趙建榮　胡建輝　張維維　蔣兵　朱凱　張帥　

摘 要：車身沖壓件的工藝性指所設(shè)計(jì)的零件在滿足使用要求的前提下，制造、維修的可行性和經(jīng)濟(jì)性。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)工藝性的零件，它能在滿足一定的生產(chǎn)條件和保證使用性能的前提下，以高的生產(chǎn)效率和低的成本制造出來(lái)。本文主要對(duì)車身沖壓件在設(shè)計(jì)過(guò)程中的工藝性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：車身沖壓件;工藝性;經(jīng)濟(jì)性

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)取得了很大的發(fā)展，汽車制造業(yè)也取得了快速的發(fā)展與進(jìn)步，目前我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)仍處于普及期，有較大的增長(zhǎng)空間。中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)邁入品牌向上、高質(zhì)量發(fā)展的增長(zhǎng)階段。研究零部件設(shè)計(jì)過(guò)程的工藝性及經(jīng)濟(jì)性，有助于提高汽車企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)在社會(huì)市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。不良的車身沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中容易造成以下缺陷：工序過(guò)多，模具復(fù)雜，成本偏高;材料破裂，起皺;沖壓狀態(tài)不穩(wěn)定，難以控制，零件存在回彈、扭曲變形;裝配工藝性差，容易出錯(cuò);焊接工藝性差;電泳不完全，或者電泳液漏不干凈;安全系數(shù)低，操作不便，操作工人容易被劃傷。因此，沖壓件設(shè)計(jì)過(guò)程中的工藝性和經(jīng)濟(jì)性研究，對(duì)于提高零件質(zhì)量、降低制造成本，減少生產(chǎn)中的安全事故有重大意義。

2 沖壓件工藝性研究

2.1 沖壓件成型工序工藝性

沖壓件成型工序主要考慮的問(wèn)題：沖壓方向、沖壓負(fù)角、拉延（拉深）深度、拔模斜度、圓角、增加吸料區(qū)、增加型面防止反彈扭曲、增加放錯(cuò)標(biāo)記。沖壓方向就是模具成形過(guò)程中，壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，成型工序沖壓方向選取原則為模具以無(wú)沖壓負(fù)角為第一優(yōu)先原則，根據(jù)平均法向原則、最小拉伸深度原則、最小沖壓質(zhì)量差（沖裁力）原則來(lái)確定沖壓方向。沖壓負(fù)角會(huì)增加工序數(shù)量，提高單件成本，而且不利于模具脫件，降低生產(chǎn)效率，可以利用CATIA軟件拔模分析功能、利用專用沖壓分析軟件（Dynaform、Hyperform等）檢查有無(wú)沖壓負(fù)角。在建模前先確定沖壓方向（料厚線定義可以方向與沖壓方向一致，長(zhǎng)度代表材料厚度），沖壓方向選取原則為以垂直主平面為原則，在后續(xù)增加的加強(qiáng)翻邊、加強(qiáng)筋、點(diǎn)焊邊等拔模方向都以沖壓方向線為基準(zhǔn)進(jìn)行拔模，就基本可以避免沖壓負(fù)角。拉延（拉深）深度盡可能小，可以避免使用高價(jià)的高性能材料，增加采用高強(qiáng)剛才的可能性，減少?gòu)U料，減少工序，從而減少模具和生產(chǎn)成本。可以通過(guò)增加大的斜面，降低拉延率，加大圓角來(lái)減小零件的拉延深度。在功能性能允許的情況下盡量增大拔模斜度，以利于產(chǎn)品成型和使拔模方便易行，減少卡模的可能性，也能減少表面擦傷。兩個(gè)B是推薦的方式，工藝性均優(yōu)于A方式。如圖1。

拉延模頂圓角、底圓角在結(jié)構(gòu)、空間、密封、外觀等要求允許的前提下盡量要大。比較大的R角可以減輕產(chǎn)品局部變形程度，減少縮徑、開(kāi)裂幾率，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。一般情況下不要低于3mm，外表面件根據(jù)外觀造型可以酌情考慮小于3mm。底圓角相對(duì)要求要大些，因?yàn)槌尚瓦^(guò)程中，該位置材料流動(dòng)比較劇烈，越大越有利于成形，不容易發(fā)生縮徑、拉裂等缺陷。

