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隨著汽車工業(yè)節(jié)能和輕量化的需求，要求汽車零部件在滿足性能要求的同時(shí)盡可能的實(shí)現(xiàn)重量的最小化，甚至同一零件的不同位置也要求不同承載能力的差異化，被稱為零部件的性能柔性分布。變厚度板技術(shù)就是一個(gè)典型的實(shí)現(xiàn)零件性能柔性分布的先進(jìn)的制造工藝。中國(guó)汽車材料網(wǎng)就此輕量化技術(shù)的國(guó)內(nèi)外開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展等議題，對(duì)寶鋼首席專家高永生博士進(jìn)行了專訪，為您深度解析輕量化新技術(shù)——VRB變厚度板技術(shù)，以下是采訪的實(shí)錄。

中國(guó)汽車材料網(wǎng)（Auto-Material，以下簡(jiǎn)稱AM）：高博士，您好！近幾年您在寶鋼一直從事變厚度板的應(yīng)用開發(fā)，今天請(qǐng)您給行業(yè)的朋友簡(jiǎn)要介紹一下這項(xiàng)輕量化的新技術(shù)。我們注意到關(guān)于變厚度板，此前有稱作TRB（Tailor-Rolled Blanks）的，寶鋼研發(fā)的這種變厚度板為何叫VRB？與TRB有何區(qū)別？

高永生：目前國(guó)際上生產(chǎn)汽車變厚零件的最大供應(yīng)商是德國(guó)的Mubea公司，TRB是MuBea公司沿用的名字，是它的注冊(cè)商標(biāo)，英文意思是Tailor-Rolled Blanks。為了在今后的應(yīng)用中避免知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的麻煩，寶鋼采用VRB來(lái)表示變厚板的意思，英文意思是Variable-thickness Rolled Blanks，中文名字是“變厚板”，以便于國(guó)內(nèi)用戶的使用。

AM：VRB板是如何制造出來(lái)的，能否簡(jiǎn)要介紹一下VRB的工藝過(guò)程？

高永生：變厚度鋼板是通過(guò)軋鋼機(jī)實(shí)施柔性軋制獲得的。在軋制過(guò)程中，借助于特殊設(shè)計(jì)的軋機(jī)的壓下厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)(液壓AGC)，控制軋輥的位置，使其間距實(shí)時(shí)地調(diào)整變化，從而使軋制出的薄板在沿著鋼板軋制方向上具有預(yù)先定制的變厚度分布。

VRB的典型工藝過(guò)程

軋制是生產(chǎn)變厚度鋼板工序的核心，但是得到滿足沖壓成形需要的鋼板還要經(jīng)過(guò)一系列的后續(xù)工藝過(guò)程，例如退火、平整、涂層、剪切、涂油等等。退火可使軋制后的金屬形變晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力的影響，形成各向同性的坯料以利于進(jìn)一步的沖壓成形。平整工藝可消除材料的屈服平臺(tái)，并獲得沖壓所需要的良好的板形性能，為板料平順輸送和成形過(guò)程中板料的精確定位提供保障。表面涂油可有效地進(jìn)行板料在運(yùn)輸和存放期間的防腐，同時(shí)也會(huì)增加坯料沖壓過(guò)程中的潤(rùn)滑效果。

目前變厚度鋼板分為兩大類，一種是非鍍層鋼板，另一種是鍍層變厚度板，包括具有鋁硅鍍層的熱沖壓用變厚板。未來(lái)隨著對(duì)汽車防腐要求越來(lái)越高，非鍍層變厚度鋼板的使用可能會(huì)減少，熱鍍或者電鍍的鍍鋅變厚度鋼板的應(yīng)用需求會(huì)增加。

AM：目前汽車工業(yè)激光拼焊板(TWB: Tailor Welded Blanks)應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，VRB板與TWB板技術(shù)存在哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

