叶文港
上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市545007
摘要：在汽车制造时会采用多种工艺，不同工艺对车身构件强度影响较大。汽车车身构件在制造期间经历多个工序，即冲压、焊装以及涂装，这些工艺对车身构件材料机械性能会产生不同程度的影响，尤其是冲压工艺，将会让汽车材料厚度变薄，也会导致冲压各部分构件产生塑性变形，进而出现冷作硬化。在本次研究中，主要对冲压工艺对车身构件强度方面的内容进行分析。文章从阐述冲压工艺工艺角度着手，然后采用成形模拟和试验分析的方式了解具体的影响状况。
关键词：冲压工艺；车身构件强度；车辆制造工艺
引言：菲亚特属于汽车领域当中知名品牌，在汽车生产方面，提出改善车身的结构分析精度的方式，主要是利用T形铝合金冲压件，研究成形过程对于静轻度特性产生的影响。在研究中发现，T形冲压件能让弯曲刚度高10%，能提升车身构件的强度。同时，还有部分学者在研究中采用计算机模拟与试验结合的方式，论证冲压成形工艺对车身构件碰撞特性与疲劳特性的影响。在这样的科技和工业迅速发展背景之下，能在很大程度上提升汽车构件的强度。基于此，本次研究中对该课题内容进行详细分析与论述。
一、冲压工艺概述
（一）冲压工艺概念解读
冲压工艺属于金属加工方式，构件在金属塑性变形基础之上，采用磨具与冲压设备来对板料施压，然后让板料通过塑性变形进而分离，这样能获得特定形状尺寸的性能零件。冲压成形生产工艺在汽车产品制造方面有重要的地位，尤其是汽车车身大型覆盖件生产比较多，由于多数形状都比较复杂，结构尺寸通常比较大，部分存在空间曲面，对表面质量要求通常较高，因此，采用冲压加工方式进行生产和制造，与其他加工方法相比具有众多优点。例如轿车车身覆盖件和骨架基本上都是采用冲压加工的方式进行生产[1]。
（二）冲压工艺的特点
（1）冲压工艺还属于高生产效率和低消耗材料的一种加工方法，增加工艺适用于比较大的批发零件制品生产，能够实现机械化和自动化，进而提升生产效率。此外，冲压生产不但能够降低对材料的使用，同时也能达到无废料产生的目标，并且在特定状况之下一些材料而且还可以二次利用。（2）冲压工艺操作工艺方式比较便捷，不需要具有较高的经济水平便可以完成对零件和构件的加工。（3）冲压零件通常不用再进行任何机械加工，因此在加工方面能够一步到位，具有较高的精准尺寸。（4）由于冲压件所使用的板材属于原材料，它的表面质量通常比较好，能够为后续处理工序提供便利。综上所述冲压工艺在应用时有多种优势，因此得到汽车生产企业的青睐[2]。
二、冲压工艺对车身构件强度影响实验分析
在本次研究当中，采用成形模拟进行分析，主要是以驾驶室窗框上衡量这一构件为例，对这一汽车构件进行成形模拟，将经过工艺补充后的上横梁内板导入成型，然后分析软件进行映射，导出板料厚度变化相应文件和残余变形文件。通过编写程序的方式，把板料厚度变化引入结构分析。
（一）车身构件应力分析
在分析过程当中不考量冲压工艺导致板料厚度变化，以及屈服极限的变化，而是充分考虑冲压工艺的影响。上横梁内板两端存在三个移动方向的自由度，而板的整个表面会受到40帕的压力。通过实验分析了解到，高应力区分布位置相似，但是也存在一定的差别。不考量冲压工艺影响，得到的最大应力数值为162兆帕，考虑冲压工艺影响而得到的最大应力数值为176兆帕，考量冲压工艺影响之后构件最大应力增加了14兆帕，这样使得应力增加率8.64%。
在实验当中，通过对五个抽样点应力变化状况进行数据统计，得出的结论是，考虑冲压工艺影响之后，汽车车身构件应力得到提升，而应力平均增加率为3.0%[3]。
