CN113443018B - 顶盖前横梁、制造方法以及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种顶盖前横梁、制造方法以及车辆。该顶盖前横梁沿顶盖前横梁的宽度方向的中心线对称设置，顶盖前横梁包括第一梁段、第二梁段、第三梁段，两个第二梁段相对设置在第一梁段的两端，且，第二梁段和第一梁段通过第一过渡段过渡连接，两个第三梁段相对设置在同侧的第二梁段的外端，且，第三梁段和同侧的第二梁段通过第二过渡段过渡连接，第二梁段的钢板的厚度小于第三梁段的钢板的厚度，第一梁段的钢板的厚度在第二梁段的钢板的厚度以及第三梁段的钢板的厚度之间。本申请不仅可满足安全强度及NVH刚度要求，又足够轻量化，同时还可减少模具和焊接投入费用。

Description

顶盖前横梁、制造方法以及车辆

技术领域

本申请属于车辆技术领域，具体涉及一种顶盖前横梁、制造方法以及车辆。

背景技术

目前，为了节能减排，汽车轻量化及电动化已是未来汽车的发展方向。顶盖前横梁作为车身结构的重要零部件，是构成顶盖的重要组成部分。顶盖前横梁在一定程度上提升整车刚度，而且在安全顶压中可有效抵抗变形。据美国公路安全保险协会调查，车顶承受压力强度达到4倍车重时，侧翻事故中的致命伤害会降低50％。2020版C-IASI(ChinaInsurance Automotive Safety Index，中国保险汽车安全指数)测评规程中，车顶强度评价规程中，要满足优秀G的评级，顶压强度需要满足4倍整备质量的载荷。尤其对于新能源汽车，由于电池重量贡献造成新能源汽车整备质量比传统汽车重300-400kg，满足4倍自重的顶压强度更加难以实现，对顶盖前横梁提出了更高的要求。

此外，顶盖前横梁刚度低会造成顶盖横梁震动，引起车内轰鸣，提高顶盖前横梁整体刚度，减小顶盖前横梁的震动，以提高NVH性能。因而，设计出满足安全强度及NVH刚度要求，又足够轻量化的顶盖前横梁一直是汽车主机厂的努力方向之一。

图1为现有技术中的一种顶盖前横梁的结构示意图，结合图1，该顶盖前横梁a采用热成型材料，厚度为1.2mm，为了满足顶压要求，在顶盖前横梁a的前侧设置有顶盖前横梁外板b，顶盖前横梁a垂直设置在顶盖前横梁外板b的内侧，顶盖前横梁外板b的厚度为0.7mm，材料为HC260LA，顶盖前横梁外板b用以来提升顶盖的整体强度，以满足车顶压力要求。顶盖前横梁a和顶盖前横梁外板b通过点焊连接，其中焊点数量为20个左右。焊接后的顶盖前横梁与侧围连接板通过点焊连接，进一步提升顶盖前横梁两边的顶压强度，目前该方案刚满足4倍顶压要求。

但此结构为了满足顶压要求，增加了一块顶盖前横梁外板，不仅增加重量，而且增加了冲压和焊接工序，造成工时和模具投入的浪费。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种顶盖前横梁、制造方法以及车辆，不仅可满足安全强度及NVH刚度要求，又足够轻量化，同时还可减少模具和焊接投入费用。

本申请的技术方案为：

一方面，本申请提供了一种顶盖前横梁，其特殊之处在于，所述顶盖前横梁沿所述顶盖前横梁的宽度方向的中心线对称设置，所述顶盖前横梁包括第一梁段、第二梁段、第三梁段，两个所述第二梁段相对设置在所述第一梁段的两端，且，所述第二梁段和所述第一梁段通过第一过渡段过渡连接，两个所述第三梁段相对设置在同侧的所述第二梁段的外端，且，所述第三梁段和同侧的所述第二梁段通过第二过渡段过渡连接，其中：

所述第二梁段的钢板的厚度小于所述第三梁段的钢板的厚度，所述第一梁段的钢板的厚度在所述第二梁段的钢板的厚度以及所述第三梁段的钢板的厚度之间。

作为本申请的优选方案，所述第二梁段的钢板的厚度为所述第三梁段的钢板的厚度的0.7-0.8倍，所述第一梁段的钢板的厚度为所述第三梁段的钢板的厚度的0.8-0.9倍。

