晏培杰

（南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)輕質(zhì)高性能材料研究中心，江蘇南京 210037）

引 言

輥壓成型技術(shù)經(jīng)過(guò)40 多年的發(fā)展，產(chǎn)品涵蓋礦山、建筑、汽車(chē)、機(jī)械、化工以及電子等眾多工業(yè)領(lǐng)域。輥壓成型行業(yè)從鋼鐵行業(yè)的一個(gè)小分支，逐步發(fā)展為鋼鐵材料深加工的重要方向。目前，國(guó)內(nèi)輥壓型材需求量已經(jīng)達(dá)到1.5 億噸/年。

隨著制造業(yè)水平的飛速進(jìn)步，對(duì)輥壓型材的外形和性能要求也在不斷提升。輥壓型材原材料已由單一的普碳鋼向高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金和鈦合金等輕質(zhì)材料發(fā)展。輥壓型材的截面形狀，也不再局限于傳統(tǒng)的圓形和方矩形，而是根據(jù)客戶需求進(jìn)行量身定制。輕量化、定制化和精密化，將是未來(lái)高端輥壓型材的必備特征。然而，國(guó)內(nèi)目前能夠生產(chǎn)高端輥壓型材的廠家寥寥無(wú)幾，造成高端輥壓型材大多依賴(lài)進(jìn)口的窘迫局面。

高端輥壓型材的研發(fā)，離不開(kāi)定制輥壓成型技術(shù)的發(fā)展。定制輥壓成型技術(shù)通過(guò)提高輥壓成型產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間的協(xié)同水平，實(shí)現(xiàn)輥壓型材的材料和結(jié)構(gòu)輕量化、截面形狀定制化、尺寸精度精密化，更好地助力制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。以汽車(chē)零部件為例，定制輥壓成型技術(shù)開(kāi)辟了以優(yōu)化截面形狀為主，而不是單純通過(guò)增加材料用量或者改善材料性能，來(lái)提高材料利用率的新途徑。

對(duì)于發(fā)展中國(guó)家而言，定制輥壓成型技術(shù)不但能夠節(jié)約能源和資源，還有助于輥壓型材的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。定制輥壓成型技術(shù)正處于快速發(fā)展期，對(duì)國(guó)內(nèi)輥壓成型行業(yè)提出更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文將從定制輥壓成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、解決方案以及典型應(yīng)用等方面進(jìn)行系統(tǒng)性闡述。

1 背景及意義

1.1 定制輥壓成型技術(shù)定義

輥壓成型，中文名又為冷彎、滾壓、滾彎、羅拉等，英文名為roll forming，是一種將金屬板材或帶材通過(guò)連續(xù)輥式彎曲方法獲得各種開(kāi)口、閉口、寬幅變形斷面金屬型材的技術(shù)［1］，如圖1 所示。

定制輥壓成型技術(shù)的核心是定制設(shè)計(jì)和高效制造［2］。其中，定制設(shè)計(jì)是指為客戶提供一攬子解決方案，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)和成本設(shè)計(jì)；而高效制造則是以輥壓成型生產(chǎn)線為平臺(tái)，集成沖壓、輥壓、焊接、端部處理、切斷等工藝，實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化生產(chǎn)和近成品交付。最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的“兩高一低”，即質(zhì)量與性能提高、綜合成本降低。

如表1 所示，定制輥壓技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)輥壓成型技術(shù)的補(bǔ)充和完善，屬于跨學(xué)科多工藝的集成應(yīng)用技術(shù)。定制輥壓型材與傳統(tǒng)輥壓型材的主要區(qū)別在于，傳統(tǒng)輥壓型材主要以圓管和方管等標(biāo)準(zhǔn)型材為主，而定制化輥壓型材的截面結(jié)構(gòu)取決于客戶需求，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，每一個(gè)截面的定制輥壓型材都是一個(gè)完整解決方案的載體。典型的定制輥壓型材截面如圖2 所示，截面具備尺寸精度高、形狀復(fù)雜以及結(jié)構(gòu)功能一體化等優(yōu)點(diǎn)。