在車門(mén)內(nèi)板前、后下角，側(cè)圍外辦門(mén)洞拐角登出增加吸料區(qū)，可以避免材料流動(dòng)劇烈，壓應(yīng)力大于拉應(yīng)力導(dǎo)致的褶皺，通過(guò)吸料區(qū)改善該區(qū)域的材料流動(dòng)，提高外觀質(zhì)量，提高成型模具壽命。另外可以增加型面、三角筋來(lái)防止反彈、扭曲、變形，提高沖壓件剛度。對(duì)于左右對(duì)稱件可以通過(guò)增加放錯(cuò)標(biāo)記來(lái)區(qū)分，在某一側(cè)增加明顯的標(biāo)志，如開(kāi)缺口或者將L、R直接打在零件上，避免在裝配時(shí)操作工分左右件困難而裝配錯(cuò)誤。

2.2 沖壓件修邊、沖孔工序工藝性

沖壓件修邊、沖孔工序主要考慮的問(wèn)題：修邊線盡量保持規(guī)則、修邊凸緣細(xì)節(jié)（搭接扣、點(diǎn)焊凸緣等）、沖孔最小孔直徑、最小孔邊緣與制件邊緣制件的距離L、孔的布置、沖頭長(zhǎng)寬比例、斜面沖孔、轉(zhuǎn)角處圓角最小半徑以及安全的零部件形狀。修邊線盡量保持規(guī)則，修邊的邊沿走向應(yīng)盡量與上半部走向一致，利于成型，修邊線盡量是一條直線或者規(guī)則的形狀，有利于修邊模具裝配調(diào)整，有利于工藝展開(kāi)料的計(jì)算，減少展開(kāi)料驗(yàn)證次數(shù)、時(shí)間，降低模具的加工難度，提高模具的壽命，縮短開(kāi)發(fā)周期。修邊凸緣注意細(xì)節(jié)，搭接扣、點(diǎn)焊凸緣等部位有一定的角度（6-8°），有利于廢料排料，增加模具強(qiáng)度。最小沖孔直徑根據(jù)材料厚度可以采取不同的數(shù)值，材料厚度0.7～1mm，最小孔徑可以采用3.5以上，材料厚度大于1mm，建議采用5以上。小于5的孔，生產(chǎn)過(guò)程中沖頭極易折斷，不建議采用。最小孔邊緣與制件邊緣之間的距離L根據(jù)孔的大小確定，孔的直徑10T>>5T時(shí)，應(yīng)是L>2.5T;孔的直徑<5T時(shí)，應(yīng)是L>1.5T。如圖2。

沖壓件孔布置的不能太密，間距太近，導(dǎo)致沖頭布置困難，可能分兩序沖孔，造成孔位、孔距尺寸公差很難保證。沖頭長(zhǎng)寬比例要考慮料厚、材質(zhì)，最好不超過(guò)4：1，寬度最好不小于5mm，避免過(guò)長(zhǎng)的懸臂和狹槽結(jié)構(gòu)，以防止因凸模過(guò)細(xì)而在沖裁時(shí)折斷。斜面沖孔跟料厚和孔直徑有關(guān)，當(dāng)料厚小于等于1.0mm孔徑大于等于12mm時(shí)，斜度不能大于10°，料厚每增大0.1mm或孔徑每減少1mm，允許傾斜的角度相應(yīng)減少1度，增加平臺(tái)，可以減少工藝難度、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，減少工序。沖裁件上的轉(zhuǎn)角應(yīng)采用圓角，以避免尖角處因應(yīng)力集中而使模具沖裂。零部件應(yīng)設(shè)計(jì)為安全形狀，應(yīng)將尖角部分作倒圓角處理，在轉(zhuǎn)序、裝卸或操作時(shí)減少受傷概率，通常這種工藝倒圓R=5-8mm。安裝工藝孔通過(guò)增加小翻邊，防止割傷操作者手臂，同時(shí)可以提高車門(mén)內(nèi)板的剛度。

2.3 沖壓件翻邊工序工藝性

沖壓件翻邊工序主要考慮的問(wèn)題：工藝切口、最小翻邊高度、最小孔邊距離、最小翻邊R角。工藝切口要盡量圓滑，長(zhǎng)度不要過(guò)長(zhǎng)，一般3T-5T即可，寬度大于2T（盡量大于等于5mm），太大有影響涂裝密封的可能。翻邊高度小于6mm，基本不需要增開(kāi)工藝切口，可以通過(guò)展開(kāi)料算出來(lái);大于6mm可以考慮增開(kāi)工藝切口，避免產(chǎn)生聚料缺陷，對(duì)模具間隙造成影響。

