汽車鈑金應力的產(chǎn)生原因及消除的方法

趙紫成

摘 要：本文從維修工藝角度及實際生產(chǎn)過程對鈑金應力進行了分析，對產(chǎn)生和消除中出現(xiàn)的問題給出了一定的解決方案。

關(guān)鍵詞：鈑金應力；鈑金形狀；鈑金狀態(tài)；應力消除

正常來說，平直的金屬材料中晶體都處于相對松弛狀態(tài)。一塊金屬彎曲時，這些晶體顆粒變形產(chǎn)生應力。一旦壓力解除，金屬有足夠的彈性使晶體顆粒回到處于相對松弛狀態(tài)。比如，一片簿簿的金屬片，如一片刮臉刀片，可以變彎，松開后它便彈回去，恢復它本來形狀，幾乎不留下一點變形的痕跡，就是說刀片呈現(xiàn)彈性。如果金屬碰撞彎曲嚴重，外側(cè)的晶體顆粒受張力而嚴重扭曲，內(nèi)部的晶體顆粒受壓力而嚴重扭曲，由于大量的應力存在，就會保持住這種外形。如果鈑金校正僅僅恢復了外形，而使金屬晶體顆粒形狀沒有恢復，仍保存著大量的應力，就會形成新的扭曲區(qū)域。如果將損壞區(qū)域鈑平矯正，而其晶體顆粒扭曲已減弱，還有修復的可能。用控制加熱或不加熱的錘擊，晶體能被激活，重新松弛，即恢復到原來的形狀，又恢復到原來的狀態(tài)，應力消除，恢復車身金屬原來的平滑和剛性。因此，鈑金作業(yè)最重要的目的是鈑金應力的消除，不僅僅只是外形的修復。

1 鈑金應力概述

汽車鈑金是針對汽車車身碰撞所產(chǎn)生的大小損傷實行的修復工作。汽車鈑金在車身拉伸修復、焊接時會產(chǎn)生鈑金應力，導致汽車受損部分變形及斷裂，這是鈑金工工作中經(jīng)常遇到的棘手問題，如何及時消除鈑金應力，恢復車身原始數(shù)據(jù)、恢復車身原來形狀和原來狀態(tài)是鈑金工始終探討的課題之一。

2 汽車鈑金應力的產(chǎn)生及原因

2.1 汽車鈑金應力蘊藏于原材料之中

金屬材料的力學性能指出：內(nèi)應力存在于原材料中，它是由于金屬內(nèi)部各部分發(fā)生不均勻的塑性變形而產(chǎn)生的。對于用熱/冷軋鋼板制作新型轎車車身來說，一般厚度在0.6 毫米～2.0 毫米。有耐腐蝕要求，冷軋鋼板通過退火處理后而成型的，冷軋鋼板其軋制過程中溫度逐漸退卻消失，但是溫度退卻極不平衡，即使同一張鋼板部分或局部的溫度冷卻時間也是不相同的，金屬內(nèi)部存在的應力也就不同了。由此可見，內(nèi)應力存在于原材料之中。

2.2 殘余應力伴隨著工藝過程中

殘余應力主要指汽車鈑金車身生產(chǎn)過程中，如剪切、彎曲、沖壓、切削、鉚接等冷作工藝的外力造成永久變形的應力；焊接時，焊接處熱源產(chǎn)生的熱循環(huán)、局部加熱過程焊接后變形的應力。

2.3 汽車意外事故引起的變形應力

汽車車身碰撞、過載等非正常外力引起的車身變形，變形后比先前具有更高的硬度，因為受外部撞擊力作用時，鋼板的金屬晶粒發(fā)生變化同時產(chǎn)生應力，并發(fā)生加工硬化。也是汽車鈑金應力產(chǎn)生的原因。綜上所述，積累變形和各種應力疊加的共同作用構(gòu)成了汽車鈑金應力產(chǎn)生的主要原因。

3 鈑金應力工藝設(shè)計的實例表達分析

通常情況下，在基于實例的鈑金應力工藝設(shè)計中，實例主要包括實例屬性描述和實例解決方案兩個部分。其中，實例屬性描述部分主要是進行實例搜索匹配，比如，一些基于實例的鈑金工藝設(shè)計中，實例的屬性描述部分就是對于描述零件特征屬性的集合。實例屬性描述部分又可分為定性屬性與定量屬性兩種類型，定性屬性包括材料以及熱處理、試驗等；定量屬性則主要以幾何特征和精度特征等為主，通常是指一份工藝規(guī)程。在基于實例的鈑金工藝設(shè)計中，對于實例表達來講最為關(guān)鍵的部分為實例的屬性描述部分。尤其是在鈑金零件設(shè)計成形方法較多以及結(jié)構(gòu)復雜并且多樣化的實例表達中，要想實現(xiàn)對實例表達中的實例特征屬性描述，并且使實例表達形成規(guī)格化，就需要對于鈑金零件進行一定的分類，實現(xiàn)鈑金工藝知識的合理劃分，能夠以此進行各子實例數(shù)據(jù)庫的建立，在鈑金工藝設(shè)計中為其提供數(shù)據(jù)支撐。