表1 定制輥壓成型技術(shù)主要內(nèi)容

1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)比

（1）定制輥壓型材的設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平。歐洲國(guó)家已經(jīng)形成了定制輥壓型材設(shè)計(jì)和應(yīng)用的完整體系，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師具備豐富經(jīng)驗(yàn)，能夠高效設(shè)計(jì)具有復(fù)雜截面的定制輥壓型材；其次，型材供應(yīng)商深入了解定制輥壓型材的性能及應(yīng)用工況，從而指導(dǎo)用戶選購(gòu)和采用。以建筑行業(yè)門(mén)窗結(jié)構(gòu)為例，著名的歐洲型材供應(yīng)商RP 和Foster 均有完備的產(chǎn)品系列，能夠提供各個(gè)系列對(duì)應(yīng)的工況條件。同時(shí)，整個(gè)門(mén)窗系統(tǒng)所需的配件也能夠配套供應(yīng)，為客戶提供完整的解決方案。歐洲型材供應(yīng)商Welser 在官網(wǎng)上提供設(shè)計(jì)軟件，用戶可以根據(jù)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)所需型材。

反觀國(guó)內(nèi)，供需雙方對(duì)輥壓型材的設(shè)計(jì)和應(yīng)用普遍存在認(rèn)知不足和溝通障礙。供應(yīng)商主要還在提供簡(jiǎn)單的圓管［3］、方矩管［4-5］、槽鋼等斷面形狀簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)型材，難以滿足用戶的實(shí)際需求；另一方面，用戶對(duì)輥壓成型技術(shù)的認(rèn)知還停留在上述簡(jiǎn)單型材，并不清楚定制輥壓成型技術(shù)能夠給自身創(chuàng)造的潛在價(jià)值。

（2）以輥壓成型生產(chǎn)線為平臺(tái)的多工藝集成技術(shù)?；谳亯撼尚蜕a(chǎn)線，可以集成各種不同工藝，以滿足生產(chǎn)需要。鑒于國(guó)外制造業(yè)發(fā)展水平高，生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商之間具有不同的核心技術(shù)，特點(diǎn)鮮明，多工藝集成方式靈活多變。同時(shí)，根據(jù)不同產(chǎn)品的制造要求，國(guó)外供應(yīng)商除了提供不同類(lèi)型的輥壓成型生產(chǎn)線，還可以提供單獨(dú)的柔性成型設(shè)備。

由于國(guó)內(nèi)定制輥壓成型技術(shù)發(fā)展滯后，設(shè)備供應(yīng)商缺乏對(duì)技術(shù)集成化的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提供的生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單一，僅能加工簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)型材。部分為整車(chē)廠供應(yīng)的輥壓成型生產(chǎn)線，針對(duì)常見(jiàn)的幾種汽車(chē)零部件，集成了部分工藝，但適用面窄，難以應(yīng)用到其他領(lǐng)域。

（3）輕質(zhì)材料輥壓成型技術(shù)。國(guó)外輥壓成型技術(shù)已經(jīng)廣泛采用各種新材料，包括鋁、鎂合金，碳纖維，復(fù)合材料，高強(qiáng)鋼［6］等。高校和研究院不斷進(jìn)行輥壓成型技術(shù)的深入研究［7-12］，企業(yè)則在工業(yè)化生產(chǎn)中積累問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)，與高校研究院深入交流，開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作。反觀國(guó)內(nèi)輥壓型材仍然主要以200～400 MPa 強(qiáng)度級(jí)別的普碳鋼和低合金鋼為原材料，產(chǎn)品厚度一般在4 mm 以上，與輕量化大趨勢(shì)背道而馳。主要原因是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家對(duì)輕質(zhì)材料的加工性能并不了解，難以解決輥壓成型過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題以及型材服役過(guò)程中出現(xiàn)的使用問(wèn)題。

1.3 對(duì)我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的意義

（1）引領(lǐng)國(guó)內(nèi)輥壓行業(yè)全面升級(jí)。目前國(guó)內(nèi)輥壓成型技術(shù)較國(guó)外落后，不僅體現(xiàn)在型材截面形狀簡(jiǎn)單，更體現(xiàn)在型材的應(yīng)用受到局限，缺乏理論體系支撐和廣泛共識(shí)。定制輥壓成型技術(shù)對(duì)輥壓型材進(jìn)行從應(yīng)用、開(kāi)發(fā)到制造的系統(tǒng)性研究，引領(lǐng)國(guó)內(nèi)輥壓行業(yè)全面升級(jí)。

