CN104943753A - 一种变厚度汽车门槛梁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种变厚度汽车门槛梁及其制造方法，包括门槛梁外板、门槛梁内板及设置于门槛梁内板和外板之间的连接板；门槛梁外板依次包括外板前段、外板前过渡段、外板中段、外板后过渡段、外板后段；门槛梁内板依次包括内板前段、内板前过渡段、内板中段、内板后过渡段、内板后段；内、外板前段，内、外板中段，内、外板后段为等厚度结构；门槛梁内、外板前、后过渡段为变厚度结构，其厚度从其两侧较厚区域逐步减薄到较薄区域的厚度。本发明不仅能较好地满足车身碰撞安全性要求，而且结构简单，采用连续变厚度钢板制作，可以避免材料厚度和零件数量上的过度设计，降低门槛梁制作成本，且轻量化效果好。

Description

一种变厚度汽车门槛梁及其制造方法

技术领域

本发明属于汽车零部件设计和制造领域，主要内容为公开一种变厚度汽车门槛梁及其制造方法。

背景技术

在汽车车身结构中，门槛梁在汽车侧面碰撞过程中的吸能特性与车身安全性有着重要关系，同时也对整车的结构强度、刚度有着重要的影响。一般门槛结构由门槛内板、门槛外板及其内部加强件组成，这些零件搭接在一起形成腔体，在汽车发生侧面碰撞时，可以有效抵抗侧面碰撞侵入，同时腔体结构也可以提升整车的扭转刚度。为了降低汽车侧面碰撞过程中的侵入量保障乘员安全，通常将门槛梁设计成从汽车A柱下段到C柱下段的整体结构，同时采用较大厚度的高强度钢材料。

当前由于汽车保有量的不断增加，环保和节能的需求越来越高，汽车轻量化已经已经越来越受到汽车厂商和用户的关注，汽车轻量化是汽车节能减排的重要手段，是汽车技术发展的趋势。在汽车门槛梁上如何实现其结构轻量化，同时保证其结构刚性和碰撞安全性成为一大挑战。

目前汽车门槛梁的厚度分布为不变厚度，依据材料力学的理论，这种等厚度的梁结构在受力时结构本体材料对力学行为的承受过程中将会有相当部分的材料不会对机构的整体力学性能有贡献，因此，按本案公开的门槛梁设计及制造方法，采用一种新型设计原理，成为变厚度分布，达到结构最佳轻量化效果。

在目前的汽车车身上，门槛梁通常分别将门槛内板、门槛外板采用金属材料经过冷冲压、热冲压或辊压等方式加工成U形件，再通过点焊等方式将门槛内板、门槛外板及其加强件焊接到一起。

中国专利公告号101121419A公开了一种汽车门槛，其通过在下门槛加强板上增加下门槛加强内板以及前、中、后下门槛内板支架三个，可以在汽车侧碰发生时，汽车门槛中加强内板及支架通过有限变形来吸收冲击能量，从而保证车内足够的安全空间。

中国专利公告号103661634A公开了一种汽车门槛梁结构，其采用铝合金挤压成型技术，将铝合金熔炼挤压成型，形成一系列具备不同外鳍翅和内鳍翅布置的门槛梁结构，该汽车门槛梁结构独特、设计巧妙、非常轻便，且制造所需模具少、成本低、工序少，易于实现模块化、专业化生产。

