CN111098938A - 用于车身结构的部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于车身结构的部件及其制造方法。所述部件包括：内板，所述内板由第一材料制成；加强板，所述加强板与所述内板焊接在一起，所述加强板由所述第一材料制成；外板，所述外板由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述外板覆盖于所述加强板之上并且通过连接件与所述加强板连接。本申请涉及的工艺简单，成本低廉，并且提供了连接牢固的连接方式。

Description

用于车身结构的部件及其制造方法

技术领域

本申请属于车身结构及其制造方法，具体说涉及一种用于车身结构的部件及该部件的制造方法。

背景技术

目前，汽车安全问题越来越受到消费者关注，同时对节能减排的需求日益增加，为了实现车身轻量化，钢板、铝合金板等材料在汽车上得到广泛应用。对于车身结构中的关键结构如B柱，为了尽可能提高B柱的安全性，兼顾轻量化，B柱需采用钢板与铝合金板的混合设计。

车身结构在材料上的混合设计为车身结构的力学性能带来不小的挑战。由于钢与铝物理性质差异，导致钢、铝连接难度大，产品质量不稳定，如果将钢和铝焊接，焊接后形成的脆性金属间化合物降低了焊接接头性能。另一方面，如果不用焊接工艺而用其他方式连接铝合金板和钢板，会因为所采用的钢板的强度太大，影响铝合金板和钢板之间的连接质量，难以实现稳定的连接。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种用于具有不同材料的混合车身结构的部件。所述部件包括：

内板，所述内板由第一材料制成；

加强板，所述加强板与所述内板焊接在一起，所述加强板由所述第一材料制成；

外板，所述外板由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述外板覆盖于所述加强板之上并且通过连接件与所述加强板连接。

在上述部件中，所述第一材料为钢，所述第二材料为铝合金。

在上述部件中，所述加强板的抗拉强度高于所述内板的抗拉强度。

在上述部件中，所述加强板为热成型钢板；所述内板为高强度钢板。

在上述部件中，还包括涂覆于所述加强板和所述外板之间的粘合剂。

在上述部件中，所述连接件为铆钉，多个所述铆钉通过自冲铆接工艺将所述外板和所述加强板连接在一起。

在上述部件中，所述加强板和所述内板之间设置多个焊接位置，在所述多个焊接位置上，所述加强板和所述内板通过电阻点焊工艺彼此连接。

在上述部件中，所述铆钉冲入的铆接位置与所述焊接位置彼此间隔布置。

在上述部件中，所述部件具有本体，所述本体具有平坦的连接部，所述铆接位置和所述焊接位置布置在所述连接部上。

在上述部件中，所述铆接位置与所述焊接位置彼此之间等间距设置。

在上述部件中，所述间距的范围在50-60mm内。

在上述部件中，所述锚钉的长度设置成当所述锚钉冲入所述外板和所述加强板后在所述外板和所述加强板之间形成互锁。

在上述部件中，所述部件用于A柱、B柱、或C柱。

本申请涉及的另一个方面是涉及一种制造用于车身结构的部件的方法，包括：提供内板，所述内板由第一材料制成；提供加强板，所述加强板由所述第一材料制成；提供外板，所述外板由不同于所述第一材料的第二材料制成；其中，将所述内板和所述加强板焊接在一起；并且通过连接件将所述外板与经焊接的所述加强板连接。

在上述方法中，在所述外板和经焊接的所述加强板连接之前，在所述外板和所述加强板之间涂覆粘合剂。

在上述方法中，所述第一材料为钢，所述第二材料为铝合金。

在上述方法中，所述内板为高强度钢板，所述加强板为抗拉强度高于所述内板的抗拉强度的热成型钢板。

在上述方法中，所述加强板和所述内板通过电阻点焊工艺焊接在一起。

在上述方法中，在所述加强板上的多个位置上进行所述电阻点焊工艺，用于所述电阻点焊工艺的多个焊接位置之间的间距相等。

在上述方法中，所述外板通过自冲铆接工艺与经焊接的所述加强板连接。

在上述方法中，在所述加强板上的另外的多个位置上进行所述自冲铆接工艺，用于所述自冲铆接工艺的每一个铆接位置位于相邻两个所述焊接位置的中间。

在上述方法中，相邻两个所述铆接位置或相邻两个所述焊接位置之间的间距范围为50-60mm。

在上述方法中，所述自冲铆接工艺采用铆钉穿过所述外板和所述加强板并在所述外板和所述加强板之间形成互锁。

在上述方法中，所述方法用于制造A柱、B柱或C柱。

采用本申请涉及的部件的车身结构采用多种材料的混合设计，可以发挥各种材料的特点。当混合材料包括钢和铝时，车身结构可以达到减重的目的。

本申请涉及的部件采用一层铝合金板和两层钢板，通过电阻点焊工艺，结构胶，优化的自冲铆接工艺，成功实现了上述三层板的连接，产品质量达到设计要求，由于钢铝之间有结构胶的存在，在提高了强度性能的同时也避免了电化学腐蚀风险。

