非涂層熱沖壓鋼22MnB5 的拼焊門環生產仍然有許多技術難點，目前還沒有量產車型應用信息。本文通過非涂層熱成形鋼的試制生產，對試制工藝、各類缺陷進行分析和整改，并對比前期工藝方案，用以指導非涂層熱成形門環的批量生產，對于降本和 輕量化具有很大的借鑒意義。

近年來，由于安全法規和環保要求越來越嚴格，以及客戶對于整車安全、舒適性和耐久性的期望也越來越高，越來越多超高強鋼熱成形工藝技術的應用，有效提升了車身碰撞性能，減輕車身重量等。帶涂層的熱成形鋼因其涂層保護，目前廣泛應用于直接成形的工藝生產中，比如A、B、C 柱、各類梁類件中。隨著越來越多的零件采用熱成形工藝，以及焊接技術的發展，一體式熱成形門環，以及雙門環的“安全籠”方案取代傳統多個零件，逐漸成為車身結構設計和應用的一個新趨勢，不僅可以增強汽車側碰性能，還可以有效應對IIHS 的25%小角度偏置碰撞。

帶涂層熱成形門環通常采用直接沖壓工藝，免除后續的噴丸工序，零件尺寸精度控制較高。由于原材料、激光拼焊和模具等專利技術的限制，目前鋁硅涂層熱成形門環使用廣泛，但是成本較高，因此使用非涂層熱成形鋼如何去除和控制氧化皮就成為沖壓廠生產的技術核心，但目前非涂層熱成形鋼門環生產仍然有很多技術難點。

本文采用非涂層熱沖壓成形鋼22MnB5進行激光拼焊門環的試制生產，對比前期4 個零件的工藝指標，對試制工藝、缺陷分析和整改進行討論，用以指導非涂層熱成形門環的批量生產。

試制材料和工藝

本文所采用的試制材料為某鋼廠已工業化生產的非涂層熱成形鋼，牌號為22MnB5。門環的毛坯材料為4塊落料片激光拼焊而成，厚度為1.2mm+1.4mm，其對比方案是采用傳統沖壓和焊接工藝生產的4 個零件，具體如圖1 所示。

試制開發通過10 道工序來實現熱成形門環的提樣，具體為落料→拼焊→加熱→沖壓→冷卻→切割→拋丸→校形→檢查→包裝，其中通過對加熱、沖壓和冷卻具體溫度和時間工藝窗口的多輪調整，實現全馬氏體組織的轉變，并通過拋丸來有效去除氧化皮。

圖1 前期傳統方案和門環方案對比

試制結果分析

力學性能分析

材料性能首檢有3 處不合格，經過多輪模具研合，模具保壓時間和冷卻速度的調試整改后，性能可以滿足要求，具體取樣位置如圖2 所示，性能指標見表1。

缺陷分析和整改

通過對首輪樣件分析，共發現有以下幾類缺陷：起皺、開裂、壓傷、面不平和尺寸超差等。通過多輪調試和分析，發現原因主要有模具型面加工粗糙、模具沒有有效研合、成形沒有到底、定位不準確、壓料力和間隙大小不合適等模具加工和生產制造問題，也有前期產品設計造型考慮不足導致的問題等，首輪樣件如圖3 所示。

圖2 門環取樣位置示意圖

表1 多輪調試后的性能值

圖3 首輪樣件實物

圖4 多輪調試后樣件實物

在試制階段，通過模具型面研合、增加有效定位裝置和設備生產參數的調整等，基本上可以解決上述的缺陷問題，型面符合率達到90%以上。多輪調試后樣件實物如圖4 所示。

方案對比

針對前期4 個零件開發的工藝方案和激光拼焊門環，從整車車身的零件數量，模具套數和重量、零件重量，模具價格和焊點數量等多維度來對比，具體見表2。

通過對門環各個落料片的焊縫位置調整和排樣優化，材料利用率可以達到近76%。從表2 中可以看出，門環方案可以很大程度地減少零件和模具開發的數量，便于人員配置和項目管理。除了非涂層熱成形鋼的價格優勢明顯外，門環方案還能帶來額外的輕量化效果，比前期方案整車減輕3kg 以上。同時，模具整體開發費用也有顯著降低，也省去了后續焊接和工裝夾具的開發。

表2 前期傳統工藝方案和門環方案效果對比

熱成形和冷成形在工藝方式、模具開發等方面有著明顯的不同，但是熱成形試制模具和量產模具在結構上大部分相同，只在模具材料使用，生產效率控制元件上有明顯區別，比如冷卻方式，延時和頂料機構等。

結論

⑴非涂層熱成形鋼激光拼焊門環的工藝方案在模具和工裝夾具開發上有相比傳統工藝方案明顯的優勢。

⑵對于試制零件的缺陷分析和問題整改，可以用于指導量產非涂層拼焊門環的生產，從而對降本、輕量化和安全綜合方面都有很大的借鑒意義。

⑶非涂層熱成形鋼激光拼焊門環除外觀質量問題外，零件還存在很大的回彈問題，這在產品設計上需要前期綜合考慮和優化。

——來源：《鍛造與沖壓》2021年第10期