[发明专利]一种具有多腔体和变壁厚的汽车封闭截面结构件

说明书

一种具有多腔体和变壁厚的汽车封闭截面结构件，属成形技术领域。其封闭截面结构件采用至少2个管件，通过机械连接方式进行组合固接，形成具有2个或2个以上内部腔体的封闭横截面；结构件采用变厚度轧制热冲压用钢材料，组成封闭截面结构件的不同管件在零件长度方向上具有变壁厚设计且具有相同的弯曲曲率；其中至少包含3个等厚度区间，在各个等厚度区间之间设置有厚度过渡段；采用在线感应淬火强化工艺加工成型；组成封闭截面结构件的不同管件在截面厚度、截面形状上根据设计和功能进行可以差异化和模块化设计，实现了具有封闭截面结构件的高性能设计与低成本制造。可广泛用于各种封闭截面结构件的设计及加工领域。

技术领域

本发明属于机械构件的成形技术领域，尤其涉及一种用于汽车的封闭截面结构件。

背景技术

轻量化是汽车行业的关注热点，影响结构轻量化水平的主要因素包括结构(截面)、厚度及材料强度。

截面设计决定了构件的基础结构特性，与开放截面相比，封闭截面具有更好的截面力学特性。

一般而言，多腔体截面设计的复杂截面构件结构性能要更加优于矩形、圆形等具有单一腔体的简单截面构件，因此具有更好的轻量化效果。

结构件服役过程中在不同位置所承受的载荷通常存在差异，采用变厚度设计可以在满足性能要求时进一步轻量化。

此外，材料强度也对结构件的轻量化水平有重要影响，材料强度越高，结构轻量化潜力越大，但同时也给制造工艺带来了诸多限制。

目前在汽车上应用的结构件轻量化技术主要有以下五类：

1.采用高强度材料：

授权公告日为2016.04.20，授权公告号为CN 103990672 B的中国发明专利“高强钢冷冲压成形回弹控制方法”、授权公告日为2019.10.25，授权公告号为CN 107427889 B的中国发明专利“热冲压用钢板及其制造方法、以及热冲压成型体”等专利文献中，提出了采用冷冲压或者热成形加工超高强钢材料的技术方案。这类技术方案所涉及的结构件为开放截面冲压零件，需要多个冲压件才能形成完整结构，轻量化和制造成本存在局限性；

2.采用变厚度设计：

授权公告日为2014.07.23，授权公告号为CN 203727470 U的中国实用新型专利“一种变厚度汽车前纵梁结构”、授权公告日为2016.04.27，授权公告号为CN 104227239 B的中国发明专利“一种带钢激光拼焊接方法”中，提出了通过变厚度轧制(VRB)、激光拼焊(TWB)或铝合金挤压工艺，在结构件不同区域实现不同厚度的分布的技术方案。这类技术方案涉及的结构件多为开放截面冲压零件或简单截面管件，所涉及的变厚度为结构件长度维度或者截面维度上(无法同时实现)，轻量化水平有待进一步提升；

3.采用多腔体截面设计：

在授权公告日为2006.07.26，授权公告号为CN 1265988C的中国发明专利“汽车的保险杠横杆”，授权公告日为2016.03.09，授权公告号为CN 103328272 B的中国发明专利“具有改进碰撞性能的汽车结构的管式梁”，授权公告日为2013.11.06，授权公告号为CN203267964 U的中国实用新型专利“一种具有高吸能性能的汽车防撞梁”以及授权公告日为2014.02.12，授权公告号为CN 203427725 U的中国实用新型专利“一种汽车前防撞梁”中，均提出了不同截面型式的铝合金防撞梁截面设计方式。这类技术方案涉及的结构件采用挤压铝合金材料，原材料成本昂贵，零部件制造成本高。

4.采用高强度+变厚度设计：

授权公告日为2016.08.31，授权公告号为CN 104023899 B的中国发明专利“拼焊板及其制造方法、以及使用拼焊板的热冲压部件”中提出了超高强钢激光拼焊技术和变厚度热冲压技术，其技术方案所涉及的结构件为开放截面冲压零件或简单截面管件，轻量化水平有待进一步提升；