一种侧围门环辊压件及侧围门环的制作方法

1.本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种侧围门环辊压件及侧围门环。


背景技术：

2.为了提高国内汽车企业实力和竞争力，满足国产汽车节能、环保的需要，汽车辊压件成型技术应用越来越广泛。
3.在汽车轻量化和节能减排的压力下，采用高强钢替代普通强度钢，以汽车辊压件替代冲压零部件，是现代汽车零部件发展的一个趋势。
4.目前国内外超高强钢冷冲压成型已在部分车企的部分车型中实现批量应用，但随着强度级别的加大，高强钢的塑性急剧下降、成型性变差、回弹也越来越大，对后期实物调试带来较大困难及成本压力。与冲压成型相比，在采用辊压成型加工高强钢时，辊压成型具有高效、节材、环保、成本低等突出优点，且在同等重量的高强钢下，辊压成型制得的零部件的机械性能优于冲压件的机械性能，有利于汽车的轻量化，使得汽车辊压件成型技术受到越来越多的关注。
5.为响应节能减排趋势，电动新能源汽车快速发展，同时新能源汽车的轻量化、安全性、舒适性也得到了越来越多的重视，特别是新能源汽车由于底盘装动力电池，导致的车内垂直空间变小，所以大多采用全景天幕或者是大面积天窗，以增强汽车的视野空间。传统燃油车通常有三根梁，前后各一根以及中间的加强梁，三根横梁连接汽车的左右侧围门环，车顶的横梁数量和侧围的强度决定了整个车顶的碰撞安全系数。而对于新能源车型，为了全景天幕的更加美观，视野观感更好，大多选择取消中间横梁，然而一旦取消了车顶的中间横梁，汽车的整车结构安全性将大为降低，尤其是汽车侧碰性能的降低(汽车在发生侧翻、翻滚或某一面遭到重大碰撞时，需要汽车侧围具备很强的抗冲击和抗变形性能，才能最大限度地保护乘员的安全)，使得汽车的安全系数大大降低。


技术实现要素：

6.本发明意在提供一种侧围门环辊压件，以解决目前的汽车在取消车顶的中间横梁后汽车的侧碰性能降低而影响汽车的整车安全性的问题。
7.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种侧围门环辊压件，呈空心柱体结构，所述空心柱体结构的横截面呈三角形，包括一体成型且依次设置的前段、圆弧段和后段，前段固定插入到a柱内，后段贯穿b柱且后固定插入到c柱内，圆弧段位于a柱和b柱之间且圆弧段的一端插入到b柱内。
9.本方案的原理及优点是：本发明的侧围门环辊压件插入在a柱和c柱上，且从a柱贯穿b柱后延伸到c柱内，使得侧围门环上增加了一个三角形截面的空心柱体结构，相比传统的板材冲压成型的“几”字型截面，更节省内部空间，且三角形截面刚度性能有大幅提升，提高汽车的侧碰性能，保证白车身整体扭转刚度满足性能要求，相对提高汽车的整车安全性；此外三角环形横截面也便于加工制造，有利于在提高强度的同时控制成本。
10.除此之外，在本方案中，将侧围门环辊压件设置呈前段、圆弧段和后段，将带有弧度的圆弧段设置在a柱和b柱之间，且插入到b柱内，一方面，圆弧段更加匹配整车从a柱顶部到汽车车顶的弧度变化，使得辊压件与侧围门环的边缘曲线更加贴合，保证在汽车受到较大冲击时，辊压件能够快速发挥作用；另一方面，本发明的圆弧段位置更靠近于b柱，方便了辊压件与b柱的结合，进一步提高门环的抗冲击变形能力。
11.优选的，作为一种改进，所述圆弧段的半径不低于1200mm。本方案在提高了侧围门环辊压件能承受较大压力的同时不影响汽车风阻。同时避免圆弧段弯曲较大，而带来的变形大而零件不能完全成形的问题。
12.优选的，作为一种改进，三角形的空心柱体结构的其中一边与侧围门环上的门环内板相贴，三角形的空心柱体结构的后段上表面与侧围门环上表面平行。本方案一方面是为了在受到较大冲击时能保证侧围门环辊压件与侧围门环的门环内板和a柱、b柱、c柱充分接触，载荷能均匀传递；另一方面是为了便于相互之间的焊接。
13.优选的，作为一种改进，所述后段上表面与水平面的夹角呈18.5
°
。
14.优选的，作为一种改进，空心柱体结构的材料采用hc1350/1700ms，以使得侧围门环辊压件具有更高的强度。
