一體化門環及一體化門環的熱衝壓設計方法與流程

2023-05-17 18:27:40 1

1.本發明涉及金屬塑性成形技術領域，尤其涉及一體化門環及一體化門環的熱衝壓設計方法。


背景技術：

2.熱成形鋼的使用提高了零件的性能強度，輕量化程度和抗碰撞能力。一體化門環旨在保證車身的強度和剛度，以及提升輕量化。目前一體化門環都是用等厚度板製造的，為進一步提高輕量化、抗碰撞水平等，需要對門環的設計、製造進行研究。


技術實現要素：

3.本技術提供一體化門環及一體化門環的熱衝壓設計方法，解決了相關技術中一體化門環的輕量化及抗碰撞水平待提高的技術問題。
4.本技術提供一體化門環，包括頂框加強板、與頂框加強板連接的a柱加強板和b柱加強板、與b柱加強板連接的門檻加強板以及與門檻加強板和a柱加強板連接的前柱加強板；b柱加強板包括在縱向上依次連接的第一段、第二段和第三段，第一段與門檻加強板連接，第三段與頂框加強板連接，第二段在縱向上厚度遞增，在縱向兩端分別形成小厚度端和大厚度端，小厚度端與第一段連接，第一段的厚度不大於小厚度端的厚度，大厚度端與第三段連接，第三段的厚度不小於大厚度端的厚度。
5.在一些實施方式中，b柱加強板的厚度在縱向上均勻變化。
6.在一些實施方式中，第一段的厚度與小厚度端的厚度相等，第三段的厚度與大厚度端的厚度相等。
7.在一些實施方式中，在縱向上第一段的長度佔b柱加強板長度的25％-41％。
8.在一些實施方式中，小厚度端的最小厚度不小於1.6mm，大厚度端的最大厚度不小於2mm。
9.在一些實施方式中，頂框加強板的厚度控制在0.9-1.3mm範圍內；a柱加強板的厚度控制在0.8-1.2mm範圍內；前柱加強板的厚度控制在0.9-1.4mm範圍內；門檻加強板的厚度控制在1.0-1.5mm範圍內。
10.在一些實施方式中，b柱加強板還包括軟區，軟區的強度小於b柱加強板除軟區之外的區域的強度。
11.一體化門環的熱衝壓設計方法，以生產上述的一體化門環，熱衝壓設計方法包括：確定一體化門環的結構參數，依據結構參數進行下料，通過一體門環熱衝壓工藝獲取一體化門環試樣；檢測一體化門環試樣中軟區的硬度，判斷一體化門環試樣中軟區的硬度是否在預設範圍內；若否，則調整軟區對應著的模具軟區處的設定溫度，再次通過一體門環熱衝壓工藝獲得一體化門環試樣，直至一體化門環試樣中軟區的硬度在預設範圍內；在一體化門環試樣中軟區的硬度在預設範圍內的條件下，記錄當次一體門環熱衝壓工藝。
12.在一些實施方式中，調整軟區對應著的模具軟區處的設定溫度涉及數學模型，一
體化門環試樣中軟區的維氏硬度為hv，軟區對應著的模具軟區處的設定溫度為t℃，數學模型包括：在hv≥300的條件下，調整t＝660；在300＞hv≥260的條件下，調整t＝1.5hv+210；在260＞hv≥240的條件下，調整t＝2.5hv-50；在240＞hv≥220的條件下，調整t＝1.75hv+130；在220＞hv≥210的條件下，調整t＝1.5hv+185；在210＞hv≥200的條件下，調整t＝hv+290；在200＞hv≥190的條件下，調整t＝3hv-110；在190＞hv≥165的條件下，調整t＝3.2hv-148；在165＞hv的條件下，調整t＝380。
13.在一些實施方式中，一體門環熱衝壓工藝包括：下料後進行門環各板料拼焊，以形成門環坯料；形成門環坯料後，將門環坯料進行奧氏體化熱處理；在奧氏體化熱處理後，將門環坯料放入壓力機進行衝壓成形，以獲取一體化門環試樣。
14.本技術有益效果如下：提供一體化門環，包括b柱加強板，b柱加強板包括在縱向上依次連接的第一段、第二段和第三段，第二段呈變厚度板設置，其小厚度端與第一段連接，其大厚度端與第三段連接；一方面，在b柱加強板應用於車輛後，b柱的靠下部分比較薄，當汽車側面發生碰撞時容易發生變形和進行吸能，b柱靠下部分向裡變形而可能撞到座椅下側，b柱靠上部分保持幾乎不動或向外移動，起到有效的保護乘客頭部的作用，將對乘客的傷害程度降到比較低；另一方面，採用變厚度板製造的b柱加強板能夠降低用料，進一步提高了一體化門環的輕量化水平。
