“异种材料接合”技术的开发正在加速推进。顾名思义，这是一种将采用不同材料的部件接合在一起的技术。能够不使用螺钉及铆钉，将树脂与金属或是不同金属制成的多个部件结成一体。当然，这也是一种与质量管理难度大的 ...
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“异种材料接合”技术的开发正在加速推进。顾名思义，这是一种将采用不同材料的部件接合在一起的技术。能够不使用螺钉及铆钉，将树脂与金属或是不同金属制成的多个部件结成一体。当然，这也是一种与质量管理难度大的焊接方法完全不同的新技术。螺钉及铆钉等紧固件虽然是重要部件，但如果不需要的话则更好。随着部件数量减少，部件成本、管理成本及加工成本都可降低，而且还可实现轻量化。进一步来说，这样还能提高设计自由度，提高外观设计性。异种材料接合技术的开发日趋活跃，其背景源于设计人员面临着“要做前所未有的革新性设计”这一超高要求。
在这种情况下，本田最近接连发表了异种材料接合技术。其中之一是在新款“雅阁”的前副车架上使用的钢与铝合金的接合技术。该技术使用摩擦搅拌焊接（FSW）搅拌头，在两种金属的接合面上形成高活性新生面，从而实现金属接合。
另一项是“讴歌”系列新款“RLX”的混合车门采用的技术。在该技术中，内侧板材（内板）采用钢板，外侧板材（外板）采用铝合金板。虽然其中也使用粘合剂，但并非只用粘合剂。本田开发出了新型构造的折边，利用该折边使内外两块板材强力接合在一起。该技术确保了外观品质和强度，在全球首次实现了混合车门的量产。
在混合车门的实用化中，本田的目标是实现轻量化。以每辆车4块车门板来比较，采用混合车门的车辆可比采用内外板均采用钢板的“全钢”车门减轻11kg之多。另外，与内外板均为铝合金的“全铝合金”车门相比，可大幅降低成本。
混合车门的概念原来就有，本田的竞争对手也在暗中开发。不过，钢与铝合金的线性膨胀系数相差较大，开发人员面临很大的技术障碍。只有本田在反复尝试后找到了全新的解决方案，突破了这一障碍。
【日经BP社4月12日消息】本田全球率先为量产车采用了混合车门。成本增幅仅为1成左右，四扇车门减重11kg。
在汽车轻量化技术开发速度加快之际，本田开发出了由钢材和铝合金两种不同材料（异材质）组合而成的车门（混合车门）（上图）。在北美市场，这种车门已经配备在了2013年3月发售的“讴歌”系列新款“RLX”之中（图1）。混合车门应用于量产车在全球尚属首次*1。
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图1：“讴歌”系列新款“RLX”
首款配备混合车门的量产车。2013年3月开始在北美市场销售。
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*1 内板使用铝合金、外板使用钢材这种非常规组合的车门尚无实用化先例。最大的原因在于成本高。内板的安装部件多，构造复杂。这需要开发相应的生产技术，并配置专用设备，因此会抬升制造成本。
车门由两张板材内外贴合而成（图2）。其中，内板采用的是拉伸强度为270MPa的钢，外板采用的是拉伸强度在200MPa以上的6000系（铝-镁-硅系）铝合金。与内外均使用钢材、“全钢材质”的普通车门相比，为车门外板改换铝合金重量更轻，而且成本低于内外均使用铝合金的“全铝合金材质”车门。也就是说，混合车门具备了集两种车门“优点于一身”的特点*2。
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图2：内板与外板
内板采用拉伸强度为270MPa的钢（厚度为0.8mm），外板采用拉伸强度在200MPa以上的6000系铝合金（厚度为1.1～1.2mm）。
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*2 车门外板改换铝合金后，车辆外侧的重量将会减轻，从而使重心内移。因此还具备提高操控稳定性的优点。
实际上，与全钢车门相比，新型混合车门不仅让一辆汽车（四扇车门）的重量减轻了11kg，还把成本的增幅控制在了10％左右。而全铝合金车门虽然能令重量减少22.5kg，但成本会增加2.9倍。
负责生产混合车门的是?玉制作所的狭山工厂。该厂计划首先为RLX实施量产，同时构筑技术，然后陆续推广到其他车型。在这一过程中，“还将争取实现全球化生产”（本田技术研究所四轮R＆D中心第10技术开发室第3小组研究员田野口健一）。
