汽車(chē)側(cè)圍一體式內(nèi)門(mén)環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

文/范曉艷，朱木火，從宏祥，呂進(jìn)·奇瑞汽車(chē)股份有限公司

汽車(chē)側(cè)圍一體式內(nèi)門(mén)環(huán)是將汽車(chē)車(chē)身的側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)，包含A 柱上內(nèi)板、A 柱下內(nèi)板、B 柱內(nèi)板和門(mén)檻內(nèi)板4 個(gè)分件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成一體式的內(nèi)門(mén)環(huán)。通過(guò)激光拼焊工藝，將相同厚度或不同厚度的熱成形鋼板拼成一個(gè)環(huán)，再通過(guò)熱成形生產(chǎn)出零件。一體式內(nèi)門(mén)環(huán)具有重量輕、強(qiáng)度高、材料利用率高等優(yōu)勢(shì)，并且可以依據(jù)車(chē)型碰撞性能和重量等目標(biāo)的定義進(jìn)行個(gè)性化開(kāi)發(fā)，從而達(dá)到材料利用率高、單車(chē)成本低等優(yōu)勢(shì)。圖1 是一體式內(nèi)門(mén)環(huán)在車(chē)身骨架系統(tǒng)中的位置。

圖1 一體式內(nèi)門(mén)環(huán)結(jié)構(gòu)在汽車(chē)車(chē)身骨架系統(tǒng)中的位置

一體式內(nèi)門(mén)環(huán)應(yīng)用情況

本田在2014 年開(kāi)發(fā)的謳歌MDX 車(chē)型采用了一體式內(nèi)門(mén)環(huán)結(jié)構(gòu)，這是汽車(chē)行業(yè)第一款量產(chǎn)熱成形激光拼焊一體式內(nèi)門(mén)環(huán)。隨著對(duì)碰撞安全的要求更高及熱成形工藝的發(fā)展成熟，行業(yè)內(nèi)很多車(chē)企也在嘗試開(kāi)發(fā)一體式內(nèi)門(mén)環(huán)，但國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有量產(chǎn)的車(chē)型。汽車(chē)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)存在著多種形式。表1 是行業(yè)內(nèi)汽車(chē)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)類(lèi)型及應(yīng)用情況。

表1 汽車(chē)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)類(lèi)型及應(yīng)用情況

一體式內(nèi)門(mén)環(huán)和傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)的對(duì)比

汽車(chē)傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮分件的合理性和焊接匹配關(guān)系，而一體式內(nèi)門(mén)環(huán)結(jié)構(gòu)主要根據(jù)車(chē)型性能和重量目標(biāo)充分考慮料厚和拼焊縫位置。所以一體式內(nèi)門(mén)環(huán)和傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)在重量、材料利用率和零件成本等方面存在差異。圖2 是傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)，圖3 是一體式內(nèi)門(mén)環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。本文中提及的傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)以行業(yè)當(dāng)前普遍應(yīng)用的表1 中類(lèi)型1 進(jìn)行分析比較，也就是A柱上內(nèi)板和B 柱內(nèi)板、A 柱下內(nèi)板和門(mén)檻內(nèi)板均為冷沖壓結(jié)構(gòu)。

圖2 傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)

圖3 一體式內(nèi)門(mén)環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

材料利用率和重量情況

傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)因考慮沖壓工藝補(bǔ)充，材料利用率提升很難，一般材料利用率只有63%，但一體式內(nèi)門(mén)環(huán)通過(guò)定義合理的拼焊位置和科學(xué)的排樣，材料利用率能夠達(dá)到76%。由表2 可以看出，傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板零件重量為13.22kg，一體式內(nèi)門(mén)環(huán)零件重量為12kg，左右一體式內(nèi)門(mén)環(huán)可以實(shí)現(xiàn)單車(chē)減重2kg，減重率約10%，由此可見(jiàn)一體式內(nèi)門(mén)環(huán)的開(kāi)發(fā)在汽車(chē)輕量化方面、降低成本方面具有重要意義。表2 為一體式內(nèi)門(mén)環(huán)和傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)材料利用率和重量對(duì)比。

