白车身冲压件设计

浅谈白车身冲压件设计【摘要】白车身是展现汽车设计风格的基体，是其它零部件的安装载体，同时决定汽车被动安全性，是汽车的重要总成，本文主要介绍轿车的白车身冲压件设计。

【关键词】白车身；冲压件；设计1 白车身及其冲压件特点白车身是焊装之后、涂装之前的车身，它由冲压件焊接装配而成。

冲压件具有生产速度快、适合大批量生产的特点，因而在汽车生产中得到广泛运用。

车身冲压件比普通冲压件有更严格的要求，主要体现在质量、外观和重量三个方面。

质量：车身是保护乘员的载体，车身冲压件是车身的基本组成单元，因此必须满足汽车行业TS16949质量体系的要求，系统地管理全过程的质量；普通冲压件不用满足质量体系标准，无需做产品质量先期策划和控制工作。

外观：轿车外覆盖件是顾客评价汽车的第一印象，因此要求曲面平滑流畅，造型美观；普通冲压件一般没有曲面等级要求，对外观要求较低。

重量：汽车是大批量生产的交通工具，合理地减轻设计重量能节约大量钢板，还能减少汽车燃料消耗，因此有必要对车身冲压件进行轻量化设计；普通的冲压件一般生产批量较小，轻量化效益不明显。

2 零件材料选择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。

[1]材料的选用原则通常有使用性、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；经济性要求成本较低，包括材料成本和加工成本，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。

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，常用于车门外板和机盖外板；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。

表1 烘烤硬化高强钢板（Q/BQB 416-2003）力学性能3 自上而下的分解设计白车身又叫白车身总成，它包含多个下级总成，根据设计等级把下级总成依次分为二级和三级总成等，最小的设计单位是零件。

总成和零件的设计顺序安排很重要，推荐采用自上而下的设计方法。

即优先考虑总成，在满足总成要求的前提下布置零件和开展零件设计。

白车身包含机盖总成、车身本体总成、车门总成和翼子板；机盖总成包含机盖本体总成和机盖铰链总成，依次分解最终到零件；零件设计是车身开发设计的关键环节。

下面用发动机盖本体总成（简称机盖本体总成）为例，分步进行分解设计。

3.1 机盖本体总成的分解设计机盖本体总成有重要的装饰作用，外表面要保持美观流畅，不易变形；由于机盖需要经常打开，需要重量轻、刚性好。

根据总成的要求，把机盖本体总成分解成机盖外板和机盖内板总成，机盖外板的材料要求抗凹性好；机盖内板总成要求重量轻、刚度好、能给其它件提供安装点，并能支持机盖本体总成的锁止、开启和支撑。

根据机盖内板总成的要求进行分解，把总成分解为机盖内板、机盖锁扣固定板总成、机盖铰链固定板总成和机盖撑杆固定支架。

3.1.1机盖外板设计机盖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[2]，前期由造型工程师绘制效果图，再制作模型，最后由企业领导层审批定型。

外板设计在不修改汽车造型的基础上进行，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。

图1 发动机盖外板3.1.2机盖内板设计机盖内板的作用有两种。

一是功能作用，机盖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，机盖内板是连接机盖外板、机盖锁扣固定板总成、机盖铰链固定板总成和机盖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。

图2 发动机盖内板3.1.3机盖锁扣固定板总成设计机盖锁扣固定板总成分为机盖锁扣固定板和机盖锁扣，机盖锁扣固定板与机盖内板焊接，机盖锁扣与机盖锁配合。

锁扣的强度要求能可靠锁止和闭合，锁扣固定板的强度与锁扣的锁止力相近。

3.1.4机盖铰链固定板总成设计机盖铰链固定板总成每车左右各一个与机盖内板焊接，它包含铰链固定板和两个凸焊螺母，铰链固定板焊接在机盖内板上，凸焊螺母用于安装机盖铰链，安装后机盖本体总成能旋转开启。

3.1.5机盖撑杆固定支架设计机盖撑杆固定支架连接机盖撑杆的活动端，支撑机盖本体总成保持开启状态，它上面有个撑杆卡扣安装孔，为防止机盖意外掉落伤人，撑杆卡扣安装孔推荐设计成有自动锁止功能的凸字形孔。

3.1.6机盖本体总成的组装组装是对分解有效性的确认，它与分解的顺序相反。

首先焊装好机盖内板总成，再与机盖外板包边，包边的方法是：在内板总成中央部分取多个点打膨胀胶，同时在外板的边缘打折边胶，再把内板与外板放入折边模一起包边。

包边后通过高温烘烤，使膨胀胶发生膨胀，并与内板和外板牢固粘接，使内外板连成一体，达到提高整体刚度和抗扭强度的效果。

3.2 分解设计的适用范围通过机盖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。

机盖总成的相对直观，车身上有很多比机盖复杂的总成，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 相关的车身设计注意事项零件的选材和设计是白车身设计的基础，但白车身设计不是零件设计的简单累加。

