汽车工艺与材料

一体式热成形钢双门环产业化应用关键技术及进展

杨洁 ¹,²

汽车工艺与材料 | 材料应用 2025,(12): 34-43

收起

汽车工艺与材料 |材料应用 2025 , (12) : 34 -43

一体式热成形钢双门环产业化应用关键技术及进展

全屏

杨洁¹,²

作者信息

^1. 汽车轻量化技术创新战略联盟，扬州 225000

^2. 国汽轻量化（江苏）汽车技术有限公司，扬州 225000

Key Technologies and Progress in Industrial Application of Integrated Hot Forming Steel Dual-Phase Steel Ring

Affiliations

出版时间: 2024-12-20 doi: 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240214

文章导航

摘要

收起

主要研究了热成形钢双门环技术在汽车制造中的研发、应用、产业化布局和未来发展趋势。首先，概述了热成形钢双门环关键技术的现状，涵盖材料选择和研发、激光焊接技术的应用以及冲压工艺的优化。其次，分析了热成形钢双门环的产业化布局，强调了核心技术体系对产业化进程的重要性。最后，展望了该技术未来的发展方向，包括高性能、轻量化、环保和智能制造等方面的提升。

关键词

热成形钢 / 产业化 / 一体式门环 / 节能减排

Abstract

收起

This paper focuses on the research, development, application, industrial layout and future trends of hot-formed dual-phase steel ring technology in automotive manufacturing. Initially, the paper provides an overview of the current status of key technologies related to hot-formed dual-phase steel rings, covering material selection and development, application of laser welding technology and optimization of stamping processes. The paper subsequently analyzes the industrial layout of hot-formed dual-phase steel rings, and emphasize the importance of core technological systems in the industrialization process. Finally, the future development direction of this technology is prospected, highlighting the advancements in high performance, lightweight, environmentally friendly and intelligent manufacturing.

Key words

Hot forming steel / Industrialization / Integrated door ring / Energy saving and emission reduction

引用本文

杨洁. 一体式热成形钢双门环产业化应用关键技术及进展. 汽车工艺与材料, 2025 , (12) : 34 -43 . DOI: 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240214

Jie Yang. Key Technologies and Progress in Industrial Application of Integrated Hot Forming Steel Dual-Phase Steel Ring[J]. Automobile Technology & Material, 2025 , (12) : 34 -43 . DOI: 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240214

正文

收起

1 前言

收起

研究表明，整车整备质量减少10%，油耗降低6%~8%，汽车行驶过程中动能节省10%，尾气排放量减少7%^[1-2]。同时，汽车轻量化可提升汽车的操控性能、降低车辆运输成本、提升运输效率。汽车侧围门环（Door Ring）是车身的重要组成部分，位于驾驶室两侧，其形状与乘坐人员位置重合，具备较高的强度以及刚度，在事故中能够起到保护乘员的作用，门环还需要与车门、车身牢固连接，具备较强的功能性。传统门环通常是指分体式门环，以前门环为例，该部件一般由A柱加强板、B柱加强板、侧围上加强板和门槛加强板等钣金零件通过连接工艺装配而成。该类门环的各个零件分别成形，能够显著降低设计、成形难度^[3]。

分体式门环存以下缺陷：首先，门环部件的组成零件越多，其连接点越多。零件在受力时其连接处会产生较大的应力集中，且零件连接处力学性能往往较弱，大幅降低了门环的强度，难以满足实际工况下的碰撞要求；其次，较多的连接部位会降低板材利用率，增加生产成本和零件质量，难以满足门环的轻量化需求；最后，分体式门环的生产过程中需要较多的工序，生产周期较长，制造成本增加。

2007年，安塞乐米塔尔集团推出一体式激光拼焊热成形门环技术^[4]，该技术通过激光拼焊技术将4块不同厚度的Usibor1500P钢板进行精准拼接，随后进行一体化热成形。为验证其性能，进行了EuroNCAP正面和侧面碰撞的有限元仿真模拟，结果显示，与分体式门环相比，一体式激光拼焊热成形门环质量减轻约20%，在侧面碰撞测试中，B柱的最大变形侵入量得到了有效控制，在正面碰撞中，仪表盘的变形侵入量减少16%，表现出卓越的碰撞安全性。尽管采用了较薄的热成形钢板材，激光拼焊技术仍确保了车身的刚度。2014年，Honda Acura MDX成为首款搭载一体式门环的车型，2016年，Chrysler Pacifica采用了安塞乐米塔尔进一步优化后的门环设计，质量减轻8.64 kg^[5]。长城汽车股份有限公司、长安汽车股份有限公司、比亚迪股份有限公司以及广州汽车集团股份有限公司等均对一体式门环进行了深入的开发和实际应用，提升车辆的安全性能，实现车身的轻量化设计^[6-8]。

