CN115401429A - 汽车门环一体式成型方法及模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源汽车制造领域,公开了一种汽车门环一体式成型方法及模具,以生产结构强度高的轻量化汽车门环;包括以下步骤:步骤1、对不同材料不同厚度的热成型钢进行落料,得到汽车门环各个部分的落料片,即获得A柱、B柱上端区、B柱下端区和门槛区落料片;并将各部分的落料片拼焊成汽车门环坯料;步骤2、选用热成型钢进行A柱和B柱的补丁板落料,得到A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片;步骤3、将A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片分别点焊到汽车门环坯料上A柱和B柱上端区的对应位置;步骤4、将点焊完成的汽车门环坯料进行加热;步骤5、将加热完成的门环坯料送到热冲压设备处进行热冲压,并在热冲压后进行整形得到汽车门环。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车制造领域,具体涉及一种汽车门环一体式成型方法及模具。
背景技术
新能源汽车,指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。而针对于新能源汽车,轻量化一直是众多厂商的追求。
汽车门环,是汽车车门配合的车身门框结构,是车身最为重要的安全骨架结构之一,用于汽车A柱、B柱之间的乘员舱保护区;针对于车身的轻量化设计,汽车门环这一部分的轻量化也是尤为重要的。传统的门环是由多个零件分开加工生产,再焊接到车身上,焊点较多,存在零件之间的搭接,很难做到轻量化。而一体式汽车门环是门环轻量化的发展趋势,目前一体式汽车门环加工方式较多,如一种轻量化门环加强结构,其采用一张坯料直接进行冲压形成门环,然后再在门环上点焊补丁板;这种结构对模具要求高,同时需要的工装夹具较多,补丁板在点焊时的精度也难以把控,冲压后还需对补丁板进行整形,工序复杂,且由于采用的是一张坯料,需要达到门环各部分的强度要求,需要较厚的板材,轻量化程度不够。
发明内容
本发明意提供了一种汽车一体式成型方法,以用于生产满足轻量化要求的同时还能满足强度需求的汽车门环。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:汽车门环一体式成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、根据门环各部分的强度需求,采用不同材料不同厚度的热成型钢进行落料,得到汽车门环各个部分的落料片,即获得A柱落料片、B柱上端区落料片、B柱下端区落料片和门槛区落料片;并将各个部分的落料片拼焊成汽车门环坯料;
步骤2、选用热成型钢进行A柱补丁板和B柱补丁板落料,得到A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片;
步骤3、将A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片分别点焊到汽车门环坯料上A柱和B柱上端区的对应位置;
步骤4、将点焊完成的汽车门环坯料进行加热;
步骤5、将加热完成的门环坯料送到热冲压设备处进行热冲压,并在热冲压后进行整形得到汽车门环。
本方案的原理及优点是:根据门环各个部分的强度要求,选用不同厚度或不同材料的板材进行落料,同时获得A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片,然后将A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片点焊到汽车门环坯料上;再将带有补丁板落料片的汽车门环坯料加热后放入热冲压设备,一次冲压得到带补丁板的汽车门环;
实际应用时,根据车身设计时的强度要求,由于本方案门环的各个部分厚度并不相同,相较于现有各部分厚度相同的门环,本方案生产出的门环更加符合轻量化的要求,同时也能满足了强度要求;本方案在步骤3中将A柱补丁板和B柱补丁板点焊到汽车门环坯料,再进行热冲压,与门环成型后再加补丁板的方式相比,经过热冲压使补丁板和门环一体式成型,无需再对补丁板进行多余的处理,工序更加简单;且通过补丁板的设置,进一步的提升了A柱和B柱位置的强度,也提升了A柱与B柱连接处的强度。