（2）輕質(zhì)材料輥壓成型技術(shù)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。目前國(guó)內(nèi)尚未出現(xiàn)將輥壓成型技術(shù)應(yīng)用于鋁、鎂合金，碳纖維等輕質(zhì)材料的系統(tǒng)性研究，更沒(méi)有工業(yè)化生產(chǎn)的案例。定制輥壓成型技術(shù)可以根據(jù)不同輕質(zhì)材料的力學(xué)性能，制定相應(yīng)的輥壓成型解決方案，進(jìn)一步推動(dòng)輕質(zhì)材料的應(yīng)用和發(fā)展。

（3）先進(jìn)型材對(duì)智能制造的推動(dòng)?，F(xiàn)代化工廠在智能制造過(guò)程中，往往需要上游企業(yè)高品質(zhì)原材料的支撐。以輥壓型材為例，企業(yè)在采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的帶材后，后續(xù)需要進(jìn)行多道后處理工藝，如激光下料、拼焊、整形、鉆孔、激光切割等，才能進(jìn)行組裝。工藝鏈的大幅延長(zhǎng)，一方面對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)可行性提出了更高的要求，另一方面會(huì)增加企業(yè)信息搜集和配置設(shè)備的成本。定制輥壓成型技術(shù)不僅可以增加截面結(jié)構(gòu)性或功能性特征，實(shí)現(xiàn)一體化成型，減少或消除下游的焊接工序，還可以在型材上加工通孔、沉頭孔、壓花、翻邊、切邊等特征，實(shí)現(xiàn)近成品交付。更簡(jiǎn)化的工序以及更低廉的成本，將有助于智能制造技術(shù)在輥壓行業(yè)的普及和應(yīng)用。

（4）推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展。由原材料-定制輥壓型材-最終產(chǎn)品構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)系中，定制輥壓型材充當(dāng)從原材料到最終產(chǎn)品的橋梁作用。工程師充分理解用戶的使用需求，然后對(duì)型材截面進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選擇超高強(qiáng)鋼等合適的輕質(zhì)材料，采用定制輥壓成型技術(shù)，最終得到滿足客戶需求的定制輥壓型材。定制輥壓成型技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外1800 MPa 級(jí)超高強(qiáng)鋼的主要成型方式，幫助產(chǎn)業(yè)鏈上游解決產(chǎn)能過(guò)剩，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈下游實(shí)現(xiàn)綠色制造。

2 定制輥壓成型技術(shù)的發(fā)展

2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展滯后的原因

由于下游用戶對(duì)輥壓成型技術(shù)及其產(chǎn)品特性認(rèn)知不足，同時(shí)粗放式的工業(yè)發(fā)展模式使得更多的用戶選用熱軋型材。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，定制輥壓成型技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展嚴(yán)重滯后，究其原因，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）輥壓成型技術(shù)理論研究水平低。國(guó)內(nèi)從事輥壓成型技術(shù)研究的專(zhuān)業(yè)人員較少，僅有北京科技大學(xué)［13-17］、上海交通大學(xué)［18-21］以及北方工業(yè)大學(xué)［22-23］等高校，進(jìn)行了少量應(yīng)用性研究。與國(guó)外研究機(jī)構(gòu)相比，國(guó)內(nèi)缺乏對(duì)輥壓成型技術(shù)理論的系統(tǒng)性研究。以輥壓成型質(zhì)量控制為例，如圖3 所示，德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)將板材的三維輥壓成型過(guò)程細(xì)分為不同階段，直觀解釋殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理，以及它對(duì)端部擴(kuò)口等冗雜變形缺陷的影響，值得國(guó)內(nèi)研究人員借鑒。此外，高強(qiáng)鋼、鋁合金和鎂合金等輕質(zhì)材料在輥壓成型過(guò)程中的流動(dòng)行為以及輥壓成型工藝與其他工藝之間的耦合技術(shù)也需要更多的理論支撐。