该部件用于车身上的结构支撑柱如A柱、B柱或C柱，可以优化支撑柱结构和铝合金板，热成型钢板、高强度钢板的厚度，通过力学性能测试，满足产品安全性能需求。

相同材料的板之间通过电阻点焊的工艺进行连接。优点在于焊接点质量稳定，强度满足设计要求，焊接点表面无突起等缺陷，不影响其他板的装配，在制造车间有成熟的设备和工艺，效率高，并且无需购置新设备，成本低廉。

不同材料的板的连接表面之间采用结构胶连接。优点在于结构胶强度较高，强度能够确保产品设计要求，而且还避免了金属间电化学腐蚀风险。

利用自冲铆接技术连接铝合金外板与两层钢板，优点在于自冲铆接可以确保铝合金板和钢板之间间隙在设计要求内，使得车身进入烘烤前侧围外板不会由于材料回弹、热膨胀等因素导致间隙过大，结构胶失效。

自冲铆接工艺得到优化。减少制造难度，利用热成型钢专用铆钉，选择铆钉长度，使得铆钉在铝板和热成型钢板之间实现互锁，而不是常规的需要在第三层板上形成互锁。优点在于铝板和热成型钢板之间形成紧密互锁，有效保证了间隙，同时具备一定的强度，并且工艺简单，连接质量稳定；

优化了自冲铆接、电阻点焊之间的间距，并且均匀间隔打点。优点在于钢、铝合金热膨胀系数相差较大，间距过紧密，无法实现减重目的，间距过大，会导致烘烤后铝合金外板和钢板之间出现间隙，影响胶接强度。

本申请涉及的工艺方法提供了工艺简单、成本低廉、连接牢固的连接方式。

通过以下参考附图的详细说明，本申请的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本申请的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。

附图说明

结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本申请，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：

图1是本申请涉及的部件的截面示意图；

图2是本申请涉及的部件用于B柱的结构示意图；

图3是图2中B柱中加强板的部分放大图；

图4是本申请涉及的部件在焊接点位置处的微观结构照片；

图5是本申请涉及的部件在铆接点位置处的微观结构照片。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本申请要求保护的主题，下面结合附图详细描述本申请的具体实施方式。

本申请涉及的部件用于车身结构，特别是混合车身结构，混合车身结构由两种或更多种材料构成，例如但非限制性的，铝合金和钢，因此混合车身结构可以具有这些材料的多种特点从而发挥叠加的优良力学性能。该部件可以用于车身结构上的任意组成部分，包括承载部分，结构支撑部分，防护部分等，具体但非限制的，本申请涉及的部件可以用于车辆的前风挡下横梁、支撑柱如A柱、B柱或C柱，地板、顶盖、侧门、后尾盖、后方流水槽、后尾板等。

参见图1，该部件包括三层结构，从图中底部起，依次是内板1、加强板2和外板3。其中内板1由第一材料制成，加强板2由第一材料制成，外板3由不同于第一材料的第二材料制成。在图示实施例中，第一材料为钢，第二材料为铝合金。钢内板和钢加强板是以钢材料作为基体的金属板，同样铝合金外板是以铝合金材料作为基体的金属板。内板1可采用高强度钢板，其抗拉强度范围在500MPa到1200MPa之间，加强板2在内板1和外板3之间，其抗拉强度大于内板1。加强板2采用热成型钢板，其抗拉强度范围在1300MPa到1700MPa之间。热成型工艺是指将钢板经过高温加热之后一次成形，又迅速冷却从而全面提升钢板强度。热成型钢板的抗拉强度和屈服强度都非常高，是一种超高强度钢板。内板1和外板3都采用冷成型冲压工艺形成。因为采用了热成型钢板，加强板2的抗拉强度显著增大，所以可以在其他参数不变的情况下，控制加强板2的厚度，使其变得较薄。在一种实施例中，加强板2的厚度可控制在1.6mm，内板1的厚度为1.6mm，外板3的厚度为1.1mm。

相同材料的板经由焊接工艺连接，而不同材料的板经由连接件连接。加强板2和内板1均为钢板，由图可以看到，加强板2和内板1之间为焊接连接。通过电阻点焊将加强板2和内板1连接在一起。外板3为铝合金板，外板3经由铆钉9与加强板2连接。采用自冲铆接工艺（Self-Piercing riveting）将铆钉9打入部件中，实现不同材料之间的连接。对于更多种材料的板之间的连接，也可以通过自冲铆接工艺，即通过铆钉来连接两种不同材料的板的连接。