15.本发明还提供一种侧围门环，包括所述的侧围门环辊压件。
16.优选的，作为一种改进，还包括b柱和门环内板，所述b柱包括b柱内板和b柱外板，b柱内板和b柱外板均采用双层板，b柱外板的内层完全位于b柱内板和b柱外板之间，b柱内板的双层结构与b柱外板的外层均呈几形且在翻边处固定连接；b柱外板的外层呈t型，且b柱外板的外层顶部设有v型段，v型段与门环内板形成用于侧围门环辊压件穿过的避空区，b柱外板的内层延伸至v型段的根部。
17.本发明的有益效果：现有技术中，常规的内层设计均为了兼顾内层的回弹、装配误差、噪音和振动等因素而将内层设计的与外层存在较多的间隙，比如仅将内层和外层在翻边处焊接，而其他处处于内外层分离的情况，或在内层和外层的部分区域相贴并焊接，一方面，通过分离设计而存在的间隙可以弥补因加工带来的误差，降低二者的装配难度；另一方面，还能通过间隙起到吸能缓冲作用；而本方案特意将b柱内板和b柱外板设计为双层板，双层板中内层和外层保持基本的完全相贴，极大提高了侧围门环的整体强度，极大地提高了抗击外界冲击变形的能力，同时将b柱外板的内层延伸至v型段的根部，使得b柱外板受力能够快速传递至侧围门环辊压件及b柱外板的内层上，使得侧围门环遭受的冲击能够快速传递到侧围门环的其他位置，使得侧围门环即便没有靠近b柱位置的中间横梁，也能够具有极好的抗冲击变形能力；在同样没有中间横梁的情况的车顶抗压试验中，本方案的侧围门环在承受约78kn的外力时才在y向产生75mm的位移，而常规的同样加装侧围门环辊压件的侧围门环在承受约60kn的外力时，y向位移就已经达到了75mm；可见本方案对侧围门环的结构强度有极大提升，能有效抵抗侧面外力对无中间横梁下的天幕玻璃的挤压破坏。
18.优选的，作为一种改进，所述b柱外板的内层在靠近v型段的位置设有向b柱内板侧凸起的凸包。以吸收b柱受到撞击后的部分能量，减少应力集中。
19.优选的，作为一种改进，所述b柱外板的内层与b柱外板的外层在顶边和两个侧边均固定连接，b柱外板的内层在靠近v型段的顶边顶部与b柱外板的外层固定连接。以加强b柱整体的结构强度，抵抗外界冲击变形能力。
20.优选的，作为一种改进，所述b柱外板的外层包括含有v型段的上部和向车底部延伸的下部，上部和下部采用拼接焊，上部的板材厚度大于下部的板材厚度。以进一步提高b柱顶部的结构强度。
附图说明
21.图1为本发明实施例一的主视图。
22.图2为图1的左视图。
23.图3为实施例一的侧围门环辊压件安装在侧围门环上后的局部结构示意图。
24.图4为图3中的a-a剖视图。
25.图5为试验组1和基础模型在顶压试验后的车顶y向作用力与位移仿真曲线。
26.图6为试验组2和基础模型在顶压试验后的车顶y向作用力与位移仿真曲线。
27.图7为本发明实施例二的主视图。
28.图8为本发明实施例二侧围门环的局部三维结构示意图。
29.图9为图8的主视图。
30.图10为图9中的b-b的局部剖视图。
31.图11为图9中的c-c剖视图。
32.图12为实施例二中b柱的爆炸示意图。
33.图13为图9中的d-d剖视图。
34.图14为本发明实施例二中a柱在另一视角下的局部结构示意图。
35.图15为侧围门环在实施例二和基础模型下的验证模型局部三维示意图。
36.图16为左右两侧的侧围门环在前横梁和后横梁连接后的顶压仿真主视示意图。
37.图17为本发明实施例二的a柱与基础模型的a柱区别示意图。
38.图18为本发明实施例二的b柱与基础模型的b柱区别示意图。
39.图19为本发明实施例二的b柱外板的内层与基础模型的b柱外板的内层区别示意图。
40.图20为本发明实施例二的b柱内板与基础模型的b柱内板区别示意图。
41.图21为本实施例二、对照组和基础模型在顶压试验后的车顶y向作用力与位移仿真曲线。
具体实施方式
42.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