（2）產(chǎn)品研發(fā)能力不足?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家缺乏與客戶的全方位對(duì)接，同時(shí)缺少提供一攬子解決方案的制造服務(wù)業(yè)精神，導(dǎo)致產(chǎn)品品種與市場(chǎng)脫節(jié)；另一方面，當(dāng)生產(chǎn)廠家研發(fā)出高盈利產(chǎn)品，其他廠家跟風(fēng)抄襲現(xiàn)象十分嚴(yán)重，并通過(guò)價(jià)格戰(zhàn)等方式開(kāi)展惡性競(jìng)爭(zhēng)，嚴(yán)重?cái)_亂了輥壓行業(yè)的研發(fā)氛圍，不利于輥壓行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

（3）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的缺失。歐美等輥壓成型技術(shù)相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家都具有完善的輥壓型鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)技術(shù)指標(biāo)也相對(duì)先進(jìn)，能有效激勵(lì)行業(yè)內(nèi)制造企業(yè)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化。雖然輥壓型材在我國(guó)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并不完善，技術(shù)指標(biāo)也比較落后，已經(jīng)無(wú)法真實(shí)反映出整個(gè)行業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)水平和市場(chǎng)需求，也導(dǎo)致了行業(yè)內(nèi)存在相當(dāng)一部分的低端技術(shù)產(chǎn)能。

2.2 定制輥壓成型技術(shù)的解決方案

面對(duì)汽車(chē)制造業(yè)升級(jí)帶來(lái)的新需求，定制輥壓型材通過(guò)材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成產(chǎn)品升級(jí)，達(dá)到輕量化目的。此外，應(yīng)用多工藝集成的輥壓成型生產(chǎn)線，進(jìn)行輥壓型材模塊化、近成品化制造，實(shí)現(xiàn)綜合制造成本的降低。

（1）材料優(yōu)化設(shè)計(jì)。材料優(yōu)化設(shè)計(jì)是指通過(guò)分析現(xiàn)有產(chǎn)品的安全特性，選用合適的高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)普碳鋼，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品減重和碰撞安全性能提升的雙重目標(biāo)。以高強(qiáng)鋼/超高強(qiáng)鋼材料為例，其在歐美部分車(chē)型車(chē)身上的應(yīng)用比例已經(jīng)超過(guò)60 %，是車(chē)身結(jié)構(gòu)件中最常用的輕質(zhì)材料。

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。定制輥壓成型技術(shù)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在降低型材重量的同時(shí)，增強(qiáng)截面力學(xué)性能。憑借有限元仿真等輔助分析手段，對(duì)產(chǎn)品在實(shí)際服役過(guò)程中的關(guān)鍵承載點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，有效解決高強(qiáng)鋼輕量化引起的剛度不足等問(wèn)題。圖4 為P 字型（上）和日字型（下）定制輥壓型材的結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖。如圖4 所示，通過(guò)傳統(tǒng)輥壓成型技術(shù)生產(chǎn)兩種型材時(shí)，都需要對(duì)兩個(gè)零件進(jìn)行拼焊，而應(yīng)用定制輥壓成型技術(shù)后，成功打破傳統(tǒng)輥壓成型技術(shù)和用戶實(shí)際需求之間的“阻礙”，實(shí)現(xiàn)型材的一體化成型，大幅提升生產(chǎn)效率。

（3）產(chǎn)品模塊化、近成品化制造。以往的主機(jī)廠設(shè)計(jì)中，通常按照結(jié)構(gòu)件、功能件等單一功能進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，再在裝配車(chē)間對(duì)多種功能單一的型材零件進(jìn)行后續(xù)的沖孔和焊接。定制輥壓成型技術(shù)根據(jù)零件使用特點(diǎn)，進(jìn)行重新整合以及功能化設(shè)計(jì)，將多個(gè)具有單一功能的零件整合成一個(gè)多功能化型材產(chǎn)品。依托多工藝集成的輥壓成型生產(chǎn)線，應(yīng)用激光焊接、離線彎弧等延伸加工工藝，實(shí)現(xiàn)定制輥壓型材的模塊化和近成品化制造。

