车身冲压件的成型性与设计探究

摘 要：本文重点对车身冲压件的成型性与设计方案进行了分析，通过与传统工艺的对比，就车身本体总成的分解设计进行了梳理和研究，最终确定了提高汽车配件冲压加工质量和生产效率的工艺方案。

关键词：冲压 车身覆盖件 机械压力机

中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0097-01

近年来随着车身冲压件和自动化装置的控制水平提高，所出现的冲压线同步控制技術大大提升了整线的循环节拍。同步运动控制是由伺服驱动技术延伸发展而来的，利用伺服驱动器驱动伺服电机并采集反馈信号到驱动器的核心控制单元实现高动态响应的运动控制，从而将压力机动作与车身自动化装置的动作按照反馈信号进行解算，从而将下料化装置、上料装置按照主从关系插入压力机滑块的位置和速度中，并使整线的自动化装置和压力机顺次协同动作。

1 车身零件材料选择

车身材料的选用原则有使用性、工艺性和经济性三个要求。使用性要求材料能满足安全法规要求，并且在产品寿命内不发生各种失效；工艺性要求材料适合加工，它能减少生产浪费和预防产品质量缺陷；经济性要求材料成本和加工成本较低，成本是企业发展中必须考虑的问题，成本的优势往往会带来企业竞争优势。钢材是汽车上应用最广泛的材料，它塑性良好，易于加工和回收，适合冷冲压加工和大批量生产，是制造白车身的首选材料。车身钢板分为冷连轧低碳钢板、烘烤硬化钢、表面处理钢板和双相高强度钢等系列，各个系列钢板有其不同特点，设计时应按上述三个原则选用车身材料。冷连轧低碳钢板成型性好，且价格较低，常用于非受力零件和侧围外板；烘烤硬化钢冷冲压时屈服点较低，经过烘烤后提高材料屈服点，具有较好的抗凹陷性，常用于车门外板和外板；双相高强度钢屈强比低，碰撞性能良好，常用于汽车防撞结构和加强件等受力零件，在增加强度的同时还能减重，在车身轻量化工程中应用前景广阔。

2 车身冲压件加工工艺分析

2.1 车身冲压件工艺方案

车身侧墙板和车底板均是多块厚度在3 mm以下薄板拼接而成的，从制造工艺过程来看，下料时剪切的尺寸精度和生产效率是这类零件必须解决的问题，为后期实施自动化对接焊等做好必要的准备。若板料剪切后仍需进行切割或者冲压加工的汽车配件，只需在普通剪板机上进行剪切，但这样加工后的毛坯板件不能满足剪边的直线度和尺寸要求。对于后续需对接拼焊的汽车配件，剪切边缘的直线度和板件的对角线尺寸误差均达不到要求。大面积的汽车薄板零件侧墙和底板的拼焊的工艺在工厂一般有纵向的带张拉的电弧焊和横向薄带电阻焊两种。采用横向电阻缝焊工艺对大面积的汽车薄板零件进行拼焊可行性更强。要达到上述的剪切工艺，目前工厂内国产的薄板拼焊配套的剪板机是不能满足要求的。因此需要采用数控剪切中心、数控精密剪板机等精密设备，这类设备全切口范围内剪切精度可保证在0.12 mm以内，剪切直线度可达到0.03 mm，完全可满足汽车板件需大面积对接拼焊对剪切下料的要求。

2.2 车身冲压件工艺优化

冲压件是白车身的基本组成单元，它的尺寸精度和表面质量有严格要求，为防止回弹、提高刚度和降低震动，冲压件上需要设计一些加强筋或起伏成型结构，但生产中容易发生起皱、拉毛甚至开裂等质量缺陷。冲压工艺性和零件形状、板料成型性、成型表面摩擦系数和成型时间四个要素有关，改善这四个要素理论上都可以提高工艺性，但由于后两种方法影响生产效率，一般优先采用前两种方法。优化零件形状是指通过CAE工程分析将冲压风险明朗化，对有风险的零件作结构优化，常用的CAE软件有AUTOFORM和ANSYS，利用软件分析优化零件形状，可以不改变冲压条件就提高工艺性，是最经济的办法；若优化形状无法完全解决成型风险，此时可选用强度相近、成型性更好的材料代替，由于材料成型性越好价格越贵，一般不作为首选方案。设计上应注意两点：一是选择焊接板材的厚度要合适，厚度一般在0.7～3.5 mm之间，太薄了容易焊穿，太厚了则容易虚焊；二是焊接所必需的空间要预留充分，如在预留焊接翻边的宽度时，一般不小于12 mm，否则在焊接时会发生焊枪碰零件侧壁引起电流分流，从而导致虚焊，或因焊接位置不足导致半点焊。解决好这两点对保证焊点强度有重要意义。

3 车身本体总成的分解设计

3.1 外板设计

外板设计之前要考虑汽车造型，汽车造型是造型艺术与工程技术的有机结合，它将美学融入设计，前期由造型工程师绘制效果图，再制作模型，后由企业领导层审批定型。外板在不修改汽车造型的基础上进行设计，结构上增加与内板联接及必要的定位孔，联接方式上用外板对内板包边，既起到联接作用又有利于防水。为提高冲压工艺性，增加抗变形能力，外板材料推荐用抗凹陷性良好的烘烤硬化钢B180H1。

3.2 内板设计

内板的作用有两种。一是功能作用，内板一般布置多条加强筋，以增加刚度，并开工艺切口减重；二是载体作用，内板是连接外板、锁扣固定板总成、铰链固定板总成和撑杆固定支架的焊装载体，还是隔热垫、密封条和缓冲块的装配载体。通过总成的案例可以看出，自上而下的设计能避免思路混乱而产生不必要的麻烦，提高设计效率，缩短产品开发周期。总成的相对直观，车身上有很多比复杂的总成，如地板总成、侧围总成等，分解设计的方法也适用于这些复杂总成。

4 结语

随着近几年汽车制造业的飞速发展，车身冲压件的加工成为现代汽车冲压工厂的常规加工零部件。作者在长期从事国内主要汽车冲压工厂的设计时，收集整理了冲压生产设备的性能以及优缺点，通过对车身冲压件加工工艺的进一步分析，重点阐述了车身本体总成的分解设计，分别就外板设计和内板设计进行了简要的说明。本文涉及的冲压件只是车身内外板的设计，对于较复杂的冲压件如车身外表面冲压件的设计，除了考虑本文提及的冲压件要求之外，更重要的是曲面要达到更高的要求，设计较为复杂，所以没有详细归纳出各个工艺参数对冲压性能的影响，只有一个比较宽泛的认识，后续工作将对一些成型更为复杂的冲压件进行仿真，从而全面得到不同的工艺参数在冲压中起到的作用。

参考文献

[1] 姚贵生.汽车金属材料应用手册（上）[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

[2] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册：设计篇[M].1版.北京：人民交通出版社，2010.