汽車鈑金應力的產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過程對鈑金應力進行了分析，對產生和消除中出現的問題給出了一定的解決方案。

關鍵詞：鈑金應力；鈑金形狀；鈑金狀態；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。一塊金屬彎曲時，這些晶體顆粒變形產生應力。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。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，就是說刀片呈現彈性。如果金屬碰撞彎曲嚴重，外側的晶體顆粒受張力而嚴重扭曲，內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域。如果將損壞區域鈑平矯正，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，應力消除，恢復車身金屬原來的平滑和剛性。因此，鈑金作業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，恢復車身原始數據、恢復車身原來形狀和原來狀態是鈑金工始終探討的課題之一。

2 汽車鈑金應力的產生及原因

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：內應力存在于原材料中，它是由于金屬內部各部分發生不均勻的塑性變形而產生的。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，金屬內部存在的應力也就不同了。由此可見，內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，焊接處熱源產生的熱循環、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，鋼板的金屬晶粒發生變化同時產生應力，并發生加工硬化。也是汽車鈑金應力產生的原因。綜上所述，積累變形和各種應力疊加的共同作用構成了汽車鈑金應力產生的主要原因。

3 鈑金應力工藝設計的實例表達分析

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程。在基于實例的鈑金工藝設計中，對于實例表達來講最為關鍵的部分為實例的屬性描述部分。尤其是在鈑金零件設計成形方法較多以及結構復雜并且多樣化的實例表達中，要想實現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格化，就需要對于鈑金零件進行一定的分類，實現鈑金工藝知識的合理劃分，能夠以此進行各子實例數據庫的建立，在鈑金工藝設計中為其提供數據支撐。

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，以消除變形或將其限制在規定的范圍以內。按矯正時力的來源和性質分手工矯正、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。火焰矯正是利用金屬局部加熱后所產生的塑性變形，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，對周圍的材料產生拉應力，使變形得到矯正。火焰矯正有三種方式：1、點狀加熱；2、線條狀加熱；3、三角形加熱。一般來說，汽車鈑金多數采用點長加熱。經火焰局部加熱，產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，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構件組合而成的，是汽車各總成安裝的基礎。當車身受到撞擊變形后，對車身的修復實質上就是對各部件結構的維修，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據、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鍵問題。因此，車身維修質量的高低直接影響到汽車行駛方向穩定性、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；懸掛系統和發動機吊架處；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域。

4.3 造成鈑金應力不能消除的原因

沒有經過學習培訓的操作者，或設備簡陋，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、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

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

（1）因為損壞部位比相臨的部位在鈑金修復時經常產生更大的阻力，所以需要配備專業的各種鈑金夾鉗，臨時焊接的拉環是非常不合理的。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，致少應配備地八掛等簡單有效的車身測量校正系統。在牽拉校正中，所有關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。對主要損壞區域的相臨部位也要打擊，使金屬彈性地恢復到原來的狀態和形狀。

5 結語

隨著社會經濟發展，汽車越來越多汽車發生交通肇事后會產生變形和斷裂。在汽車鈑金修復中，要恢復其原始數據，進行拉伸修復、焊接等鈑金作業時會產生鈑金材料內應力，影響汽車損傷部位的形狀、狀態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和形狀，是汽車鈑金修復工作的質量保證。

參考文獻

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