本特勒、VAMA、GONVVAMA成功開發(fā)超大結構熱成形內外雙門環(huán)

門環(huán)作為汽車發(fā)生碰撞時最為關鍵的承載部件，其結構的強度、剛度、吸能等性能對保障駕乘人員的安全至關重要。近日，汽車材料網(wǎng)獲悉，憑借在熱成形鋼技術領域的深厚積累和創(chuàng)新能力，本特勒、VAMA、GONVVAMA合作成功開發(fā)了熱成形超大型結構的內外雙門環(huán)，標志著熱成形技術在車身結構安全件創(chuàng)新應用領域又邁出了重要一步。

圖1  超大型結構的內外雙門環(huán)

鋁硅鍍層熱成形鋼Usibor®與Ductibor®塑造汽車安全之軀

熱成形鋼作為一種高性能的結構材料，在新能源汽車中的應用日益廣泛。結合熱成形工藝的應用，呈現(xiàn)高強度、良好的成形性能、能夠制造復雜幾何形狀零部件等性能特點。此外，鋼材本身的成本和低碳排放的優(yōu)勢，使其成為實現(xiàn)汽車輕量化和高安全性的重要選擇。隨著熱成形材料的不斷迭代升級，其強度和延展性的多樣化組合為車身設計提供了更多可能性。

VAMA提供的鋁硅鍍層熱成形鋼產品系列，涵蓋了第一代Usibor®1500、Ductibor®500和第二代Usibor®2000、Ductibor®1000，兩代熱成形產品所展現(xiàn)的持續(xù)的材料開發(fā)創(chuàng)新能力能夠滿足汽車行業(yè)對高強度、高韌性材料不斷增長的需求，推動整個產業(yè)的持續(xù)發(fā)展。而選擇熱成形鋼不僅僅是因為它可以提供高強高韌的機械碰撞性能，還因為它可以為大型零件提供極其優(yōu)異的幾何性能。其中，Usibor®以其卓越的強度特性，成為車身抗侵入“硬區(qū)”的首選材料，為乘客提供堅固的保護屏障。而Ductibor®則憑借出色的韌性，在碰撞時能夠迅速吸收能量，有效減輕碰撞對乘客的沖擊。

外門環(huán)

內門環(huán)

圖2 超大型結構內外雙門環(huán)示意圖

在外雙門環(huán)的設計中，如上圖所示，第二代鋁硅鍍層熱成形鋼Usibor®2000首次被應用于門環(huán)的B柱、C柱和車頂側梁上部的外環(huán)上，其強度高達2000MPa，顯著增強了這些關鍵部位在碰撞時的抗變形能力，為乘員艙提供了穩(wěn)固的生存空間。同時，這種高強度材料還提升了車身的頂壓性能，在車身翻滾、頂壓等工況下，可以進一步保障駕乘人員的安全。

為了在實現(xiàn)高強度的同時保持車身的韌性，非關鍵部位被設計成碰撞緩沖區(qū)。在B柱下部與門檻連接的部位，采用了強度稍低但韌性更好的Ductibor®1000材料，以便在側面碰撞時能夠更有效地吸收能量，減少碰撞沖擊對乘客的影響。這種設計策略實現(xiàn)了車身側圍整體高強度和高韌性之間的完美平衡，既保證了車身出色的安全性，又兼顧了在特殊工控下的突出吸能效果。

激光拼焊技術助力門環(huán)部件的高材料利用率

內外雙門環(huán)是對先前內外門環(huán)和前后大門環(huán)技術的深度整合，在這一超大型一體化結構中每個門環(huán)都由精心挑選的6塊坯料通過先進的激光拼焊技術精確組合，再經(jīng)過一體化熱沖壓成形。

在金屬材料的應用中，高強度和高韌性往往難以并存。然而，激光拼焊技術（TWB，Tailor Welded Blanks）為這一難題提供了理想解決方案。在內外雙門環(huán)設計中利用GONVVAMA的激光拼焊技術可以精準地將2000MPa、1500MPa和1000MPa三種不同強度和韌性的材料組合在一起，從而實現(xiàn)了材料性能的定制化。與此同時，還可以將不同厚度的鋼板拼焊在一起，通過降低局部的鋼板厚度起到良好的減重效果。形成的整體零件抵消了由于鋼板減薄帶來的剛度下降問題。

通過零件的高度集成和激光拼焊板焊縫位置的精準設計，以及對材料的優(yōu)化利用，內外雙門環(huán)解決方案在材料節(jié)約方面也取得了顯著的成效。

更重要的是，GONVVAMA以其全球領先的鋁硅鍍層激光消融技術實現(xiàn)了優(yōu)異的焊縫質量，不僅極大地降低了大型門環(huán)的沖壓報廢率，也為整車碰撞安全提供了極為可靠的工藝保障。

熱成形工藝克服大型結構件生產難題

圖3 超大型結構的內外雙門環(huán)

