汽车钣金件结构设计冲裁工艺性问题分析与优化

李俊祎

（青岛凯德嘉工贸有限公司，青岛 266400）

随着机械行业的快速发展，钣金产品的应用越来越广泛。针对钣金产品在设计和生产等各个环节的要求、标准越来越严格，使得钣金产品需要不断提升质量以适应多元化的钣金市场需求。目前，市场中钣金产品存在的问题主要集中在冲裁方面，如圆角、内孔等尺寸规格及其加工工艺性的缺失造成整体钣金产品质量下降等[1]。

在汽车行业，钣金产品需要更高的标准性和更严格的规格，对钣金件冲裁工艺提出了更高要求。因此，在加工汽车钣金件时，需要结合产品的特点及其设计要求对工艺性问题展开研究。当前汽车钣金产品设计冲裁工艺主要分为激光切割、数控冲裁分离以及冷冲压冲孔及其落料技术3种[2]。文章针对3种设计冲裁工艺展开分析，了解不同工艺性问题，并以此为基础，展开对汽车钣金件结构设计冲裁工艺问题的优化，对提高钣金产品质量和汽车整体性能具有积极的研究价值。

1 钣金件结构设计冲裁工艺性问题分析

1.1 激光切割技术工艺性问题

1.1.1 工艺特点

激光切割技术表现出较强的工艺特点，因此在汽车的钣金产品生产过程中，需要结合其工艺特点对汽车钣金件产品进行相应的设计。首先，鉴于激光切割技术切割的随意性，可以切割各类形状的钣金件[3]。因此，在冲裁过程中，需要材料的形状没有较大的变化。其次，激光切割技术切割的切口位置相对精准，因此切割后的钣金件规格精度较高，同时加工中产生的噪声较小，优势明显。最后，激光切割不受硬度等因素影响，可以较好地满足汽车各类钣金结构件的加工需求。

1.1.2 工艺性问题分析

在汽车钣金件结构设计中，如需要激光切割技术，需要分析其工艺性问题[4]，具体内容如下：

（1）其他冲裁工艺难以满足汽车钣金件外观形状设计需求时，可以采用激光切割技术；

（2）在数控冲裁过程中，针对一些异形孔等难以加工的部位，可采用激光切割技术加工；

（3）在对钣金件结构进行激光切割时，应该注意密孔变形的问题，如果达不到加工的标准，不能使用激光切割技术；

（4）数控冲裁过程中很容易对钣金件的表面产生划痕，鉴于汽车车身外观的光滑性需求，需要用激光切割技术加工；

（5）激光切割技术不受材质硬度因素影响，可以切割一些硬度较大的结构，但是在攻丝加工中一般不能直接使用；

（6）激光切割加工中会产生较大热量，在加工导热较快的材料时会造成切口周边的融化，降低加工精度，因此一般用于钢板材质的汽车钣金件；

（7）经过激光切割后的钣金件通常表面会有一层氧化层，鉴于汽车的外观要求，需要对断面进行打磨处理。

1.2 数控冲裁分离技术工艺性问题

1.2.1 工艺特点

汽车中的钣金件结构设计加工过程中，通常采用的冲裁工艺为数控冲裁分离技术。该技术不仅可以有效冲裁各种冲孔，还能对钣金件的切角、散热孔以及打包等加工表现出较高的加工效率和较好的适应性。因此，数控冲裁技术在汽车钣金件设计中得到了广泛运用。一方面，它保障了汽车钣金件的加工效率；另一方面，它具有较高的钣金件加工精度，有效保证了汽车产品的质量和一致性生产要求[5]。鉴于数控冲裁技术的工艺特点，它主要适应于汽车结构中较为简单的钣金件。如果某些钣金件结构比较复杂，则需要用到其他的冲裁工艺进行生产。

1.2.2 工艺性问题分析

结合数控冲裁分离技术的工艺特点，在汽车钣金件冲裁工艺运用过程中需要注意相应的工艺性问题[6]。

（1）汽车钣金件在数控冲裁过程中通常采用步进方式，作业中应该结合其工艺特点，对冲孔磨具的配套设施进行把控。

（2）在对汽车钣金件结构进行数控冲裁时，要确保汽车钣金件结构的表面结构尽可能简单，形状尽可能做到规格统一，并保证作业面积的合理化。

（3）鉴于数控冲裁分离技术的工艺特点，在处理汽车钣金件时应该尽量避免出现窄小冲孔操作，且切槽尽量不要太深，否则在冲裁细长型且刚度不够的钣金件时容易产生裂纹，从而降低钣金件的产品质量，同时会给数控机床的刀具造成一定的损伤。因此，汽车钣金件中如有该类型结构件，不选择数控冲裁分离技术加工。

（4）如果汽车钣金件为铜制材料，通常情况下不采用数控冲裁分离技术进行加工，因为加工时容易造成铜制板材变形。

（5）如果汽车钣金件为PC/PVC材质，也不建议采用数控冲裁分离技术加工，因为易造成该材质边缘毛刺突出，从而降低加工精度，难以达到汽车钣金件结构的标准要求。

1.3 冷压冲孔及落料技术工艺性问题

1.3.1 工艺特点

在对汽车钣金件结构设计过程中，有时为了能够一次性加工处理钣金件结构，会采用冷压冲孔及落料技术完成对目标形状的冲裁加工。特别是在保证汽车产品一致性控制中[7]，采用该技术可以在控制钣金件冲裁成本的同时，提高生产效率。因此，冷压冲孔及落料技术得到了广泛应用。