一体式热成形钢双门环通过将前、后门环集成设计为单个零件，并在双门环各位置采用不同厚度、种类的热成形钢材料，通过连接技术（如激光拼焊工艺）形成整体的双门环成形坯料，最终通过单工序的热冲压成形工艺完成一体化双门环的零件制造。一体式热成形钢双门环具有以下优势：门环部件一体化，通过集成式零件设计，有效减少双门环组件以及连接点数量，提升零件的整体强度；热成形钢材料应用，热成形钢材料具有较高的强度和硬度，能够提供更好的抗变形和抗压能力，增强了门环的结构稳定性和安全性，在双门环零件的各个位置采用不同类型的热成形钢实现各部位功能的定制化，在保证零件强度、刚度以及韧性的同时实现最大程度的轻量化；制造工序简化，一体式热成形双门环简化了双门环零件的制造工序（降低零件冲压次数、优化零件组合工艺），有效提高了生产效率、降低了生产成本（模具成本、工序成本）。

然而，一体式双门环的设计需要综合考量零件功能性、工艺可行性、安全性及其各个方面的耦合影响，尚未形成系统性的设计理论。且材料性能、几何形状的多样性以及整体结构特征（多段、非等厚、大尺寸等）导致其成形工艺复杂，影响因素众多，成形性控制难度大，对设备的要求高。为此，本文针对一体式热成形钢双门环制造过程中所涉及的关键技术进行综述，分析当前的重点瓶颈问题，并对未来发展方向提出建议。

2 关键技术发展现状及难点

收起

门环零件各个组成部分及其功能如图1所示，图2所示为一体式门环部件的结构，强调了其设计的整体性和功能性。

2.1 一体式双门环材料应用

热成形钢是一种在高温环境下成型和快速淬火处理的高强度钢材，在汽车工业中主要用于制造高强度和轻量化的结构组件。其制造过程中，钢材被加热至奥氏体区温度（通常为900~950 ℃）进行成型，随后迅速淬火冷却，使钢材具备复杂形状成形性能和卓越的机械强度。热成形钢有助于提升车辆安全性、减轻质量，减少燃料消耗，特别在汽车碰撞安全标准日益提高的形势下，热成形钢凭借其杰出的强度和韧性成为各大主机厂的首选^[9-11]。

Mn-B系列热成形钢是应用最广泛且研究时间最长的热成形钢之一，国内企业如宝钢、武钢、鞍钢、莱钢和首钢等已成功开发出适用于热冲压成型的该类钢材。其中，22MnB5钢是应用最广泛的一种，经热处理后其组织为全马氏体，强度可达1 500 MPa。为获得理想的马氏体组织和力学性能，22MnB5板需要在温度为900~950 ℃的状态下进行约5 min的奥氏体化处理，随后快速转移至热冲压模具中成形和淬火。此外，20MnB5、30MnB5等Mn-B系列钢可通过调整锰、硼含量调整其力学性能，以提供不同强度和韧性的组合。如30MnB5相较于22MnB5具有更高的强度，适用于要求高抗拉强度的零部件，而20MnB5在一定程度上提高了延展性和加工性能，更适合制造形状复杂的零部件^[12-15]。因此，Mn-B系列热成形钢通过成分调整能够满足各类汽车零部件的需求，展现了其材料设计的灵活性和适应性。

在热成形钢领域，Usibor^®和Ductibor^®系列是备受青睐的专门品牌，应用广泛。Usibor^®系列由安赛乐米塔尔公司研发，具有出色的强度和优良的抗腐蚀性能^[3,9]。常见的处理方法是在Usibor^®钢表面涂布铝硅涂层，以提高其抗氧化能力，还可有效防止高温热冲压过程中的氧化反应，确保表面质量和材料一致性。Ductibor^®系列具备高韧性和良好的延展性，保持较低的抗拉强度（通常为800~1 000 MPa），适用于需要良好安全性能的结构部件，如碰撞吸能盒和侧面防撞梁等。