以上已公开的门槛梁结构方案中均具备等厚度的截面形状，同时可以在关键位置增加加强板和支架来提升门槛梁的抗变形能力。这种特征会导致门槛梁在弯曲、扭转以及压缩等条件下在纵向方向不有均一的性能，这种不变截面和厚度的门槛梁相对本发明中的门槛梁，存在重量大、附加成本高的缺点。同时，这种从车身纵向上性能均一不变的门槛梁上会产生性能富余，从结构和材料上均为过剩设计，直接浪费原材料的使用量，同时增加了汽车的自重，不利于节能的同时，增大了材料使用成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变厚度汽车门槛梁及其制造方法，这种门槛梁结构不仅能较好地满足车身碰撞安全性要求，而且结构简单，采用连续变厚度钢板制作，可以避免材料厚度和零件数量上的过度设计，降低门槛梁制作成本，且轻量化效果好。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变厚度汽车门槛梁，包括门槛梁外板、门槛梁内板及设置于门槛梁内板和外板之间的连接板；其特征在于，所述门槛梁外板依次包括外板前段、外板前过渡段、外板中段、外板后过渡段、外板后段；所述门槛梁内板依次包括内板前段、内板前过渡段、内板中段、内板后过渡段、内板后段；所述的内、外板前段，内、外板中段，内、外板后段为等厚度的结构；所述的内、外板前过渡段是内、外板前段与内、外板中段之间的厚度过渡区域；内、外板后过渡段是内、外板后段与内、外板中段之间的厚度过渡区域；所述门槛梁内、外板前、后过渡段为变厚度的结构，其厚度从其两侧较厚区域逐步减薄到较薄区域的厚度。

进一步，所述的门槛梁外板、门槛梁内板及连接板通过点焊连接在一起。

优选的，所述的门槛梁内、外板前段厚度为0.6～2.0毫米，长度为100～400mm。

优选的，所述的门槛梁内、外板中段厚度为1.0～2.5毫米，长度为200～500mm。

优选的，所述的门槛梁内、外板后段厚度为0.6～2.0毫米，长度为100～400mm。

优选的，所述门槛梁的结构截面设计为封闭“口”字形。

另外，本发明所述门槛梁内、外板材质为钢质材料。优选的，所述的钢质材料包括双相钢或马氏体钢。

优选的，所述门槛梁内板前段、内板前过渡段、内板中段、内板后过渡段、内板后段为一体成形结构。

所述门槛梁外板前段、外板前过渡段、外板中段、外板后过渡段、外板后段为一体成形结构。

本发明的变厚度汽车门槛梁的制造方法，其包括，选择两个厚度分别在门槛梁内、外板最大厚度1.1倍以上的钢卷，分别通过轧制得到钢卷厚度由门槛梁内、外板前段厚度增厚过渡到门槛梁内、外板中段的厚度，再由门槛梁内、外板中段的厚度减薄到门槛梁内、外板后段的厚度，由此反复，最终得到符合设计要求的变厚度钢卷；之后，变厚度钢卷在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度变化的变厚度钢板；最后，对所述变厚度钢板进行成形，形成变厚度门槛梁内外板。

优选的，所述门槛梁内、外板前段的厚度为0.6～2.0毫米；内、外板中段的厚度为1.0～2.5mm；内、外板后段的厚度为6～2.0毫米之间；门槛梁内、外板的前、后过渡段的厚度变化梯度为1:100，即厚度变化1mm，过渡区的长度为100mm。

又，对所述变厚度钢板进行成形，采用方式为冷冲压、热冲压或辊压成形。

优选的，成形后的门槛梁内板、门槛梁外板及连接板通过点焊的连接在一起。

汽车门槛梁通过焊接与A柱下端和C柱下端连接在一起，同时为B柱下端提供支撑。汽车侧面碰撞过程中，门槛梁对于抵抗侧面变形有着十分重要的作用，同时也对整车的刚度、强度有着重要影响。门槛梁在侧面碰撞过程中主要是靠中部位置承受冲击，因此在中部位置进行加强可以有效降低侧面碰撞侵入量；同时门槛梁的前后端在碰撞中不属于主要承受冲击载荷的区域，因此可以在前后端考虑对门槛梁进行轻量化。