附圖說明
15.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例。
16.圖1為本技術提供的一體化門環的結構示意圖；
17.圖2為本技術提供的一體化門環中b柱加強板的一種結構示意圖；
18.圖3為本技術提供的一體化門環中b柱加強板的另一種結構示意圖；
19.圖4為本技術提供的一體化門環的熱衝壓設計方法的示意圖。
20.附圖標註：100-頂框加強板，200-a柱加強板，300-前柱加強板，400-門檻加強板，500-b柱加強板，510-第一段，520-第二段，521-小厚度端，522-大厚度端，530-第三段。
具體實施方式
21.實施例1
22.請參照圖1，本實施例提供一體化門環，包括頂框加強板100、a柱加強板200、b柱加強板500、門檻加強板400和前柱加強板300。其中，a柱加強板200和b柱加強板500與頂框加強板100連接，門檻加強板400與b柱加強板500連接，前柱加強板300均與門檻加強板400和a柱加強板200連接。
23.請結合參照圖1至圖3，在本實施例中對b柱加強板500進行變厚度設計，b柱加強板500包括在縱向上依次連接的第一段510、第二段520和第三段530，第一段510中遠離第二段520的一端與門檻加強板400連接，第三段530中遠離第二段520的一端與頂框加強板100連接。在縱向上第二段520的厚度遞增，相應在縱向兩端分別形成小厚度端521和大厚度端522。如圖2和圖3所示，小厚度端521與第一段510連接，大厚度端522與第三段530連接。
24.在本實施例的一體化門環，限定第一段510的厚度不大於小厚度端521的厚度，第三段530的厚度不小於大厚度端522的厚度。
25.包括本實施例中b柱加強板500的一體化門環的有益效果在於，一方面，在b柱加強板500應用於車輛後，b柱的靠下部分比較薄，當汽車側面發生碰撞時容易發生變形和進行吸能，b柱靠下部分向裡變形而可能撞到座椅下側，b柱靠上部分保持幾乎不動或向外移動，起到有效的保護乘客頭部的作用，將對乘客的傷害程度降到比較低；另一方面，採用變厚度板製造的b柱加強板500能夠降低用料，進一步提高了一體化門環的輕量化水平。
26.在一些實施方式中，請參照圖2，b柱加強板500的厚度在縱向上均勻變化。
27.在一些實施方式中，請參照圖3，第一段510和第三段530均呈等厚度板設置，第一段510的厚度與小厚度端521的厚度相等，第三段530的厚度與大厚度端522的厚度相等。
28.在一些實施方式中，在縱向上第一段510的長度佔b柱加強板500長度的25％-41％，包括25％、27％、29％、31％、33％、35％、37％、39％、41％，相當於限定小厚度端521在b柱加強板500上的分別範圍，需要結合具體車型、車身設計。
29.在一些實施方式中，在縱向上第一段510的長度佔b柱加強板500長度的三分之一。
30.在一些實施方式中，b柱加強板500呈圖3所示結構時，第一段510、第二段520和第三段530分別佔b柱加強板500總長度的三分之一。
31.在一些實施方式中，小厚度端521的最小厚度不小於1.6mm，大厚度端522的最大厚度不小於2mm，且需要滿足小厚度端521的厚度小於大厚度端522的厚度的設定。
32.在一些實施方式中，b柱加強板500的第三段530存在最大厚度值，b柱加強板500的第一段510存在最小厚度值，最小厚度值的取值範圍為最大厚度值的50％-90％，包括50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％和90％。例如最大厚度值2mm、最小厚度值1.6mm時，則對應上述的80％數值。
33.一體化門環的各板通常需要根據零件抗碰撞性能的需要進行選擇。在一些實施方式中，頂框加強板100的厚度控制在0.9-1.3mm範圍內；a柱加強板200的厚度控制在0.8-1.2mm範圍內；前柱加強板300的厚度控制在0.9-1.4mm範圍內；門檻加強板400的厚度控制在1.0-1.5mm範圍內。