优选的,A柱上端区、B柱上端区、B柱下端区、门槛区和A柱下端区的落料片厚度均为1.2mm-2.2mm;
本优选的有益效果是:将各个部分的厚度限定在1.2mm-2.2mm,在门环整体上满足轻量化和强度要求;且可根据门环各个位置的强度要求,选择合适厚度和材料的板材进行落料,与选用相同厚度的板材落料的方式相比,更加有利于实现轻量化。
优选的,步骤2中选用TRB板进行A柱补丁板和B柱补丁板落料;
本优选的有益效果是:选用TRB板(轧制差厚板)作为A柱补丁板和B柱补丁板,冲压时厚度变化连续,有利于确保冲压后补丁板和门环的一致性,同时不会出现厚度突变影响门环的强度,且TRB板与TWB板相比更有利于轻量化。
优选的,在步骤4中采用辊底式加热炉对落料片进行加热,所述辊底式加热炉设置有8个加热区,各个温度区的温度依次为830±20℃,850±20℃,870±20℃,890±20℃,910±20℃,930±20℃,830±20℃,830±20℃;
本优选的有益效果是:辊底式加热炉内温度稳定,加热效率高,能够保证落料片加热均匀,同时,加热炉内的温度为渐变式,一方面能够使得料片充分奥氏体化,另一方面,这样的温度分区设置能够节省能源。
优选的,所述门环在辊底式加热炉中的加热时间设置为400秒;
本优选的有益效果是:在设置有分区的辊底式加热炉中加热400秒,使得汽车门环坯料的各个部分均充分奥氏体化,有利于后续工序的冲压硬化。
优选的,步骤5包括步骤5.1冲压设备对门环坯料进行热冲压,冲压力为1000吨;步骤5.2在冲压后,合模保压,保压时压力为1050吨,保压时间为12-20秒;
本优选的有益效果是:通过步骤5.1中对冲压设备的参数设置,能够在保证冲压效果的同时,避免汽车门环坯料产生较大的形变,影响门环成型后的强度;而通过步骤5.2中进行合模保压,能够稳定门环的冲压效果,防止冲压效果反弹;且将保压时间设置在12-20秒,一方面是稳定冲压效果。
优选的,步骤5还包括步骤5.3,在保压完成后取出门环坯料,进行激光切割;
本优选的有益效果是:在进行冲压强化后,门环各个部分的强度大大提升,采用激光切割的方式可以快速对门环坯料进行整形,得到完整的汽车门环。
本申请还提供了一种用于上述方法加工或者生产汽车门环的汽车门环一体式成型模具,优选的,所述模具包括上模座和下模座,所述上模座和下模座相对一侧分别设置有上模和下模,相背一侧设置有镶块和冷却水路;所述上模、下模及镶块内设置有冷却水道,所述冷却水道与冷却水路连通。冷却水道中的冷却液可以在保压时使得汽车门环坯料快速冷却,达到淬火效果,能够更好的使得门环充分马氏体化。
附图说明
图1为本发明实施例的汽车门环一体式成型方法流程示意图。
图2为本发明实施例的汽车门环坯料的结构示意图。
图3为本申请实施例的汽车门环结构示意图。
图4为本实施例模具的上模示意图。
图5为本实施例模具的镶块及冷却管路示意图。
图6为本实施例模具局部的冷却水道示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明:
说明书附图中的附图标记包括:A柱落料片1、B柱上端落料片2、B柱下端落料片3、门槛区落料片4、A柱补丁板落料片5、B柱补丁板落料片6、上模7、上模座8、冷却管路9、冷却水道10、镶块11。
如附图1所示,本申请提供了一种汽车门环一体式加工方法,具体包括以下步骤:
步骤1、采用不同材料及不同厚度的热成型钢进行落料,得到汽车门环各个部分的落料片,即获得A柱落料片、B柱上端区落料片、B柱下端区落料片和门槛区落料片;如附图2,将四个部分的落料片拼焊成汽车门环坯料;
在步骤1中,各个落料片的厚度均为1.2-2.2mm,其中可根据车身强度设计要求选用厚度和材料不完全相同的板材进行落料;实施时,A柱落料片和B柱落料片由厚度为1.6mm的22MnB5+AS板落料形成;门槛区由厚度为1.4mm的22MnB5+AS板落料形成;B柱下端区由厚度为1.0mm的CR800/1000HS板落料形成;
在门环的各个部分的落料片落料完成后,如附图2,先将门槛区落料片4和B柱下端落料片3激光拼焊连接,再将B柱上端落料片2激光拼焊在B柱下端落料片的上端,然后将A柱落料片1两端分别与门槛区落料片4和B柱上端落料片拼焊,形成汽车门环坯料。