在遏制成本大幅上涨的同时，实现显著的轻量化效果??对于混合车门的优势，竞争对手当然也心知肚明。因此，在此之前，其他汽车企业也一直在进行着开发，但未能实现在量产车中的配备。
热变形是最大障碍
对于其中的缘由，本田的田野口解释说：“这是因为不同性质的钢材和铝合金混合使用时有3个难题没有得到解决”。具体包括：［1］遏制热变形；［2］确立牢固的结合方法；［3］防止电蚀。
田野口表示，在其中，［1］“遏制热变形一直困扰着其他汽车企业”。因为一旦忽视材质之间的差异，与全钢车门采用一样的制造方式，车门就会出现10mm之大的曲翘和凹陷，变形程度之严重，根本无法正常开合。
原因有两个方面，一是钢材与铝合金的线膨胀系数差别大，二是涂装工序的烘烤温度高。简单来讲，在温度发生变化时，铝合金的伸缩大，会使车门发生变形。
车门外周采用“折边（包边）”加工的方式，也就是使用热硬化性粘合剂，把两张板材粘贴在一起，将较长的外板翻折（图3）。混合车门是翻折铝合金外板，将钢内板包裹在内。然后，车门将在两张板材固定的状态下进入涂装工序。但在此时，粘合剂尚未硬化。
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图3：车门周边受到的热变形的影响
钢内板与铝合金外板通过粘合剂和包边结合。进入烘烤工序后，在近200℃的温度下，铝合金外板的膨胀相对较大。与此同时，在热量的作用下，粘合剂发生硬化。接着，车门离开烘烤工序，进入常温环境，此时，铝合金外板将发生收缩，但硬化的粘合剂会形成阻碍。车门周围受到收缩产生的应力，发生曲翘。
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当车门进入另一个问题??烘烤工序之后，在热的作用下，温度将从常温上升到接近200℃。这时，与钢内板相比，铝合金外板的膨胀相对较大，会向外侧延伸。与此同时，树脂受热硬化。
采用易拉伸的粘合剂
之后，当车门完成烘烤工序，恢复到常温后，铝合金外板又会猛烈收缩。但在此时，粘合剂已经硬化，外板无法回到原来（进入烘烤工序之前）的位置。在收缩产生的应力的作用下，钢内板将发生变形，在车门的各个部位造成曲翘和凹陷（图4）。
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图4：混合车门可能发生的热位移
如果不针对异材质采取措施，车门将发生曲翘和凹陷，无法在车辆上安装。
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为了防止热变形，本田采用了弹性模量更低，也就是更容易拉伸的粘合剂。具体来说，就是把原来高弹性模量的环氧树脂系粘合剂，改换成橡胶成分多的氨酯系粘合剂。按照本田的设想，只要使用异材质，膨胀和收缩的差别就无法消除。既然如此，那就利用粘合剂的变形（对于位移的追随性），吸收硬化后铝合金外板的收缩。
实际上，在调整粘合剂的同时，为了防止铝合金外板收缩时粘合剂断裂，粘合剂涂抹的厚度也做了优化。就这样，本田解决了混合车门热变形的问题，实现了与全钢车门相同的开合精度和外观品质。
虽然使用粘合剂和普通包边也可以实现内外板的结合，但粘合剂避免不了老化，而且，只通过翻折外板进行固定（单层包边）的话，很难确保充足的结合强度。实际上，全钢车门除了粘合剂和普通包边之外，为了强化结合力，还会使用从单侧进行焊接的点焊。
设计新构造的包边
然而，钢材和铝合金的焊接虽然曾经出现在个别的开发先例之中，但技术上依然困难，而且还会增加设备成本。为此，本田想到了在使用普通包边的同时，建立代替焊接的［2］牢固结合方法，将其应用于车门关键部位。而应运而生的结合方法，便是新式包边“3D锁缝”（图5）。相互贴合的钢内板与铝合金外板一同进行双层翻折，固定相当牢固。
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图5：新型包边与普通包边的构造
（a）是为混合车门开发的新型包边“3D锁缝”。用粘合剂粘贴在一起的钢内板和铝合金外板一同进行双层弯折。在不使用焊接的前提下，实现了高结合强度。（b）是实物3D锁缝的剖面。（c）是全钢车门使用的普通包边。只弯折外板包裹住内板。使用点焊弥补结合强度。
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3D锁缝在模具内进行（图6）。也就是“模内结合”。在沿垂直方向移动并加压的传统包边模具的基础上，增加了沿水平方向移动并加压的模具（冲头）“3D锁缝单元”。该单元安装在车门铰链一侧与门锁一侧的两个位置。通过采用简单加配的方式，既有的生产线可以直接沿用。这样做除了能够把成本上涨控制在最小限度之外，还照顾到了在未来混流生产全钢车门和混合车门的可能性。