基于以上考虑，本发明提出利用变厚板来对门槛梁进行设计，在中部碰撞关键区域采用较大的厚度提升整车性能，同时前后两端位置采用较小的厚度实现轻量化。

其中，门槛梁内、外板前段与车身的A柱下端相连接，为了保持与A柱有很好的连接特性，该段设计为等厚度的结构，厚度为0.6-2.0毫米，其长度为100-400mm。

门槛梁内、外板中段与B柱下段相连接，为了保持与B柱很好的连接特性，该段也设计为等厚度的结构，厚度为1.0～2.5毫米，长度为200～500mm。

门槛梁内、外板后段与车身的C柱下端相连接，为了保持与C柱有较好的连接特性，该段设计成为等厚度的结构，厚度为0.6-2.0毫米，其长度为100-400mm。

门槛梁内、外板前、后过渡端为变厚度设计，其厚度从其两侧较厚区域逐步减薄到较薄区域的厚度。

所述门槛梁的结构截面设计为封闭“口”字形或其他根据增加抗弯模量原理和增加防撞效果所设计的截面，同时其上可以根据需要增加一定的加强筋。

其中，所述门槛梁内、外板材质一般设计为钢质材料，例如双相DP钢、马氏体钢等高强钢。

所述门槛梁内板前段、门槛梁内板前过渡段、门槛梁内板中段、门槛梁内板后过渡段、门槛梁内板后段为一体成形。所述门槛梁外板前段、门槛梁外板前过渡段、门槛梁外板中段、门槛梁外板后过渡段、门槛梁外板后段为一体成形。

本发明通过零件不同厚度设计达到汽车门槛梁对碰撞安全性的要求，同时可以实现零件的轻量化设计。通过借助轧制技术制成的钢板制作门槛梁，这样门槛梁在车身纵向上的不同截面具有不同的厚度分布，从而在车身碰撞关键区域位置门槛梁具有较大的厚度，由此降低汽车碰撞过程中车身损伤；同时将碰撞中门槛梁的非关键区域设计为较小的厚度，从而实现轻量化设计。

本发明的有益效果：

本发明的门槛梁结构的薄壁厚度从两端到中部逐渐增大，可以保证门槛梁侧的耐碰撞安全性能可以从中部到角部依次增大，满足门槛梁的碰撞安全性要求。

本发明的门槛梁结构采用柔性轧制变厚度钢板，表面没有焊缝引起的厚度突变，其表面质量好，连接强度高，材料性能均匀，强度分布连续；

本发明的门槛梁结构因采用了非等厚的材料设计，最大程度的减少了材料使用，轻量化效果好。

本发明的门槛梁结构为一块钢板成型，相比现有部分在中部有加强板的门槛梁，减少了零件数量，降低模具成本，减少了焊接工序，可以有效提升生产效率。

因此，采用本发明的变厚度汽车门槛梁方案，轻量化效果好，性能突出，综合成本降低。

附图说明

图1为本发明汽车门槛梁的结构示意图。

图2为本发明汽车门槛梁(去除门槛梁外板)的结构示意图。

图3为本发明汽车门槛梁外板的结构示意图。

图4为本发明汽车门槛梁内板的结构示意图。

图5为本发明汽车门槛梁过渡段的示意图。

图6为本发明变厚度钢板坯料的示意图。

图7为本发明变厚度钢板坯料的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明说明的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1～图5，本发明一实例的一种汽车门槛梁系统结构示意图，包括一个门槛梁外板1和门槛梁内板2，在门槛梁内板和外板之间设置有门槛梁连接板3。

本实施例中，门槛梁外板1包括外板前段11、外板前过渡段12、外板中段13，外板后过渡段14、外板后段15，如图3所示。

其中，外板前段11的厚度为第一厚度t1；外板前过渡段12为外板前段11和外板中段13的过渡区域；外板中段13的厚度为第二厚度t2；外板后过渡段14为外板中段13和外板后段的过渡区域；外板后段15的厚度为第三厚度t3。

第一厚度t1与第三厚度t3相等或不等，第二厚度t2大于第一厚度t1和第三厚度t3，在本实施例中第一厚度t1和第三厚度t3在0.6-2.0mm之间，第二厚度t2在1.0-2.5mm之间。