43.说明书附图中的附图标记包括：侧围门环辊压件1、前段11、圆弧段12、后段13、a柱2、a柱内板21、a柱外板22、加强筋221、b柱3、b柱内板31、b柱外板32、v型段321、凸包322、鼓包323、上部320、下部330、c柱4、门环内板5、门槛梁6。
44.实施例一
45.结合图1至图6，一种侧围门环辊压件，采用3d冷辊压管梁形式，侧围门环辊压件1呈壁厚为2.0mm的空心柱体结构，空心柱体结构的横截面呈三角形，侧围门环辊压件1包括一体成型且依次设置的前段11、圆弧段12和后段13，前段11固定插入到a柱内，后段13贯穿b柱且后固定插入到c柱内，圆弧段12位于a柱和b柱之间且圆弧段12的一端插入到b柱内。
46.本实施例的圆弧段12的半径为1200mm。三角形的空心柱体结构的其中一边与侧围门环上的门环内板相贴，三角形的空心柱体结构的后段13上表面与侧围门环上表面平行。后段13上表面与水平面的夹角呈18.5
°
。侧围门环辊压件1采用hc1350/1700ms，其屈服强度达1300mpa，抗拉强度达1700mpa。
47.通过进一步考虑天幕玻璃在顶压仿真过程中的破裂失效行为，实现无中间横梁的侧围门环辊压件1在顶压过程中车顶变形模式的准确模拟。准确建立了与零件相匹配的车顶受压变形模式、压溃位移以及车顶作用力的验证模型。由于y向载荷和位移对天窗玻璃的挤压变形影响最大，采用侧围门环辊压件1的y向载荷和位移来评估试验的好坏。
48.为验证该圆弧尺寸改变带来的效果，特设置试验组1与基础模型进行了对比，基础模型与试验组1的不同仅在于侧围门环辊压件1的圆弧段12的半径为1500mm，基础模型和试验组1的侧围门环辊压件1应用在相同的不带中间横梁的侧围门环上，并参照顶压法规标准试验，仿真后的结果如图5所示；从图5可知，在y向位移不足70mm前，试验组1的抗冲击变形能力明显优于基础模型。
49.本次试验中，为验证后段13上表面与水平面的夹角带来的效果，特设置试验组2与基础模型进行了对比，该基础模型与图5、图6中的基础模型相同，试验组2与基础模型的区别仅在于基础模型的后段13上表面与水平面的夹角呈15
°
；基础模型和试验组2的侧围门环辊压件1应用在相同的不带中间横梁的侧围门环上，并参照顶压法规标准试验，仿真后的结果如图6所示，从图6可知，试验组2的抗冲击变形能力明显优于基础模型。
50.本实施例相比传统的板材冲压成型的“几”字型截面，更节省内部空间，且截面刚度性能有大幅提升，特别是白车身的整体刚度。在强度方面，3d冷辊压管梁材料强度高达1700mpa，可满足侧面碰撞的安全需求。侧围门环辊压件1主体结构是横截面为三角形的环形结构，通过三角环形截面可以明显提升刚度，保证白车身整体扭转刚度满足性能要求，并节省腔体内部空间。并且三角环形截面也便于加工制造，有利于在提高强度的同时控制成本。
51.此外，本实施例的侧围门环辊压件1的角度设置和圆弧段12尺寸设置，保证了侧围门环辊压件1与侧围门环的表面的平行性，便于在汽车遭受较大冲击时，整个侧围门环辊压件1与侧围门环的表面均匀充分接触，增大受力面积，方便载荷的均匀传递。
52.除此之外，在本实施例中，将侧围门环辊压件1设置呈前段11、圆弧段12和后段13，将带有弧度的圆弧段12设置在a柱和b柱之间，且插入到b柱内，一方面，圆弧段12更加匹配整车从a柱顶部到汽车车顶的弧度变化，使得辊压件与侧围门环的边缘曲线更加贴合，保证在汽车受到较大冲击时，辊压件能够快速发挥作用；另一方面，本发明的圆弧段12位置更靠近于b柱，方便了辊压件与b柱的结合，进一步提高门环的抗冲击变形能力。
53.实施例二
54.结合图7至图21，侧围门环包括实施例一的侧围门环辊压件1，还包括a柱2、b柱3、c柱4、门环内板5和门槛梁6，a柱2底部、b柱3底部和c柱4底部均与门槛梁6固定连接，a柱2顶部、b柱3顶部和c部顶部均与门环内板5固定连接，侧围门环辊压件1的前段11固定插在a柱2内，侧围门环辊压件1的圆弧段12的右端贯穿b柱3与门环内板5之间的空间，侧围门环辊压件1的后段13固定插入到c柱4内。
