試析汽車鈑金應(yīng)力的產(chǎn)生原因及消除的方法

高慶毓

（沈陽市汽車工程學(xué)校，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

汽車鈑金是針對汽車車身碰撞所產(chǎn)生的大小損傷進(jìn)行的修復(fù)工作。汽車鈑金在車身拉伸修復(fù)、焊接時會產(chǎn)生鈑金應(yīng)力，導(dǎo)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(yīng)力，恢復(fù)車身原始數(shù)據(jù)、恢復(fù)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(yīng)力的產(chǎn)生及原因

（1）汽車鈑金應(yīng)力蘊(yùn)藏于原材料之中

金屬材料的力學(xué)性能指出：內(nèi)應(yīng)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(yīng)力也就不同了。由此可見，內(nèi)應(yīng)力存在于原材料之中。

（2）殘余應(yīng)力伴隨著工藝過程中

殘余應(yīng)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(yīng)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(yīng)力。

（3）汽車意外事故引起的變形應(yīng)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?yàn)槭芡獠孔矒袅ψ饔脮r，鋼板的金屬晶粒發(fā)生變化同時產(chǎn)生應(yīng)力，并發(fā)生加工硬化。也是汽車鈑金應(yīng)力產(chǎn)生的原因。

綜上所述，積累變形和各種應(yīng)力疊加的共同作用構(gòu)成了汽車鈑金應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因。

3 汽車車身修復(fù)及需要解決的兩個問題

汽車受各種外力（碰撞、超負(fù)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(jìn)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(jī)械矯正、火焰矯正等。手工矯正利用簡單工具操作，效率低，勞動強(qiáng)度大，僅適用于對小件的矯正。對于尺寸較大的工件，則采用專用機(jī)械進(jìn)行矯正。汽車鈑金的機(jī)械矯正是通過矯正機(jī)對鋼板進(jìn)行多次反復(fù)彎曲，使鋼板長短不等的纖維趨向相等。火焰矯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(dá)到矯正的目的?；鹧娉C正時，應(yīng)對變形部位進(jìn)行有規(guī)律的火焰集中加熱，并達(dá)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(yīng)力，使變形得到矯正。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(fù)采用哪一種矯正方法都應(yīng)該很好的解決一下兩個問題。

（1）恢復(fù)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(dāng)車身受到撞擊變形后，對車身的修復(fù)實(shí)質(zhì)上就是對各部件結(jié)構(gòu)的維修，對車身外形修復(fù)整形要求較高，要求最大限度地恢復(fù)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(fù)到原來形狀。因?yàn)檎魏筌嚿砩细鼽c(diǎn)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(yùn)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。

（2）恢復(fù)車身原來的狀態(tài)

金屬有“記憶”特性或叫彈性性能，它“知道”自己原來的狀態(tài)，一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達(dá)到屈服點(diǎn)就產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力消除后留下永久變形。金屬在發(fā)生了塑性變形后，經(jīng)過合適的熱過程又能恢復(fù)到變形前的形狀，這種效應(yīng)就稱為形狀記憶效應(yīng)，形狀記憶效應(yīng)它是指具有一定形狀的固體材料，在某種條件下經(jīng)過一定的塑性變形后，加熱到一定溫度時，材料又完全恢復(fù)到變形前原來形狀的現(xiàn)象。具有形狀記憶效應(yīng)的合金叫形狀記憶合金。汽車鈑金操作的目的就是使車身回到原來的狀態(tài)，車身就會“舒服”。恢復(fù)車身“舒服”狀態(tài)的目的就是消除肇事碰撞造成的積累變形和疊加的應(yīng)力。是恢復(fù)車身形狀和狀態(tài)的保證重要。

龍牙木新鮮樣品40 ℃烘干粉碎過60目篩，按1：20料液比加入石油醚脫脂脫色，50 ℃烘箱揮干溶劑后于4 ℃保藏備用。

3 鈑金應(yīng)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(jī)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(jī)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(diǎn)被拉開或斷裂；焊縫和焊縫保護(hù)層裂開；承載式車身嚴(yán)重扭曲變形；碰撞的遠(yuǎn)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(yuǎn)端區(qū)域。

4 造成鈑金應(yīng)力不能消除的原因

沒有經(jīng)過學(xué)習(xí)培訓(xùn)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(fù)到原來的形狀和原來的狀態(tài)二者一致性。

在冶金學(xué)上，應(yīng)力被定義為一種內(nèi)部阻力，這種阻力是物質(zhì)在特定的負(fù)載下變形而產(chǎn)生的。在碰撞修理行業(yè)，應(yīng)力定義為一種存在于原材料中的對維修起阻礙作用的內(nèi)部阻力。這種阻力主要是由以下原因造成的：鈑金形狀尺寸誤差過大；過度加熱；不正確的焊接操作；不理想的錘擊使應(yīng)力集中。

