汽車側(cè)圍加強(qiáng)板一體式門環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

汽車側(cè)圍加強(qiáng)板一體式門環(huán)結(jié)構(gòu)就是將汽車車身傳統(tǒng)的A柱上加強(qiáng)板、A柱下加強(qiáng)板、B柱加強(qiáng)板和門檻加強(qiáng)板獨(dú)立分件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成一體式的門環(huán)結(jié)構(gòu)。這種一體式門環(huán)一般是通過(guò)創(chuàng)新的激光拼焊工藝形式，將不同厚度和不同強(qiáng)度的熱成形鋼板拼成一個(gè)環(huán)，再通過(guò)熱成形工藝生產(chǎn)出最終的零件。一體式門環(huán)具有重量更輕、強(qiáng)度更高、材料利用率更高等優(yōu)勢(shì)，并且可以根據(jù)車型設(shè)計(jì)定義的需求，如對(duì)重量目標(biāo)、碰撞性能目標(biāo)、成本目標(biāo)等進(jìn)行個(gè)性化的定制，同時(shí)也具有提高材料利用率、降低前期模具投入、降低單車成本等優(yōu)勢(shì)。圖1是一體式門環(huán)結(jié)構(gòu)在汽車車身側(cè)圍系統(tǒng)中的位置示意圖。

廣州“好教育”的提出和推進(jìn)，得益于一位有情懷的人，他就是今日廣州教育的掌舵人與總設(shè)計(jì)師—市教育局局長(zhǎng)屈哨兵。在廣州教育發(fā)展的征途上，屈哨兵如同他的名字一樣剛正、堅(jiān)毅、有責(zé)任心，是一位恪盡職守的“哨兵”，他充分展現(xiàn)出了儒雅大方、幽默風(fēng)趣的人格魅力，對(duì)教育功能、教育發(fā)展的深刻思考和獨(dú)到見解，以及幾十年投身教育事業(yè)、初心不改的教育情懷。

一體式門環(huán)行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

一體式門環(huán)屬于汽車車身制造最困難的零部件之一，2014年本田謳歌MDX車型采用了世界上第一個(gè)熱成形激光拼焊一體式門環(huán)結(jié)構(gòu)，這也是世界上第一款量產(chǎn)熱成形激光拼焊一體式門環(huán)。近年來(lái)，隨著碰撞安全、車身輕量化要求的提升以及熱成形工藝的發(fā)展成熟，一些新能源車企和自主品牌車企也在嘗試借鑒采用，但真正做到成熟量產(chǎn)的極少。另一方面受性能目標(biāo)定義、開發(fā)成本、工藝限制和質(zhì)量控制等多方面因素影響，行業(yè)內(nèi)汽車側(cè)圍加強(qiáng)板的構(gòu)成存在著多種形式。表1是行業(yè)內(nèi)汽車側(cè)圍加強(qiáng)板的主要設(shè)計(jì)類型和應(yīng)用情況。

一體式門環(huán)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的比較

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的分件在考慮分件合理的同時(shí)還要考慮分件的焊接搭配關(guān)系和結(jié)構(gòu)，而一體式門環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)只要根據(jù)設(shè)計(jì)需要考慮拼焊的位置即可。所以一體式門環(huán)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式在材料利用率、零件重量、成本等方面都存在著差異。圖2是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)分件結(jié)構(gòu)，圖3是一體式門環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。本文中提及的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)均以應(yīng)用較廣的表1中類型2為維度進(jìn)行分析比較，也就是A柱上加強(qiáng)板和B柱加強(qiáng)板為熱成形工藝，A柱下加強(qiáng)板和門檻加強(qiáng)板為冷沖壓工藝。

這個(gè)建議可是結(jié)合了歷史知識(shí)加現(xiàn)代營(yíng)銷，當(dāng)然讓老鴇吃驚。但這個(gè)法子只適用于明末，PS：各位想清穿宋穿的姐妹們注意，這點(diǎn)子放清朝宋朝都行不通。明末思想開放，人情豁達(dá)，大家閨秀不大端著，她們喜歡和名妓們交流詩(shī)歌暢談文學(xué)，并不以為意，所以邀請(qǐng)她們參加才可能實(shí)現(xiàn)。而明末名妓較有思想，文學(xué)愛(ài)好者是成為名妓的基本條件。所以，這兩個(gè)本該互相敵視的團(tuán)體可以在某種條件下和諧相處，甚至惺惺相惜。

材料利用率和重量對(duì)比

首先，從思想文化因素上來(lái)看，一九七八年的中共十一屆三中全會(huì)實(shí)現(xiàn)了政治、思想、文化的“撥亂反正”，這為“重寫文學(xué)史”提供了較為緩和的政治生長(zhǎng)氛圍。這段時(shí)期中，文革路線被否定，一大批知識(shí)分子的政治地位得到平反，冤假錯(cuò)案逐漸浮出水面，改革開放的春風(fēng)萌生了一系列的文學(xué)思潮，還提出了一系列具有重要價(jià)值意義的新問(wèn)題。這些問(wèn)題超出了文學(xué)史本身范圍，顯然涉及到了政治路線、思想路線等領(lǐng)域的變革，與意識(shí)形態(tài)有著更為緊密的聯(lián)系。