内板前段21的厚度为第四厚度t4；内板前过渡段22为内板前段21和内板中段23的过渡区域；内板中段23的厚度为第五厚度t5；内板后过渡段24为内板中段23和内板后段25的过渡区域；内板后段25的厚度为第六厚度t6。

其中，，第五厚度t5大于第四厚度t4和第六厚度t6，在本实施例中第四厚度t4和第六厚度t6在0.6-2.0mm之间，第五厚度t5在1.0-2.5mm之间。

其中，门槛梁内、外板在设计时最大厚度和最小厚度厚度差为2:1。

其中，门槛梁内、外板中前后两个过渡段是为适应零件厚度变化所设的过渡区域，且厚度变化可以为线性过渡，以外板前过渡段12为例，如图5所示。

门槛梁内、外板中前后两个过渡段的厚度变化梯度为1:100，即厚度变化1mm，过渡区的长度为100mm；该厚度变化梯度也可依据特殊要求进行设定。

本发明的一种变厚度门槛梁的制造方法，包括如下步骤：

a)选择一卷原始厚度t0-1为第三厚度t3的1.1倍以上的钢卷，通过轧制得到钢卷厚度由第一厚度t1过渡到第二厚度t2，再由第二厚度t2过渡到第三厚度t3，由此反复，最终得到一卷符合门槛梁外板设计要求的变厚度钢卷；

b)选择一卷原始厚度t0-2为第五厚度t5的1.1倍以上的钢卷，通过轧制得到钢卷厚度由第四厚度t4过渡到第五厚度t5，再由第五厚度t5过渡到第六厚度t6，由此反复，最终得到一卷符合门槛梁内板设计要求的变厚度钢卷；

c)对所述变厚度钢卷在分别连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度从第一厚度t1过渡到第二厚度t2再过渡到第三厚度t3的变厚度钢板坯料，和一系列从第四厚度t4过渡到第五厚度t5再过渡到第六厚度t6的变厚度钢板坯料，如图6和图7所示；

d)对所述变厚度钢板进行成形，分别制成变厚度门槛梁内、外板2、1。

所述外板前段11的厚度为第一厚度t1；外板前过渡段12为外板前段1和外板中段13的过渡区域；外板中段13的厚度为第二厚度t2；后过渡段14为外板中段13和外板后段15的过渡区域；外板后段15的厚度为第三厚度t3。

第二厚度t2大于第一厚度t1和第三厚度t3，在本实施例中第一厚度t1和第三厚度t3在0.6-2.0mm之间，第二厚度t2在1.0～2.5mm之间。

所述内板前段21的厚度为第四厚度t4；内板前过渡段22为内板前段21和内板中段23的过渡区域；内板中段23的厚度为第五厚度t5；内板后过渡段24为内板中段23和内板后段25的过渡区域；内板后段25的厚度为第六厚度t6。

其中第五厚度t5大于第四厚度t4和第六厚度t6，在本实施例中第四厚度t4和第六厚度t6在0.6-2.0mm之间，第五厚度t5在1.0-2.5mm之间。

本发明的变厚度汽车门槛梁及制造方法，利用局部结构厚度变化的门槛梁来形成结构的柔性和强度的合理结合，抵抗碰撞冲击，特别是来自车辆侧面的冲击，并同时可以降低重量，实现轻量化。

本发明采用一种连续变厚度的冷轧钢板制作成汽车门槛梁，所制成的门槛梁在沿着车身X轴方向不同部位的设计厚度不同，这种变厚度门槛梁能很好的克服前期公开的各种门槛梁设计方案的不足，该变厚度汽车门槛梁采用一块不同区域厚度不同的变厚度钢板制作而成，既保证了其拥有一定的柔性，起到缓冲和吸能的作用，同时又具有足够的强度，以保证在碰撞过程中发动机舱以及车身主体和乘员的安全，满足其碰撞安全性需求。