步骤2、选用热成型钢进行A柱补丁板和B柱补丁板落料,得到A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片;实施时,步骤2中A柱补丁板选用厚度为1.8mm的Usibor2000热成钢落料,B柱补丁板采用厚度为1.8mm的CR1000/1200HS热成型钢落料。
步骤3、将A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片分别点焊到汽车门环坯料上A柱和B柱上端区的对应位置;
具体的,在完成补丁板落料后,将A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片点焊在一起,其中A柱补丁板落料片一端延伸到B柱上端区落料片上与B柱补丁板落料片拼接;
这样,由于都是平整的落料片,便于将A柱补丁板和B柱补丁板点焊到A柱落料片和B柱上端区落料片上;而A柱补丁板落料片一端延伸到B柱落料片上,不仅可以提升A柱的强度,还能提升A柱落料片与B柱上端落料片焊接位置的强度;
具体的,A柱补丁板在点焊时,焊点为100个,可以很好的将A柱补丁板固定在A柱落料片及B柱上端落料片上,其中B柱补丁板为35个,既能达到固定B柱补丁板的要求,也能满足轻量化要求;
实施时,A柱补丁板和B柱补丁板均可采用TRB板(轧制差厚板),补丁板采用TRB板相较于采用TWB板,TRB板冲压时厚度变化连续,有利于保证补丁板和门环之间的一致性,且不会出现厚度突变影响门环的强度,且更加有利于轻量化。
步骤4、将点焊完成的汽车门环坯料进行加热;
具体的,采用辊底式加热炉进行加热,辊底式加热炉加热效率高,且温度稳定,可以让汽车门环坯料均匀受热,使得汽车门环坯料充分奥氏体化;实施时,辊底式加热炉内装置有8 个加热区,其中温度区按照料片在加热炉中的运动方向排布,其中各个加热区的温度依次为830±20℃,850±20℃,870±20℃,890±20℃,910±20℃,930±20℃,830±20℃,830±20℃;本实施例中各个温度区的温度依次为830℃、850℃、870℃、890℃、910℃、930℃、830℃和830℃,与现有的加热炉相比,现有的加热方式相比,现有的加热方式温度恒定,而若是温度值设置较低,则料片无法充分奥氏体化,太高则会对能源浪费,而本申请加热温度在一定范围内呈渐变式变化,在能够使得门环坯料充分奥氏体化的同时,能够起到一定的节约能源的作用;
具体的,料片在加热炉中的加热时间设定为400秒,可以使门环坯料充分奥氏体化。
步骤5如附图3,将加热完成的门环坯料送到热冲压设备处进行热冲压,并在热冲压后进行整形得到汽车门环;
具体的,还包括步骤5.1,即快速的将门环坯料送入热冲压设备的下模内,且需要保证在冲压时门环坯料的温度大于730℃;放入下模后,热冲压设备上模下压,进行一次冲压,进行冲压时,冲压力设置为1000吨,确保门环坯料可以一次冲压成型;
具体的,还包括步骤5.2,在上下模合模后,进行保压,保压时保压力设置为1050吨,保压力需要大于冲压力;这样的效果是,在冲压后,坯料会有一定程度的回弹,而保压力大于冲压力可以在保压时对坯料进行进一步的控制,即提供回弹余量,在保压后的小程度的回弹达到设计效果;具体保压时间为12-20秒,可根据料厚进行调节,本实施例中保压时间为15秒,一方面此保压时间可以维持冲压效果,避免产生回弹,另一方面,使得上模和下模的模腔内设置的冷却支水道有足够的时间快速带走门环坯料的热量,达到淬火效果,使得门环坯料的金相由奥氏体转化为马氏体;
步骤5.3,在保压完成后,取出门环坯料,采用激光切割将门环的边角余料切割,得到所需要的门环。
本申请还提供了一种用于上述方法加工或者生产汽车门环的汽车门环一体式成型模具,如附图4,外部为模具的上模座8,内部为上模7,其中上模座8一侧用于安装上模7,上模7在上模座8相背一侧设置有多条冷却管路9及多块镶块11,所述镶块11和上模7内设置有冷却水道;如图5,所述冷却管路9和冷却水道10相连通;实施时,在上下模合模后,冷却管路9使得冷却水道10内的冷却液形成湍流,带走坯料及模具的热量,使得汽车门环坯料快速冷却,达到淬火效果,使得门环充分马氏体化;其中下模与下模结构类似。
实施时,如附图6,上模和下模内的冷却水道可沿上模或下模的成型面的均匀设置,其中冷却水道为双层冷却水道10,能更快速的带走热冲压时所产生的热量。
