汽車鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計沖裁工藝性問題分析與優(yōu)化

李俊祎

（青島凱德嘉工貿(mào)有限公司，青島 266400）

隨著機械行業(yè)的快速發(fā)展，鈑金產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛。針對鈑金產(chǎn)品在設(shè)計和生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)的要求、標準越來越嚴格，使得鈑金產(chǎn)品需要不斷提升質(zhì)量以適應(yīng)多元化的鈑金市場需求。目前，市場中鈑金產(chǎn)品存在的問題主要集中在沖裁方面，如圓角、內(nèi)孔等尺寸規(guī)格及其加工工藝性的缺失造成整體鈑金產(chǎn)品質(zhì)量下降等[1]。

在汽車行業(yè)，鈑金產(chǎn)品需要更高的標準性和更嚴格的規(guī)格，對鈑金件沖裁工藝提出了更高要求。因此，在加工汽車鈑金件時，需要結(jié)合產(chǎn)品的特點及其設(shè)計要求對工藝性問題展開研究。當前汽車鈑金產(chǎn)品設(shè)計沖裁工藝主要分為激光切割、數(shù)控沖裁分離以及冷沖壓沖孔及其落料技術(shù)3種[2]。文章針對3種設(shè)計沖裁工藝展開分析，了解不同工藝性問題，并以此為基礎(chǔ)，展開對汽車鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計沖裁工藝問題的優(yōu)化，對提高鈑金產(chǎn)品質(zhì)量和汽車整體性能具有積極的研究價值。

1 鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計沖裁工藝性問題分析

1.1 激光切割技術(shù)工藝性問題

1.1.1 工藝特點

激光切割技術(shù)表現(xiàn)出較強的工藝特點，因此在汽車的鈑金產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，需要結(jié)合其工藝特點對汽車鈑金件產(chǎn)品進行相應(yīng)的設(shè)計。首先，鑒于激光切割技術(shù)切割的隨意性，可以切割各類形狀的鈑金件[3]。因此，在沖裁過程中，需要材料的形狀沒有較大的變化。其次，激光切割技術(shù)切割的切口位置相對精準，因此切割后的鈑金件規(guī)格精度較高，同時加工中產(chǎn)生的噪聲較小，優(yōu)勢明顯。最后，激光切割不受硬度等因素影響，可以較好地滿足汽車各類鈑金結(jié)構(gòu)件的加工需求。

1.1.2 工藝性問題分析

在汽車鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如需要激光切割技術(shù)，需要分析其工藝性問題[4]，具體內(nèi)容如下：

（1）其他沖裁工藝難以滿足汽車鈑金件外觀形狀設(shè)計需求時，可以采用激光切割技術(shù)；

（2）在數(shù)控沖裁過程中，針對一些異形孔等難以加工的部位，可采用激光切割技術(shù)加工；

（3）在對鈑金件結(jié)構(gòu)進行激光切割時，應(yīng)該注意密孔變形的問題，如果達不到加工的標準，不能使用激光切割技術(shù)；

（4）數(shù)控沖裁過程中很容易對鈑金件的表面產(chǎn)生劃痕，鑒于汽車車身外觀的光滑性需求，需要用激光切割技術(shù)加工；

（5）激光切割技術(shù)不受材質(zhì)硬度因素影響，可以切割一些硬度較大的結(jié)構(gòu)，但是在攻絲加工中一般不能直接使用；

（6）激光切割加工中會產(chǎn)生較大熱量，在加工導(dǎo)熱較快的材料時會造成切口周邊的融化，降低加工精度，因此一般用于鋼板材質(zhì)的汽車鈑金件；

（7）經(jīng)過激光切割后的鈑金件通常表面會有一層氧化層，鑒于汽車的外觀要求，需要對斷面進行打磨處理。

1.2 數(shù)控沖裁分離技術(shù)工藝性問題

1.2.1 工藝特點

汽車中的鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計加工過程中，通常采用的沖裁工藝為數(shù)控沖裁分離技術(shù)。該技術(shù)不僅可以有效沖裁各種沖孔，還能對鈑金件的切角、散熱孔以及打包等加工表現(xiàn)出較高的加工效率和較好的適應(yīng)性。因此，數(shù)控沖裁技術(shù)在汽車鈑金件設(shè)計中得到了廣泛運用。一方面，它保障了汽車鈑金件的加工效率；另一方面，它具有較高的鈑金件加工精度，有效保證了汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性生產(chǎn)要求[5]。鑒于數(shù)控沖裁技術(shù)的工藝特點，它主要適應(yīng)于汽車結(jié)構(gòu)中較為簡單的鈑金件。如果某些鈑金件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，則需要用到其他的沖裁工藝進行生產(chǎn)。