2.3 定制輥壓成型技術(shù)的高效制造

定制輥壓成型技術(shù)可以根據(jù)用戶實(shí)際需求，設(shè)計(jì)不同復(fù)雜截面形狀的輥壓型材，如圖5 所示。但是，定制化產(chǎn)品往往存在生產(chǎn)效率低的難題，更換模具需要花費(fèi)的時(shí)長(zhǎng)，是衡量定制化技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。為了提高生產(chǎn)效率，需要在前期保持與客戶的設(shè)計(jì)溝通以及成型設(shè)備的柔性化設(shè)計(jì)。要想實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的高效定制輥壓成型，需要做好“三柔”，即“一機(jī)多產(chǎn)品”、“一機(jī)多工藝”、“一模具多截面”。

如圖6 所示，定制輥壓成型生產(chǎn)線通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同集成化工藝的任意排布。根據(jù)產(chǎn)品的不同需求，在生產(chǎn)線上柔性切換成型機(jī)架、沖孔以及焊接工裝。

利用模具柔性設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠解決型材開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)的難題。應(yīng)用傳統(tǒng)輥壓成型技術(shù)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，需要重新開(kāi)發(fā)一整套模具。而定制輥壓成型技術(shù)擁有整套軋輥數(shù)據(jù)庫(kù)，在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，可以最大程度實(shí)現(xiàn)模具共享，從而極大地降低模具設(shè)計(jì)和制造時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。圖7 為不同截面物流貨架用立柱產(chǎn)品的模塊化模具設(shè)計(jì)方案，成功實(shí)現(xiàn)了“一模四用”，即一套模具可以滿足四種定制化輥壓型材的制造。

2.4 定制輥壓成型企業(yè)的共享屬性

輥壓成型企業(yè)類(lèi)型可分為標(biāo)準(zhǔn)型和定制型，其中，定制型又可細(xì)分為共享型和自用型。標(biāo)準(zhǔn)型輥壓成型企業(yè)以生產(chǎn)傳統(tǒng)圓管、方管和其他標(biāo)準(zhǔn)型材為主，如原上海寶鋼型鋼和武漢漢口軋鋼廠等大型企業(yè)。共享型輥壓成型企業(yè)，如奧地利的威爾森等，生產(chǎn)的輥壓型材屬于最終成品，為各行各業(yè)提供不同的定制化輥壓型材。自用型輥壓成型企業(yè)，如安道拓Hichenbach 工廠、美國(guó)順普以及國(guó)內(nèi)的凌云和敏實(shí)，聚焦于某一類(lèi)產(chǎn)品，生產(chǎn)的輥壓型材屬于半成品。自用型輥壓成型企業(yè)由于產(chǎn)品類(lèi)型單一，需求變化點(diǎn)減少后，企業(yè)容易進(jìn)入紅海市場(chǎng)，喪失競(jìng)爭(zhēng)力。如原有做輥壓成型保險(xiǎn)杠和門(mén)框的自用型輥壓企業(yè)，面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)，開(kāi)始研發(fā)鋁制型材和熱成型型材的生產(chǎn)，用來(lái)保持其在該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。所以，自用型輥壓企業(yè)向標(biāo)準(zhǔn)型輥壓企業(yè)的發(fā)展傾向較高。

以?shī)W地利的威爾森和奧鋼聯(lián)為例，共享型輥壓企業(yè)的“共享”特點(diǎn)非常顯著。主要表現(xiàn)以下三個(gè)方面：

（1）人才共享。定制輥壓成型技術(shù)相關(guān)人才的培養(yǎng)中，扎實(shí)的知識(shí)儲(chǔ)備和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是兩個(gè)最重要的因素。首先，定制輥壓成型技術(shù)涉及到材料、冶金、機(jī)械以及自動(dòng)化等多學(xué)科的交叉應(yīng)用，對(duì)工程師的知識(shí)儲(chǔ)備提出更高的要求。其次，定制輥壓成型技術(shù)制造的產(chǎn)品類(lèi)型更加寬泛，應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富。由于定制化輥壓企業(yè)需要服務(wù)制造業(yè)多個(gè)領(lǐng)域，這決定了人才必須是高質(zhì)量“歌唱家”而不是單一“流行歌手”。

