車身沖壓件的成型性與設計探究

摘 要：本文重點對車身沖壓件的成型性與設計方案進行了分析，通過與傳統工藝的對比，就車身本體總成的分解設計進行了梳理和研究，最終確定了提高汽車配件沖壓加工質量和生產效率的工藝方案。

關鍵詞：沖壓 車身覆蓋件 機械壓力機

中圖分類號：U463.82 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0097-01

近年來隨著車身沖壓件和自動化裝置的控制水平提高，所出現的沖壓線同步控制技術大大提升了整線的循環節拍。同步運動控制是由伺服驅動技術延伸發展而來的，利用伺服驅動器驅動伺服電機并采集反饋信號到驅動器的核心控制單元實現高動態響應的運動控制，從而將壓力機動作與車身自動化裝置的動作按照反饋信號進行解算，從而將下料化裝置、上料裝置按照主從關系插入壓力機滑塊的位置和速度中，并使整線的自動化裝置和壓力機順次協同動作。

1 車身零件材料選擇

車身材料的選用原則有使用性、工藝性和經濟性三個要求。使用性要求材料能滿足安全法規要求，并且在產品壽命內不發生各種失效；工藝性要求材料適合加工，它能減少生產浪費和預防產品質量缺陷；經濟性要求材料成本和加工成本較低，成本是企業發展中必須考慮的問題，成本的優勢往往會帶來企業競爭優勢。鋼材是汽車上應用最廣泛的材料，它塑性良好，易于加工和回收，適合冷沖壓加工和大批量生產，是制造白車身的首選材料。車身鋼板分為冷連軋低碳鋼板、烘烤硬化鋼、表面處理鋼板和雙相高強度鋼等系列，各個系列鋼板有其不同特點，設計時應按上述三個原則選用車身材料。冷連軋低碳鋼板成型性好，且價格較低，常用于非受力零件和側圍外板；烘烤硬化鋼冷沖壓時屈服點較低，經過烘烤后提高材料屈服點，具有較好的抗凹陷性，常用于車門外板和外板；雙相高強度鋼屈強比低，碰撞性能良好，常用于汽車防撞結構和加強件等受力零件，在增加強度的同時還能減重，在車身輕量化工程中應用前景廣闊。

2 車身沖壓件加工工藝分析

2.1 車身沖壓件工藝方案

車身側墻板和車底板均是多塊厚度在3 mm以下薄板拼接而成的，從制造工藝過程來看，下料時剪切的尺寸精度和生產效率是這類零件必須解決的問題，為后期實施自動化對接焊等做好必要的準備。若板料剪切后仍需進行切割或者沖壓加工的汽車配件，只需在普通剪板機上進行剪切，但這樣加工后的毛坯板件不能滿足剪邊的直線度和尺寸要求。對于后續需對接拼焊的汽車配件，剪切邊緣的直線度和板件的對角線尺寸誤差均達不到要求。大面積的汽車薄板零件側墻和底板的拼焊的工藝在工廠一般有縱向的帶張拉的電弧焊和橫向薄帶電阻焊兩種。采用橫向電阻縫焊工藝對大面積的汽車薄板零件進行拼焊可行性更強。要達到上述的剪切工藝，目前工廠內國產的薄板拼焊配套的剪板機是不能滿足要求的。因此需要采用數控剪切中心、數控精密剪板機等精密設備，這類設備全切口范圍內剪切精度可保證在0.12 mm以內，剪切直線度可達到0.03 mm，完全可滿足汽車板件需大面積對接拼焊對剪切下料的要求。

2.2 車身沖壓件工藝優化

沖壓件是白車身的基本組成單元，它的尺寸精度和表面質量有嚴格要求，為防止回彈、提高剛度和降低震動，沖壓件上需要設計一些加強筋或起伏成型結構，但生產中容易發生起皺、拉毛甚至開裂等質量缺陷。沖壓工藝性和零件形狀、板料成型性、成型表面摩擦系數和成型時間四個要素有關，改善這四個要素理論上都可以提高工藝性，但由于后兩種方法影響生產效率，一般優先采用前兩種方法。優化零件形狀是指通過CAE工程分析將沖壓風險明朗化，對有風險的零件作結構優化，常用的CAE軟件有AUTOFORM和ANSYS，利用軟件分析優化零件形狀，可以不改變沖壓條件就提高工藝性，是最經濟的辦法；若優化形狀無法完全解決成型風險，此時可選用強度相近、成型性更好的材料代替，由于材料成型性越好價格越貴，一般不作為首選方案。設計上應注意兩點：一是選擇焊接板材的厚度要合適，厚度一般在0.7～3.5 mm之間，太薄了容易焊穿，太厚了則容易虛焊；二是焊接所必需的空間要預留充分，如在預留焊接翻邊的寬度時，一般不小于12 mm，否則在焊接時會發生焊槍碰零件側壁引起電流分流，從而導致虛焊，或因焊接位置不足導致半點焊。解決好這兩點對保證焊點強度有重要意義。

3 車身本體總成的分解設計

3.1 外板設計

外板設計之前要考慮汽車造型，汽車造型是造型藝術與工程技術的有機結合，它將美學融入設計，前期由造型工程師繪制效果圖，再制作模型，后由企業領導層審批定型。外板在不修改汽車造型的基礎上進行設計，結構上增加與內板聯接及必要的定位孔，聯接方式上用外板對內板包邊，既起到聯接作用又有利于防水。為提高沖壓工藝性，增加抗變形能力，外板材料推薦用抗凹陷性良好的烘烤硬化鋼B180H1。

3.2 內板設計

內板的作用有兩種。一是功能作用，內板一般布置多條加強筋，以增加剛度，并開工藝切口減重；二是載體作用，內板是連接外板、鎖扣固定板總成、鉸鏈固定板總成和撐桿固定支架的焊裝載體，還是隔熱墊、密封條和緩沖塊的裝配載體。通過總成的案例可以看出，自上而下的設計能避免思路混亂而產生不必要的麻煩，提高設計效率，縮短產品開發周期。總成的相對直觀，車身上有很多比復雜的總成，如地板總成、側圍總成等，分解設計的方法也適用于這些復雜總成。

4 結語

隨著近幾年汽車制造業的飛速發展，車身沖壓件的加工成為現代汽車沖壓工廠的常規加工零部件。作者在長期從事國內主要汽車沖壓工廠的設計時，收集整理了沖壓生產設備的性能以及優缺點，通過對車身沖壓件加工工藝的進一步分析，重點闡述了車身本體總成的分解設計，分別就外板設計和內板設計進行了簡要的說明。本文涉及的沖壓件只是車身內外板的設計，對于較復雜的沖壓件如車身外表面沖壓件的設計，除了考慮本文提及的沖壓件要求之外，更重要的是曲面要達到更高的要求，設計較為復雜，所以沒有詳細歸納出各個工藝參數對沖壓性能的影響，只有一個比較寬泛的認識，后續工作將對一些成型更為復雜的沖壓件進行仿真，從而全面得到不同的工藝參數在沖壓中起到的作用。

參考文獻

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[2] 汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊：設計篇[M].1版.北京：人民交通出版社，2010.