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側(cè)門檻梁鋁型材的分類和實現(xiàn)(詳)

輕量化一直是汽車車身發(fā)展的主旋律。既要有強度,也要減輕重量,使用鋁擠出型材成為較理想的方案之一。 汽車很多部位…

輕量化一直是汽車車身發(fā)展的主旋律。既要有強度,也要減輕重量,使用鋁擠出型材成為較理想的方案之一。 汽車很多部位都可以選用鋁型材, 比如側(cè)門檻梁鋁型材

鋁擠壓門檻梁概述

鋁擠壓門檻梁主要在側(cè)圍內(nèi)板與門檻內(nèi)板之間的空腔內(nèi)。大多門檻梁鋁擠壓型材具有多型腔、截面大、壁厚薄特點,同時強度和精度要求高。鋁合金具有質(zhì)量輕、強度高、易加工、耐腐蝕、導(dǎo)電好、可回收等優(yōu)點。其密度僅2700kg/m3,是鐵的1/3,具有顯著的輕量化效果,其高強度、耐腐蝕等特性有效提升車身性能,所以鋁合金作為優(yōu)選材料被大量應(yīng)用在車身上。

鋁擠出門檻作為車身最重要的零件在側(cè)碰中起到至關(guān)重要的作用,在整車一定速度的碰撞之下沖擊變形達(dá)到吸收能量的效果,以此來保證乘客的安全,并在新能源車上擔(dān)任著保證電池包殼體安全的職責(zé),避免因側(cè)碰時底板變形較大導(dǎo)致電池包殼體變形從而擠壓模組產(chǎn)生失效起火等風(fēng)險。

而型材截面的內(nèi)側(cè)加強筋設(shè)計以及材料的工藝對碰撞結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。

側(cè)門檻梁鋁型材
側(cè)門檻梁鋁型材

鋁型材擠壓的生產(chǎn)方式是將鋁合金置入擠壓桶并施加一定壓力,使之從特定的模孔中流出,從而獲得所需的截面形狀和尺寸的一種加工方法。通過對鋁棒、擠壓模、擠壓桶分別加熱,使原材料和模具均達(dá)到合適的溫度范圍,便于擠壓成型。擠壓機對鋁棒施加壓力,使鋁合金從擠壓模孔中流出形成特定截面,通過在線風(fēng)冷、水冷系統(tǒng)進行淬火,由牽引機夾持型材向前牽引,并通過鋸切設(shè)備切斷型材,通過校直機將型材校直拉伸,成品定尺鋸切后裝框進行時效處理,最后進行CNC、陽極氧化、電泳等深加工。

鋁擠壓門檻梁結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)實際結(jié)構(gòu)及性能需求,鋁擠壓門檻梁分為整體式和局部式,整體式門檻梁結(jié)構(gòu)又分為帶止口結(jié)構(gòu)與無止口結(jié)構(gòu)。

止,從字面上理解是停止、禁止、限制的意思,而在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上通常表示限位的意思(即限制零件的移動,主要是對X軸和Y軸的限位,Z軸方向的限位通常通過螺絲或者卡扣之類的聯(lián)接結(jié)構(gòu)限位),由于其在結(jié)構(gòu)上是一對凹凸結(jié)構(gòu),有點像人合上的嘴巴,所以稱為止口。

整體式為從A柱到C柱為貫穿前后的擠壓門檻梁。

側(cè)門檻梁鋁型材-5
側(cè)門檻梁鋁型材-5

▲極氪001整體式門檻梁結(jié)構(gòu)示意圖

局部式結(jié)構(gòu)為在側(cè)圍與門檻內(nèi)板空腔內(nèi)增加一根從B柱區(qū)域到A柱區(qū)域的擠壓門檻梁,具體長度受碰撞及性能分析來進行設(shè)計優(yōu)化。