1.2.2 工藝性問題分析

結(jié)合數(shù)控沖裁分離技術(shù)的工藝特點，在汽車鈑金件沖裁工藝運用過程中需要注意相應(yīng)的工藝性問題[6]。

（1）汽車鈑金件在數(shù)控沖裁過程中通常采用步進方式，作業(yè)中應(yīng)該結(jié)合其工藝特點，對沖孔磨具的配套設(shè)施進行把控。

（2）在對汽車鈑金件結(jié)構(gòu)進行數(shù)控沖裁時，要確保汽車鈑金件結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)盡可能簡單，形狀盡可能做到規(guī)格統(tǒng)一，并保證作業(yè)面積的合理化。

（3）鑒于數(shù)控沖裁分離技術(shù)的工藝特點，在處理汽車鈑金件時應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)窄小沖孔操作，且切槽盡量不要太深，否則在沖裁細長型且剛度不夠的鈑金件時容易產(chǎn)生裂紋，從而降低鈑金件的產(chǎn)品質(zhì)量，同時會給數(shù)控機床的刀具造成一定的損傷。因此，汽車鈑金件中如有該類型結(jié)構(gòu)件，不選擇數(shù)控沖裁分離技術(shù)加工。

（4）如果汽車鈑金件為銅制材料，通常情況下不采用數(shù)控沖裁分離技術(shù)進行加工，因為加工時容易造成銅制板材變形。

（5）如果汽車鈑金件為PC/PVC材質(zhì)，也不建議采用數(shù)控沖裁分離技術(shù)加工，因為易造成該材質(zhì)邊緣毛刺突出，從而降低加工精度，難以達到汽車鈑金件結(jié)構(gòu)的標準要求。

1.3 冷壓沖孔及落料技術(shù)工藝性問題

1.3.1 工藝特點

在對汽車鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，有時為了能夠一次性加工處理鈑金件結(jié)構(gòu)，會采用冷壓沖孔及落料技術(shù)完成對目標形狀的沖裁加工。特別是在保證汽車產(chǎn)品一致性控制中[7]，采用該技術(shù)可以在控制鈑金件沖裁成本的同時，提高生產(chǎn)效率。因此，冷壓沖孔及落料技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

1.3.2 工藝性問題分析

采用冷壓沖孔技術(shù)對汽車鈑金件進行設(shè)計沖裁時，該技術(shù)存在的工藝性問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）采用冷沖壓技術(shù)進行沖裁時，一般適應(yīng)于產(chǎn)量較大、加工尺寸較小的鈑金件。

（2）采用該技術(shù)時鈑金件不能出現(xiàn)尖角，需要對其進行圓角處理，不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，也可以保證鈑金件的美觀和使用壽命。

（3）采用冷壓沖孔的沖壓件，設(shè)計時其基準尺寸應(yīng)該與產(chǎn)品加工的定位相重合，以有效避免鈑金件加工尺寸的誤差。另外，在孔位尺寸基準選擇中，應(yīng)該盡可能選在不參與沖壓過程的面上或者線上面，且不能和變形的區(qū)域存在聯(lián)系。

（4）如果采用不同的模具或者不同的工序進行冷沖壓，盡量采用相同的定位基準。

1.4 3種鈑金件沖裁技術(shù)工藝性問題對比

通過對3種鈑金件沖裁工藝性問題的分析，結(jié)合其具體的工藝特點，3種技術(shù)的對比情況如表1所示。

表1 3種鈑金件沖裁技術(shù)工藝性問題對比

通過對3種不同鈑金件沖裁工藝的對比可以看出，在對汽車鈑金件進行沖裁加工中，需要結(jié)合鈑金件的材質(zhì)、外觀以及加工精度要求等選擇不同的設(shè)計沖裁工藝，以實現(xiàn)對汽車鈑金件設(shè)計沖裁工藝性問題的合理優(yōu)化，滿足汽車鈑金件的功能需求。

2 板件結(jié)構(gòu)件設(shè)計沖裁工藝性問題的優(yōu)化

結(jié)合不同鈑金件沖裁工藝的特點，為了進一步提升汽車鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計沖裁工藝的質(zhì)量和標準，在對汽車鈑金件進行設(shè)計中需要做好以下幾方面優(yōu)化。