热成形钢以其高强度和精准的汽车零部件成形性能，广泛应用于车身安全部位。目前，主流热成形钢主要包括锰硼体系裸板和Al-Si涂层板，其中，Al-Si涂层钢应用最为广泛。然而，由于Al-Si涂层的原材料和工艺受国外专利限制，生产成本较高。为此，本钢集团、东北大学和通用汽车中国科学研究院合作研发了“热轧抗氧化免涂层热成形钢CF-PHS1500”，大幅提高了原料利用率和门环整体安全性能，显著提高了车辆的轻量化水平^[15-17]。CF-PHS1500可应用于乘用车门环零部件，如A柱、B柱等位置。

2.2 一体式双门环激光焊接

由于门环各部分所需性能不同，因此，需要合理设置各部位的材料及厚度，在进行整车门环冲压前，采用激光拼焊焊接坯料。激光拼焊（Tailor Welded Blanks，TWB）技术是利用激光束产生的热量熔化金属实现焊接。在门环激光焊接中，激光束被聚焦到需要焊接的金属表面，金属表面吸收激光能量后迅速升温并熔化，形成一小片熔池。通过控制激光束的位置和功率精确控制焊接过程，实现高质量的焊接。激光拼焊技术在门环坯料焊接中应用广泛，是热成形门环的关键工艺，对热成形裸板门环的激光拼焊焊缝进行的焊缝拉伸检测、焊缝杯突试验、焊缝硬度测试和焊缝金相测试等结果表明，热成形裸板门环焊接可行，可应用于量产车型^[18-20]。由于激光拼焊技术无法进行较为细致的焊接，补丁板处需要在激光拼焊完成后，再用点焊的方式完成补丁板的制作^[21]，如图3所示。

现有非热成形门环均采用分件方案，采用2个抗拉强度为1 500 MPa的热成形零件和2个抗拉强度约为600 MPa的冷冲压零件点焊连接构成。热成形门环的多个零件均采用抗拉强度为1 500 MPa的热成形材料，采用激光拼焊工艺连接，对应部位均做减薄处理，实现性能更优和轻量化效果。一体式热成形门环应用过程中，需综合考虑门环力学性能、材料利用率、激光拼焊成本等，门环可选择2道或多道焊缝，具体与车型结构有关。2019年，国内已量产的RDX铝硅热成形门环采用4道焊缝（图4），在提升整车侧碰及偏置碰性能的同时，质量减轻约20%，最高减轻质量6 kg。

热成形门环激光拼焊焊后技术要求主要包括三点：一是激光拼焊板平板淬火前、后焊缝区拉伸强度均达到母材强度；二是淬火前激光拼焊板杯突试验不出现沿焊缝开裂形态；三是淬火后拉伸断裂位置不出现在焊缝处。

裸板热成形材料激光拼焊技术既能有效规避铝硅镀层专利，同时在成本方面具有显著优势。针对裸板激光拼焊，国内钢铁企业开发了无填丝激光拼焊工艺和有填丝激光拼焊工艺：无填丝激光拼焊焊接设备投入少，不需要额外的送丝装置，依靠板材的自熔化实现板材的连接；有填丝激光拼焊通过外加焊丝的熔化实现板料连接。经验证，2种激光拼焊材淬火前、后拉伸强度均达到母材强度，且淬火前杯突试验都未出现沿焊缝开裂情况，但采用无填丝焊进行等厚板焊接时，由于局部熔体损失导致焊缝轻微凹陷，易出现拉伸沿焊缝位置断裂，有填丝焊工艺则不存在上述问题。

2.3 一体式热成形钢双门环冲压工艺

高强钢在车身的大规模应用使零件冲压成形的难度大幅提高，主要原因为高强钢的强度、刚度较高，在大尺寸零件的成形过程中需要的冲压力较大，且材料在大冲深下更易出现局部减薄、开裂。此外，高强钢在传统冲压成形工艺下的大回弹量造成成形零件尺寸精度低，对车身零件后续装配产生不利影响。