作为本申请的优选方案，所述第三梁段的钢板的厚度为1.5-2mm。

作为本申请的优选方案，所述第三梁段的钢板的厚度为1.5mm，所述第二梁段的钢板的厚度为1.1mm，所述第一梁段的钢板的厚度为1.3mm。

作为本申请的优选方案，所述第一梁段的横截面的轮廓线为依次连接的第一线段、第二线段、第三线段、第四线段以及第五线段，其中：

所述第一线段和所述第二线段的夹角为钝角，所述第二线段和所述第三线段的夹角为钝角，所述第三线段和所述第四线段的夹角为钝角，所述第四线段以及所述第五线段的夹角为钝角，所述第一线段和所述第五线段位于第一直线上，所述第二线段、所述第三线段以及所述第四线段均位于第一直线的同一侧，且，所述第二线段、所述第三线段以及所述第四线段位于所述第一线段和所述第五线段之间。

进一步地，所述第三线段设置有向所述第一直线凹陷的避让曲线，以满足眼镜盒或控制面板的装配。

作为本申请的优选方案，所述第三梁段的横截面的轮廓线为依次连接的第六线段、第七线段、第八线段、第九线段以及第十线段，其中：

所述第六线段和所述第七线段的夹角为钝角，所述第七线段和所述第八线段的夹角为钝角，所述第八线段和所述第九线段的夹角为钝角，所述第九线段以及所述第十线段的夹角为钝角，所述第六线段和所述第十线段位于第二直线上，所述第七线段、所述第八线段以及所述第九线段均位于第二直线的同一侧，且，所述第七线段、所述第八线段以及所述第九线段位于所述第六线段和所述第十线段之间。

进一步地，所述第八线段设置有向所述第二直线凹陷的加强凹槽。

另一方面，本申请还提供了一种上述顶盖前横梁的制造方法，其特殊之处于，所述制造方法包括：

提供原材料，所述原材料的成分为：C-0.25％，Mn-1.4％，Si-0.3％，P-0.02％，S-0.005％，B-0.003％，Cr-0.2％，Ni-0.1％，其余为铁以及不可避免的杂质；

轧制所提供的原材料，轧制厚度为顶盖前横梁的最厚厚度的基础上增加0.1-0.3mm，依次轧制构成顶盖前横梁的各个梁段，形成顶盖前横梁的板坯；

切割顶盖前横梁的板坯，获得所需大小的变厚度板材；

热冲压成型变厚度板材：加热温度为900-930℃，保温时间为5-10min，以使板材完全奥氏体化，通过传输机构把加热后的板材送入到压机中进行冲压成型，转移时间控制在10s以内以保证入模温度，冷却速度大于50℃/s，成型之后继续保压6-10S，以形成抗拉强度大于1500MPa的均匀马氏体组织。

还有，本申请还提供了一种车辆，其特殊之处在于，所述车辆包括上述顶盖前横梁。

本申请的有益效果至少包括：

本申请所提供的一种车辆，其包括顶盖前横梁，由于该顶盖前横梁沿顶盖前横梁的宽度方向的中心线对称设置，顶盖前横梁包括第一梁段、第二梁段、第三梁段，两个第二梁段相对设置在第一梁段的两端，且，第二梁段和第一梁段通过第一过渡段过渡连接，两个第三梁段相对设置在同侧的第二梁段的外端，且，第三梁段和同侧的第二梁段通过第二过渡段过渡连接，其中：第二梁段的钢板的厚度小于第三梁段的钢板的厚度，第一梁段的钢板的厚度在第二梁段的钢板的厚度以及第三梁段的钢板的厚度之间，这就使顶盖前横梁的两侧(两个第三梁段)的厚度最厚，顶盖前横梁的中间厚度(第一梁段)的厚度大于相邻的两个第二梁段的钢板的厚度，并小于两个第三梁段的钢板的厚度。

当发生侧翻安全事故中，顶盖前横梁不同区域收到的撞击力有所差异，前横梁受力主要集成在两侧，故顶盖前横梁的两侧(两个第三梁段)的厚度最厚，以适应侧翻安全事故中的撞击力，以满足安全强度需求。