側(cè)門檻梁鋁型材-4
側(cè)門檻梁鋁型材-4

▲沃爾沃XC90局部式門檻梁結(jié)構(gòu)示意圖

側(cè)門檻梁鋁型材-3
側(cè)門檻梁鋁型材-3

▲小鵬P7局部式門檻梁結(jié)構(gòu)示意圖

整體式擠壓門檻梁帶止口結(jié)構(gòu)為門檻梁斷面含上部止口結(jié)構(gòu),此種結(jié)構(gòu)更多應(yīng)用在全鋁車身上,止口處通過SPR實行連接。

SPR連接技術(shù)通過大壓力將鉚釘直接壓入待鉚接板材,使板材在鉚釘?shù)膲毫ψ饔孟潞豌T釘發(fā)生塑性變形,成型后充盈于鉚模之中,形成穩(wěn)定連接。這一過程包括定位、夾緊、施壓、刺穿、變形和成型幾個步驟,最終鉚釘與上下層板材之間形成牢固的機械互鎖結(jié)構(gòu)。SPR連接技術(shù)不僅適用于鋁-鋁、鋁-鋼及非金屬材料夾層的連接,還可實現(xiàn)最大五層、10mm以內(nèi)的板件鉚接。

整體式擠壓門檻梁無止口結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在周邊零件材料為鋼的車身結(jié)構(gòu),在滿足強度及性能的前提下,降低連接工藝復(fù)雜性。

門檻梁連接工藝

整體式門檻梁與側(cè)圍內(nèi)外板及前后縱梁連接,下部與電池框架連接,實現(xiàn)電池安裝,因擠壓門檻梁為封閉的空間結(jié)構(gòu)。

側(cè)圍、門檻內(nèi)板與門檻梁的連接主要通過FDS實現(xiàn)連接,門檻梁有止口結(jié)構(gòu)的在止口區(qū)域采用SPR實現(xiàn)連接。

流鉆螺釘(FDS)工藝是一種通過設(shè)備中心擰緊軸將電機的高速旋轉(zhuǎn)傳導(dǎo)至待連接板料摩擦生熱產(chǎn)生塑性形變后,自攻絲并螺接的一種冷成型工藝,簡稱FDS。

優(yōu)點是單面操作、可連接材質(zhì)種類多、連接強度高、抗震能力好、螺釘可拆卸及工作環(huán)境清潔。

FDS連接工藝過程包括六個階段:旋轉(zhuǎn)(加熱)→穿透→通孔→攻螺紋→擰螺紋→緊固

門檻梁與前后縱梁主要通過FDS及螺接實現(xiàn)連接(螺接對于前后縱梁為鑄件結(jié)構(gòu)為必選連接工藝),也有部分車型使用CMT連接(特斯拉)

電弧焊占焊接生產(chǎn)總量的60%以上,而其中的MIG/MAG焊是目前世界上應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟的焊接工藝。但MIG焊的熱輸入量對于鋁板來說還是過大,特別是薄板,而在此基礎(chǔ)上開發(fā)的CMT冷金屬過渡弧焊,其熱輸入量幾乎為零,可以很好的實現(xiàn)超薄板的焊接。

門檻梁與電池框架通過螺栓連接,實現(xiàn)電池安裝固定,門檻梁內(nèi)部會增加螺母板,螺母板預(yù)先將螺母凸焊到螺母板上,然后通過抽芯鉚釘將螺母板與門檻梁實現(xiàn)連接。

局部式門檻梁通過設(shè)計支架間接實現(xiàn)門檻梁與車身連接,支架一側(cè)與車身焊接,另一側(cè)則通過鉚接實現(xiàn)與門檻梁連接。繼而實現(xiàn)門檻梁與車身連接。

鋁合金作為完成整車輕量化的優(yōu)選材料,在整車設(shè)計時起到了至關(guān)重要的作用。對于承載和碰撞吸能都優(yōu)于其他材料,隨著車身結(jié)構(gòu)及材料的發(fā)展,鋁擠壓門檻梁對于輕量化、結(jié)構(gòu)、成本、性能是目前比較優(yōu)選的方案。

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