表2 一體式內(nèi)門(mén)環(huán)和傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)材料利用率和重量對(duì)比

成本情況

表3 是一體式內(nèi)門(mén)環(huán)和傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)成本比較情況，通過(guò)對(duì)比可以看出，傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)A 柱下內(nèi)板和門(mén)檻內(nèi)板冷沖壓開(kāi)發(fā)，模具固投費(fèi)用約414 萬(wàn)元，而一體式內(nèi)門(mén)環(huán)固投270 萬(wàn)元，可節(jié)省144 萬(wàn)元。此外，傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)單車(chē)成本預(yù)估248 元，一體式內(nèi)門(mén)環(huán)單車(chē)成本預(yù)估244 元，單車(chē)成本降低4 元。

表3 一體式內(nèi)門(mén)環(huán)和傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)成本對(duì)比

焊接情況

傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)需要將A 柱上內(nèi)板、A柱下內(nèi)板、B 柱內(nèi)板和門(mén)檻內(nèi)板4 個(gè)件進(jìn)行焊接成總成后供貨，而一體式內(nèi)門(mén)環(huán)是整體結(jié)構(gòu)供貨，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省夾具開(kāi)發(fā)費(fèi)用。此外，一體式內(nèi)門(mén)環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)側(cè)圍前部?jī)?nèi)板結(jié)構(gòu)減少約50 個(gè)焊點(diǎn)，單車(chē)降本約10 元，且焊接工時(shí)可減少50 秒，預(yù)估焊接工位能減少3 人，大大提高了生產(chǎn)效率和減少人員的投入。

一體式內(nèi)門(mén)環(huán)的制造

一體式內(nèi)門(mén)環(huán)工藝流程

一體式內(nèi)門(mén)環(huán)熱成形是將硼鋼鋼板加熱至奧氏體化狀態(tài)，然后快速轉(zhuǎn)移到模具中高速?zèng)_壓成形，在保壓淬火一段時(shí)間后獲得均勻馬氏體組織的超高強(qiáng)鋼零件。加熱和沖壓是關(guān)鍵工藝過(guò)程，加熱過(guò)程決定著材料的沖壓性能，沖壓過(guò)程中的淬火決定著零件強(qiáng)度和硬化，工藝流程和其他熱成形零件的工藝流程基本一致，如圖4 所示。

圖4 一體式內(nèi)門(mén)環(huán)工藝流程圖

一體式內(nèi)門(mén)環(huán)的工藝特點(diǎn)

熱成形一體式內(nèi)門(mén)環(huán)的原材料一般定義為22MnB5 裸板，這種材料表面無(wú)鍍層，國(guó)內(nèi)鋼廠(chǎng)大多可以穩(wěn)定供貨，因熱成形一體式內(nèi)門(mén)環(huán)零件較大且是裸板，熱成形后經(jīng)過(guò)拋丸的制造難度更大，主要就是拋丸后零件變形較大，零件的穩(wěn)定性和質(zhì)量提升難度較大。另外熱成形一體式內(nèi)門(mén)環(huán)的原材料需要經(jīng)過(guò)激光拼焊后再進(jìn)行加熱和沖壓，一般會(huì)在激光拼焊的焊縫處出現(xiàn)拉伸斷裂現(xiàn)象，這需要增加材料的探傷檢測(cè)頻次，以免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。此外熱成形一體式內(nèi)門(mén)環(huán)因是幾個(gè)件的合并沖壓，零件型面復(fù)雜且具有較多特征，容易出現(xiàn)沖壓起皺和開(kāi)裂等問(wèn)題，這需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初始階段進(jìn)行充分的成形性分析。

結(jié)束語(yǔ)

側(cè)圍一體式內(nèi)門(mén)環(huán)在材料利用率、單車(chē)成本等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，有一定的發(fā)展前景，但國(guó)內(nèi)還沒(méi)有量產(chǎn)的車(chē)型應(yīng)用，技術(shù)方面還處在研究和拓展階段，但隨著工藝的進(jìn)步和新材料的研究突破，相信一體式內(nèi)門(mén)環(huán)的應(yīng)用條件一定會(huì)越來(lái)越成熟。