汽車側圍一體式內門環結構的應用

文/范曉艷，朱木火，從宏祥，呂進·奇瑞汽車股份有限公司

汽車側圍一體式內門環是將汽車車身的側圍前部內板結構，包含A 柱上內板、A 柱下內板、B 柱內板和門檻內板4 個分件結構，設計成一體式的內門環。通過激光拼焊工藝，將相同厚度或不同厚度的熱成形鋼板拼成一個環，再通過熱成形生產出零件。一體式內門環具有重量輕、強度高、材料利用率高等優勢，并且可以依據車型碰撞性能和重量等目標的定義進行個性化開發，從而達到材料利用率高、單車成本低等優勢。圖1 是一體式內門環在車身骨架系統中的位置。

圖1 一體式內門環結構在汽車車身骨架系統中的位置

一體式內門環應用情況

本田在2014 年開發的謳歌MDX 車型采用了一體式內門環結構，這是汽車行業第一款量產熱成形激光拼焊一體式內門環。隨著對碰撞安全的要求更高及熱成形工藝的發展成熟，行業內很多車企也在嘗試開發一體式內門環，但國內目前還沒有量產的車型。汽車側圍前部內板結構存在著多種形式。表1 是行業內汽車側圍前部內板結構的設計類型及應用情況。

表1 汽車側圍前部內板結構的設計類型及應用情況

一體式內門環和傳統側圍前部內板結構的對比

汽車傳統側圍前部內板結構設計時主要考慮分件的合理性和焊接匹配關系，而一體式內門環結構主要根據車型性能和重量目標充分考慮料厚和拼焊縫位置。所以一體式內門環和傳統側圍前部內板結構在重量、材料利用率和零件成本等方面存在差異。圖2 是傳統側圍前部內板結構，圖3 是一體式內門環設計結構。本文中提及的傳統側圍前部內板結構以行業當前普遍應用的表1 中類型1 進行分析比較，也就是A柱上內板和B 柱內板、A 柱下內板和門檻內板均為冷沖壓結構。

圖2 傳統側圍前部內板結構

圖3 一體式內門環設計結構

材料利用率和重量情況

傳統側圍前部內板結構因考慮沖壓工藝補充，材料利用率提升很難，一般材料利用率只有63%，但一體式內門環通過定義合理的拼焊位置和科學的排樣，材料利用率能夠達到76%。由表2 可以看出，傳統側圍前部內板零件重量為13.22kg，一體式內門環零件重量為12kg，左右一體式內門環可以實現單車減重2kg，減重率約10%，由此可見一體式內門環的開發在汽車輕量化方面、降低成本方面具有重要意義。表2 為一體式內門環和傳統側圍前部內板結構材料利用率和重量對比。

表2 一體式內門環和傳統側圍前部內板結構材料利用率和重量對比

成本情況

表3 是一體式內門環和傳統側圍前部內板結構成本比較情況，通過對比可以看出，傳統側圍前部內板結構A 柱下內板和門檻內板冷沖壓開發，模具固投費用約414 萬元，而一體式內門環固投270 萬元，可節省144 萬元。此外，傳統側圍前部內板結構單車成本預估248 元，一體式內門環單車成本預估244 元，單車成本降低4 元。

表3 一體式內門環和傳統側圍前部內板結構成本對比

焊接情況

傳統側圍前部內板結構需要將A 柱上內板、A柱下內板、B 柱內板和門檻內板4 個件進行焊接成總成后供貨，而一體式內門環是整體結構供貨，可以實現節省夾具開發費用。此外，一體式內門環設計結構較傳統側圍前部內板結構減少約50 個焊點，單車降本約10 元，且焊接工時可減少50 秒，預估焊接工位能減少3 人，大大提高了生產效率和減少人員的投入。

一體式內門環的制造

一體式內門環工藝流程

一體式內門環熱成形是將硼鋼鋼板加熱至奧氏體化狀態，然后快速轉移到模具中高速沖壓成形，在保壓淬火一段時間后獲得均勻馬氏體組織的超高強鋼零件。加熱和沖壓是關鍵工藝過程，加熱過程決定著材料的沖壓性能，沖壓過程中的淬火決定著零件強度和硬化，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 一體式內門環工藝流程圖

一體式內門環的工藝特點

熱成形一體式內門環的原材料一般定義為22MnB5 裸板，這種材料表面無鍍層，國內鋼廠大多可以穩定供貨，因熱成形一體式內門環零件較大且是裸板，熱成形后經過拋丸的制造難度更大，主要就是拋丸后零件變形較大，零件的穩定性和質量提升難度較大。另外熱成形一體式內門環的原材料需要經過激光拼焊后再進行加熱和沖壓，一般會在激光拼焊的焊縫處出現拉伸斷裂現象，這需要增加材料的探傷檢測頻次，以免出現質量問題。此外熱成形一體式內門環因是幾個件的合并沖壓，零件型面復雜且具有較多特征，容易出現沖壓起皺和開裂等問題，這需要在產品設計初始階段進行充分的成形性分析。

結束語

側圍一體式內門環在材料利用率、單車成本等方面具有明顯的優勢，有一定的發展前景，但國內還沒有量產的車型應用，技術方面還處在研究和拓展階段，但隨著工藝的進步和新材料的研究突破，相信一體式內門環的應用條件一定會越來越成熟。