34.在一些實施方式中，頂框加強板100、a柱加強板200、門檻加強板400和前柱加強板300也可採用變厚度板製造。
35.實施例2
36.基於實施例1的一體化門環，本實施例對其進一步限定，b柱加強板500還包括軟區，軟區的強度小於b柱加強板500除軟區之外的區域的強度，且差值顯著，通過進一步設置軟區，提高了門環的碰撞吸能性，優化了碰撞性能。關於軟區是對應有目標強度值的要求。
37.在一些實施方式中，軟區覆蓋b柱加強板500的小厚度端521。
38.在一些實施方式中，軟區設置在b柱加強板500縱向上的三分之一位置處。
39.實施例3
40.本實施例提供一體化門環的熱衝壓設計方法，用於生產實施例2中的一體化門環，具體使生產後的產品中軟區強度處於目標範圍內或目標值大小。
41.可結合圖4，熱衝壓設計方法包括：
42.確定一體化門環的結構參數，依據結構參數進行下料，通過一體門環熱衝壓工藝
獲取一體化門環試樣；
43.檢測一體化門環試樣中軟區的硬度，判斷一體化門環試樣中軟區的硬度是否在預設範圍內；
44.若否，則調整軟區對應著的模具軟區處的設定溫度，再次通過一體門環熱衝壓工藝獲得一體化門環試樣，直至一體化門環試樣中軟區的硬度在預設範圍內；
45.在一體化門環試樣中軟區的硬度在預設範圍內的條件下，記錄當次一體門環熱衝壓工藝。
46.以上通過使軟區的硬度處於預設範圍內，考慮到硬度容易測量的特性，利用材料的硬度與材料的抗拉強度具有對應關係，通過硬度反映軟區的強度。採用本實施例的熱衝壓設計方法，能夠適用於任意結構參數的一體化門環，能夠確定一體門環熱衝壓工藝的工藝參數，具體為軟區對應著的模具軟區處的設定溫度，以使產品中軟區強度處於目標範圍內或目標值大小。
47.關於上述的調整軟區對應著的模具軟區處的設定溫度的步驟，本實施例提供一種數學模型，其在實際設計過程中具有顯著的優越性。將一體化門環試樣中軟區的維氏硬度記為hv，軟區對應著的模具軟區處的設定溫度記為t℃，數學模型包括：
48.在hv≥300的條件下，調整t＝660；
49.在300＞hv≥260的條件下，調整t＝1.5hv+210；
50.在260＞hv≥240的條件下，調整t＝2.5hv-50；
51.在240＞hv≥220的條件下，調整t＝1.75hv+130；
52.在220＞hv≥210的條件下，調整t＝1.5hv+185；
53.在210＞hv≥200的條件下，調整t＝hv+290；
54.在200＞hv≥190的條件下，調整t＝3hv-110；
55.在190＞hv≥165的條件下，調整t＝3.2hv-148；
56.在165＞hv的條件下，調整t＝380。
57.通過以上數學模型，確定了零件軟區強度和軟區處模具設定溫度的對應關係。在一些實施方式中，在模具設置加熱裝置和溫度檢測裝置，該處形成的加熱溫度可以進行反饋控制。
58.在一些實施方式中，零件軟區處的目標維氏硬度(hv)為200，為達到該硬度，模具軟區處的溫度設定為500℃，再通過以上熱衝壓設計方法獲取具體設定溫度值。
59.實施例4
60.基於上述實施例中的一體化門環或者一體化門環的熱衝壓設計方法，本實施例提供一體門環熱衝壓工藝，包括：
61.下料後進行門環各板料拼焊，以形成門環坯料；
62.形成門環坯料後，將門環坯料進行奧氏體化熱處理；
63.在奧氏體化熱處理後，將門環坯料放入壓力機進行衝壓成形，以獲取一體化門環試樣。
64.一體門環熱衝壓工藝包括一體化門環設計，具體包括門環的板料劃分與組合、將變厚度板應用於門環的設計與製造中以及對門環的材料和各部分厚度範圍的設計。
65.關於門環的板料劃分與組合，其可以如圖1所示劃分成5部分，也可以呈更多或更
少部分劃分。圖1中相鄰兩板料之間畫了非實線，該非實線可以靈活調整，基於節約板料和提高效率的目的進行調整。
66.關於將變厚度板應用於門環的設計與製造中，採用上述實施例中的一體化門環的方案。