55.结合图9至图12，b柱3结构采用“几”形结构，b柱3由b柱内板31和b柱外板32形成封
闭腔体，b柱内板31和b柱外板32均采用双层板，b柱外板32的内层完全位于b柱内板31和b柱外板32之间，b柱内板31的双层结构与b柱外板32的外层均呈几形且在如图11所示的左右两侧翻边处焊接，b柱内板31的内外层的壁厚均为2.0mm；b柱外板32的外层呈t型，且b柱外板32的外层顶部冲压成型有v型段321，v型段321与门环内板5形成用于侧围门环辊压件1穿过的避空区，b柱外板32的内层延伸至v型段321的根部。
56.b柱外板32的内层壁厚1.6mm，b柱外板32的内层在靠近v型段321的位置设有向b柱内板31侧凸起的凸包322，b柱外板32的外层在v型段321的根部位置设置有向侧围门环外侧凸起的鼓包323，通过向内的凸包322可以吸收冲击带来的能量，同时增加b柱外板32的整体强度，向外鼓起的鼓包323，也有利于增加b柱3强度。
57.b柱外板32的内层与b柱外板32的外层在顶边、左侧边和右侧边均有固定连接(比如螺栓连接和/或焊接，每个对应边都有至少2处固定连接)，b柱外板32的内层在靠近v型段321的顶边顶部与b柱外板32的外层通过三点焊接；b柱内板31的内层和外层除了在端部翻边位置焊接外，还在内层和外层的顶边上设置了固定连接点，本实施例中在b柱内板31的内外层的顶边增加中间焊点。
58.b柱外板32的外层包括含有v型段321的上部320和向车底部延伸的下部330，上部320和下部330采用拼接焊，上部320的板材厚度大于下部330的板材厚度，本实施例中，上部320壁厚2.0mm，下部330壁厚1.8mm，以进一步增强实施例的b柱3强度。
59.结合图9、图13和图14，a柱2包括a柱内板21和a柱外板22，c柱4包括c柱外板和c柱内板，侧围门环辊压件1前段11插入并焊接在a柱外板22和a柱内板21之间，侧围门环辊压件1的后段13插入并焊接在c柱外板和c柱内板之间，为了减少在侧碰过程中的挤压变形，在a柱外板22上冲压成型有多个鼓起和加强筋221，鼓起和加强筋221交错设置且呈形成连续的凹凸状，a柱外板22的凹陷位置与侧围门环辊压件1表面相贴并焊接，以进一步加强辊压件与侧围的连接整体性。
60.a柱内板21和c柱内板均采用铸造铝材料，以兼顾侧围门环强度的同时，兼顾侧围门环的轻量化。a柱外板22、c柱外板以及b柱3所有板均采用钣金件，钣金件材料采用无镀层热成型钢为22mnb5，屈服强度为1100-1200mpa，抗拉强度约为1500mpa。
61.本实施例通过对a柱2、b柱3的结构改进，和在b柱外板32内外层的相贴左侧边、右侧边、顶边和顶边顶部将内层和外层形成了多点固定连接，在b柱内板31内外层在端部翻边和顶边增加固定点，使得整个b柱3的结构强度大幅度提高，在顶压试验外加负载达到75kn时，y向位移不超过75mm，实现了即便取消中间横梁，也能确保汽车侧碰性能满足要求，确保整车的安全性能。
62.通过进一步考虑天幕玻璃在顶压仿真过程中的破裂失效行为，实现无中间横梁的侧围门环辊压件1在顶压过程中车顶变形模式的准确模拟。准确建立了与零件相匹配的车顶受压变形模式、压溃位移以及车顶作用力的验证模型。
63.为了保证验证过程与实车保持一致，图15中方框位置为固定约束，参照顶压法规标准试验，采用法规尺寸要求的长方形避障，对侧围门环开展如图16所示的顶压验证分析，同时增加如实施例一和对照组，对照组和基本模型的区别仅在于，对照组在试验时增加了中间横梁，此外对照组、基本模型与实施例二的区别除了在实施例一的侧围门环辊压件1上的区别外，还有a柱2及b柱3的不同，不同情况如图17至图20所示。
64.从图21中曲线看出在中间横梁加装与否的对比下，加装有侧围门环辊压件1的对照组在加载外力不超过50kn前，其y向位移始终小于基础模型的y向位移，说明中间横梁存在对于外力不超过50kn时，对利于提高整车的侧碰性能。
