汽车车身钣金件成本降低策略：设计、材料与工艺优化全解析

汽车市场的竞争越发激烈，汽车车身作为整车成本的重要部分，所面临的成本压力在不断增大。为了能够进一步降低汽车车身钣金件的成本，提升车型在成本方面的竞争力。文章针对汽车车身钣金件在技术降成本这个方面，对其主要的方法和内容进行了研究。从实际案例出发，对车身钣金件在钣金生产的全流程，包括零件设计、材料设计、工艺设计以及模具调试优化等方面，进行主要降成本方法的方案说明。明确了汽车车身钣金件技术降成本的方向，能够为汽车制造企业在研发生产过程中的技术降成本提供参考。

汽车制造业属于国家的支柱产业，它是衡量国家制造技术水平的重要指标之一。在进行汽车结构设计的时候，车身作为汽车的主体部分，既承担着外观造型的任务，又肩负着保护行人安全的重要功能，一直以来都是工程师们关注的重点。因为汽车钣金件的成本在车身成本中所占的比例为 50%～70%。因此，提高车身钣金件的制造技术水平是有效的，并且通过技术手段降低汽车钣金件的制造成本也是可行的，这对于增强车型的整体竞争能力有着极为重要的现实意义和经济价值。

近些年，学者针对车身钣金件的降成本工作展开了大量实践性与方法性的研究。他们分析了不同车型主要钣金件在材料利用率方面的差异，认为造型以及模具工艺是影响材料利用率的主要因素。基于这两点，他们提出了产品设计优化以及模具工艺优化的材料利用率改善方法。结合有限元软件 DYNAFORM，对车门内板的冲压工艺进行了优化，详细介绍了有限元方法针对车身钣金件进行优化的流程；结合有限元软件 DYNAFORM，对车门内板的模具设计进行了优化，详细介绍了有限元方法针对车身钣金件进行优化的方法。从零件设计优化方面介绍了钣金件的技术降本手段，并且提出了过程管理控制成本优化概念。基于材料利用率决定点概念，通过零件分块等方法降低钣金件成本。从工艺改进角度详细介绍了汽车白车声降成本方法，还介绍了废料再利用以及新技术和新材料的应用等方面来降低成本。以汽车发罩内板为实例，利用 CAE 对冲压工艺方案和参数进行优化，构建了 CAE 工艺优化流程。针对料边缩减、排样、余料再利用、激光拼焊、开卷落料模具等技术，结合具体事例进行了细致阐述。从车身开发的白车身设计阶段、工艺设计阶段、模具调试阶段，对零件设计优化、工艺优化以及新设备/技术的应用内容进行了研究。 以后纵梁为例，详细说明了余料回收的流程和方法。

以上文献调研及实际案例总结后，文章对车身钣金件进行技术降成本展开研究，涉及零件、材料、工艺设计以及模具调试优化等方面，旨在为汽车制造企业的技术降成本提供方向。

1 零件设计优化

汽车零部件总成本的 80%依据汽车零部件价值工程理论是由设计阶段所决定的。对于零部件在设计阶段的优化事宜，主要需要考虑的方法包含性能优化、结构优化以及分块优化。

1.1 性能目标设计优化

在设计的初期阶段，依据竞争车的对标结果，能够对性能目标的设计进行有针对性的优化。在设计的后期阶段，依据实车实验所得的结果，能够对性能目标进行更进一步的设计优化。

1.2 零件结构优化

因为进行了合理的性能设计，并且参考了竞争车相关部品功能的实现方式，所以对车身钣金件进行了结构优化，目的是实现结构设计的最优化。例如去除了不合理的凸台设计，这样做有利于提高材料利用率以及降低成品不良率。从图 1 可以看出，优化零件局部特征之后，该零件的材料利用率和可成形性都得到了有效提高。

图1 零件设计优化

1.3 零部件分块优化

如图 2 所示，依据零部件的特性以及形状，有针对性地对零部件展开分块优化。并且，对部品搭接分缝线进行优化。这样做能够大大提升材料的整体利用率。

图2 零件分块优化

2 材料设计优化

统计表明，车身钣金件成本中，70%到 80%都是材料成本。所以，降低原材料的成本这件事就显得特别重要。

2.1 材料牌号优化

在设计的初期，因为有性能设计目标，所以参考了竞争车的材料使用情况，对车身钣金件的牌号进行了优化。优化的主要方向有牌号降低、热轧替代冷轧、裸材化、牌号归并等。在这些方向中，牌号降低、热轧替代冷轧、裸材化主要是在保证零部件性能的基础上，对冗余材料的性能进行优化，用最合适的材料来实现功能并降低成本。牌号归并主要是指梳理整车以及所有车型所使用的材料，对性能相似的材料进行归并处理，减少使用材料的牌号种类，从而降低采购成本。

2.2 材料规格优化

材料规格优化主要包含材料厚度优化和材料宽度优化。整车性能，尤其是 NVH 方面，对钣金件厚度的影响较为显著。依据实际性能评价结果以及对竞争车的分析，能够对那些相应的非关键零部件和性能冗余零部件进行厚度的减薄处理。板材在某些宽度（通常为 1000 至 1200 毫米）时生产量较大，且采购价格相对较低。所以将零部件设计与材料宽度相结合进行优化，目的是实现成本的最优化。