（2）技術(shù)共享。定制輥壓企業(yè)的每個(gè)項(xiàng)目來(lái)自制造業(yè)不同領(lǐng)域。項(xiàng)目前期的定制化設(shè)計(jì)，就是與用戶彼此交換“idea”，最終形成創(chuàng)新解決方案的過(guò)程。如乘用車(chē)電池包技術(shù)中的輕量化連接解決方案，可以從環(huán)保污水處理的框架設(shè)計(jì)中借鑒。共享型輥壓企業(yè)能夠集合各個(gè)行業(yè)的眾多解決方案，分享成功經(jīng)驗(yàn)，降低新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）產(chǎn)線共享。輥壓成型產(chǎn)線的速度范圍為10～30 m/min，年產(chǎn)能在幾百萬(wàn)米左右，產(chǎn)量能達(dá)到幾千噸甚至上萬(wàn)噸。單一領(lǐng)域產(chǎn)品的生產(chǎn)需求不足以充分利用產(chǎn)能，側(cè)面說(shuō)明國(guó)內(nèi)輥壓企業(yè)的產(chǎn)線閑置率較高。共享型輥壓企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線共享，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的合理配置。

定制輥壓企業(yè)的共享屬性優(yōu)化了人才、技術(shù)、產(chǎn)線產(chǎn)能的配置，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成功率、成本和生產(chǎn)效率方面有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3 定制輥壓成型技術(shù)的典型應(yīng)用

（1）客車(chē)車(chē)身骨架［25］。目前國(guó)內(nèi)客車(chē)行業(yè)多采用簡(jiǎn)單的方矩型管、U 型槽和角鋼等簡(jiǎn)單型材拼接成骨架系統(tǒng)，如圖8 所示。型材功能單一，拼裝過(guò)程耗時(shí)耗力。蘇州億創(chuàng)特智能制造有限公司與鄭州宇通客車(chē)協(xié)同開(kāi)發(fā)客車(chē)骨架用異型材產(chǎn)品，將原有的方矩管+角鋼，現(xiàn)場(chǎng)沖孔+手工拼焊工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了單一零件47.5 %的減重效果，同時(shí)消除人工拼焊引發(fā)的質(zhì)量隱患，大幅節(jié)省綜合成本。定制輥壓型材在戴姆勒奔馳車(chē)身的應(yīng)用已超過(guò)1/3，推算得出，國(guó)內(nèi)客車(chē)的定制輥壓型材市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到25億元以上。

（2）航空領(lǐng)域。鈦合金、碳纖維等材質(zhì)的高端定制輥壓型材，在航空航天領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括機(jī)身框架、機(jī)翼、機(jī)艙座椅等關(guān)鍵零部件，如圖9 所示。國(guó)產(chǎn)飛機(jī)機(jī)體成本約占總成本的40 %，其中輥壓型材成本占到機(jī)體成本的10 %，即輥壓型材成本占總成本的4 %。截至2019 年底，C919 國(guó)產(chǎn)客機(jī)訂單已達(dá)800 余架［26］，然而，C919 國(guó)產(chǎn)客機(jī)材料國(guó)產(chǎn)化率不足一成［27］。逐步推進(jìn)定制輥壓型材的國(guó)產(chǎn)化，將助力國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。

（3）汽車(chē)領(lǐng)域。定制輥壓型材在乘用車(chē)上的應(yīng)用幾乎遍布每個(gè)結(jié)構(gòu)件［28］。如要求較高的底盤(pán)扭力梁、座椅精密滑軌［29］、電池盒框架等。在商用車(chē)中，定制輥壓型材則廣泛應(yīng)用于底盤(pán)和車(chē)身框架［30］中。蘇州億創(chuàng)特智能制造有限公司采用定制輥壓成型技術(shù)，生產(chǎn)的日字型防撞梁系列產(chǎn)品如圖10 所示。

定制輥壓型材在汽車(chē)市場(chǎng)的應(yīng)用規(guī)模極其龐大，每年市場(chǎng)規(guī)模保守估計(jì)800 億元。例如新能源電池盒框架的年需求量約為1000 萬(wàn)套，年銷(xiāo)售額可達(dá)100 億元，而保險(xiǎn)杠年需求量約為4000 萬(wàn)支，年銷(xiāo)售額約為40 億元。