门环在成型后相较于先加工门环再补焊补丁板的加工方式,门环整体重量下降15%左右,成型后零件的屈服强度950~1250MPa,抗拉强度1300~1650MPa,伸长率5%,减重的同时增加了汽车的安全性。一体式成型后不用对补丁板进行修整,减少了总成的加工工序,减低了整体成本。
具体实施过程如下:
首先,根据强度要求,采用不同材料不同厚度的热成型钢进行落料,得到汽车门环各个部分的落料片补丁板落料片;然后将A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片分别点焊到汽车门环坯料上A柱和B柱上端区的对应位置;再将点焊完成的汽车门环坯料送入加热炉进行加热,直到门环坯料完全奥氏体化;将奥氏体化的门环坯料送到热冲压设备处进行热冲压,在冲压合模时进行保压,保压时在模具内冷却水道内冷却液通过热传递将门环坯料的热量带走,实现淬火;最后在淬火完成后,对门环坯料进行激光切边等整形工序得到汽车门环。
值得说明的是,在常规的门环的轻量化的方式中,大多采用的方式是减少焊点和组件之间的搭接面积;且在固有的观念里,为了保证门环的强度和为了更方便拼焊,是会采用厚度相同的板材进行拼焊的;而本申请针对于门环的减重,采用的是降低各个部分的厚度,且在A柱和B柱上增加补丁板,使得各部分的强度能够达到强度要求;且由于是先将补丁板点焊在A柱落料片和B柱落料片,再进行热冲压,补丁板和门环之间的一致性更好;且无需在成型后对补丁板进行修整,工序更少;其中模具内的冷却水道和冷却水路中的冷却液快速流动,使得门环及补丁板可以快速冷却,完成淬火,提升门环的强度。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术方案的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.汽车门环一体式成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、根据门环各部分的强度需求,选用不同材料不同厚度的热成型钢进行落料,得到汽车门环各个部分的落料片,包括获得A柱落料片、B柱上端区落料片、B柱下端区落料片和门槛区落料片;并将各个部分的落料片拼焊成汽车门环坯料;
步骤2、选用热成型钢进行A柱补丁板和B柱补丁板落料,得到A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片;
步骤3、将A柱补丁板落料片和B柱补丁板落料片分别点焊到汽车门环坯料上A柱和B柱上端区的对应位置;
步骤4、将点焊完成的汽车门环坯料进行加热;
步骤5、将加热完成的门环坯料送到热冲压设备处进行热冲压,并在热冲压后进行整形得到汽车门环。
2.根据权利要求1所述的汽车门环一体式成型方法,其特征在于:A柱落料片、B柱上端区落料片、B柱下端区落料片和门槛区落料片厚度均为1.2mm-2.2mm。
3.根据权利要求1所述的汽车门环一体式成型方法,其特征在于:步骤2中选用TRB板进行A柱补丁板和B柱补丁板落料。
4.根据权利要求1所述的汽车门环一体式成型方法,其特征在于:在步骤4中采用辊底式加热炉对落料片进行加热,所述辊底式加热炉沿炉体长度方向设置有8个加热区,各个加热区的温度依次为830±20℃,850±20℃,870±20℃,890±20℃,910±20℃,930±20℃,830±20℃,830±20℃。
5.根据权利要求4所述的汽车门环一体式成型方法,其特征在于:所述门环在辊底式加热炉中的加热时间设置为400秒。
6.根据权利要求1所述的汽车门环一体式成型方法,其特征在于:步骤5包括,
步骤5.1冲压设备对门环坯料进行热冲压,冲压力为1000吨;
步骤5.2在冲压后,合模保压,保压时压力为1050吨,保压时间为12-20秒。
7.根据权利要求6所述的汽车门环一体式成型方法,其特征在于:步骤5还包括步骤5.3在保压完成后取出门环坯料,进行激光切割。
8.汽车门环一体式成型模具,其特征在于:所述模具利用权利要求1-7任一项所述的汽车门环一体式成型法进行门环加工。
9.根据权利要求8述的汽车门环一体式成型模具,其特征在于:所述模具包括上模座和下模座,所述上模座和下模座相对一侧分别设置有上模和下模,相背一侧设置有镶块和冷却管路;所述上模、下模及镶块内设置有冷却水道,所述冷却水道与冷却管路连通。
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