2.1 鈑金件材料選擇的優(yōu)化

結(jié)合汽車鈑金件的外觀、功能等需求，在對其進行設(shè)計時，需要優(yōu)化汽車鈑金件的材料選擇，以在降低沖裁成本的基礎(chǔ)上，提高加工效率。在汽車鈑金件材料選擇需要做好以下幾點。首先，結(jié)合汽車的實際需求，精準測量汽車鈑金件的尺寸需求。一方面，要確保選用的材料略大于鈑金件結(jié)構(gòu)尺寸；另一方面，要保證材料的最大化利用，減少材料的選擇，從而在確保沖裁空間的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對加工誤差的有效控制。其次，針對相同的汽車鈑金件，為了提升材料利用率，選擇材料厚度標準時要求不低于3種。再次，在加工汽車中不需要噴涂的鈑金件結(jié)構(gòu)時，需要合理選擇鈑金材料的修飾面，同時選擇優(yōu)化材料的不同紋路。最后，在加工不能外漏的鈑金件結(jié)構(gòu)時，需做好材料加工保護，強化處理焊縫，提高其利用效率。

2.2 鈑金件孔缺設(shè)計的優(yōu)化

在設(shè)計汽車鈑金件的孔缺結(jié)構(gòu)時，要充分考慮汽車鈑金件結(jié)構(gòu)的安裝、外觀等因素，以及鈑金件沖裁工藝的便捷性和成本性，保證汽車鈑金件生產(chǎn)的一致性和美觀性，以優(yōu)化孔缺結(jié)構(gòu)。一方面，針對需要彎折的鈑金件，要考慮彎折部位存在的拉伸現(xiàn)象，在彎折部位不能設(shè)計方孔，避免出現(xiàn)孔的失形；另一方面，在螺孔加工中，需要結(jié)合鈑金件的厚度、材質(zhì)以及孔徑尺寸等因素選擇加工方式。

2.3 鈑金件彎折設(shè)計的優(yōu)化

在對汽車鈑金件結(jié)構(gòu)進行彎折處理時，需要做好以下幾個方面。首先，優(yōu)化死邊彎折結(jié)構(gòu)設(shè)計。死邊的長度尺寸需要按照材料的厚度確定，通常最小的死邊距離至少要超過板材厚度的3.5倍。其次，需要處理折彎鈑金件邊孔的距離，避免出現(xiàn)彎折加工中孔邊孔的變形。最后，如果需要加工的鈑金件厚度過大，在對其彎折中還需要優(yōu)化設(shè)計工藝缺口，避免在彎折中出現(xiàn)凸起現(xiàn)象。

2.4 鈑金件焊接設(shè)計的優(yōu)化

在設(shè)計汽車鈑金件結(jié)構(gòu)時，需要優(yōu)化設(shè)計其焊接結(jié)構(gòu)。首先，考慮汽車鈑金件在焊接中主要的焊接方式為角焊縫，為了確保汽車鈑金件的美觀性和工藝效果，在選擇焊縫位置時，一方面要盡量保證焊縫的對稱效果，避免出現(xiàn)交叉焊接，另一方面要盡量在次要表面進行焊縫處理。其次，在汽車鈑金件結(jié)構(gòu)焊接優(yōu)化設(shè)計中，要充分考慮鈑金件的焊縫間隙、表面涂層等問題，在此基礎(chǔ)上簡化工藝，提高加工生產(chǎn)的效率。最后，在焊接設(shè)計中要考慮各種鈑金件結(jié)構(gòu)焊接的吻合度和匹配度，以更好地提升焊接質(zhì)量。例如，在對汽車鈑金件結(jié)構(gòu)沖裁時，需要結(jié)合鈑金件的尺寸、性質(zhì)以及沖裁特點等，優(yōu)化焊接鈑金件，在滿足沖裁工藝需求的基礎(chǔ)上，更好地滿足沖裁的質(zhì)量標準。

3 結(jié)語

通過對不同技術(shù)下鈑金件沖裁工藝性的分析，得出鈑金件的沖裁工藝性主要表現(xiàn)為其適應(yīng)性和可操作性。沖裁結(jié)構(gòu)件的屬性、尺寸以及標準等因素，都會影響沖裁工藝，并影響最終的沖裁件質(zhì)量、壽命、生產(chǎn)效率以及成本等。針對汽車鈑金件結(jié)構(gòu)的外觀、功能要求，在對汽車鈑金件進行設(shè)計與沖裁時，需要著重分析鈑金件的尺寸、材質(zhì)、精度以及厚度等要素，保證鈑金件沖裁的高效率、高標準以及低成本。另外，針對鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計沖裁工藝性問題，需要結(jié)合鈑金件的材料、孔缺、彎折以及焊接等因素進行設(shè)計優(yōu)化，從而達到設(shè)計質(zhì)量要求和汽車生產(chǎn)一致性控制要求。