另外，由于顶盖前横梁的中间厚度(第一梁段)的厚度大于相邻的两个第二梁段的钢板的厚度，并小于第三梁段3的厚度，这可使使得顶盖横梁整体刚度提升，很大程度上减小车内轰鸣的现象，以满足NVH刚度要求。

同时，由于其并没有通过增加顶盖前横梁外板的方式提高安全强度需求，因此，具有足够轻量化的特点，同时还可减少模具和焊接投入费用，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为现有技术中的一种顶盖前横梁的结构示意图；

图2为本实施例的一种顶盖前横梁的结构示意图；

图3为图2中的A-A的截面示意图；

图4为图2中的B-B的截面示意图；

图5为图2中的C-C的截面示意图。

图6为顶盖前横梁的组织结构图；

图7为车顶抗压结果图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

本实施例提供了一种顶盖前横梁、制造方法以及车辆，不仅可满足安全强度及NVH刚度要求，又足够轻量化，同时还可减少模具和焊接投入费用。

首先，本实施例公开了一种顶盖前横梁。图2为本实施例的一种顶盖前横梁的结构示意图，结合图2，该顶盖前横梁沿顶盖前横梁的宽度方向的中心线对称设置，其包括第一梁段1、第二梁段2、第三梁段3，两个第二梁段2相对设置在第一梁段1的两端，且，第二梁段2和第一梁段1通过第一过渡段过渡12连接，两个第三梁段3相对设置在同侧的第二梁段2的外端，且，第三梁段3和同侧的第二梁段2通过第二过渡段过渡23连接，其中：第二梁段2的厚度小于第三梁段3的厚度，第一梁段1的厚度在第二梁段2的厚度以及第三梁段3的厚度之间。这就使顶盖前横梁的两侧(两个第三梁段3)的厚度最厚，顶盖前横梁的中间厚度(第一梁段1)的厚度大于相邻的两个第二梁段2的厚度，并小于两个第三梁段3的厚度。

当发生侧翻安全事故中，顶盖前横梁不同区域收到的撞击力有所差异，前横梁受力主要集成在两侧，故顶盖前横梁的两侧(两个第三梁段3)的厚度最厚，以适应侧翻安全事故中的撞击力，以满足安全强度需求；

另外，由于顶盖前横梁的中间厚度(第一梁段1)的厚度大于相邻的两个第二梁段2的厚度，并小于第三梁段3的厚度，这可使使得顶盖横梁整体刚度提升，很大程度上减小车内轰鸣的现象，以满足NVH刚度要求。

同时，由于本实施例的顶盖前横梁并没有通过增加顶盖前横梁外板的方式提高安全强度需求，因此，具有足够轻量化的特点，同时还可减少模具和焊接投入费用，具有很好的实用价值。

具体地，本实施例的顶盖前横梁的第三梁段3的厚度可以为1.5-2mm，第二梁段2的厚度小于第三梁段3的厚度，预设为第三梁段3的厚度的0.7-0.8倍，第一梁段1的厚度大于第二梁段2的厚度，并小于第三梁段3厚度，预设为第三梁段3的厚度的0.7-0.8倍。

优选地，本实施例中，第三梁段3的厚度可以为1.5mm，第二梁段2的厚度可以为1.1mm，第一梁段1的厚度可以为1.3mm。

图3为图2中的A-A的截面示意图，结合图3，本实施例的第一梁段1的横截面的轮廓线为依次连接的第一线段101、第二线段102、第三线段103、第四线段104以及第五线段105，其中，第一线段101和第二线段102的夹角为钝角，角度范围为110-115°，第二线段102和第三线段103的夹角为钝角，角度范围为100-105°，第三线段103和第四线段104的夹角为钝角，角度范围为105-110°，第四线段104以及第五线段105的夹角为钝角，角度范围为100-105°，第一线段101和第五线段105位于第一直线上，第二线段102、第三线段103以及第四线段104均位于第一直线的同一侧，且，第二线段102、第三线段103以及第四线段104均位于第一线段101和第五线段105之间。

进一步地，本实施例中，第三线段103设置有向第一直线凹陷的避让曲线106，以满足眼镜盒或控制面板的装配。但由于第三线段103的部分截面被侵占，截面较小，造成中间部位刚度较低，故中间的第一梁段1的预设厚度大于第二梁段2的厚度，以使得顶盖横梁整体刚度提升，很大程度上减小车内轰鸣的现象。