热冲压技术是将板料充分加热并奥氏体化后，将其转移至模具内进行冲压成形。热冲压成形技术在一体式双门环的生产中具有诸多优势：首先，材料在成形过程中处于高温状态，其流动应力较常温下大幅降低，塑性明显提升，因此，热冲压能够使材料实现复杂形状的成形，降低板料成形减薄率以及开裂风险；其次，热冲压成形可改善材料的回弹行为，提高成形精度，保证零件的准确性和一致性；此外，相比常温下的冲压成形，热冲压成形可减少成形阻力，降低成形能量消耗；最后，热冲压成形过程中，高温下的材料会发生再结晶，使材料的晶粒细化，板料在模具内进行淬火，成形后其微观组织主要为马氏体，强度、硬度等力学性能均获得提升。

然而，一体式热成形钢双门环的热冲压成形过程极其复杂，受几何、材料、接触非线性等因素影响。在门环成形过程中，其材料的流动性受应力状态影响不断产生变化^[22]，且该过程受到热成形过程的热力耦合影响。因此，仅凭经验难以准确预测潜在的成形缺陷，需要利用有限元分析方法对工艺方案进行数值模拟^[23-25]。

王浩然^[26]利用ABAQUS软件构建了一体式门环的热冲压仿真模型，并通过分析不同工艺参数下的仿真结果得出以下结论：在压边力为10 kN、成形温度为800 ℃、冲压速度为100 mm/s的条件下，一体式门环的热冲压成形效果最佳，如图5所示。根据仿真得到的工艺参数组合进行的一体式门环热冲压试验，取得了优良的成形效果。

卿雕等^[27]利用计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）分析技术，对门环零件结构进行了研究和优化，使零件满足了成形性力学性能要求。优化过程中发现，增大局部圆角可有效降低热冲压后零件的减薄率。以上措施不仅增强了零件的整体强度和刚度，还提高了其耐久性和可靠性。同时，采用增设吸皱包或台阶的设计方法，有效解决了起皱叠料问题，使零件的减薄率保持在可控范围内，符合设计需求。

杨建等^[6]研究了热成形的回弹机理及精度控制方法，结果表明，在热成形冷却过程中，金相转化产生的应力、应变场的变化以及热胀冷缩是零件变形的主要原因。如图6所示，CAE分析发现，减小模具间隙可有效减少零件的回弹变形量。加工数据中采用0.172%的缩放因子补偿零件的热胀冷缩现象，并通过调整模具间隙来校正回弹补偿量。最终的精度测量结果显示，合格率达到95%。

一体式双门环的热成形工艺应用仍存在一些问题：首先，在采用不同牌号拼接金属板作为成形坯料时，由于其奥氏体化温度存在差异，拼接板厚度不同，导致板料热传导效率出现显著变化。因此，在板料运输到模具进行热冲压时，初始温度分布不均匀，同时在模具内淬火时，板料降温速率也存在差异，进而引起零件内部残余应力分布不均，导致局部和整体回弹行为更为复杂^[27]。此外，由于材料的热胀冷缩效应，零件不同部分将出现难以预测的变形，从而使零件尺寸精度控制困难。一体式双门环中不等厚焊接部位的焊缝处冷却效果对性能的影响问题，目前尚缺乏系统性研究，在后续工程化推广中可能成为瓶颈，缺乏有效的性能控制手段可能会影响零件的最终性能。为此，一是可通过研究热成形工艺中的温度分布、残余应力分布等，优化成形方案并改进工艺控制手段；二是研究不等厚焊接部位的冷却效果对性能的影响机理，开展必要的试验和模拟分析，以明确冷却效果对零件性能的影响规律，并据此制定有效的性能控制策略。

3 一体式热成形钢双门环产业化布局分析

收起

本文以一体式热成形钢双门环相关核心技术专利为对象，从时间以及空间的维度上分析目前的产业布局形势。

3.1 核心技术布局

在热成形钢乘用车双门环应用技术领域，专利申请主要集中在多强度/镀层热成形钢门环连接工艺设计与仿真技术分支以及热成形钢双门环轻量化结构集成设计技术和关键性能模拟分析技术分支，是热成形钢乘用车双门环应用技术领域的发展热点。而热成形钢双门环模具设计技术分支和热成形双门环试验评价技术分支的专利产出相对较少，如图7所示。

