汽车侧围一体式内门环结构的应用

汽车侧围一体式内门环是将汽车车身的侧围前部内板结构，包含A 柱上内板、A 柱下内板、B 柱内板和门槛内板4 个分件结构，设计成一体式的内门环。通过激光拼焊工艺，将相同厚度或不同厚度的热成形钢板拼成一个环，再通过热成形生产出零件。一体式内门环具有重量轻、强度高、材料利用率高等优势，并且可以依据车型碰撞性能和重量等目标的定义进行个性化开发，从而达到材料利用率高、单车成本低等优势。图1 是一体式内门环在车身骨架系统中的位置。

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图1 一体式内门环结构在汽车车身骨架系统中的位置文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111261.html

一体式内门环应用情况文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111261.html

本田在2014 年开发的讴歌MDX 车型采用了一体式内门环结构，这是汽车行业第一款量产热成形激光拼焊一体式内门环。随着对碰撞安全的要求更高及热成形工艺的发展成熟，行业内很多车企也在尝试开发一体式内门环，但国内目前还没有量产的车型。汽车侧围前部内板结构存在着多种形式。表1 是行业内汽车侧围前部内板结构的设计类型及应用情况。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111261.html

表1 汽车侧围前部内板结构的设计类型及应用情况文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111261.html

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一体式内门环和传统侧围前部内板结构的对比文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111261.html

汽车传统侧围前部内板结构设计时主要考虑分件的合理性和焊接匹配关系，而一体式内门环结构主要根据车型性能和重量目标充分考虑料厚和拼焊缝位置。所以一体式内门环和传统侧围前部内板结构在重量、材料利用率和零件成本等方面存在差异。图2 是传统侧围前部内板结构，图3 是一体式内门环设计结构。本文中提及的传统侧围前部内板结构以行业当前普遍应用的表1 中类型1 进行分析比较，也就是A柱上内板和B 柱内板、A 柱下内板和门槛内板均为冷冲压结构。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111261.html

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图2 传统侧围前部内板结构文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111261.html

图3 一体式内门环设计结构

材料利用率和重量情况

传统侧围前部内板结构因考虑冲压工艺补充，材料利用率提升很难，一般材料利用率只有63%，但一体式内门环通过定义合理的拼焊位置和科学的排样，材料利用率能够达到76%。由表2 可以看出，传统侧围前部内板零件重量为13.22kg，一体式内门环零件重量为12kg，左右一体式内门环可以实现单车减重2kg，减重率约10%，由此可见一体式内门环的开发在汽车轻量化方面、降低成本方面具有重要意义。表2 为一体式内门环和传统侧围前部内板结构材料利用率和重量对比。

表2 一体式内门环和传统侧围前部内板结构材料利用率和重量对比

成本情况

表3 是一体式内门环和传统侧围前部内板结构成本比较情况，通过对比可以看出，传统侧围前部内板结构A 柱下内板和门槛内板冷冲压开发，模具固投费用约414 万元，而一体式内门环固投270 万元，可节省144 万元。此外，传统侧围前部内板结构单车成本预估248 元，一体式内门环单车成本预估244 元，单车成本降低4 元。

表3 一体式内门环和传统侧围前部内板结构成本对比

焊接情况

传统侧围前部内板结构需要将A 柱上内板、A柱下内板、B 柱内板和门槛内板4 个件进行焊接成总成后供货，而一体式内门环是整体结构供货，可以实现节省夹具开发费用。此外，一体式内门环设计结构较传统侧围前部内板结构减少约50 个焊点，单车降本约10 元，且焊接工时可减少50 秒，预估焊接工位能减少3 人，大大提高了生产效率和减少人员的投入。

一体式内门环的制造

一体式内门环工艺流程

一体式内门环热成形是将硼钢钢板加热至奥氏体化状态，然后快速转移到模具中高速冲压成形，在保压淬火一段时间后获得均匀马氏体组织的超高强钢零件。加热和冲压是关键工艺过程，加热过程决定着材料的冲压性能，冲压过程中的淬火决定着零件强度和硬化，工艺流程和其他热成形零件的工艺流程基本一致，如图4 所示。

图4 一体式内门环工艺流程图

一体式内门环的工艺特点

热成形一体式内门环的原材料一般定义为22MnB5 裸板，这种材料表面无镀层，国内钢厂大多可以稳定供货，因热成形一体式内门环零件较大且是裸板，热成形后经过抛丸的制造难度更大，主要就是抛丸后零件变形较大，零件的稳定性和质量提升难度较大。另外热成形一体式内门环的原材料需要经过激光拼焊后再进行加热和冲压，一般会在激光拼焊的焊缝处出现拉伸断裂现象，这需要增加材料的探伤检测频次，以免出现质量问题。此外热成形一体式内门环因是几个件的合并冲压，零件型面复杂且具有较多特征，容易出现冲压起皱和开裂等问题，这需要在产品设计初始阶段进行充分的成形性分析。

结束语

侧围一体式内门环在材料利用率、单车成本等方面具有明显的优势，有一定的发展前景，但国内还没有量产的车型应用，技术方面还处在研究和拓展阶段，但随着工艺的进步和新材料的研究突破，相信一体式内门环的应用条件一定会越来越成熟。