67.關於對門環的材料和各部分厚度範圍，採用實施例1中的一體化門環的形狀與厚度尺寸方案。使用熱成形鋼進行衝壓，熱成形鋼成形後抗拉強度在1350mpa及以上，比如cr1000/1500hs、cr1200/1800hs或者cr2000hs。各部分的厚度通常需要根據零件抗碰撞性能的需要進行選擇，厚度選擇在0.8mm到2mm不等。同時，可以考慮裸板和鍍層的熱成形鋼、帶鍍層的材料包括鋁矽鍍層、鋅基鍍層、鋅鋁鍍層或鋅鎳鍍層。變厚度板的應用並不局限於b柱加強板500上，在門環中的其它部位也可以考慮。
68.一體門環熱衝壓工藝還包括，通過衝壓仿真和碰撞仿真進行確定零件尺寸參數和熱衝壓工藝參數。詳細地，通過衝壓仿真軟體和汽車碰撞軟體，進行該門環的熱衝壓仿真和碰撞仿真，根據仿真結果，對零件尺寸參數和熱衝壓工藝參數進行優化調整，從而最終保證零件的優良的熱衝壓成形性和碰撞性能。
69.一體門環熱衝壓工藝還包括，進行變厚度板的製備。詳細地，根據變厚度板的尺寸進行柔性軋制，通常在板料軋制過程中通過調節軋制力、壓下量等調整板料的厚度。在軋機軋制過程中，需要根據板料的具體尺寸，進行變厚度板的柔性軋制，通過壓機的厚度自動控制系統，可以實時調整輥縫距離，軋制力等，軋制出尺寸變化的板料。通過變厚度板的應用，可以提高材料的利用率，節約成本，優化零件的抗碰撞能力，汽車的許多柱類、梁類零件等都屬於可以應用該技術生產的板料。
70.一體門環熱衝壓工藝還包括，零件板料下料。詳細地，根據組成門環各部分零件的板料尺寸和材料，進行相應板料的下料。變厚度板可以從軋制出的變厚度材料中進行下料。零件下料時，通常可以根據零件板料形狀進行坯料的位置布置方式的優化。
71.基於圖1所示的一體化門環的板料劃分，其下料可有如下多種選擇：一些實施方式中，按照圖1所示的5部分下料，然後焊接呈一個整體環狀板料；一些實施方式中，頂框加強板100與a柱加強板200作為一個整體板料，前柱加強板300、門檻加強板400和b柱加強板500分別下料，然後將這4部分拼焊在一起；一些實施方式中，頂框加強板100、a柱加強板200和前柱加強板300作為一個整體板料，門檻加強板400和b柱加強板500分別下料，然後將這3部分拼焊在一起。具體下料根據節約板料、提高效率的原則，本實施例並不限於以上三種方式。
72.一體門環熱衝壓工藝還包括，門環板料焊接。詳細地，門環各部分板料下料後，按照門環衝壓板料排布需求，通過焊接的方式將板料拼焊在一起。通常採用雷射拼焊的方法，進行零件的拼焊。將板料拼焊成一個整體後，有利於提高衝壓效率。
73.一體門環熱衝壓工藝還包括，熱衝壓板料的奧氏體化熱處理。詳細地，將門環板料拼焊成一個環狀坯料後，則可以進行奧氏體化熱處理。奧氏體化過程中，將板料放入加熱爐中，在奧氏體化溫度以上保溫一段時間。通常針對熱成形鋼為保溫溫度為880-930℃，保溫時間為3-8min。奧氏體化熱處理後，板料形成奧氏體組織。然後將板料迅速轉移到壓力機上。
74.一體門環熱衝壓工藝還包括，門環衝壓保壓環節。詳細地，將門環板料放入壓力機
後，進行衝壓成形。因為零件為環狀零件，尺寸大，所以在成形過程中，要保證板料的定位精確，將板料精確定位後，才能保證零件的成形精度。衝壓後，進行保壓。模具應具有冷卻功能，溫度不能超過100℃，衝壓後保壓致板料溫降到馬氏體相變完成溫度以下。
75.一體門環熱衝壓工藝還包括，在使用裸板成形的方案中需要進行噴丸處理。詳細地，在使用裸板進行熱衝壓成形時，會導致零件表面形成氧化皮，從而需要進行噴丸處理，清理氧化皮。如果使用帶鍍層零件，則不需要進行氧化皮的噴丸處理。
76.一體門環熱衝壓工藝還包括，零件軟區硬度檢測與模具軟區的溫度控制，具體如實施例3提供的一體化門環的熱衝壓設計方法。其中，模具軟區處既有冷卻水道又有電阻加熱棒，通過控制此處水流速度和電阻加熱棒功率進行此處的溫度控制，通過實施例3提供的一體化門環的熱衝壓設計方法，獲取在實際生產中軟區模具的設定溫度值。
77.儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
78.顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。