熱成形不等厚一體式門環，即以1個門環零件取代傳統4個不同厚度的沖焊零件。該門環根據不同位置的性能需求，通過激光拼焊技術將4種不同厚度的板料整合，再經熱沖壓整體成形、激光切割制備而成。它不僅可實現整車降重約9kg，有效提升車輛輕量化效果，還可通過扭轉和碰撞載荷的有效傳遞，提升車身剛度及碰撞安全防護性能。

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“門環”是啥文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411489.html

汽車選材的原則相信大家都很清楚，“合適的材料放在合適的地方”，這是一個主體思路。但哪里是合適的地方呢？汽車的車身是由面板件和接頭拼接而成的，面板類我們能想的是設計一些加強板加強筋，不難想到，接頭類的零件是一個突破口。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411489.html

有很多大神經過研究，給以下接頭類的組合件取了個好聽的名字，稱之為“環”。本文所述的熱成形一體門環指的是下圖中R07前門環。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411489.html

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圖1 車身的環文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411489.html

一般，汽車車身的A柱B柱門檻其實是由內外兩層組合形成封閉的空腔，從而才能保證良好的剛性的（外層的一般被稱為加強板，內層的一般被稱為內板）。我們常說的熱成形B柱一般是指B柱加強板（介于B柱內板與側圍外板之間，側圍外板就是車身外觀可見的鈑金外表面）。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411489.html

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圖2 車身側圍結構文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411489.html

由于B柱加強板以往主要由熱成形工藝制作，與內板相比，加強板一般被設計成幾字形的空腔結構（內板則可以設計成較平的零件）。所以，開發之初，供應商都是以A柱加強板、門檻加強板、B柱加強板和頂框加強板組成的外層前門環為案例開發。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/cailiaogyi202411489.html

圖3 門環開發思路

為什么是這個“環”

首先，這個環很重要。

目前汽車的設計都是用梁類和地板通道來承受正面的沖擊，對小偏置碰來說門洞區域的加強尤為重要。前門環的位置剛好是在前排乘客的生存位置，根據本田謳歌的實車效果來看，采用熱成形門環有利于提升安全性能，在發生碰撞事故后更能成功打開駕駛室門。

圖4 門環碰撞效果

其次，這個環更能體現TWB熱成形的優勢。

如前所述，前門洞這個位置需要一個整體式的保護，而且外層的加強板被設計成空腔，采用熱成形技術來生產，更能有效的滿足相關的強度要求，從而也更能體現出熱成形的優勢。

圖5 熱成形門環實物

最重要的，當然也是大家最關心的，可以減重。

相較基準對比數據，一體成形門環能實現20%的減重幅度。一個零件代替四個零件，只需使用一套沖壓模具，只需一次沖壓操作即可。

圖6 熱成形門環效果

門環開發過程

下圖展示了熱成形門環的開發過程，基礎車根據25%偏置碰撞性能分析出發，搭建門環的模型，進而對模型進行拓撲優化，并經過多次的迭代驗算，最終完成性能、工藝及成本都最優的門環方案。

圖9 門環開發流程

熱成形門環作為一種最新的激光拼焊板與熱成形技術的綜合體，在國內主機廠掀起了一番熱議，各家都說在開發，但哪家能最終落地，還有待時間的考驗。作為一種新型解決方案，開發初期，成本較高是必然的，但隨著熱成形鍍層板的國產化，隨著開發的不斷深入，這一技術必將成為一種趨勢。

非涂層熱沖壓成形鋼22MnB5進行激光拼焊門環的試制生產，對試制工藝、缺陷分析和整改進行討論，用以指導非涂層熱成形門環的批量生產。

試制材料和工藝

試制材料為某鋼廠已工業化生產的非涂層熱成形鋼，牌號為22MnB5。門環的毛坯材料為4塊落料片激光拼焊而成，厚度為1.2mm+1.4mm，其對比方案是采用傳統沖壓和焊接工藝生產的4個零件，具體如圖10所示。

試制開發通過10道工序來實現熱成形門環的提樣，具體為落料→拼焊→加熱→沖壓→冷卻→切割→拋丸→校形→檢查→包裝，其中通過對加熱、沖壓和冷卻具體溫度和時間工藝窗口的多輪調整，實現全馬氏體組織的轉變，并通過拋丸來有效去除氧化皮。

圖10 前期傳統方案和門環方案對比

試制結果分析

力學性能分析

材料性能首檢有3處不合格，經過多輪模具研合，模具保壓時間和冷卻速度的調試整改后，性能可以滿足要求，具體取樣位置如圖11所示，性能指標見表1。

缺陷分析和整改

通過對首輪樣件分析，共發現有以下幾類缺陷：起皺、開裂、壓傷、面不平和尺寸超差等。通過多輪調試和分析，發現原因主要有模具型面加工粗糙、模具沒有有效研合、成形沒有到底、定位不準確、壓料力和間隙大小不合適等模具加工和生產制造問題，也有前期產品設計造型考慮不足導致的問題等，首輪樣件如圖12所示。

圖11 門環取樣位置示意圖

表1多輪調試后的性能值

在試制階段，通過模具型面研合、增加有效定位裝置和設備生產參數的調整等，基本上可以解決上述的缺陷問題，型面符合率達到90%以上。多輪調試后樣件實物如圖13所示。

方案對比

針對前期4個零件開發的工藝方案和激光拼焊門環，從整車車身的零件數量，模具套數和重量、零件重量，模具價格和焊點數量等多維度來對比，具體見表2。

通過對門環各個落料片的焊縫位置調整和排樣優化，材料利用率可以達到近76%。從表2中可以看出，門環方案可以很大程度地減少零件和模具開發的數量，便于人員配置和項目管理。除了非涂層熱成形鋼的價格優勢明顯外，門環方案還能帶來額外的輕量化效果，比前期方案整車減輕3kg以上。同時，模具整體開發費用也有顯著降低，也省去了后續焊接和工裝夾具的開發。

表2前期傳統工藝方案和門環方案效果對比

熱成形和冷成形在工藝方式、模具開發等方面有著明顯的不同，但是熱成形試制模具和量產模具在結構上大部分相同，只在模具材料使用，生產效率控制元件上有明顯區別，比如冷卻方式，延時和頂料機構等。

結論

（1）非涂層熱成形鋼激光拼焊門環的工藝方案在模具和工裝夾具開發上有相比傳統工藝方案明顯的優勢。

（2）對于試制零件的缺陷分析和問題整改，可以用于指導量產非涂層拼焊門環的生產，從而對降本、輕量化和安全綜合方面都有很大的借鑒意義。

（3）非涂層熱成形鋼激光拼焊門環除外觀質量問題外，零件還存在很大的回彈問題，這在產品設計上需要前期綜合考慮和優化。

來源：中歐SENIA