外板3和加强板2之间可以进一步施加粘合剂4。在外板3和加强板2的连接表面上涂覆结构胶。结构胶的强度较高，施加了结构胶后，部件的强度提高并得到保障。另外，施加结构胶还可避免不同金属间电化学腐蚀风险。在实施自冲铆接工艺之前，可以先涂覆结构胶。在实施自冲铆接工艺后，再对部件进行烘烤步骤，结构胶经烘烤烘干。

本申请适用于铝合金板和钢板之间的连接，特别是铝合金板和两层钢板的连接。通过两层在内侧的钢板之间的焊接连接，以及外层铝合金板和中间钢板（或者两层内侧钢板）之间的冲压铆接连接，就可以实现在车辆上的应用。根据具体的车身结构，可以重新定义各层金属板的厚度来满足不同的设计需求。

图2示出为本申请用于车辆B柱的一种实施例。该B柱包括上述的内板、加强板和外板。内板和加强板都是钢板，内板和加强板为焊接连接。外板是铝合金板，也是侧围外板的一部分，外板通过冲铆钉与加强板和内板连接。图2中，外板1覆盖在加强板和内板的外侧，加强板和内板被外板遮住不可见。B柱包括本体7，本体7的两侧具有用于与其他车身零部件如车窗连接的平坦部位，如图中示出的翻边8。焊接工艺和自冲铆接工艺在翻边8上进行。由于图2中仅外板1可见，因此看不到焊接点，看到的是沿着翻边排列的多个铆接点6，这些铆接点即进行自冲铆接工艺的铆接位置。图3为加强板从内侧看去的放大图。可以看到焊接点5和铆接点6沿着翻边布置。铆接点6和焊接点5间隔布置。也就是说，相邻两个铆接点6之间布置一个焊接点5；相邻两个焊接点5之间布置一个铆接点6。这种将两种不同连接工艺的连接位置间隔安排的方式，实现了将两种及两种以上材料的板结合到一起来作为车身结构的混合设计。在图示实施例中，铝合金的应用可以使车身减重，而高强度钢和超高强度钢的应用可以使车身保证强度。另外，铆接点6和焊接点5等间距排列，也就是说，相邻两个铆接点6之间的中心位置为焊接点5；相邻两个焊接点5之间的中心位置为铆接点6。在图示实施例中，相邻两个铆接点6的距离D1和相邻两个焊接点5的距离D2各自为50-60mm。不同材料的热膨胀系数不同，如果间距过紧密，无法实现减重目的。如果间距过大，会导致烘烤后外板和加强板之间出现间隙，影响胶接强度。

在实施自冲铆接工艺中，对铆钉9的长度进行优化，铆钉9的长度设计成当铆钉9打入部件时，铆钉穿过外板3、结构胶4和加强板2并且止于加强板2，即不穿入内板1中，外板3和加强板2之间由此形成互锁。铆钉无需穿入内板1，加强板2和内板1的紧固连接通过焊接来实现。

制造本申请涉及的部件的步骤如下：

首先进行内板1、加强板2和外板3的准备。根据设计要求，通过冷成型冲压工艺制备内板1和外板3，通过热成型冲压工艺制备加强板2。

随后进行内板1和加强板2的连接。通过电阻点焊将内板1和加强板2连接起来，焊接工艺在两块板的翻边8上进行，焊接点的间隔控制在上述的50-60mm。

接着连接外板3。将外板3覆盖在经焊接有内板1的加强板2上，在外板3和加强板2的连接表面上涂覆结构胶4。可以通过夹具将外板3相对于内板1和加强板2的分总成进行固定。

然后进行自冲铆接工艺。将铆钉9从外板3打入。铆钉9的长度设计成铆钉9冲入外板3后穿过外板3和加强板2两层。铆接位置为已有的相邻两个焊接位置的中间。因此铆接点的间隔距离同焊接点的间隔距离。

最后进行烘烤工艺。结构胶4由此被烘干。在烘烤工艺中，结构胶4不会因为外板材料回弹或热膨胀等因素导致间隙过大而失效。

图4为本申请涉及的部件用于B柱的微观结构照片，该图示出的是焊接位置上微观结构。从图上可以看到，铝合金板13、热成型钢板12、高强度钢板11依次布置。热成型钢板12和高强度钢板11之间有一块热成型钢板12变形并挤压高强度钢板11的长腰形区域，该区域为焊接点25。可以看到在该位置上，存在热成型钢板12和高强度板11之间的焊接点。铆接点在该焊接点25的两侧，在此图中铆接点不可见，可以在下一张图中看到。