高永生：激光拼焊板(TWB: Tailor Welded Blanks)是采用激光焊接技術(shù)把不同厚度、不同材料的金屬薄板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓制作成各種零件，與常規(guī)等厚度板料相比其減重效果可達(dá)20％。由于TWB可以根據(jù)需要任意進(jìn)行拼接，因而具有極大的靈活性。但在板料的拼接處存在著厚度的突變，這使回彈預(yù)測(cè)、模具設(shè)計(jì)制造、焊縫移動(dòng)控制成為新的課題；且焊縫引起了的材料硬化現(xiàn)象，影響后續(xù)的成形，使TWB不適宜成形車身外覆蓋件。而且激光拼焊板對(duì)焊縫的質(zhì)量要求很高，焊縫的開裂也是影響拼焊板成品率的因素之一。

相比之下，變厚板技術(shù)在零件結(jié)構(gòu)方面沒(méi)有焊縫，表面質(zhì)量好，有可能做汽車覆蓋件。由于零件的厚度是連續(xù)變化的，而且用過(guò)渡區(qū)代替焊縫，連接強(qiáng)度大幅度提高，均勻性好，強(qiáng)度分布連續(xù)，根據(jù)應(yīng)力均衡原理，變厚板零件的輕量化效果更好。

TWB與VRB的輕量化效果比較

在零件生產(chǎn)和制作工藝方面，工藝操作與普通的等厚度板料的成形基本相同，可連續(xù)性生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。而且過(guò)渡區(qū)光滑連接，比拼焊板厚度突變的模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。

在成本方面，相比多條焊縫的TWB板，VRB板具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，VRB板也存在一定的不足：

1）與激光拼焊板相比，由于VRB技術(shù)的板料僅是單一材料牌號(hào)，因而零件形狀拼接時(shí)靈活性不足。

2）由于是由整塊板料軋制而成，也不能將不同材質(zhì)的鋼板拼接到一起。

3）考慮到材料的利用率，對(duì)于中空的零件，VRB板料的材料利用率比TWB將大為降低。因此，類似車身側(cè)圍這樣的中空零件，變厚板的材料利用率要比激光拼焊板低，而對(duì)于長(zhǎng)形的實(shí)心零件，變厚板技術(shù)將會(huì)是最佳選擇。

AM：VRB技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，其可以應(yīng)用到汽車的哪些部件上？

高永生：變厚板技術(shù)特別適用于長(zhǎng)形的實(shí)心零件，如門檻、縱梁等。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)某B級(jí)轎車的零件梳理，發(fā)現(xiàn)至少有近20個(gè)零件可以應(yīng)用變厚板技術(shù)設(shè)計(jì)和制作，包括前后地板縱梁、B柱和門檻加強(qiáng)板、頂蓋各個(gè)橫梁、儀表盤支架、中通道加強(qiáng)板等等，統(tǒng)計(jì)下來(lái)僅零件重量就有75kg之多。

VRB在車用車上的典型應(yīng)用零件

AM：如何保證板坯的尺寸精度和性能分布的均勻性？

高永生：變厚板零件的坯料是利用具有特殊設(shè)計(jì)的壓下厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)高性能軋鋼機(jī)，根據(jù)精確設(shè)計(jì)的板料厚度分布進(jìn)行實(shí)時(shí)厚度控制，從而得到的薄板在沿著鋼板軋制方向上具有預(yù)先定制的精確的變截面形狀。厚度精度可以精確地控制在 0.05mm之內(nèi)。在長(zhǎng)度方向上，軋機(jī)根據(jù)鋼板測(cè)厚儀進(jìn)行精確定位，可使長(zhǎng)度精度控制在 2.0mm之內(nèi)。

與激光拼焊板不同，變厚板零件是由一塊鋼板制成，在進(jìn)行成形和退火等工序時(shí)，無(wú)論是厚區(qū)還是薄區(qū)，其性能是連續(xù)分布的。同時(shí)，過(guò)渡區(qū)的光滑連接可使變厚板具有良好的吸收能量效果，比激光拼焊板抗沖擊性能好。

AM：采用VRB技術(shù)的汽車鈑金件，其零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)鈑金件存在哪些差異，有哪些需要注意的？

高永生：變厚板零件是定制的零件，設(shè)計(jì)時(shí)須根據(jù)車身的力學(xué)性能要求、尺寸限定、與其他零件的連接條件等等因素進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。根據(jù)零件在結(jié)構(gòu)中的功能和尺寸要求，設(shè)計(jì)時(shí)將會(huì)考慮如何把每一處的材料充分利用好，簡(jiǎn)言之，就是如何在同樣功能條件下用材最少。在設(shè)計(jì)上會(huì)考慮一下幾個(gè)方面：