从车身设计来看，还需考虑材料利用率、工艺匹配和零部件通用化等事项。

4.1 材料利用率汽车零件材料及结构设计应满足车身强度和刚度要求，零件材料对整车强度和刚度的匹配，从经验设计阶段发展到了计算机CAE分析阶段。

经验设计是以现有产品的经验数据为依据，进行反复试验、修改的设计；随着计算机CAE分析技术的推广，零部件的强度核算、零部件匹配和安全碰撞方面的计算都能在计算机上进行模拟分析，它能测算出车身安全碰撞所需要的强度，在保障安全的前提下，可以对部分零件材料作出调整，实现余料和废料的再利用。

例如，大冲压件在落料、分离工序产生的余料和废料，可以回收后作为生产小零件的坯料，提高材料利用率。

4.2 四大工艺匹配4.2.1冲压工艺性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[2]，常用的CAE软件有AUTOFORM和ANSYS （见图3），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，通常材料成型性越好价格越贵，由于需要增加成本，一般不作为首选方案。

图3 冲压工艺CAE分析图4.2.2焊接工艺性焊装是把冲压件焊接装配成白车身的过程，焊装中用得最多的是点焊，点焊焊点强度应牢固可靠，工艺标准规定的焊点抗拉强度应高于材料本身的抗拉强度，但生产中会有焊穿、虚焊和半点焊等质量缺陷，导致焊点强度不达标。

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0.7~3.5mm 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12mm，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。

4.2.3涂装工艺性涂装的目的主要是对白车身进行电泳和喷漆，电泳后容易发生车身漏液不彻底的问题，造成电泳液的浪费和车身烘干后电泳杂质残留。

这是因为车身地板上有许多筋结构，如后地板备胎箱有很多加强筋，这些筋会阻隔液体的自由流动，容易发生积液，以倾斜角度把车身吊出电泳池有助于漏液，但还是难达到干净彻底的程度。

因此设计漏液孔要合理，孔的位置应开在车身零件的凹槽底部，大小与所需的漏液量相对应；有些凹槽形状简单，此时可以不用开漏液孔，取而代之的是在凹槽侧壁设计拔模角度，角度最好不小于车身吊出电泳池角度的余角，这样能通过车身吊装的倾斜把电泳液倒出凹槽。

4.2.4总装工艺性总装是汽车制造的最终环节，需要在车身上装配附件、内外饰、动力、底盘及电子电器件等各种零部件，最终实现车辆的舒适性和操控性，总装是保证整车质量的重要环节。

[3]总装工艺中有两类容易发生的问题，即零部件配合尺寸偏差和装配不方便。

一是零部件配合尺寸偏差，可能零部件数模尺寸符合装配要求，但到装车时就发现装配困难甚至干涉，这个问题可能性较多。

如果基准不重合，应用设计基准作为装配基准；如果定位不准确，应修改定位方式。

比如车大灯定位方式是一面加三个孔，定位选择不好会导致与侧围间隙不均匀，定位面要选择大面才能保证贴合，定位孔的设计也要注意，主定位孔只有一个，其余两个为副定位孔；如果是装配工艺与设计脱节，则需要把同步工程提前，预防问题发生。

二是装配不方便，这个问题也许不影响质量，但不容忽视。

它增加了工作强度，降低了生产节拍，设计工程师不但需要现场经验，必要时还要到现场动手装配，以实际生产状况来优化设计。

4.3 零部件通用化汽车企业为满足消费者当今的多样化需求，纷纷研发个性化的车身，但是多品种、小批量的生产会增加成本。

为在实行多样化的同时降低成本，必须实行零部件通用化。

通用化是指以标准化和模块化等途径，使不同车型、不同平台的零部件实现结构或功能通用。

它通过扩大生产规模来降低成本，同时降低研发风险、缩短产品开发周期。

实行通用化具有投入少、效用大的优点，在设计前期值得重点策划。

5 结束语最后，在结尾对本篇的内容作如下总结：a介绍了白车身及其冲压件的主要特点；b阐述了钢板作为白车身材料的重要意义、材料选择的三个原则，以及常用车身钢板的种类；c自上而下的设计方法在白车身设计中的应用，以发动机盖总成为例分解设计；d讨论材料利用率、工艺匹配和零部件通用化方面的注意事项。

参考文献[1]姚贵生.汽车金属材料应用手册(上).北京：北京理工大学出版社，2000. [2]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册.设计篇.第一版.北京：人民交通出版社，2001.[3]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册.制造篇.第一版.北京：人民交通出版社，2001.。