轻量化结构安全方案——热成形激光拼焊一体式双门环

 

      GONVVAMA作为钢材创新领域的佼佼者，一直致力于汽车轻量化技术的研究。从2014年本田讴歌MDX车型采用了世界上第一个热成形激光拼焊一体式外门环，到2021年岚图MPV汽车的一体式热成形门环，其热成形门环技术可谓一骑绝尘。

 

      所谓门环，是汽车行业各路专家根据零件性能及设计习惯分类而得，指乘员进出门洞周围的结构件（见下图：前门环和后门环）。在传统的设计上，这些零件分别单独冲压然后再焊接到一起。而VAMA的门环技术是将这些零件一次冲压而成。
 

                                               

 

       回顾这些年，GONVVAMA的热成形门环技术，不断进行着创新，先后量产了一体式外门环、一体式内外双门环、采用铝硅镀层2GPa材料patch的一体式热成形拼焊门环等。

 

 

 

       2014年，本田讴歌MDX车型采用了世界上第一个热成形激光拼焊一体式外门环。该设计改善了这一车型的碰撞能量管理，通过采用不同厚度的激光拼焊板相对于上一代设计实现了20%减重。这是世界上第一款量产热成形激光拼焊一体式门环，该设计获得了2014年美国金属市场（AMM）优秀钢材奖、最佳创新工艺奖，2014年PACE创新合作伙伴奖，以及PACE制造工艺和设备奖。2017年克莱斯勒大捷龙、2018年道奇RAM1500也相继采用了热成形激光拼焊一体式门环解决方案。

 

 

 

      2018年底于中国量产的广汽本田讴歌RDX车型采用了世界上首个双门环系统：即同时采用热成形激光拼焊一体式外门环和热成形激光拼焊一体式内门环的创新设计。该解决方案和产品均由VAMA和GONVVAMA提供。与上一代设计相比，新的双门环设计实现了20%的减重。基于该设计，汽车的门框部位的加强板和内板分别闭合成一个一体式环状结构。该设计显著提升了汽车的碰撞安全性，降低整车重量以及带来制造和装配工艺的重大精简和变革。

 

 

 

       在车身开发过程中，岚图汽车邀请了GONVVAMA、VAMA及安赛乐米塔尔中国研发团队共同参与到一体式门环的前期预研、材料推荐、结构方案、工艺方案调整，协助岚图完成产品设计。岚图采用2000+1500+1000Mpa的材料组合的一体式门环，门环主体采用Usibor®1500，B柱下部采用Ductibor®1000，patch板采用的是Usibor®2000，此材料强度可达2000MPa。这一方案，使车身顶压峰值力达到100kN以上，在车辆正面偏置碰撞和侧面碰撞时，保证了结构的完整性，保障车内乘员安全。同传统的分体式结构设计相比，一体式门环还可以减重近15%，实现了良好的轻量化效果，进而提升续航能力。

 

 

      作为行业技术的领导者，GONVVAMA不会停下前进的脚步。

 

      日前，GONVVAMA又推出了一项新技术，热成形激光拼焊一体式双门环。

 

      何谓双门环？

 

      是指在之前门环的基础上合并了后门环，包括A下柱、A柱、C柱、D柱、B柱及门槛，即将整个乘员舱部位的加强结构作为一个整体热冲压成形，形成一件双环的结构。

 

     为什么要采用双门环？

 

 

       以往各大汽车厂应用的均为前门门环一体化结构。实际上，早在上个世纪60年代奔驰就提出了碰撞缓冲区和乘员安全区的概念，在碰撞过程中非关键部位被设计成碰撞缓冲区，赋予较小的强度用来吸收能量；作为安全的关键区乘员舱，毋庸置疑是设计为强度较高的区域，以保护乘员的安全。秉承这一理念，GONVVAMA的一体式双门环的方案呼之欲出。

 

       GONVVAMA双门环技术解析

 

 

       此技术方案在上一代门环的基础上合并了更多的零件，并且提升了局部零件用材强度。在整个A柱和B柱上部应用了Usibor®2000材料，其强度可达2000MPa，超高的强度保证了在发生碰撞时抵抗变形的能力，为乘员舱提供了强有力的生存空间支撑。同时也能够抵抗顶压测试的入侵。

 

       在B柱下部与门槛连接的部位应用了Ductibor®1000材料，该材料韧性较好。门环上为什么仅仅在这个局部位置应用了强度稍低、韧性更好的材料？究其原因是为了让这个部位在碰撞过程中能够率先吸收能量。众所周知，碰撞的过程能量是守恒的，在碰撞过程中，车身接收到的能量会以吸收和传递两种形式来化解。如果车身的整个侧面均很强，碰撞过程不均不发生变形，其产生的能量就会传递到乘员舱内，车内零件和人员将会受到伤害。为了保护乘员舱，GONVVAMA在B柱下部进行了材料弱化设计，用于吸收能量。
 

       双门环的其他位置继承了门环一贯应用的Usibor®1500材料。

 

       这些用材设计充分体现了“合适的材料用在合适的部位”这一理念，并借助GONVVAMA特有的激光拼焊技术得以实现。

 

 

       此一体式双门环，用一个零件取代了原设计的12个零件。相较于传统多零件点焊的结构，一体式双门环可以实现32%的减重。

 

       为什么要采用激光拼焊一体式冲压这种高难度的技术？

 

       每项高精尖技术肯定有其极具诱惑的优势，激光拼焊一体式冲压件也不例外。

 

       首先，相较于零件成形后再点焊的工艺，整体式省去了后续的点焊加工，整体性好，可避免焊点撕裂等问题，对于超高强钢零件而言，这一优势更加明显。其次，一体成形可减少后续焊接工艺带来的公差累积，使得零件尺寸的精确度更高。诚然，这个庞然大物本身的尺寸精度的控制也绝非易事，GONVVAMA团队有着足够的技术能够保证这一尺寸要求。

 

       另外，激光拼焊技术可实现不同厚度的材料组合，相对于一张整板料的技术方案，可优化不同部位的厚度，从而达到减重的效果。也解决了大型零件所需的板料幅宽问题。

 

       一体冲压方案，仅需一套冲压模具、一次冲压操作、几乎不需要后续组装，因此工艺流程得到大大简化。从而也带来了工艺成本的降低。

 

 

       近年来，汽车安全、轻量化的需求不断提升，超高强与生俱来的强度优势使其在被动安全系统的用材上独具鳌头！在原材料生产端，钢的碳排放较低，随着双碳目标的确定，钢制零件将大放异彩。可见钢还会在汽车用材领域占据着不可替代的位置。

 

       结合应用Usibor®和Ductibor®钢种、融合激光拼焊及热成形技术的一体式双门环，能为汽车减轻重量、提升碰撞性能、优化材料和制造流程从而降低成本；这些优点不一而足的证明了双门环的应用空间将会不断攀升。

 

       VAMA和GONVVAMA将持续满足整车厂及一级配套厂的要求，帮助客户制造更安全、更轻、更环保的汽车。