汽车安全与轻量化成为汽车发展的主要方向。变厚度汽车门槛梁，是在门槛梁的不同部位设计不同厚度，并采用经过柔性轧制的连续厚度过渡的同一块变厚度钢板制作而成的。不仅很好的满足门槛梁的碰撞安全性的要求，也最大程度的减少了材料使用，实现安全的同时实现轻量化。

本发明采用不同部位不同厚度、不同厚度部位间连续厚度过渡的同一块变厚度钢板设计并制作汽车门槛梁零件的方法，也可以在汽车其他结构件上，如车顶横梁、门槛梁、座椅安装横梁、B柱等车身结构件上应用，更可以应用到其他机械结构中。

Claims (14)

1.一种变厚度汽车门槛梁，包括门槛梁外板、门槛梁内板及设置于门槛梁内板和外板之间的连接板；其特征在于，

所述门槛梁外板依次包括外板前段、外板前过渡段、外板中段、外板后过渡段、外板后段；所述门槛梁内板依次包括内板前段、内板前过渡段、内板中段、内板后过渡段、内板后段；

所述的内、外板前段，内、外板中段，内、外板后段为等厚度的结构；

所述的内、外板前过渡段是内、外板前段与内、外板中段之间的厚度过渡区域；内、外板后过渡段是内、外板后段与内、外板中段之间的厚度过渡区域；

所述门槛梁内、外板前、后过渡段为变厚度的结构，其厚度从其两侧较厚区域逐步减薄到较薄区域的厚度。

2.如权利要求1所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述的门槛梁内、外板前段厚度为0.6～2.0毫米，长度为100～400mm。

3.如权利要求1所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述的门槛梁内、外板中段厚度为1.0～2.5毫米，长度为200～500mm。

4.如权利要求1所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述的门槛梁内、外板后段厚度为0.6～2.0毫米，长度为100～400mm。

5.如权利要求1或2或3所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述门槛梁内板前段、内板前过渡段、内板中段、内板后过渡段、内板后段为一体成形结构。

6.如权利要求1或2或3所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述门槛梁外板前段、外板前过渡段、外板中段、外板后过渡段、外板后段为一体成形结构。

7.如权利要求1所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述的门槛梁外板、门槛梁内板及连接板通过点焊连接在一起。

8.如权利要求1或7所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述门槛梁的结构截面设计为封闭“口”字形。

9.如权利要求1或7或8所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述门槛梁内、外板材质为钢质材料。

10.如权利要求9所述的变厚度汽车门槛梁，其特征在于，所述的钢质材料为双相钢或马氏体钢。

11.如权利要求1所述的变厚度汽车门槛梁的制造方法，其特征是，包括，选择两个厚度分别在门槛梁内、外板最大厚度1.1倍以上的钢卷，分别通过轧制得到钢卷厚度由门槛梁内、外板前段厚度增厚过渡到门槛梁内、外板中段的厚度，再由门槛梁内、外板中段的厚度减薄到门槛梁内、外板后段的厚度，由此反复，最终得到符合设计要求的变厚度钢卷；之后，变厚度钢卷在连续剪切线上进行剪切，得到一系列厚度变化的变厚度钢板；最后，对所述变厚度钢板进行成形，形成变厚度门槛梁内外板。

12.如权利要求11所述的变厚度汽车门槛梁的制造方法，其特征是，所述门槛梁内、外板前段的厚度为0.6～2.0毫米；内、外板中段的厚度为1.0～2.5mm；内、外板后段的厚度为6～2.0毫米之间；门槛梁内、外板的前、后过渡段的厚度变化梯度为1:100，即厚度变化1mm，过渡区的长度为100mm。

13.如权利要求11所述的变厚度汽车门槛梁的制造方法，其特征是，对所述变厚度钢板进行成形，采用方式为冷冲压、热冲压或辊压成形。

14.如权利要求11所述的变厚度汽车门槛梁的制造方法，其特征是，成形后的门槛梁内板、门槛梁外板及连接板通过点焊的连接在一起。