1.3.2 工艺性问题分析

采用冷压冲孔技术对汽车钣金件进行设计冲裁时，该技术存在的工艺性问题主要表现在以下几个方面。

（1）采用冷冲压技术进行冲裁时，一般适应于产量较大、加工尺寸较小的钣金件。

（2）采用该技术时钣金件不能出现尖角，需要对其进行圆角处理，不仅可以提高产品质量，也可以保证钣金件的美观和使用寿命。

（3）采用冷压冲孔的冲压件，设计时其基准尺寸应该与产品加工的定位相重合，以有效避免钣金件加工尺寸的误差。另外，在孔位尺寸基准选择中，应该尽可能选在不参与冲压过程的面上或者线上面，且不能和变形的区域存在联系。

（4）如果采用不同的模具或者不同的工序进行冷冲压，尽量采用相同的定位基准。

1.4 3种钣金件冲裁技术工艺性问题对比

通过对3种钣金件冲裁工艺性问题的分析，结合其具体的工艺特点，3种技术的对比情况如表1所示。

表1 3种钣金件冲裁技术工艺性问题对比

通过对3种不同钣金件冲裁工艺的对比可以看出，在对汽车钣金件进行冲裁加工中，需要结合钣金件的材质、外观以及加工精度要求等选择不同的设计冲裁工艺，以实现对汽车钣金件设计冲裁工艺性问题的合理优化，满足汽车钣金件的功能需求。

2 板件结构件设计冲裁工艺性问题的优化

结合不同钣金件冲裁工艺的特点，为了进一步提升汽车钣金件结构设计冲裁工艺的质量和标准，在对汽车钣金件进行设计中需要做好以下几方面优化。

2.1 钣金件材料选择的优化

结合汽车钣金件的外观、功能等需求，在对其进行设计时，需要优化汽车钣金件的材料选择，以在降低冲裁成本的基础上，提高加工效率。在汽车钣金件材料选择需要做好以下几点。首先，结合汽车的实际需求，精准测量汽车钣金件的尺寸需求。一方面，要确保选用的材料略大于钣金件结构尺寸；另一方面，要保证材料的最大化利用，减少材料的选择，从而在确保冲裁空间的基础上，实现对加工误差的有效控制。其次，针对相同的汽车钣金件，为了提升材料利用率，选择材料厚度标准时要求不低于3种。再次，在加工汽车中不需要喷涂的钣金件结构时，需要合理选择钣金材料的修饰面，同时选择优化材料的不同纹路。最后，在加工不能外漏的钣金件结构时，需做好材料加工保护，强化处理焊缝，提高其利用效率。

2.2 钣金件孔缺设计的优化

在设计汽车钣金件的孔缺结构时，要充分考虑汽车钣金件结构的安装、外观等因素，以及钣金件冲裁工艺的便捷性和成本性，保证汽车钣金件生产的一致性和美观性，以优化孔缺结构。一方面，针对需要弯折的钣金件，要考虑弯折部位存在的拉伸现象，在弯折部位不能设计方孔，避免出现孔的失形；另一方面，在螺孔加工中，需要结合钣金件的厚度、材质以及孔径尺寸等因素选择加工方式。

2.3 钣金件弯折设计的优化

在对汽车钣金件结构进行弯折处理时，需要做好以下几个方面。首先，优化死边弯折结构设计。死边的长度尺寸需要按照材料的厚度确定，通常最小的死边距离至少要超过板材厚度的3.5倍。其次，需要处理折弯钣金件边孔的距离，避免出现弯折加工中孔边孔的变形。最后，如果需要加工的钣金件厚度过大，在对其弯折中还需要优化设计工艺缺口，避免在弯折中出现凸起现象。

2.4 钣金件焊接设计的优化

在设计汽车钣金件结构时，需要优化设计其焊接结构。首先，考虑汽车钣金件在焊接中主要的焊接方式为角焊缝，为了确保汽车钣金件的美观性和工艺效果，在选择焊缝位置时，一方面要尽量保证焊缝的对称效果，避免出现交叉焊接，另一方面要尽量在次要表面进行焊缝处理。其次，在汽车钣金件结构焊接优化设计中，要充分考虑钣金件的焊缝间隙、表面涂层等问题，在此基础上简化工艺，提高加工生产的效率。最后，在焊接设计中要考虑各种钣金件结构焊接的吻合度和匹配度，以更好地提升焊接质量。例如，在对汽车钣金件结构冲裁时，需要结合钣金件的尺寸、性质以及冲裁特点等，优化焊接钣金件，在满足冲裁工艺需求的基础上，更好地满足冲裁的质量标准。

3 结语

通过对不同技术下钣金件冲裁工艺性的分析，得出钣金件的冲裁工艺性主要表现为其适应性和可操作性。冲裁结构件的属性、尺寸以及标准等因素，都会影响冲裁工艺，并影响最终的冲裁件质量、寿命、生产效率以及成本等。针对汽车钣金件结构的外观、功能要求，在对汽车钣金件进行设计与冲裁时，需要着重分析钣金件的尺寸、材质、精度以及厚度等要素，保证钣金件冲裁的高效率、高标准以及低成本。另外，针对钣金件结构设计冲裁工艺性问题，需要结合钣金件的材料、孔缺、弯折以及焊接等因素进行设计优化，从而达到设计质量要求和汽车生产一致性控制要求。