5 汽車鈑金操作沒有消除應(yīng)力的不良后果

汽車鈑金操作沒有消除應(yīng)力的不良后果主要有：由于負(fù)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(dǎo)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(jī)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。

例如，一輛事故車行駛向右跑偏，據(jù)該車駕駛?cè)朔从?，大約一年前該車曾發(fā)生交通事故，轎車底部受傷 。，由于當(dāng)時整車上部沒有明顯折曲與漆面損傷，在修復(fù)時只簡單地對車身底部進(jìn)行了拉伸處理。沒有做應(yīng)力消除處理。檢查整車發(fā)現(xiàn)該車左側(cè)高出右側(cè)30mm左右，坐在駕駛座位觀察轎車前后四角，對稱位存在明顯的高低差，且左后車門與后翼子板間縫隙明顯偏大。因此認(rèn)定，該車為碰撞修復(fù)后車身翹曲?，F(xiàn)代轎車大部分采用承載式車身，其主要部件焊接在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，車身所采用的剛性部件有助于傳遞和分散能量到整個車身上，這樣會引起遠(yuǎn)離沖擊點(diǎn)的一些部位變形，這點(diǎn)在碰撞檢查和維修時經(jīng)常會被忽略，這類變形往往在以后會引起操縱或動力系統(tǒng)的故障，如行駛跑偏、啃胎、共振和車身翹曲等，橫置發(fā)動機(jī)還會出現(xiàn)脫檔現(xiàn)象等。

6 消除鈑金應(yīng)力的措施

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

（1）因?yàn)閾p壞部位比相臨的部位在鈑金修復(fù)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(fù)力主要作用在車殼上。

（3）如果某一碰撞力的擴(kuò)散而產(chǎn)生的變形不導(dǎo)致皺曲，用錘擊消除鈑金應(yīng)力時，敲打過度，會浪費(fèi)工時。當(dāng)牽拉車頂時，應(yīng)用一把平直的鈑金桿壓在變形區(qū)域后面，以防止?fàn)坷^度。

（4）對碰撞損傷進(jìn)行測量評估后，確定牽拉的角度和方向，利用拉力器先恢復(fù)形狀，再用錘擊消除應(yīng)力。鈑金錘和鈑金塊相互同時打擊可分散較大的應(yīng)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(fù)到原來的狀態(tài)和形狀。

（5）消除鈑金應(yīng)力大多數(shù)場合是“冷作用”，不需要加熱。在必須使用熱收縮方法時，應(yīng)盡可能使變形部位接近于原始位置，這樣可以避免已經(jīng)拉延的金屬產(chǎn)生額外損傷。對于大面積板件，在熱收縮時即使非常小心謹(jǐn)慎，也往往會造成收縮部位越來越大，甚至蔓延到整個板件。其實(shí)在很多情況下這類鋼板并不是金屬發(fā)生延展才出現(xiàn)整體彈跳現(xiàn)象的，而是熱收縮點(diǎn)太多、操控點(diǎn)不準(zhǔn)造成的。

（6）在整體式車身鈑金作業(yè)時，加熱應(yīng)在邊角上進(jìn)行，不能用水或壓縮空氣強(qiáng)行冷卻?？焖倮鋮s會使金屬變硬變脆，而失去原工件的強(qiáng)度。有效的方法是用蠟筆標(biāo)記不能過熱的部位，當(dāng)蠟熔化時，就停止加熱，讓金屬自然冷卻后再加熱。

（7）在拉伸折疊太緊的地方做退火處理時一般溫度控制在550°C左右，在加溫的同時敲擊鋼板使金屬晶粒在金屬內(nèi)部復(fù)原。

（8）對臨近變形區(qū)域也要做消除應(yīng)力處理，因?yàn)榘l(fā)生碰撞變形的車身不僅僅在變形的工件上有應(yīng)力存在，在沒有明顯的變形區(qū)域也有可能存在較大的內(nèi)應(yīng)力，也應(yīng)該消除其存在的應(yīng)力。

結(jié)語

一般來說，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(yīng)力。一旦壓力解除，金屬有足夠的彈性使晶體顆?；氐教幱谙鄬λ沙跔顟B(tài)。例如，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(fù)它本來形狀，幾乎不留下一點(diǎn)變形的痕跡，就是說刀片呈現(xiàn)彈性。如果金屬碰撞彎曲嚴(yán)重，外側(cè)的晶體顆粒受張力而嚴(yán)重扭曲，內(nèi)側(cè)的晶體顆粒受壓力而嚴(yán)重扭曲，由于大量的應(yīng)力存在，就會保持住這種外形。如果鈑金校正僅僅恢復(fù)了外形，而使金屬晶體顆粒形狀沒有恢復(fù)，仍保存著大量的應(yīng)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(fù)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(fù)到原來的形狀，又恢復(fù)到原來的狀態(tài)，應(yīng)力消除，恢復(fù)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(yīng)力的消除，不僅僅只是外形的修復(fù)。

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