图5为本申请涉及的部件用于B柱的另一部分的微观结构照片，该图示出的是铆接位置上微观结构。从图上可以看到，铝合金板23、热成型钢板22、高强度钢板21依次布置。铆钉26从铝合金板23外侧打入，铆钉26穿过铝合金板23和热成型钢板22。铝合金板23和热成型钢板22被冲断的部分对高强度钢板21造成形变，但是铆钉26没有穿入高强度钢板21中。还可以看到，铆接工艺会使得铝合金板23和热成型钢板22之间产生间隙，铆接点的间距布置成满足铝合金板23和热成型钢板22的结合需要。另外，由于热成型钢板22的高抗拉强度，被冲断的热成型钢板22部分形变较少。

虽然已详细地示出并描述了本申请的具体实施例以说明本申请的原理，但应理解的是，本申请可以其它方式实施而不脱离这样的原理。

Claims (24)

1.一种用于车身结构的部件，其特征是所述部件包括：

内板，所述内板由第一材料制成；

加强板，所述加强板与所述内板焊接在一起，所述加强板由所述第一材料制成；

外板，所述外板由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述外板覆盖于所述加强板之上并且通过连接件与所述加强板连接。

2.根据权利要求1所述的部件，其特征是：所述第一材料为钢，所述第二材料为铝合金。

3.根据权利要求1或2所述的部件，其特征是：所述加强板的抗拉强度高于所述内板的抗拉强度。

4.根据权利要求1或2所述的部件，其特征是：所述加强板为热成型钢板；所述内板为高强度钢板。

5.根据权利要求1或2所述的部件，其特征是：还包括涂覆于所述加强板和所述外板之间的粘合剂。

6.根据权利要求1或2所述的部件，其特征是：所述连接件为铆钉，多个所述铆钉通过自冲铆接工艺将所述外板和所述加强板连接在一起。

7.根据权利要求6所述的部件，其特征是：所述加强板和所述内板之间设置多个焊接位置，在所述多个焊接位置上，所述加强板和所述内板通过电阻点焊工艺彼此连接。

8.根据权利要求7所述的部件，其特征是：所述铆钉冲入的铆接位置与所述焊接位置彼此间隔布置。

9.根据权利要求8所述的部件，其特征是：所述部件具有本体，所述本体具有平坦的连接部，所述铆接位置和所述焊接位置布置在所述连接部上。

10.根据权利要求8所述的部件，其特征是：所述铆接位置与所述焊接位置彼此之间等间距设置。

11.根据权利要求10所述的部件，其特征是：所述间距的范围在50-60mm内。

12.根据权利要求6所述的部件，其特征是：所述锚钉的长度设置成当所述锚钉冲入所述外板和所述加强板后在所述外板和所述加强板之间形成互锁。

13.根据权利要求1或2所述的部件，其特征是：所述部件用于A柱、B柱、或C柱。

14.一种制造用于车身结构的部件的方法，其特征是包括：

提供内板，所述内板由第一材料制成；

提供加强板，所述加强板由所述第一材料制成；

提供外板，所述外板由不同于所述第一材料的第二材料制成；

其中，将所述内板和所述加强板焊接在一起；并且通过连接件将所述外板与经焊接的所述加强板连接。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征是：在所述外板和经焊接的所述加强板连接之前，在所述外板和所述加强板之间涂覆粘合剂。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征是：所述第一材料为钢，所述第二材料为铝合金。

17.根据权利要求14或15所述的方法，其特征是：所述内板为高强度钢板，所述加强板为抗拉强度高于所述内板的抗拉强度的热成型钢板。

18.根据权利要求14或15所述的方法，其特征是：所述加强板和所述内板通过电阻点焊工艺焊接在一起。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征是：在所述加强板上的多个位置上进行所述电阻点焊工艺，用于所述电阻点焊工艺的多个焊接位置之间的间距相等。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征是：所述外板通过自冲铆接工艺与经焊接的所述加强板连接。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征是：在所述加强板上的另外的多个位置上进行所述自冲铆接工艺，用于所述自冲铆接工艺的每一个铆接位置位于相邻两个所述焊接位置的中间。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征是：相邻两个所述铆接位置或相邻两个所述焊接位置之间的间距范围为50-60mm。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征是：所述自冲铆接工艺采用铆钉穿过所述外板和所述加强板并在所述外板和所述加强板之间形成互锁。

24.根据权利要求14或15所述的方法，其特征是：所述方法用于制造A柱、B柱或C柱。

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