“滚粗”这门手艺,国产车也学会了

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文章经授权转自公众号:虎嗅APP(ID:huxiu_com)作者:胡洋

工业制造很像职场,“刚”是必需品质,但你得在正确的地方“刚”,才可能有好结果。

就好像人们更关心华丽的衣着、精致的妆容,这个时代的汽车工业,所谓“智能”与“科技”抢走了太多风头——它们固然重要,但不应让你忽视底层基础。在多少人眼里,车身就仅仅只是一个毫无存在感的钢铁框架,最多也就在碰撞测试中能露几秒钟的脸。

虽然听上去着实没劲,但白车身(body-in-white)确实是一辆车最为核心的基础,直接决定着那些眼花缭乱的新技术能否良好发挥作用。白车身是指未上漆的车身主体结构,主流材质无非是钢、铝、碳纤维等复合材料。相对来讲,钢材成本较低但沉重,铝材轻巧但昂贵难加工。实际上,大多数我们日常接触到的家用车,车身都是清一色的全钢结构(可能辅以少量其他材质,本质上仍属全钢)。

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要评价一个车身设计制造品质如何,有三个指标怎么也绕不开:强度、刚性、重量。

汽车生产中的钢材,主要的处理方式是钢板冲压成型,然后焊接为车身结构。像 A 柱、B 柱、纵梁等关键位置,为了保证强度和刚性,一般会尽量设计为单一部件(由同一块原材料制成)或尽量减少部件数(减少连接)。但这也会带来一定的结构冗余,因为首先同一部件的不同位置,所需承受的应力并不相同。

其次其他客观要求导致的形状变化(比如 B 柱要做成上细下粗),也会让部件各个位置的强度和刚性有所不同。你可以这么理解:把一张纸卷成一个锥形,尖端的强度一定要大于下方的强度——因为纸的厚度是统一的,尖端形成的截面更小更紧凑,当然更“结实”。但回到车身部件比如 B 柱上面,我们其实是希望下方强度更大以抵御撞击,而上方我们只是需要它更细一些以改善视野。

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传统的钢板冲压部件,如果要满足下半部分的强度要求,那么上半部分的强度必然是过剩的;反过来如果上半部分恰到好处,下半部分就很难满足需要。材料过剩有什么坏处?重阿!如今这个汽油车被碳排放撵着走、电动车拼命减重增续航的时代,轻量化正越来越重要。

于是我们(经过了 n 段铺垫后)终于来到了本文的重点,连续变截面板 TRB(Tailor Rolled Blanks)技术。

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TRB 是一种近年来新出现的可变截面板技术,在它之前,汽车生产领域广泛应用的是另一种可变截面板:TWB(Tailor Welded Blanks)激光拼焊板。

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(B 柱部件使用激光拼焊的减重效果,图:GONVVAMA)

TWB 的原理是借助激光焊接,将不同厚度甚至不同材质的两种金属板焊在一起,然后整体冲压成型为一个零部件。借助在不同位置使用不同材料,TWB 也可以起到优化分配、减轻重量的作用,同时还能帮生产商减少废料率、降低成本。但不同材料、不同厚度面板之间存在焊面,以及两种面板的厚度突变,使 TWB 面板无法避免应力薄弱点的存在。

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(TWB 厚度跳跃性突变,且存在焊面)

而更新锐的 TRB 技术,其实原理很简单:在传统钢板轧制过程中,实时调整轧辊的间距,得到厚度可连续变化的变截面钢板。用粗话讲,就是“滚”出来的厚薄可变钢板,让材料可以“按需分配”。

与惯用的 TWB 激光拼焊板相比,TRB 的厚度可以做到连续的平缓变化,不会出现拼焊导致的硬度突变,能用最少的材料(重量)获得零部件所需的机械性能。所以 TRB 可用于车身关键受力位置,比如纵梁、A 柱等对整个车身至关重要的部件,同时又能大幅减少这些关键部件重量,从而让重量-强度最优分配。

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TRB 脱胎于近年来出现的柔性轧制技术,它依赖于 CAD/CAE 等计算机手段,首先要定下最终零部件的各个位置所需的应力指标,由这些指标推算出原材料钢板的最佳厚度和变化形状。所以虽然原理并不复杂,但目前 TRB 的应用还不算十分广泛。

TRB 技术的主要推动者是德国 Mubea 公司。大众集团在 MQB 平台的后横梁上使用了 TRB 材料,让同一部件各部位拥有了 5 种不同厚度;奥迪新 Q5 的车底纵梁、A 柱、B 柱都由 TRB 热成型钢材制成,在保证部件强度的同时减轻部件重量。

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国内自主车企对于 TRB 技术研发也已经获得了一些成果。不久前吉利汽车登陆科创版公布的招股书显示,吉利已自主研发掌握了 TRB 不等厚板热成型部件,目前尚处于获得专利状态,不过距离量产乘用车已经很近。

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另一边,东风集团推出的新能源品牌岚图,最近在 2020 中国车身大会上展出了第一款量产 SUV(将于 2021 年发布)的白车身,其 A 柱和 B 柱都采用了 TRB 技术。其中 A 柱采用了被称为 “TRB+Patch(衬板)”的复合结构,而 B 柱使用了带有铝硅涂层(应对热成型过程中的表面氧化)的热成型工艺。没记错的话,这应该是第一个应用 TRB 部件的自主品牌车型,当然前提是已经手握专利的吉利不要“截胡”。

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(岚图展出的白车身,注意 B 柱标注的厚度分色)

岚图表示这一白车身的静态抗扭刚度达到了 39300 Nm/deg,这是一个相当高的数字(对比蔚来著名的 “44140Nm/deg”,以及 S/7/A8 级别目前 40000Nm/deg 的平均水平)。当然,仅仅是高抗扭刚性,还不足以评价岚图未来量产车的车身水平(强度、重量都不知道),不过在 TRB 这样新技术(对于自主车企)的帮助下,我们至少可以对自主品牌的白车身设计制造水平多一点期待。

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