（1）零件結(jié)構(gòu)條件：根據(jù)等強(qiáng)度的原理，零件厚度會(huì)是一個(gè)二次曲線的分布；根據(jù)剛度條件，厚度會(huì)是一個(gè)線性分布；同時(shí)也會(huì)考慮與其他零件的連接等邊界條件的要求而形成的組合結(jié)構(gòu)方式。

在結(jié)構(gòu)中也可能會(huì)有一個(gè)過(guò)渡區(qū)連接兩個(gè)等厚區(qū)域的情況，這個(gè)過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度一般為這兩個(gè)等厚區(qū)的厚度差的100倍，例如如果零件的厚度由2.0mm變化到1.5mm，中間過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度大約為50mm。這個(gè)1:100的比例取決于軋輥直徑大小和軋機(jī)的軋制速度。

（2）材料性能的變化：對(duì)于等厚的普通鋼板來(lái)講，經(jīng)過(guò)軋制、退火、平整等工序，用戶得到的板料的材料力學(xué)性能基本是均勻的。但是變厚鋼板的軋制使得不同的厚度區(qū)中的軋制變形量是不同的，因而導(dǎo)致整個(gè)零件在退火后所反映的力學(xué)性能是有差異的。因此如何制定一個(gè)合理的退火曲線來(lái)保證零件中各個(gè)區(qū)域的力學(xué)性能在材料質(zhì)保書所要求的范圍之內(nèi)，也將是一個(gè)視零件的厚度和特殊要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要因素。

（3）軋機(jī)的能力：零件中的最大和最小的厚度變化（即最大減薄量）受到軋機(jī)的軋制能力的限制。過(guò)大的減薄量也會(huì)對(duì)軋后板料的板型不利，進(jìn)而也影響性能的分布。

寶鋼已經(jīng)具備變厚板零件設(shè)計(jì)、零件成形過(guò)程中的工藝仿真、變厚板成形模具設(shè)計(jì)、零件質(zhì)量評(píng)估等一攬子技術(shù)支持能力。同時(shí)，也會(huì)根據(jù)零件的功能的需要，適當(dāng)調(diào)整零件厚度分布的設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)零件成形過(guò)程中金屬的流動(dòng)，最大限度地發(fā)揮材料的成形性能，提高成形極限裕度，增加零件成品率。

AM：VRB技術(shù)在國(guó)外汽車上有哪些成功的應(yīng)用案例？

高永生：國(guó)外的主要汽車制造商都已將VRB技術(shù)當(dāng)做輕量化的重要選項(xiàng)。奧迪在扭力梁中采用液壓成形的變厚度鋼管，厚度從1.8mm變化到3.2mm，減重1.18kg，幅度達(dá)23%。同時(shí)奧迪也在前擋板加強(qiáng)橫梁、中通道以及側(cè)翼加強(qiáng)件（減重1.3kg)、門檻梁和地板橫梁加強(qiáng)件（減重1.9kg)等零件中使用VRB技術(shù)，并與熱成形技術(shù)結(jié)合起來(lái)。

奧迪A6的VRB與熱成形復(fù)合工藝強(qiáng)擋板加強(qiáng)橫梁

福特使用VRB技術(shù)制作B柱的例子是眾所周知的。通過(guò)VRB技術(shù)改造，將B柱和其加強(qiáng)板合并成為一個(gè)零件，減重1.4kg，達(dá)10%。

FOCUS的VRB與熱成形復(fù)合工藝B柱。

寶馬利用VRB技術(shù)對(duì)地板總成進(jìn)行技術(shù)改造，包括地板總成的腳支架、前后座椅橫梁和座椅縱支梁等，使得總成零件數(shù)量由19個(gè)減少到7個(gè)，達(dá)到了減重和降本的效果。其次，寶馬也將VRB技術(shù)應(yīng)用于B柱和門檻。