最小翻邊高度、最小孔邊距離，為了保證翻邊質(zhì)量，當(dāng)翻邊角度在90°時(shí)，翻邊高度必須滿足H>2T，否則可能造成翻邊角度不對(duì)，或者翻不過(guò)來(lái)，尤其是孔翻邊出現(xiàn)高度不一致的缺陷。設(shè)計(jì)翻邊時(shí)應(yīng)保證孔在變形范圍之外，一般情況下，從孔邊到彎曲半徑中心的距離為：當(dāng)t<2mm時(shí)，L>1.5t，當(dāng)t>2mm時(shí)，L>2t，如果不能滿足以上要求，必須先翻邊、彎曲后沖孔，防止孔變形（工藝過(guò)孔除外）。

最小翻邊R角，翻邊件、彎曲件的半徑不宜過(guò)大或者過(guò)小，過(guò)大容易受回彈的影響，精度難以保證（可增加加強(qiáng)筋防止回彈）;過(guò)小則容易產(chǎn)生裂紋，引起報(bào)廢。

3 沖壓件經(jīng)濟(jì)性研究

3.1 沖壓件排樣、材料利用率

沖壓件的成本構(gòu)成，一般原材料占50%～70%，加工費(fèi)用（包括工時(shí)費(fèi)用、人工工資、能源消耗等）占20%～40%，模具費(fèi)用在10%以內(nèi)。因此，欲降低零件的成本，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度看，減少材料消耗是最為重要的。

汽車沖壓件總體材料利用率都比較低，整車平均只有50%左右，就是說(shuō)有一半的材料白白扔掉，由此可見(jiàn)材料的利用率很大程度的決定了沖壓件的成本乃至整車成本。沖壓件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱。盡可能采用圓形、矩形等規(guī)則形狀，形狀應(yīng)便于排樣，力求做到減少?gòu)U料，以提高材料利用率。零件形狀與節(jié)約材料的關(guān)系如圖3。

3.2 改進(jìn)制件結(jié)構(gòu)以減少工序

在不影響使用性能的前提下，改進(jìn)制件結(jié)構(gòu)以減少工序，節(jié)約材料，降低成本。減少工序數(shù)量，主要減少側(cè)翻、側(cè)沖孔工序的數(shù)量。左右對(duì)稱件做到自對(duì)稱，采用沖口工藝，可以減少組合件數(shù)量，切口處應(yīng)有適當(dāng)斜度，以免工件從凹模中退出時(shí)舌部與凹模內(nèi)壁摩擦，造成退件困難。距離修邊線較近的工藝過(guò)孔盡量采用切豁口，以降低模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，減少工序數(shù)量。形狀復(fù)雜的沖壓件，可以采用沖-焊結(jié)構(gòu)，先分別沖制若干單件，然后再焊成整件，以簡(jiǎn)化沖壓工藝，減少工序數(shù)量，降低成本。

3.3 孔徑的統(tǒng)一

由于現(xiàn)在模具沖孔凸模（沖頭）已經(jīng)有很多廠家采用標(biāo)準(zhǔn)件，建議將裝配孔固定為6或者8*8，密封條固定孔5，凸焊螺母孔7、9，;焊裝工藝定位孔10、12等各類孔徑盡可能統(tǒng)一，避免采用6.2、5.8、7.5、6.5*6.5等孔徑。統(tǒng)一孔徑有利于模具的加工、裝配，降低模具成本，以后大批生產(chǎn)時(shí)如果模具沖頭折斷，可以直接將標(biāo)準(zhǔn)件沖頭進(jìn)行更換，縮短維修時(shí)間（如果是非標(biāo)準(zhǔn)件，則需拆卸、加工、熱處理、裝配、調(diào)試等工序），可以減少內(nèi)外飾的塑料件種類，利于管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，有不少車身沖壓件，在保證性能、裝配等要求的前提下，往往只需改動(dòng)一兩個(gè)尺寸，或局部稍微變動(dòng)一下，其工藝性、經(jīng)濟(jì)性便大為改善，不僅對(duì)提高沖壓件的質(zhì)量有益，而且還能提高材料利用率，減少工序數(shù)，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。