本特勒、VAMA、GONVVAMA成功開發(fā)超大結(jié)構(gòu)熱成形內(nèi)外雙門環(huán)

門環(huán)作為汽車發(fā)生碰撞時(shí)最為關(guān)鍵的承載部件，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、吸能等性能對保障駕乘人員的安全至關(guān)重要。近日，汽車材料網(wǎng)獲悉，憑借在熱成形鋼技術(shù)領(lǐng)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(jié)構(gòu)的內(nèi)外雙門環(huán)，標(biāo)志著熱成形技術(shù)在車身結(jié)構(gòu)安全件創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域又邁出了重要一步。

圖1  超大型結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(jié)構(gòu)材料，在新能源汽車中的應(yīng)用日益廣泛。結(jié)合熱成形工藝的應(yīng)用，呈現(xiàn)高強(qiáng)度、良好的成形性能、能夠制造復(fù)雜幾何形狀零部件等性能特點(diǎn)。此外，鋼材本身的成本和低碳排放的優(yōu)勢，使其成為實(shí)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(qiáng)度和延展性的多樣化組合為車身設(shè)計(jì)提供了更多可能性。

VAMA提供的鋁硅鍍層熱成形鋼產(chǎn)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(chǎn)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(qiáng)度、高韌性材料不斷增長的需求，推動整個(gè)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。而選擇熱成形鋼不僅僅是因?yàn)樗梢蕴峁└邚?qiáng)高韌的機(jī)械碰撞性能，還因?yàn)樗梢詾榇笮土慵峁O其優(yōu)異的幾何性能。其中，Usibor®以其卓越的強(qiáng)度特性，成為車身抗侵入“硬區(qū)”的首選材料，為乘客提供堅(jiān)固的保護(hù)屏障。而Ductibor®則憑借出色的韌性，在碰撞時(shí)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(nèi)門環(huán)

圖2 超大型結(jié)構(gòu)內(nèi)外雙門環(huán)示意圖

在外雙門環(huán)的設(shè)計(jì)中，如上圖所示，第二代鋁硅鍍層熱成形鋼Usibor®2000首次被應(yīng)用于門環(huán)的B柱、C柱和車頂側(cè)梁上部的外環(huán)上，其強(qiáng)度高達(dá)2000MPa，顯著增強(qiáng)了這些關(guān)鍵部位在碰撞時(shí)的抗變形能力，為乘員艙提供了穩(wěn)固的生存空間。同時(shí)，這種高強(qiáng)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(jìn)一步保障駕乘人員的安全。

為了在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的同時(shí)保持車身的韌性，非關(guān)鍵部位被設(shè)計(jì)成碰撞緩沖區(qū)。在B柱下部與門檻連接的部位，采用了強(qiáng)度稍低但韌性更好的Ductibor®1000材料，以便在側(cè)面碰撞時(shí)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(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)了車身側(cè)圍整體高強(qiáng)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(shù)助力門環(huán)部件的高材料利用率

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

在金屬材料的應(yīng)用中，高強(qiáng)度和高韌性往往難以并存。然而，激光拼焊技術(shù)（TWB，Tailor Welded Blanks）為這一難題提供了理想解決方案。在內(nèi)外雙門環(huán)設(shè)計(jì)中利用GONVVAMA的激光拼焊技術(shù)可以精準(zhǔn)地將2000MPa、1500MPa和1000MPa三種不同強(qiáng)度和韌性的材料組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了材料性能的定制化。與此同時(shí)，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(zhǔn)設(shè)計(jì)，以及對材料的優(yōu)化利用，內(nèi)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(lǐng)先的鋁硅鍍層激光消融技術(shù)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的焊縫質(zhì)量，不僅極大地降低了大型門環(huán)的沖壓報(bào)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(jié)構(gòu)件生產(chǎn)難題

圖3 超大型結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(fèi)大量時(shí)間和資源，而且成本高昂。

大型結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量控制在車身制造領(lǐng)域始終是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。零件尺寸龐大導(dǎo)致模具匹配困難、性能調(diào)試經(jīng)驗(yàn)不足、整體精度控制復(fù)雜，這些問題使得大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)面臨諸多挑戰(zhàn)。在創(chuàng)新的熱成形內(nèi)外雙門環(huán)超大結(jié)構(gòu)中，2000MPa高強(qiáng)度材料的大面積應(yīng)用，對成形工藝構(gòu)成了巨大考驗(yàn)。

本特勒憑借其在熱成形領(lǐng)域的深厚技術(shù)底蘊(yùn)，成功攻克了這些難題。經(jīng)過嚴(yán)格測試，樣件完全達(dá)到了預(yù)期的性能標(biāo)準(zhǔn)，展現(xiàn)了其卓越的工藝能力和品質(zhì)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(nèi)外雙門熱成形門環(huán)技術(shù)展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢。該技術(shù)不僅大幅減少了零件數(shù)量和焊點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的整體重量，還顯著提升了生產(chǎn)效率和成本效益。

具體而言，相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，單門環(huán)方案即能實(shí)現(xiàn)約9%的減重，而此次成功產(chǎn)出的內(nèi)外雙門環(huán)更是輕松達(dá)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(fèi)用也顯著降低，總裝產(chǎn)線的占地面積也得以優(yōu)化。

熱成形門環(huán)技術(shù)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(yīng)用整體式熱成形門環(huán)以來，這項(xiàng)技術(shù)已在全球范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)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(shù)，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(shù)視為提升車輛性能的重要選項(xiàng)。國內(nèi)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(shè)計(jì)的優(yōu)選方案，但對于內(nèi)外門環(huán)和前后大門環(huán)，受限于生產(chǎn)線改造和單車成本控制問題，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)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(shè)計(jì)驗(yàn)證以及工業(yè)化生產(chǎn)下的成本分析等服務(wù)，助力熱成形門環(huán)在更多車型上得到應(yīng)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(jié)構(gòu)，為汽車制造商帶來更高的競爭力和市場價(jià)值。

總結(jié)

門環(huán)作為車身設(shè)計(jì)的核心部件，從單一門環(huán)、內(nèi)外門環(huán)，到前后大門環(huán)，發(fā)展到大型內(nèi)外雙門環(huán)，其演進(jìn)歷程彰顯了汽車制造的跨越式創(chuàng)新。隨著國內(nèi)對熱成形鋼應(yīng)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(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的技術(shù)能力將得到進(jìn)一步提升。

本特勒，作為熱成形技術(shù)在汽車工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，不僅是該技術(shù)的先驅(qū)，更是首批將這一革命性技術(shù)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(shù)底蘊(yùn)，本特勒始終站在創(chuàng)新的前沿，不斷研發(fā)并應(yīng)用新技術(shù)，致力于為市場帶來卓越的技術(shù)解決方案。自2022年全球首個(gè)一體式熱成形單門環(huán)順利批產(chǎn)之后，本特勒再次突破，熱成形內(nèi)外雙門環(huán)的應(yīng)運(yùn)而生，進(jìn)一步擴(kuò)大了其在汽車領(lǐng)域的產(chǎn)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(nèi)，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(yīng)電氣化平臺以及傳統(tǒng)燃油車平臺這些平臺車型的生產(chǎn)需求。這一特點(diǎn)賦予了VAMA和GONVVAMA快速響應(yīng)市場變化的能力，使產(chǎn)品更具競爭力，滿足了消費(fèi)者多樣化的需求。

此次三方合作研發(fā)的超大型結(jié)構(gòu)熱成形內(nèi)外雙門環(huán)的本土成功產(chǎn)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(yīng)鏈服務(wù)體系。