由当前热成形钢乘用车双门环应用的专利技术构成可知，该领域技术研发呈明显的发展态势。多强度/镀层热成形钢门环连接工艺设计与仿真技术分支是当前热成形钢乘用车双门环应用技术领域中的热点之一。由于乘用车对车身质量和碰撞安全性的要求越来越高，采用多强度热成形钢门环连接技术可以在满足轻量化需求的同时，提高车辆的碰撞安全性。镀层技术还能有效提高门环的抗腐蚀性和使用寿命。热成形钢双门环轻量化结构集成设计技术和关键性能模拟分析技术分支同样在热成形钢乘用车双门环应用技术领域中占据了重要位置。随着材料科学的不断发展，新型的热成形钢材料不断涌现，为轻量化设计提供了更多可能性。集成设计技术可将多个功能部件集成到一个门环中，实现结构简化和质量减轻。同时，关键性能模拟分析技术可对门环的强度、刚度、碰撞性能等进行全面评估和优化，确保设计方案的可行性和有效性。

相比之下，热成形钢双门环模具设计技术分支和热成形双门环试验评价技术分支的研发相对薄弱。模具设计是热成形钢双门环生产过程中的重要环节，但目前该领域的技术创新投入相对较少，导致模具设计水平参差不齐，影响了产品的质量和生产效率。此外，作为确保产品质量和性能的重要手段，试验评价技术研发相对滞后。

3.1.1 热成形钢双门环轻量化结构集成设计技术和关键性能模拟

由图8可知，热成形钢双门环的轻量化结构集成设计技术和关键性能模拟分析在本世纪初的专利产出较少，但自2007年起，呈现出显著的增长态势。但本技术领域的发展速度并不均衡，总体虽呈上升态势，但存在较大的波动，2011年、2014年和2017年的专利产出较多。

在技术布局方面，热成形钢双门环轻量化结构集成设计技术和关键性能模拟分析技术主要侧重于热成形钢双门环的碰撞安全性等的模拟与评价。其中，门环碰撞、门框、A/B柱强化加固等技术领域专利产出较多。具体来说，变形与关键尺寸控制、评价关键技术、门框结构、门环形状、结构加固、部件加固等成为本领域的重点研究方向。此外，还有部分研究布局在不同强度级别热成形钢的双门环不等厚典型截面特征设计与优化技术方面，包括热成形钢镀层技术的探索、不同截面形状热成形钢强度测试等。这些技术有助于进一步提升热成形钢双门环的性能，满足乘用车对安全性、轻量化等方面的要求。

3.1.2 多强度/镀层热成形钢门环连接工艺设计与仿真技术

激光拼焊技术在汽车构件中的应用日益广泛，特别是在热冲压成形用钢的结构设计中，如一体化门环的设计与制造。这种技术能够在结构设计中充分发挥材料性能。如图9所示，2006年、2015年及2021年专利申请量较多，但总体专利申请量仍较少，且申请趋势不稳定，随着技术的发展波动较大。

专利技术主要集中在与镀镍、镀锌、铝硅镀层等镀层配合的汽车门环、门框、A/B柱热成形方法和镀层工艺材质技术领域。该镀层技术能够提升钢材的耐腐蚀性和抗氧化性，提高汽车门环等部件的使用寿命和安全性。日本钢铁、现代、本田、丰田等热成形钢乘用车双门环应用制造厂商在型材成形后的强度测试领域进行了研究和专利申请，以确保其产品的质量和性能。

激光拼焊技术提高了汽车产品的质量和性能，降低了生产成本，提升了轻量化水平，有助于提升汽车的燃油经济性和环保性。激光拼焊技术在未来将有更广泛的应用前景。

3.1.3 热成形钢一体式双门环成形性分析与评价技术

作为结合了计算机辅助设计与车辆一体成形技术的先进方法，热成形钢一体式双门环成形性分析与评价技术正逐渐成为未来汽车门环设计的重要技术方向。如图10所示，在近20年内，该技术专利申请量相对较少，特别是在2002年至2015年，创新总量较低但发展相对稳定，可视为该技术处于厚积薄发的阶段。

由本领域专利可知，专利布局主要集中在一体化汽车门框、A/B柱性能模拟、软硬分区车身抗撞性能预测以及侧围强度模拟测试等方向，不仅反映了当前热成形钢一体式双门环成形性分析与评价技术的研究热点，也预示了未来可能的技术突破和应用方向。