（二）冲压工艺对车身构件强度影响
通过实验分析，可以了解到充分考量冲压工艺影响后，抽样点屈服极限得到了明显的提升，但是应力也得到了提高，为了能够充分地判断出冲压工艺对汽车车身构件强度的主要影响状况，在本次研究当中应用安全裕度的概念。
其中关于抽样点安全裕度分析方面，通过成型性能的分析，能够了解到车身构件上任意一个点的残余变形量。经过应力分析之后，可以了解任意一点应力，然后按照上述计算公式进行数据的核算。通过核算了解到这一点的安全裕度，其中抽样点平均残余变量为3.67%，考虑冲价影响之后平均屈服极限为214兆帕。而不考量冲压工艺影响屈服极限，为192兆帕，考量冲压工艺后平均的屈服极限提升22兆帕，因此不考虑冲压工艺影响，抽样点平均安全裕度为70.1%。而考虑冲压工艺影响，抽样点平均安全裕度为75.6%。考虑冲价影响之后，抽样点安全裕度平均增量为5.5%。
关于车身构件危险点安全裕度分析方面，通过试验得到的数据进行分析可以了解到，在不考虑冲压工艺影响时，得到的最大应力数值为162兆帕，而屈服极限数据为181兆帕，由安全裕度计算公式可以了解到，在这样的数值变化之下，安全裕度为10.5%。考虑冲压工艺影响，最大应力数值为176兆帕，最大应力处残余变形量为3.06%。屈服极限为233兆帕，该种状况之下，安全裕度为31.4%。考虑冲压残余变形，对车身构件强化作用之后，上横梁内板危险单元屈服极限提高了52兆帕，考虑冲压工艺影响要比不考虑冲压工艺影响状况下车身构件安全裕度提升20.9%，这样的数据充分反映出采用冲压工艺在汽车进行制造的过程当中引起板料屈服极限的提高。对于汽车车身构件强度的强化作用，要高于板料厚度减薄对强度的削弱能力。
（三）不同应力水平的单元安全裕度
通过汽车窗框上横梁内板成形分析的数据进行统计与核算，了解残余变形量逐渐增大之后，残余变形量的单元比例越来越低。实验数据表明，有高于14%的残余变形量单元所占比例低于3.2%。不同残余变形单元为例，通过加载压力得到某一残余变形量，单元在应力不断增加之后，在去除冲压工艺影响和考量冲压工艺影响状况之下的安全裕度变化如下：随着应力增大，安全裕度在逐渐减小，并且斜率相同，在应力增大不考量冲压工艺影响与考虑冲压工艺影响两种状况下，两者安全裕度差距会越来越大。在同一应力水平之下残余变形量会越来越大，两种状况的安全裕度差距也越来越大。换而言之，随着残余变形量的增大，斜率绝对值也越来越小，而在应力逐渐增大之后安全裕度变化也比较小，在残余变形量高于15.0%之后，安全裕度的提高便较小。
结论：在本次研究之后得知，成型过程中引起板料屈服极限提高，对汽车车身构建强度强化作用要高于板料厚度减薄对强度削弱作用，采用冲压工艺，车身构建最危险点屈服极限提升52兆帕，安全提升20.9%。车身制作和加工过程当中，如若能按照车身构件实际受力状况，合理控制冲压加工各种工艺的数据，能够最大限度地借助冲压成型产生残余变量与预应力，以此来优化车身构件的物理性能，提高构件的强度，这样对于车身结构轻量化和高质量加工均具有重要的意义。
参考文献：
[1]曹江怀,雷金宝,胡辉,等.冲压工艺废料向上收集的研究应用[J].模具技术,2020,12(04):43-45.
[2]刘勇,耿会程,朱彬,等.高强铝合金高效热冲压工艺研究进展[J].锻压技术,2020,45(07):1-12.
[3]王建中.汽车B柱高强度钢热冲压工艺研究[J].时代汽车,2020,23(11):117-118.
简介：姓名：叶文港（1991.8），性别：男，民族：汉族，籍贯：广西玉林，职称：助理工程师，学历：本科，
研究方向：冲压工艺。