奔馳汽車在中通道加強(qiáng)板和各個(gè)縱梁及加強(qiáng)件使用VRB零件。

大眾汽車在B柱總成中利用VRB技術(shù)合并零件數(shù)量，獲得了1.8kg的減重；在頂蓋橫梁上的應(yīng)用也獲得了減重0.5kg的效果。

AM：寶鋼的VRB技術(shù)通過(guò)幾年的研發(fā)，目前在國(guó)內(nèi)是否有成熟的應(yīng)用，市場(chǎng)推廣情況？

高永生：目前的國(guó)家排放法規(guī)的頒布和實(shí)施會(huì)給各個(gè)汽車制造商進(jìn)行車身輕量化帶來(lái)推動(dòng)力，VRB技術(shù)將會(huì)成為各個(gè)汽車廠家逐步采納和利用的減重降排方案之一。與傳統(tǒng)等厚度汽車鋼板的使用相比，VRB板的技術(shù)含量更高，軋制和退火等工序更加復(fù)雜，在制作成本上會(huì)有所增加，但是其優(yōu)秀的減重效果和設(shè)計(jì)柔性都會(huì)使該技術(shù)成為首選的輕量化應(yīng)用方案之一。

寶鋼的產(chǎn)業(yè)化的小型軋機(jī)形成了小批量的供貨能力，具有靈活、快捷和高效的市場(chǎng)覆蓋；產(chǎn)業(yè)大軋機(jī)將于2016年下半年投產(chǎn)并具備批量供貨能力，屆時(shí)寶鋼將形成材料高低搭配、規(guī)劃大小覆蓋、能力全方位體現(xiàn)的能力新格局。加之寶鋼雄厚的材料開發(fā)和性能保障體系、具有競(jìng)爭(zhēng)力的材料價(jià)格框架、自身賴以生存的產(chǎn)品質(zhì)量保障系統(tǒng)、從零件設(shè)計(jì)、成形仿真、模具設(shè)計(jì)、質(zhì)量評(píng)估的全流程的技術(shù)支撐能力，會(huì)使寶鋼進(jìn)一步完善寶鋼的輕量化技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力。

編后：每種輕量化技術(shù)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和不足，新技術(shù)技術(shù)的應(yīng)用也需要不斷的從用戶和市場(chǎng)需求出發(fā)，不斷地改進(jìn)。VRB的出現(xiàn)，無(wú)疑是對(duì)現(xiàn)有激光拼焊板技術(shù)的有利的補(bǔ)充，但目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚處于起步階段。供應(yīng)商也應(yīng)用積極尋求與下游用戶開展技術(shù)合作，摸索出適合中國(guó)汽車工業(yè)自身特點(diǎn)新技術(shù)應(yīng)用推廣模式，進(jìn)一步促進(jìn)汽車工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。

高永生簡(jiǎn)介：

高永生博士1982年2月獲東北大學(xué)金屬壓力加工學(xué)士學(xué)位

1991年獲北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院工學(xué)博士學(xué)位；

1991-1993年北京科技大學(xué)材料工程學(xué)院博士后工作；

1992年獲副教授職稱，并擔(dān)任北京科技大學(xué)金屬壓力加工系計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室主任，主要研究方向?yàn)榻饘俨牧咸匦浴⒔饘僮冃芜^(guò)程與行為及其計(jì)算機(jī)模擬、金屬軋制技術(shù)與設(shè)備研發(fā)。期間，發(fā)表論文40余篇，專著4本，發(fā)明專利6項(xiàng)，指導(dǎo)碩士研究生11名，博士研究生一名。

1998年赴加拿大工作，2000年獲加拿大注冊(cè)工程師資格，2002年起任加拿大Magna發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱集團(tuán)PFC研發(fā)部經(jīng)理和高級(jí)專家。2008-2009年參加Magna委托加拿大多倫多大學(xué)主辦的“創(chuàng)新與管理”專職培訓(xùn)，并獲得碩士學(xué)位。2011年始，任寶鋼研究院汽車板所首席研究員，結(jié)合寶鋼汽車板的產(chǎn)銷研需要，主要從事先進(jìn)高強(qiáng)鋼材料和成形特性研究、汽車車身設(shè)計(jì)輕量化技術(shù)、車身總成結(jié)構(gòu)的材料解決方案，VRB技術(shù)研發(fā)及先進(jìn)高強(qiáng)鋼應(yīng)用技術(shù)的先期介入(EVI)方面的研究工作。