在傳統(tǒng)工藝中，大型車身模塊常常采用分體式制造流程，不僅效率低下，需要耗費大量時間和資源，而且成本高昂。

大型結構件生產的質量控制在車身制造領域始終是一個技術難點。零件尺寸龐大導致模具匹配困難、性能調試經(jīng)驗不足、整體精度控制復雜，這些問題使得大型結構件的生產面臨諸多挑戰(zhàn)。在創(chuàng)新的熱成形內外雙門環(huán)超大結構中，2000MPa高強度材料的大面積應用，對成形工藝構成了巨大考驗。

本特勒憑借其在熱成形領域的深厚技術底蘊，成功攻克了這些難題。經(jīng)過嚴格測試，樣件完全達到了預期的性能標準，展現(xiàn)了其卓越的工藝能力和品質保證。相較于傳統(tǒng)工藝中大型車身模塊的分體式制造流程，一體式內外雙門熱成形門環(huán)技術展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢。該技術不僅大幅減少了零件數(shù)量和焊點，降低了系統(tǒng)的整體重量，還顯著提升了生產效率和成本效益。

具體而言，相較于傳統(tǒng)設計，單門環(huán)方案即能實現(xiàn)約9%的減重，而此次成功產出的內外雙門環(huán)更是輕松達到了至少16%的減重效果。此外，工裝模具的開發(fā)成本、焊接及人工費用也顯著降低，總裝產線的占地面積也得以優(yōu)化。

熱成形門環(huán)技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

回顧過去，自本田謳歌MDX 2014車型全球首次應用整體式熱成形門環(huán)以來，這項技術已在全球范圍內得到迅速發(fā)展和廣泛應用。2017款克萊斯勒大捷龍采用了世界首創(chuàng)的5片式和5道焊縫設計的熱成形激光拼焊門環(huán)。隨后，謳歌RDX 2019等車型也相繼采用此技術，證明了其在提升小偏置碰撞性能、輕量化，甚至生命周期單車成本方面具有顯著的優(yōu)勢。

圖4 本田謳歌MDX 2014整體式熱成形門環(huán)

目前，國外主流汽車企業(yè)已將整體式熱成形門環(huán)技術視為提升車輛性能的重要選項。國內車企，尤其是頭部新勢力，已經(jīng)將前門洞一體式拼焊門環(huán)作為設計的優(yōu)選方案，但對于內外門環(huán)和前后大門環(huán)，受限于生產線改造和單車成本控制問題，尚未實現(xiàn)大規(guī)模量產應用。

據(jù)悉，本特勒、VAMA和GONVVAMA也正在積極努力，通過提供量身定制的門環(huán)解決方案、熱成形數(shù)字化模擬、布料優(yōu)化分析、激光拼焊板成形性研究、門環(huán)設計驗證以及工業(yè)化生產下的成本分析等服務，助力熱成形門環(huán)在更多車型上得到應用。未來，三方將幫助更多汽車制造商提高車輛的碰撞安全性能，降低車身重量，通過優(yōu)化成本結構，為汽車制造商帶來更高的競爭力和市場價值。

總結

門環(huán)作為車身設計的核心部件，從單一門環(huán)、內外門環(huán)，到前后大門環(huán)，發(fā)展到大型內外雙門環(huán)，其演進歷程彰顯了汽車制造的跨越式創(chuàng)新。隨著國內對熱成形鋼應用需求的不斷增加，熱成形鋼的材料、零部件、模具、制造等全產業(yè)鏈企業(yè)的技術能力將得到進一步提升。

本特勒，作為熱成形技術在汽車工業(yè)領域的領軍者，不僅是該技術的先驅，更是首批將這一革命性技術引入中國的汽車零部件企業(yè)。憑借對金屬工藝的精湛掌控和深厚的技術底蘊，本特勒始終站在創(chuàng)新的前沿，不斷研發(fā)并應用新技術，致力于為市場帶來卓越的技術解決方案。自2022年全球首個一體式熱成形單門環(huán)順利批產之后，本特勒再次突破，熱成形內外雙門環(huán)的應運而生，進一步擴大了其在汽車領域的產品陣列。

近年來，安賽樂米塔爾在推動汽車制造業(yè)的革新方面取得了顯著成就，多零部件集成理念在全球范圍內，包括北美、中國和歐洲等地，均取得了顯著的成功。多零件集成方案具有極高的靈活性和兼容性，能夠輕松適應電氣化平臺以及傳統(tǒng)燃油車平臺這些平臺車型的生產需求。這一特點賦予了VAMA和GONVVAMA快速響應市場變化的能力，使產品更具競爭力，滿足了消費者多樣化的需求。

此次三方合作研發(fā)的超大型結構熱成形內外雙門環(huán)的本土成功產出，無疑為中國汽車行業(yè)帶來了極大的便利，也為中國汽車制造提供了更加完整、高效的熱成形一體式門環(huán)供應鏈服務體系。