（4）建筑領(lǐng)域。定制輥壓型材在建筑領(lǐng)域中的典型應(yīng)用是門(mén)窗和玻璃幕墻框架，如圖11 所示。目前，多數(shù)建筑采用擠壓成型的鋁型材作為框架，只有少數(shù)高端建筑采用進(jìn)口的鋼制型材［31-32］。

相較于鋁制型材，鋼制型材具有高強(qiáng)度、高剛度和高熔點(diǎn)的特性，可滿足建筑設(shè)計(jì)大跨度、大分割、極纖細(xì)、抗震、防火耐高溫的諸多特殊要求。隨著國(guó)家建筑防火耐高溫要求的逐步提高，鋼制型材必將得到更廣泛的應(yīng)用。中國(guó)每年7000 億元門(mén)窗幕墻市場(chǎng)，防火類(lèi)門(mén)窗幕墻預(yù)計(jì)將達(dá)到市場(chǎng)總額的30%，規(guī)模在2000 億元以上。

（5）物流領(lǐng)域。隨著電子商務(wù)的普及，物流行業(yè)飛速發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)貨架系統(tǒng)的需求量也在急速增加。近十年來(lái)，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)（如圖12 所示）的市場(chǎng)規(guī)模保持了平均每年20 %左右的增長(zhǎng)速度，在2020年達(dá)到325 億元。立體倉(cāng)庫(kù)主體的貨架系統(tǒng)由型材拼接而成，該市場(chǎng)年需求量為49 億元，2020 年的用鋼量為61 萬(wàn)噸。目前，國(guó)內(nèi)貨架上應(yīng)用的一些高品質(zhì)輥壓型材仍然依靠進(jìn)口，每年的市場(chǎng)規(guī)模約20億元。

另一方面，隨著中國(guó)制造2025 的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)智能工廠將快速興起，智能立體庫(kù)更加普及，對(duì)定制化輥壓型材的需求也會(huì)大幅上漲。

4 結(jié)論與展望

定制輥壓成型技術(shù)是多學(xué)科多工藝集合的先進(jìn)成型工藝，通過(guò)上下游聯(lián)合創(chuàng)新解決方案的研發(fā)，制造滿足我國(guó)鋼鐵延伸制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)材料。本文圍繞定制輥壓成型技術(shù)發(fā)展的背景、發(fā)展、方案和市場(chǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)性綜述。

定制輥壓成型技術(shù)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)在于：

（1）輥壓成型理論研究和應(yīng)用水平的提升。加快傳統(tǒng)輥壓成型技術(shù)以及分支成型、三維變截面輥壓成型、熱輥壓成型等新型輥壓成型技術(shù)的理論研究。應(yīng)用輥壓成型新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定制輥壓型材從建筑和汽車(chē)行業(yè)，向航天、航空、船舶、兵器等軍工行業(yè)的邁進(jìn)，將定制輥壓型材的應(yīng)用水平推向新高度。

（2）定制輥壓成型技術(shù)的社會(huì)支持。定制輥壓成型技術(shù)的精髓是從用戶需求出發(fā)的多學(xué)科與多工藝集成，需要更多的高校等研究機(jī)構(gòu)培養(yǎng)復(fù)合型技術(shù)人才。單靠一家企業(yè)或者機(jī)構(gòu)的實(shí)力，不足以支撐定制輥壓成型技術(shù)的快速發(fā)展。社會(huì)和政府部門(mén)需要對(duì)定制輥壓成型技術(shù)有更加深入的認(rèn)知，鼓勵(lì)和支持技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

（3）產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同價(jià)值鏈的形成。在原材料、定制輥壓成型、產(chǎn)品組成的上中下游產(chǎn)業(yè)鏈中，輥壓成型技術(shù)讀取產(chǎn)品應(yīng)用的需求目標(biāo)，選用合適的原材料，制定合理的成型工藝，打通了上下游企業(yè)供給側(cè)困難。產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間應(yīng)建立起共同的價(jià)值鏈，聚焦定制輥壓型材的適用性和可靠性，實(shí)現(xiàn)從選材到應(yīng)用的全方位提升和發(fā)展。

鳴謝：感謝蘇州億創(chuàng)特智能制造有限公司為本文提供部分信息。