成本對(duì)比

表3是一體式門環(huán)和傳統(tǒng)分件設(shè)計(jì)方案成本對(duì)比，通過(guò)比較我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)分件方案A柱下加強(qiáng)板和門檻加強(qiáng)板定為冷沖壓開發(fā)，需要投入模具固投費(fèi)用約280萬(wàn)元，而一體式門環(huán)熱成形設(shè)計(jì)方案不需要主機(jī)廠投入模具固投費(fèi)用，可為主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)節(jié)省投資280萬(wàn)元。此外，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案左右件單車成本預(yù)估約470元，一體式門環(huán)設(shè)計(jì)方案單車成本預(yù)估440元，可實(shí)現(xiàn)單車成本下降30元。

焊接對(duì)比

一體式門環(huán)不需要再將A柱上加強(qiáng)板、A柱下加強(qiáng)板、B柱加強(qiáng)板和門檻加強(qiáng)板4個(gè)件進(jìn)行焊接成總成進(jìn)行裝配，而是供貨狀態(tài)就是個(gè)整體結(jié)構(gòu)，可以為主機(jī)廠節(jié)省部分夾具開發(fā)費(fèi)用。此外，經(jīng)過(guò)比較還可以發(fā)現(xiàn)，一體式門環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)分件結(jié)構(gòu)形式減少約60個(gè)焊點(diǎn)，單車可實(shí)現(xiàn)降本約12元，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省60秒焊接的工時(shí)，至少可以減少焊接工位人員投入4人，不僅有效提高了生產(chǎn)效率，也大大減輕了汽車主機(jī)廠的人員投入。

一體式門環(huán)的制造工藝

一體式門環(huán)工藝流程

念蓉坐下來(lái)，拾起筷子。盡管她不再追問(wèn)，盡管楚墨的回答仍然干凈利索，但念蓉能夠感覺(jué)他有些招架不住了。老實(shí)說(shuō)楚墨的菜燒得色香味俱全，念蓉曾經(jīng)在半煙面前吹噓說(shuō)，楚墨完全可以去酒店當(dāng)大廚。然而今天，她把“色香味俱全”的菜吃得味同嚼蠟。

一體式門環(huán)的工藝過(guò)程特點(diǎn)

裸板熱成形材料即原材料表面沒(méi)有鍍層，大多鋼廠均可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。但裸板熱成形從激光拼焊到涂裝防腐、拋丸等制造過(guò)程難度更大。裸板激光拼焊一般有無(wú)填絲激光拼焊和有填絲激光拼焊2種工藝，無(wú)填絲焊進(jìn)行等厚板焊接時(shí)，由于局部熔體損失導(dǎo)致焊縫輕微凹陷，易出現(xiàn)拉深沿焊縫位置斷裂，而有填絲焊工藝則不存在此問(wèn)題。裸板熱成形門環(huán)板料由于表面無(wú)鋁硅鍍層，摩擦系數(shù)加大，零件沖壓易在減薄率大的位置出現(xiàn)開裂，此外裸板門環(huán)板料沖壓還存在粘模現(xiàn)象，容易出現(xiàn)出件困難導(dǎo)致沖壓不連續(xù)。熱成形件只開一序成形模，沖孔和修邊是通過(guò)激光切割實(shí)現(xiàn)的，一體式門環(huán)也同樣如此，由于需要切割的地方特別多，所以激光切割的產(chǎn)能很重要，在零件開發(fā)前要進(jìn)行充分評(píng)估。

熱成形一體式門環(huán)的原材料一般分為22MnB5裸板和鋁硅鍍層兩種，鋁硅鍍層熱成形材料可有效避免熱沖壓過(guò)程的表面氧化，避免增加拋丸工序及拋丸工序?qū)α慵鹊挠绊懀瑫r(shí)具有優(yōu)異的防腐性能。但鋁硅熱成形門環(huán)板料價(jià)格較高且有專利保護(hù)，因此當(dāng)前國(guó)內(nèi)正在研究推進(jìn)的主要為裸板熱成形材料。