图4为图2中的B-B的截面示意图，本实施例的第三梁段3的横截面的轮廓线为依次连接的第六线段301、第七线段302、第八线段303、第九线段304以及第十线段305，其中，第六线段301和第七线段302的夹角为钝角，角度范围为110-115°，第七线段302和第八线段303的夹角为钝角，角度范围为110-115°，第八线段303和第九线段304的夹角为钝角，角度范围为105-110°，第九线段304以及第十线段305的夹角为钝角，角度范围为100-105°，第六线段301和第十线段305位于第二直线上，第七线段302、第八线段303以及第九线段304均位于第二直线的同一侧，且，第七线段302、第八线段303以及第九线段304位于第六线段301和第十线段305之间。

本实施例中，第一直线和第二直线位于同一直线，第六线段301和第八线段303之间的距离为第三梁段3的厚度值，第一线段101和第三线段303之间的距离为第一梁段1的厚度值。

进一步地，本实施例的第八线段设置有向第二直线凹陷的加强凹槽306，加大受力方向厚度减小变形，以提升顶盖横梁的整体刚度。

图5为图2中的C-C截面示意图，即第二梁段2的横截面的轮廓线，其与第三梁段3的横截面的轮廓线基本相似，其中，第二梁段2板料厚度为1.1mm。

另外，为了实现各个分区交接部分的平滑过渡，第一过渡段12、第二过渡段23均为厚度渐变的过渡区，过渡段左右两端等于连接处料厚并线性进行过渡。具体地，第三梁段3的长度可以为100-300mm，第一梁段1的料厚长度为150-200mm，第二梁段2料厚长度基于顶盖前横梁长度决定。过渡段长度基于厚度变化梯度1：100进行预设，即厚度变化1mm，过渡段的长度为100mm。而且，料厚过渡段不安排在变截面区域，以保证顶盖横梁的整体刚度。

在上述顶盖前横梁的结构的基础上，本实施例还公开了一种顶盖前横梁的制造方法，以进一步轻量化。

本实施例的一种顶盖前横梁的制造方法具体包括：

S1：提供原材料，所述原材料的成分为：C-0.25％，Mn-1.4％，Si-0.3％，P-0.02％，S-0.005％，B-0.003％，Cr-0.2％，Ni-0.1％，其余为铁以及不可避免的杂质。

S2：轧制所提供的原材料，轧制厚度为顶盖前横梁的最厚厚度的基础上增加0.1-0.3mm，依次轧制构成顶盖前横梁的各个梁段，形成顶盖前横梁的板坯。

具体包括：通过“柔性轧制技术”(在钢板轧制过程中通过计算机实时控制轧辊的间距)以获得沿轧制方向预先定制的截面厚度，轧辊距离先按照左侧的第三梁段3的厚度设定，轧制得到1段，然后平顺调整轧辊的间隙经过第二过渡段23达到左侧第二梁段2的厚度，随后通过第一过渡段12过渡到第一梁段1厚度，通过另一第一过渡段12达到右侧的第二梁段2的厚度，最后通过第二过渡段23达到右侧的第三梁段3的厚度，经过周期连续的不等料厚轧制线得到变厚度钢卷，同时轧制线上增加一套红外检测装置，以实施监控板材厚度。

S3：切割顶盖前横梁的板坯，获得所需大小的变厚度板材：

具体地，可通过液压机切割顶盖前横梁的板坯，获得所需大小的变厚度板材。

S4：热冲压成型变厚度板材：加热温度为900-930℃，保温时间为5-10min，以使板材完全奥氏体化，通过传输机构把加热后的板材送入到压机中进行冲压成型，转移时间控制在10s以内以保证入模温度，冷却速度大于50℃/s，成型之后继续保压6-10S，以形成抗拉强度大于1500MPa的均匀马氏体组织，顶盖前横梁的组织结构如图6所示。