65.从图21中可知，在采用实施例一的侧围门环辊压件1的侧围门环在对照组和基础模型上试验时可知，对照组在有侧围门环辊压件1的情况下，在配合中间横梁的作用，能够使得侧围门环在承受约70kn的外力时才在y向产生75mm的位；而一旦取消了中间横梁的基础模型，则侧围门环在承受约60kn的外力时，y向位移就已经达到了75mm。但是本实施例二通过对侧围门环上b柱3和a柱2进行改进后，侧围门环的结构强度得以极大提升，完全达到并超出了对照组有中间横梁时候的效果，本实施例二的侧围门环在承受约78kn的外力时才会在y向产生75mm的位移；可见本实施例二可以很好的提升侧围门环的结构强度，有效抵抗侧面外力对天幕玻璃的挤压破坏，确保汽车即便在取消车顶的中间横梁后，汽车的侧碰性能依然很高，保障了汽车的整车安全性。
66.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。本技术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。

技术特征：
1.一种侧围门环辊压件，呈空心柱体结构，其特征在于：所述空心柱体结构的横截面呈三角形，包括一体成型且依次设置的前段、圆弧段和后段，前段固定插入到a柱内，后段贯穿b柱且后固定插入到c柱内，圆弧段位于a柱和b柱之间且圆弧段的一端插入到b柱内。2.根据权利要求1所述的侧围门环辊压件，其特征在于：所述圆弧段的半径不低于1200mm。3.根据权利要求1所述的侧围门环辊压件，其特征在于：三角形的空心柱体结构的其中一边与侧围门环上的门环内板相贴，三角形的空心柱体结构的后段上表面与侧围门环上表面平行。4.根据权利要求3所述的侧围门环辊压件，其特征在于：所述后段上表面与水平面的夹角呈18.5
°
。5.根据权利要求1所述的侧围门环辊压件，其特征在于：空心柱体结构的材料采用hc1350/1700ms。6.一种侧围门环，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的侧围门环辊压件。7.根据权利要求6所述的侧围门环，其特征在于：还包括b柱和门环内板，所述b柱包括b柱内板和b柱外板，b柱内板和b柱外板均采用双层板，b柱外板的内层完全位于b柱内板和b柱外板之间，b柱内板的双层结构与b柱外板的外层均呈几形且在翻边处固定连接；b柱外板的外层呈t型，且b柱外板的外层顶部设有v型段，v型段与门环内板形成用于侧围门环辊压件穿过的避空区，b柱外板的内层延伸至v型段的根部。8.根据权利要求7所述的侧围门环，其特征在于：所述b柱外板的内层在靠近v型段的位置设有向b柱内板侧凸起的凸包。9.根据权利要求8所述的侧围门环，其特征在于：所述b柱外板的内层与b柱外板的外层在顶边和两个侧边均固定连接，b柱外板的内层在靠近v型段的顶边顶部与b柱外板的外层固定连接。10.根据权利要求9所述的侧围门环，其特征在于：所述b柱外板的外层包括含有v型段的上部和向车底部延伸的下部，上部和下部采用拼接焊，上部的板材厚度大于下部的板材厚度。

技术总结
本发明涉及汽车技术领域，具体公开了一种侧围门环辊压件，呈三角形截面的空心柱体结构，包括前段、圆弧段和后段，前段固定插入到A柱内，后段贯穿B柱且后固定插入到C柱内，圆弧段位于A柱和B柱之间且圆弧段的一端插入到B柱内；一种侧围门环，包括侧围门环辊压件、A柱、B柱和门环内板，B柱包括B柱内板和B柱外板，B柱内板和B柱外板均采用双层板，B柱外板的内层完全位于B柱内板和B柱外板之间；B柱外板的外层呈T型，且B柱外板的外层顶部设有V型段，V型段与门环内板形成避空区，B柱外板的内层延伸至V型段的根部。本方案用以解决目前的汽车在取消车顶的中间横梁后汽车的侧碰性能降低而影响汽车的整车安全性的问题。汽车的整车安全性的问题。汽车的整车安全性的问题。


技术研发人员：周松 王秋峰 冯毅 陈秀举 高翔 刘海龙 竹利江 周佳
受保护的技术使用者：凌云西南工业有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/24