2.3 材料国产化

主机厂，尤其是合资品牌主机厂，其车身钣金件常常会采用一些进口材料。依据材料性能进行评价后，要对整车所有零部件的材料国产化情况进行整理。还要调研国内材料供应商的能力，去寻找进口材料的替代牌号。并且通过材料评价以及实验试制等方式来进行可行性研究。所以，材料的国产化是实现成本优化的一种有效途径。

2.4 新材料应用

新材料的应用有好处，能让零件在提升性能的同时实现成本降低。目前应用较多的新材料主要包含高强钢、铝合金、免中涂材料、激光拼焊板等。对于这些新材料的应用研究，需要结合具体的零部件性能以及特点来进行。

3 工艺设计优化

汽车车身钣金件的主要工艺流程包含落料、成形、焊接以及涂装这几个环节。所以，依据钣金件的生产流程，要对钣金件的工艺设计优化方法进行分类并加以说明。

3.1 落料工艺优化

落料工艺优化包含以下几个方面：一是坯料形状的优化；二是排样的优化；三是落料新工艺的应用。

坯料形状优化包含结合零部件坯料决定点以及成型状态这两个方面，然后对零部件坯料形状进行优化设计，其目的是实现最高的材料利用率。

排样优化的意思是依据钢材最初的宽度以及落料的方式，对坯料的排样形式和搭边值进行优化。从图 3 能够看出，通过对排样布局进行调整，既可以让采购宽度减小，又能够使材料的利用率提高。

落料新工艺的应用涵盖了开卷落料、摆剪、弧形落料等新型工艺。合理运用这些工艺，能够提高材料的利用率，还能降低成本。

图3 排样优化

3.2 冲压工艺优化

冲压工艺优化包含多个方面。其中包括采用成型工艺、开口拉延工艺以及浅拉延工艺。还采用了一模两件的设计。同时也对工序进行了优化。

为提高冲压工艺的材料利用率，能够通过优先运用成型工艺、进行开口拉延以及采用浅拉延工艺来达成。从图 4 可以看出，因为拉延工艺需要设置诸多的工艺补充面和压边量，所以耗费的原材料比成型工艺要多很多。

一模两件工艺设计主要从门板等材料利用率的角度出发，零件采用对称配置的方式来进行成形，这样能够有效改善成形状态，也能提高材料利用率。

图4 拉延工艺与成形工艺对比

3.3 套裁及余料回收

对于侧围、后背门、门内外板这类具有较大剪切面积的零部件，能够提前在其“废料”部位嵌套布置小件成形，借此减少小件材料以及模具费用，以达到降低成本的目的。对于侧围门洞的余料，可利用回收的余料来生产其他小型钣金件，如此便可实现材料成本的降低。

3.4 焊接工艺优化

焊接工艺优化从技术角度出发，针对焊接的工艺特点。一方面要进行焊点布置优化，需基于其他竞争车的焊接设置情况以及实验分析来开展。通过这些工作，对焊点的数量以及布置形式进行优化，具体表现为焊点间距变大，双排焊点变为单排焊点。

3.5 涂装工艺优化

涂装工艺优化主要是针对一些外制涂装件，比如机舱横梁等。通过将涂装内制化，能够实现零部件成本的下降。

3.6 新技术应用

冲压新技术应用主要是指先进成形工艺应用。

近些年技术不断发展，新型成形工艺纷纷涌现[17]。目前，已经有一些成形工艺实现了量产应用，主要包括热成型工艺、辊压成形工艺、液压成形以及旋压成形等。这些工艺能够提升零部件的性能，并且可以实现一定的经济效益。

另外，在冲压工艺优化过程中，通常会把同步工程结合进来，以此进行工艺优化和可行性的验证。车身钣金件的同步工程（SE），指的是设计人员在汽车设计的早期阶段，基于 CAE 辅助设计，针对车身钣金件的冲压全过程，采用数值模的方法。

4 模具调试优化

模具调试阶段的优化，指的是在量产之前或者量产后，针对模具以及钢材坯料，依据实际的冲压结果来进行参数优化的一种方法。这种优化主要包含两个方面，一是模具工艺参数的优化，二是坯料线的优化。

模具工艺参数优化包含气垫压力的优化、平衡块间隙的优化、压料间隙的优化以及拉延筋圆角及间隙的优化。这些参数进行调整后，能够对钣金件在拉深过程中的板料状态起到有效改善的作用，进而实现坯料尺寸的优化。

坯料线优化的依据是模具试制结果。通过分析拉延件边缘与拉延筋之间的距离，若存在余量，便能进一步优化坯料尺寸，从而提高制件材料的利用率。

5 结论

汽车车身钣金件在汽车成本中占据重要地位。通过对车身钣金件制造价值链进行分析，文章系统地总结出了车身钣金件的技术降成本手段与方法。这对汽车制造企业在车身钣金件成本优化方面具有一定的参考借鉴意义。