通过上述制造方法获得的上述顶盖前横梁，最终车顶抗压结果如图7以及表1所示，车顶压力满足4.42倍车重要求，实现顶压G水平要求的4倍自重。

表1

最后，本实施例还公开了一种车辆，该车辆包括上述顶盖前横梁。

通过以上五段不等料厚及不等截面的热成型顶盖横梁应用，不仅满足安全顶压、安装适配要求、降低顶盖轰鸣要求，同时实现轻量化，减小零件及成本投入。而且本专利从材料、制造、工艺等详细描述热成型顶盖前横梁生产过程，生产过程取消点焊及一套模具，集成度高，而且性能有所提升。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种顶盖前横梁，其特征在于，所述顶盖前横梁沿所述顶盖前横梁的宽度方向的中心线对称设置，所述顶盖前横梁包括第一梁段、第二梁段、第三梁段，两个所述第二梁段相对设置在所述第一梁段的两端，且，所述第二梁段和所述第一梁段通过第一过渡段过渡连接，两个所述第三梁段相对设置在同侧的所述第二梁段的外端，且，所述第三梁段和同侧的所述第二梁段通过第二过渡段过渡连接，其中：

所述第二梁段的钢板的厚度小于所述第三梁段的钢板的厚度，所述第一梁段的钢板的厚度在所述第二梁段的钢板的厚度以及所述第三梁段的钢板的厚度之间。

2.根据权利要求1所述的顶盖前横梁，其特征在于，所述第二梁段的钢板的厚度为所述第三梁段的钢板的厚度的0.7-0.8倍，所述第一梁段的钢板的厚度为所述第三梁段的钢板的厚度的0.8-0.9倍。

3.根据权利要求2所述的顶盖前横梁，其特征在于，所述第三梁段的钢板的厚度为1.5-2mm。

4.根据权利要求2所述的顶盖前横梁，其特征在于，所述第三梁段的钢板的厚度为1.5mm，所述第二梁段的钢板的厚度为1.1mm，所述第一梁段的钢板的厚度为1.3mm。

5.根据权利要求1所述的顶盖前横梁，其特征在于，所述第一梁段的横截面的轮廓线为依次连接的第一线段、第二线段、第三线段、第四线段以及第五线段，其中：

所述第一线段和所述第二线段的夹角为钝角，所述第二线段和所述第三线段的夹角为钝角，所述第三线段和所述第四线段的夹角为钝角，所述第四线段以及所述第五线段的夹角为钝角，所述第一线段和所述第五线段位于第一直线上，所述第二线段、所述第三线段以及所述第四线段均位于第一直线的同一侧，且，所述第二线段、所述第三线段以及所述第四线段位于所述第一线段和所述第五线段之间。

6.根据权利要求5所述的顶盖前横梁，其特征在于，所述第三线段设置有向所述第一直线凹陷的避让曲线，以满足眼镜盒或控制面板的装配。

7.根据权利要求1所述的顶盖前横梁，其特征在于，所述第三梁段的横截面的轮廓线为依次连接的第六线段、第七线段、第八线段、第九线段以及第十线段，其中：

所述第六线段和所述第七线段的夹角为钝角，所述第七线段和所述第八线段的夹角为钝角，所述第八线段和所述第九线段的夹角为钝角，所述第九线段以及所述第十线段的夹角为钝角，所述第六线段和所述第十线段位于第二直线上，所述第七线段、所述第八线段以及所述第九线段均位于第二直线的同一侧，且，所述第七线段、所述第八线段以及所述第九线段位于所述第六线段和所述第十线段之间。

8.根据权利要求7所述的顶盖前横梁，其特征在于，所述第八线段设置有向所述第二直线凹陷的加强凹槽。

9.一种权利要求1-8任一项所述的顶盖前横梁的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

提供原材料，所述原材料的成分为：C-0.25％，Mn-1.4％，Si-0.3％，P-0.02％，S-0.005％，B-0.003％，Cr-0.2％，Ni-0.1％，其余为铁以及不可避免的杂质；

轧制所提供的原材料，轧制厚度为顶盖前横梁的最厚厚度的基础上增加0.1-0.3mm，依次轧制构成顶盖前横梁的各个梁段，形成顶盖前横梁的板坯；

切割顶盖前横梁的板坯，获得所需大小的变厚度板材；

热冲压成型变厚度板材：加热温度为900-930℃，保温时间为5-10min，以使板材完全奥氏体化，通过传输机构把加热后的板材送入到压机中进行冲压成型，转移时间控制在10s以内以保证入模温度，冷却速度大于50℃/s，成型之后继续保压6-10S，以形成抗拉强度大于1500MPa的均匀马氏体组织。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1-8任一项所述的顶盖前横梁。

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