4 汽車車身修復需要解決的問題

在汽車受各種外力（碰撞、超負荷、疲勞等）作用其車身會產(chǎn)生變形和斷裂，這種因不同原因造成的變形，都必須進行矯正，以消除變形或?qū)⑵湎拗圃谝?guī)定的范圍以內(nèi)。按矯正時力的來源和性質(zhì)分手工矯正、機械矯正、火焰矯正等。手工矯正利用簡單工具操作，使金屬纖維短的部位拉長，達到矯正目的。效率低，勞動強度大，僅適用于對變形部位小范圍的矯正。對于變形部位尺寸較大的工件，則采用專用機械進行矯正。汽車鈑金的機械矯正是通過矯正機對鋼板進行多次反復彎曲，使鋼板長短不等的金屬纖維趨向相等?；鹧娉C正是利用金屬局部加熱后所產(chǎn)生的塑性變形，抵消原有的變形，而達到矯正的目的。火焰矯正時，應對變形部位鋼材纖維較長金屬，進行有規(guī)律的火焰集中加熱，并達到一定的溫度，使該部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形。冷卻后，對周圍的材料產(chǎn)生拉應力，使變形得到矯正?；鹧娉C正有三種方式：1、點狀加熱；2、線條狀加熱；3、三角形加熱。一般來說，汽車鈑金多數(shù)采用點長加熱。經(jīng)火焰局部加熱，產(chǎn)生塑性變形的部分金屬，冷卻后都趨于收縮，引起新的變形，這是火焰矯正的基本規(guī)律。以此可以確定變形的方向。但變形的大小，受以下幾個因素的影響：工件的剛性、加熱方式、位置和火焰熱量都相同時，所獲得矯正變形的大小和工件本身的剛性有關(guān)，工件剛性越大，變形越小，反之，剛性越小，變形越大。無論車身修復采用哪一種矯正方法都應該很好的解決以下兩個問題。

4.1 恢復車身原來形狀

由于現(xiàn)代轎車廣泛采用無骨架承載式車身，汽車車身是由各種不同的鈑金沖壓結(jié)構(gòu)件組合而成的，是汽車各總成安裝的基礎(chǔ)。當車身受到撞擊變形后，對車身的修復實質(zhì)上就是對各部件結(jié)構(gòu)的維修，對車身外形修復整形要求較高，要求最大限度地恢復其原有的數(shù)據(jù)、形狀和性能。使車身上的積累變形和碰撞變形恢復到原來形狀。因為整形后車身上各點相互之間的位置關(guān)系不僅影響外形美觀，還會影響到車輪定位，底盤各總成相對位置，操縱件運動是否干涉等一系列關(guān)鍵問題。因此，車身維修質(zhì)量的高低直接影響到汽車行駛方向穩(wěn)定性、平順性和操縱性。

4.2 鈑金應力在肇事車身上常見的部位

肇事汽車車身常見變形的部位如下：車門、機罩、后備箱、車頂開口處；檔泥板和軌梁上的凹痕及皺紋；懸掛系統(tǒng)和發(fā)動機吊架處；底板、支架和變速箱裝置處；前后保險杠和前后左右葉子板；焊點被拉開或斷裂；焊縫和焊縫保護層裂開；承載式車身嚴重扭曲變形；碰撞的遠端沒有明顯的受損區(qū)域。我們知道由薄鋼板連接的車身殼體在碰撞中能吸收大部分振動能量，其中一部分能量被碰撞區(qū)域的變形吸收掉了大約占70%，另一部分通過車身傳遞到碰撞的遠端區(qū)域。

4.3 造成鈑金應力不能消除的原因

沒有經(jīng)過學習培訓的操作者，或設(shè)備簡陋，或工藝不合理，都不能有效地做到車身恢復到原來的形狀和原來的狀態(tài)二者一致性。

4.4 汽車鈑金操作沒有消除應力的不良后果

汽車鈑金操作沒有消除應力的不良后果主要有：由于負載的施加和釋放引起車體、懸掛系統(tǒng)、駕駛操作部件的疲勞斷裂；再次遭到碰撞時，較小的外力作用可能導致車身很大的損壞，甚至造成人員傷亡；車身尺寸的變形會使后道工序，如涂裝、機修裝配增加材料成本和施工工時，出廠后輪胎過度磨損，全車噪音過大。

4.5 消除鈑金應力的措施

通過分析產(chǎn)生鈑金應力的部位和原因，在操作中要嚴格遵守規(guī)程和要領(lǐng)，不能憑感覺進行鈑金作業(yè)。

（1）因為損壞部位比相臨的部位在鈑金修復時經(jīng)常產(chǎn)生更大的阻力，所以需要配備專業(yè)的各種鈑金夾鉗，臨時焊接的拉環(huán)是非常不合理的。如損壞的車殼張力就比與它連接的前蓋板和門要大，用一組或數(shù)組鈑金夾鉗固定前蓋板和門，使修復力主要作用在車殼上。

（2）肇事車修理應配備校正架系統(tǒng)，致少應配備地八掛等簡單有效的車身測量校正系統(tǒng)。在牽拉校正中，所有關(guān)健控制點必須進行測量，以控制其方向，防止牽拉過度。

（3）如果某一碰撞力的擴散而產(chǎn)生的變形不導致皺曲，用錘擊消除鈑金應力時，敲打過度，會浪費工時。當牽拉車頂時，應用一把平直的鈑金桿壓在變形區(qū)域后面，以防止牽拉過度。

（4）對碰撞損傷進行測量評估后，確定牽拉的角度和方向，利用拉力器先恢復形狀，再用錘擊消除應力。鈑金錘和鈑金塊相互同時打擊可分散較大的應力。對主要損壞區(qū)域的相臨部位也要打擊，使金屬彈性地恢復到原來的狀態(tài)和形狀。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，汽車越來越多汽車發(fā)生交通肇事后會產(chǎn)生變形和斷裂。在汽車鈑金修復中，要恢復其原始數(shù)據(jù)，進行拉伸修復、焊接等鈑金作業(yè)時會產(chǎn)生鈑金材料內(nèi)應力，影響汽車損傷部位的形狀、狀態(tài)和汽車使用性能的恢復，及時消除汽車鈑金應力，使受損車身金屬彈性地恢復到原來的狀態(tài)和形狀，是汽車鈑金修復工作的質(zhì)量保證。

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