3.1.4 热成形钢双门环模具设计技术

尺寸精度要求较高或具有压料凸缘的热成形零件的二次加工环节至关重要。在冷冲压工序中，通常通过冲压模具进行冲孔、修边等二次加工操作。然而，在热冲压工序中，由于材料经过加热后具有特殊性质，使用常规模具结构进行二次加工异常困难，尤其是在对淬火后强度显著提升的成形部件进行切边或冲孔时，需要承受极高的加工载荷，往往会导致金属模具受损或寿命缩短。因此，对修边、冲孔等二次加工方案的优、劣势进行综合评估有助于优化加工流程和提高零件质量。另外，在涉及软区控制技术的双门环和非涉及软区控制技术的双门环之间存在显著差异。软区控制技术在热成形领域中具有关键作用，涉及对材料软化区域的控制和管理，可有效改善零件的性能和形状。在热成形过程中，正确应用软区控制技术可有效减小零件的变形量和残余应力，提高成形精度和零件质量。综上所述，尺寸精度要求高的热成形零件，二次加工存在难度，需结合材料特性和加工要求选择合适的加工方案；同时，合理应用软区控制技术可有效提高零件质量和成形稳定性。

超高强度钢板的热成形零件的冲压步骤尤为复杂，但汽车门环技术领域中的热冲压成形技术及其模具设计发展迅速。如图11所示，目前热成形钢双门环模具设计技术专利申请量呈上升趋势，在2016年之后，专利申请量维持在较高水平。该技术领域起步较晚，自2004年以来，专利申请量提升显著。热成形钢双门环模具设计技术相关专利主要集中在热成形钢门环的模具设计、制造方法以及热成形钢的冲压步骤等。

3.1.5 热成形双门环试验评价技术

随着CAE技术的发展，已能够利用仿真方法预测热成形车身抗撞零件在服役期间的承载性能，预测过程主要分为2个关键部分：模拟整个热成形过程和对成形后零件在服役状态下的承载模拟。当前的仿真软件能够较为精确地预测热成形后零件的应力分布、组织分布和其在服役时的理想承载性能，大幅降低了传统试错法带来的成本。

由图12可知，热成形双门环试验评价技术领域的发展大致分为2个阶段：2012年前为技术积累期，由于软件技术的限制，试验测试均依赖于实物试验，导致整体专利申请量较低；2012年以来，随着工业模拟软件和计算机技术的进步，热成形双门环试验评价技术进入波动发展期，专利申请量迅速攀升。该领域的技术重点主要集中在热成形评价技术、车框强度模拟以及碰撞模拟评价等方面。这些技术的深入研究和应用将进一步推动热成形双门环试验评价技术的发展，为汽车等行业的轻量化、安全化设计提供技术支持。

3.2 全球产业化布局分析

图13所示为热成形钢乘用车双门环应用技术全球主要专利申请来源国家/地区的分布情况。美国以796项相关专利申请数量占据首位，其在该技术领域有显著影响力，其不仅是该技术领域最大的目标市场国家，也是最大的原创技术来源国，技术研发实力和市场应用需求均处于领先地位。日本和中国在热成形钢乘用车双门环应用技术方面的研发实力相当，尽管日本并非热成形钢乘用车双门环应用技术发展的主要目标市场，但其技术创新水平较高，其原创技术已广泛传播至国际市场。此外，世界知识产权组织、德国、欧洲专利局、韩国、英国、法国和印度等也在该技术领域拥有一定数量的专利，显示出了这些地区在该技术领域的持续投入和关注。

根据图14的数据，阿赛洛米塔尔公司和新日本制铁株式会社在热成形钢乘用车双门环应用技术领域的专利申请量占据主导地位。麦格纳公司和通用汽车公司紧随其后，显示出相近的研发实力和科技创新能力。其后，本特勒汽车技术公司和AUTOTECH ENG AIE公司也表现出一定的技术积累。蒂森克虏伯钢铁公司和现代汽车集团的专利申请量相对较少，而其他公司如本田、神户钢铁、丰田、起亚、奥钢联和福特的申请数量均低于50件。这些数据反映了各公司在该技术领域的实力，同时为其他企业和研究机构提供了有价值的参考。

4 未来发展趋势与建议

收起

热成形钢双门环的轻量化结构集成设计技术和关键性能模拟分析技术的研究主要聚焦于碰撞安全性等关键性能的模拟与评价，特别关注门环碰撞、门框以及A/B柱的强化加固等，研究重点涵盖变形与关键尺寸控制、评价技术、材料性能评估、门框结构与门环设计等。目前，在材料选型与变强度设计、变截面结构设计、材料利用率与加工工艺等领域研究不足，是未来技术突破的重点。