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图6：在模具内进行的3D锁缝
在普通包边使用的模具（上模与下模）的基础上，增加了沿水平方向运动的模具“3D锁缝单元”（a）。将车门置于下模中，使上模下降到某特定位置（b）。接着，3D锁缝单元的冲头向车门顶端加压（c）。然后，上模的冲头向车门的顶端加压，完成结合。在同一个冲程中，除了3D锁缝之外，还进行通常的包边。
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两张一同卷起并压扁
包括3D锁缝在内，在包边时，模具的工作方式如下。首先，在铝合金外板需要的位置涂抹粘合剂，粘贴钢内板。然后，由机器人将其运送至下模内安置〔图6（a）〕。接着，使上模下降到某特定位置，保持一段时间后〔图6（b）〕，让3D锁缝单元的冲头沿水平方向压向模具内侧〔图6（c）〕。完成后，将上模下压至最低点，至此，3D锁缝的结合就此完成〔图6（d）〕。另外，在上模的第一冲程期间，还要同时进行通常的包边。
图7详细描绘了3D锁缝中钢内板、铝合金外板，以及模具的运动。安放在下模中的两张板材的顶端分别向上弯曲一小段〔图7（a）〕。圆弧内凹的3D锁缝单元冲头压向顶端。此时，两张板材就像“紫菜卷”一样，沿冲头的圆弧弯曲〔图7（b）〕。当铝合金外板的顶端与钢内板接触，并且卷起时，冲头后退〔图7（c）〕，接着，上模的冲头降至最低点，沿垂直方向，向卷起的两张板材加压，将其压扁〔图7（d）〕。就这样，通过双层包边的3D锁缝，两张板材实现了牢固结合。
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图7：3D锁缝的结合（加工）方法
3D锁缝单元的冲头挤压水平重叠的铝合金外板与钢内板的顶端（a）。冲头上设有圆弧，因此，两张板材会随圆弧的形状向上卷起（b）。卷成“紫菜卷”的形状后，冲头后退（c）。上模的冲头再下降，把卷起的两张板材压扁，完成结合（d）。
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使用3D锁缝的部位在车门铰链一侧有两处，门锁一侧有两处，共计4处（图8）。通过使用CAE调查车门的热变形，选择的位置避开应力集中的部位，选择了适宜提高刚性和强度的地方。当然，为了获得充足的刚性和强度，3D锁缝的宽度也做了调整。3D锁缝以外的部分使用的是普通包边*3。
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图8：3D锁缝的应用部位
车门铰链一侧与门锁一侧各两处。均避开了应力集中的地方。
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*3 关于3D锁缝与普通包边在模具内同时加工，并且顺滑连接的方法，因涉及模具技术经验，本田未予透露。
通过粘合剂与通常包边、3D锁缝的搭配使用，本田成功使混合车门的强度和冲撞性能达到了与全钢车门相当的水平。
采用耐腐蚀的材料与形状
最后的课题是耐久性。也就是［3］防止电蚀。对于这个课题，本田采用了双重防蚀措施。一是采用新日铁住金提供的强耐蚀性钢板“SuperDyma”制造内板。通过使用锌质量比约为85.8％、铝约为11％、镁约为3％、硅约为0.2％的合金进行电镀，与铝合金接合时的腐蚀（电蚀）降低到了过去的热浸镀锌钢板以下。
二是防止钢内板与铝合金外板嵌合的部分（嵌合部分）进水。具体来说，就是在钢内板的嵌合部分设置略微的凸起（图9）。这里会成为两张板材粘贴时使用的粘合剂囤积的空间。囤积在此的粘合剂能够起到封料的作用，阻挡水分进入，从而防止电蚀的发生。
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图9：防蚀措施之一
左为混合车门。改变钢内板的形状，为粘合剂预留了囤积的空间。粘合剂起到密封作用，防止钢与铝合金结合部位进水。右为全钢车门。粘合剂没有预留空间。另外，两种车门进行包边操作的外板顶端与内板的结合部分均使用树脂封料。
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