一體式門環(huán)熱成形工藝和其他熱成形零件的工藝流程基本一致，同樣是將硼鋼鋼板(初始強(qiáng)度為500～700MPa)加熱至奧氏體化狀態(tài)(加熱溫度一般為890～950℃，并保持一定時(shí)間)，然后快速轉(zhuǎn)移到模具中高速?zèng)_壓成形，在保證一定壓力的情況下，制件在模具本體中以大于27℃/s的冷卻速度進(jìn)行淬火處理，保壓淬火一段時(shí)間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強(qiáng)鋼零件。其中關(guān)鍵工藝過(guò)程是加熱、沖壓，加熱過(guò)程直接影響到高強(qiáng)度鋼板的沖壓性能，沖壓過(guò)程中伴隨的淬火則對(duì)零件強(qiáng)度的提高起到?jīng)Q定性的作用，工藝流程如圖4。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)盡管采用了合理的分件形式，但因工藝補(bǔ)充需要，材料利用率受限較多，一般只能達(dá)到56.8%左右，而一體式門環(huán)通過(guò)合理的拼焊位置定義和合理的排樣，材料利用率可達(dá)75.87%。表2為一體式門環(huán)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案材料利用率和重量對(duì)比，可以看出，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案零件重量為13.37kg，一體式門環(huán)設(shè)計(jì)方案零件重量?jī)H為11.71kg，左右對(duì)稱設(shè)計(jì)后，一體式門環(huán)可以實(shí)現(xiàn)單車減重：(13.37kg-11.71kg)×2=3.32kg，零件減重率約12.4%，在當(dāng)前材料成本上漲，汽車輕量化、節(jié)能減排和安全性要求日益提高等大環(huán)境下，一體式門環(huán)的開發(fā)應(yīng)用具有重要意義。

拋丸是冷處理的過(guò)程，分為拋丸清理和拋丸強(qiáng)化，拋丸清理是為了去除表面氧化皮等雜質(zhì)提高外觀質(zhì)量，拋丸強(qiáng)化就是利用高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流連續(xù)沖擊被強(qiáng)化零件表面，迫使其表面在循環(huán)性變形過(guò)程中：顯微組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改性；非均勻的塑變外表層引入殘余壓應(yīng)力，內(nèi)表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；外表面粗糙度發(fā)生變化，從而提高零件的疲勞斷裂抗力，防止疲勞失效，提高疲勞壽命。

一體式門環(huán)的零件質(zhì)量

一體式門環(huán)常見質(zhì)量缺陷

一體式門環(huán)常見的質(zhì)量缺陷主要有起皺、缺料、開裂、壓傷、面不平等，圖5是一體式門環(huán)常見質(zhì)量缺陷問(wèn)題，也是我們?cè)谑纵喺{(diào)試生產(chǎn)中的零件狀態(tài)，其中，圖示中序號(hào)①～⑦為起皺，序號(hào)⑧為壓傷，序號(hào)⑨為面不平，序號(hào)⑩為開裂，序號(hào)?為缺料。在質(zhì)量提升過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)首輪調(diào)試時(shí)，模具型面加工粗糙、拋光不徹底，模具型面研合率低，板料定位不良等，經(jīng)過(guò)幾輪的調(diào)試提升后，不僅有效消除了以上缺陷問(wèn)題，且經(jīng)過(guò)藍(lán)光掃描檢測(cè)，零件合格率達(dá)到了92%，達(dá)到設(shè)計(jì)定義目標(biāo)，滿足裝車需求。

一體式門環(huán)設(shè)計(jì)階段的注意事項(xiàng)

一體式門環(huán)熱成形過(guò)程中板料處于高溫狀態(tài)，強(qiáng)度低、塑性好，但坯料與模具之間的摩擦系數(shù)達(dá)到0.5，明顯高于冷沖壓狀態(tài)，為保證成形質(zhì)量，防止開裂和起皺缺陷的產(chǎn)生，模具的上下模壓料板之間采用彈性對(duì)頂方式來(lái)成形，一般其對(duì)頂壓力不超過(guò)10噸，壓料板的浮料高度不超過(guò)100mm。另一方面為了避免出現(xiàn)開裂現(xiàn)象保證零件后期生產(chǎn)的一致性，設(shè)計(jì)階段需做好CAE模擬，CAE模擬下的變薄率一般不超過(guò)15%，為了避免出現(xiàn)起皺和疊料現(xiàn)象，CAE模擬下的增厚率一般控制在5%以內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)介紹我們可以看出側(cè)圍加強(qiáng)板一體式門環(huán)結(jié)構(gòu)不僅能實(shí)現(xiàn)汽車車身的減重，并且在提高材料利用率、降低單車成本、減少焊裝前期投入、提高焊裝生產(chǎn)效率等方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)前材料成本上漲，汽車輕量化、節(jié)能減排和碰撞安全日益提高等大環(huán)境下，側(cè)圍加強(qiáng)板一體式門環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是一種發(fā)展趨勢(shì)，但國(guó)內(nèi)模具廠缺少批量制造和生產(chǎn)一體式門環(huán)的經(jīng)驗(yàn)，很多開發(fā)還處于和主機(jī)廠合作探索階段，但隨著工藝的發(fā)展和新型材料的應(yīng)用，一體式門環(huán)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越普遍。