多强度/镀层热成形钢门环的连接工艺设计与仿真技术研究多集中在镀镍、镀锌、铝硅镀层等镀层与汽车门环、门框、A/B柱热成形方法的结合。同时，不同镀层、不同位置的强化模拟测试以及激光强化硬化技术也备受关注。建议未来将镀层材质、镀层激光焊接工艺（包括不同表面处理激光焊接工艺设计、双门环激光焊接工艺协同性设计等）作为重要研究方向，并加强相关仿真技术的研究。由于双门环激光焊接工艺协同性设计、产品性能设计等方面研究成果较少，应成为未来研发的重点。

热成形钢一体式双门环的成形性分析与评价技术研究聚焦于一体化汽车门框、A/B柱性能模拟、软硬分区车身抗撞性能预测以及侧围强度模拟测试等，包括对A/B柱轻量化设计后的机械强度模拟、门框增强后的安全性模拟以及B柱碰撞安全性测试等。建议未来加大在碰撞性能模拟、A/B柱性能模拟、成形模拟与尺寸控制、材料流动特性与结构截面设计、大尺寸变强度及热处理工艺、激光焊接焊缝性能控制等领域的研发投入。

热成形钢双门环模具设计技术专注于模具设计、制造流程以及热成形钢的冲压工艺，这些技术涉及车辆门框和门环各个部位的冲压操作，包含如何针对不同位置和材料特性的门环选择合适的冲压模具，以及如何精确设计适用于热成形钢材的模具。为提升模具的性能和效率，建议加强对模具制造过程的研发，特别是在大尺寸模具的轻量化结构设计、冷却系统优化、热处理与成形控制等方面。此外，材料成形性和系统尺寸控制技术有助于提升模具的精确度和稳定性。

5 结束语

收起

一体式热成形钢双门环技术作为汽车制造领域的关键技术，为汽车产业发展提供了有力支撑。随着新能源汽车市场的扩大和智能制造技术的发展，该技术面临更多的挑战和机遇。为深入了解该技术的发展现状和前沿动态，对门环材料、先进连接技术以及成形技术等进行了综述。目前，该技术在多强度、镀层连接工艺与轻量化结构集成设计方面取得了显著进展。然而，模具设计与试验评价技术相对滞后，成为制约产品质量和生产效率的关键因素。因此，未来的技术研发应加大对模具设计方面和试验评价技术的投入，以提升整体技术水平和市场竞争力，确保一体式热成形钢双门环技术的持续创新与发展。同时，该技术将更加注重节能、环保和智能化制造，推动汽车产业向更加绿色、高效、智能的方向发展。

参考文献

收起

文献

收起

参考文献引证文献

排序方式：

[1]

王雪柠, 翟媛, 陈颢. “十四五”时期我国汽车产业发展趋势简析[J]. 汽车工业研究, 2021(4): 2-7.

[2]

范子杰, 桂良进, 苏瑞意. 汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 汽车安全与节能学报, 2014, 5(1): 1-16.

[3]

覃显峰, 谢国文, 刘伟, 等. 激光焊接在热成形门环中的应用研究[J]. 热加工工艺, 2022, 51(9): 52-55+59.

[4]

PIC

, MÚNERA

D D

, PINARD

. Press Hardened Steel Based Laser Welded Blanks: The Ultimate Tool for Crashworthiness[J]. Revue de Métallurgie, 2008, 105(1): 50-59.

[5]

ARCELORMITTAL. Latest Generation Steels Bring New Opportunities for Carmakers[EB/OL].[2024-06-05]. https://automotive.arcelormittal.com/news_and_stories/cases/2018LightweightingWithLWB. https://automotive.arcelormittal.com/news_and_stories/cases/2018LightweightingWithLWB

[6]

杨建. 覃显峰, 李钊文, 等. 热成形门环的制造工艺[J]. 锻压技术, 2021, 46(7): 71-78.

[7]

罗成浩, 吴新星, 邢阳, 等. 一体式热成形门环方案应用现状分析[J]. 汽车工艺与材料, 2020(12): 10-14.

[8]

陈嘉玥, 祁学军, 刘勇, 等. 一体式激光拼焊热成形门环的开发及应用[J]. 锻压技术, 2023, 48(2): 77-84.

[9]

金学军, 龚煜, 韩先洪, 等. 先进热成形汽车钢制造与使用的研究现状与展望[J]. 金属学报, 2020, 56(4): 411-428.

