡量節(jié)約資源、降低損耗，達到更高的生產(chǎn)效率和原材料利用率。

2.冷彎型鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀

冷彎型鋼是一種用途極廣的經(jīng)濟斷面鋼材，具有重量輕、成本低、工藝性能好等優(yōu)點，擁有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，已成為大批量生產(chǎn)最常用的板帶金屬加工之一。冷彎型鋼作為一種經(jīng)濟的輕型薄壁鋼材，具有重量輕、強度高、工廠化制作程度高、投資少、施工周期短、抗震性能好、環(huán)境污染少和可回收利用等諸多優(yōu)點[1]，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、建筑等行業(yè)。

建筑業(yè)是冷彎型鋼的第一大用戶[2，3，4]，鋼結(jié)構(gòu)住宅在歐洲、北美、日本等地早已規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化，鋼結(jié)構(gòu)住宅的用鋼量占到建筑用鋼總量的30%以上，建筑面積占總量的40%。瑞典是當(dāng)今世界最大的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)國與出口國，歐洲各國都到瑞典定制住宅輕鋼預(yù)制件。美國最早采用鋼框架結(jié)構(gòu)建住宅，1996年已擁有20萬幢鋼框架小型住宅，約占住宅建筑總數(shù)的20%。日本的鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量最多，其冷彎型鋼的一半以上用于建筑業(yè)，如冶金、汽車制造業(yè)的廠房。在澳大利亞，2000年鋼框架住宅占全部住宅數(shù)量的50%。

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展和人們對冷彎型鋼的認(rèn)識及相關(guān)建筑規(guī)范的完善，冷彎型鋼在我國房屋結(jié)構(gòu)特別是建筑工程鋼結(jié)構(gòu)中的用量越來越多。上海同濟大學(xué)已經(jīng)出現(xiàn)全冷彎型鋼鋼結(jié)構(gòu)的住宅建筑樣板房，在昆明也已經(jīng)出現(xiàn)冷彎型鋼結(jié)構(gòu)的別墅小區(qū)。2001年我國冷彎型鋼產(chǎn)量約為150萬噸，占當(dāng)年鋼材產(chǎn)量的1%左右。而在國外工業(yè)發(fā)達國家，冷彎型鋼已經(jīng)占其鋼產(chǎn)量的3%～5%，說明我國冷彎型鋼的發(fā)展很有潛力。目前國外建筑用冷彎型鋼約占其冷彎型鋼產(chǎn)量的25%～30%，按此推算，加上彩涂板和上下水管，我國建筑用冷彎型鋼應(yīng)該在80萬噸左右，這充分顯示了我國建筑用冷彎型鋼是大有可為的。

冷彎型鋼的問世及應(yīng)用，開拓了主要借助優(yōu)化截面形狀而不單純依賴增加材料用量及改善材料性能提高材料利用率的新途徑，這對節(jié)約能源和資源具有十分重要的意義。全國人大通過的我國第十一個五年規(guī)劃，特別指出我國今后經(jīng)濟發(fā)展的重點是強調(diào)技術(shù)創(chuàng)新，建設(shè)節(jié)約型社會。因此，加快冷彎成型技術(shù)研究，開發(fā)更多新型冷彎型鋼產(chǎn)品，對推進“十一五規(guī)劃”的實現(xiàn)具有重要的現(xiàn)時意義。

3.輥式冷彎成型的特點

輥式冷彎成型是金屬薄板帶在一系列成型輥作用下，通過連續(xù)變形而被加工成具有復(fù)雜斷面的型材。在冷彎成型過程中，由于金屬板帶受到多點且不等壓力的反復(fù)、連續(xù)彎曲作用，變形過程受諸多因素影響，變形復(fù)雜，理論解析十分困難，幾乎不可能用一個統(tǒng)一的力學(xué)模型描述。因此，長期以來，冷彎孔型和工具設(shè)計主要依賴設(shè)計者的經(jīng)驗與反復(fù)試制。目前冷彎型鋼的成型輥的設(shè)計仍以經(jīng)驗設(shè)計為主，然后依賴試錯法獲取工藝規(guī)律，缺乏完善的成形理論。

4.對輥彎型鋼成型進行仿真的必要性

設(shè)計者在軋輥設(shè)計階段并不能完全確定金屬變形是否合理，軋輥系統(tǒng)孔型設(shè)計是否正確，只有在線試生產(chǎn)才會發(fā)現(xiàn)問題，但此時已經(jīng)有相當(dāng)一部分材料被浪費了。所以，冷彎型鋼企業(yè)生產(chǎn)成本的很大一部分耗費在成型輥的調(diào)整和產(chǎn)品的試生產(chǎn)階段。采用冷彎成型過程的計算機模擬與仿真技術(shù)，能在一定程度上對設(shè)計和生產(chǎn)中的問題進行預(yù)測，并提出相應(yīng)的處理方法，這樣可以比較合理地進行軋輥設(shè)計，有效減少生產(chǎn)調(diào)試時間，提高生產(chǎn)效率，減少原材料的耗費。綜上所述，近幾年來，冷彎成型過程金屬塑性變形的理論研究及計算機模擬和仿真技術(shù)研究已經(jīng)引起了很多國家研究者的關(guān)注，并取得了一定的成果。

隨著金屬塑性成型理論及計算機模擬與仿真技術(shù)的進步，市場上出現(xiàn)了一些具有實用價值的數(shù)值計算與結(jié)構(gòu)分析通用商業(yè)軟件。另外，近幾年計算機技術(shù)得到了飛速發(fā)展，CPU的速度加快，海量內(nèi)存等都使得整個計算機的數(shù)據(jù)處理能力不斷提高?，F(xiàn)在大多數(shù)結(jié)構(gòu)分析與數(shù)值處理軟件都有PC版，這就為冷彎成型仿真技術(shù)的進一步推廣奠定了基礎(chǔ)，提供了可能性和可行性。

參考文獻：

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