[10]

GALINDO-NAVA

E I

, RAINFORTH

W M

, RIVERA-DÍAZ-DEL-CASTILLO

P E J

. Predicting Microstructure and Strength of Maraging Steels: Elemental Optimization[J]. Acta Mater, 2016, 117: 270-285.

[11]

马宁, 胡平, 闫康康, 等. 高强度硼钢热成形技术研究及其应用[J]. 机械工程学报, 2010, 46(14): 68-72.

[12]

陈夏明, 王晓南, 孙茜, 等. Al-Si镀层对22MnB5钢激光焊接接头组织和性能的影响[J]. 机械工程学报, 2018, 54(6): 162-167.

[13]

洪磊, 贺文, 刘红生. 高强度钢-普通钢拼焊板热冲压成形机理研究[J]. 精密成形工程, 2021, 13(5): 109-119.

[14]

李辉平, 贺连芳, 杨肖丹, 等. 形变和冷却对 B1500HS硼钢马氏体相变的影响[J]. 机械工程学报, 2016, 52(10): 67-74.

[15]

SENUMA

. Physical Metallurgy of Modern High Strength Steel Sheets[J]. ISIJ International, 2001, 41(6): 520-539.

[16]

X D

, CHANG

, WANG

C Y

, et al. Comparison of the Hot-Stamped Boron-Alloyed Steel and the Warm-Stamped Medium-Mn Steel on Microstructure and Mechanical Properties[J]. Materials Science and Engineering: A, 2017, 679: 240-248.

[17]

侯泽然, 王建锋, 卢琦, 等. 超高强度钢的短流程热成形工艺及其微观组织演化[J]. 机械工程学报, 2022, 58(16): 43-50.

[18]

KHAN, M

, RAZMPOOSH

M H

, BIRO

, et al. A Review on the Laser Welding of Coated 22MnB5 Press-Hardened Steel and Its Impact on the Production of Tailor-Welded Blanks[J]. Science and Technology of Welding and Joining, 2020, 25(6): 447-467.

[19]

KIM

D J

, LIM

, NAM

, et al. Design and Manufacture of Automotive Hybrid Steel/Carbon Fiber Composite B-Pillar Component with High Crashworthiness[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 2020, 8(2): 1-13.

[20]

张锦良, 彭欣强, 许福军, 等. 一体式门环的焊接可行性研究[J]. 汽车制造业, 2021(6): 12-14.

[21]

严治国, 沈超明. 热冲压整体式门环成形模具与工艺开发[J]. 汽车与新动力, 2021, 4(4): 75-79.

[22]

蒋磊, 马培兵, 王龙, 等. 基于CAD/CAE 的侧围外板拉延模设计[J]. 塑性工程学报, 2021, 28 (6): 127-135.

[23]

项志伟, 王成勇, 吴进, 等. 基于Hill’48与Hill’90屈服模型的汽车后背门内板成形性比较研究[J]. 塑性工程学报, 2020, 27(3): 10-15.

[24]

蒋磊, 袁璐, 王龙, 等. 侧围外板全工序成形数值模拟与工艺优化[J]. 塑性工程学报, 2021, 28(10): 50-60.

[25]

秦雪娇, 鲍益东, 刘哲, 等. 基于成形过程的汽车门环坯料预示算法研究[J]. 塑性工程学报, 2022, 29(7): 33-37.

[26]

王浩然. 轻量化高强钢车身一体式门环热成形仿真与试验研究[D]. 长春: 长春工业大学, 2023.

[27]

卿雕, 申巍, 王子健. 基于CAE分析技术的热冲压一体式门环优化设计[J]. 大众科技, 2020, 22(9): 56-58.

2025年第卷第12期

1555

678

引用本文

BibTeX

文章信息

doi: 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240214

首发时间：2025-11-26
出版时间：2024-12-20

补充材料

相关文章

文章信息

作者

出版历史

基金

作者信息

^1. 汽车轻量化技术创新战略联盟，扬州 225000

^2. 国汽轻量化（江苏）汽车技术有限公司，扬州 225000

参考文献

分享链接

https://castjournals.cast.org.cn/joweb/qcgyycl/CN/10.19710/J.cnki.1003-8817.20240214

分享至

全文二维码

扫描看全文

引用本文

BibTeX

本文的引用情况

2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

关闭全屏

BibTeX
EndNote
RefWorks
TxT