汽车钣金应力的产生原因及消除的方法

赵紫成

摘 要：本文从维修工艺角度及实际生产过程对钣金应力进行了分析，对产生和消除中出现的问题给出了一定的解决方案。

关键词：钣金应力；钣金形状；钣金状态；应力消除

正常来说，平直的金属材料中晶体都处于相对松弛状态。一块金属弯曲时，这些晶体颗粒变形产生应力。一旦压力解除，金属有足够的弹性使晶体颗粒回到处于相对松弛状态。比如，一片簿簿的金属片，如一片刮脸刀片，可以变弯，松开后它便弹回去，恢复它本来形状，几乎不留下一点变形的痕迹，就是说刀片呈现弹性。如果金属碰撞弯曲严重，外侧的晶体颗粒受张力而严重扭曲，内部的晶体颗粒受压力而严重扭曲，由于大量的应力存在，就会保持住这种外形。如果钣金校正仅仅恢复了外形，而使金属晶体颗粒形状没有恢复，仍保存着大量的应力，就会形成新的扭曲区域。如果将损坏区域钣平矫正，而其晶体颗粒扭曲已减弱，还有修复的可能。用控制加热或不加热的锤击，晶体能被激活，重新松弛，即恢复到原来的形状，又恢复到原来的状态，应力消除，恢复车身金属原来的平滑和刚性。因此，钣金作业最重要的目的是钣金应力的消除，不仅仅只是外形的修复。

1 钣金应力概述

汽车钣金是针对汽车车身碰撞所产生的大小损伤实行的修复工作。汽车钣金在车身拉伸修复、焊接时会产生钣金应力，导致汽车受损部分变形及断裂，这是钣金工工作中经常遇到的棘手问题，如何及时消除钣金应力，恢复车身原始数据、恢复车身原来形状和原来状态是钣金工始终探讨的课题之一。

2 汽车钣金应力的产生及原因

2.1 汽车钣金应力蕴藏于原材料之中

金属材料的力学性能指出：内应力存在于原材料中，它是由于金属内部各部分发生不均匀的塑性变形而产生的。对于用热/冷轧钢板制作新型轿车车身来说，一般厚度在0.6 毫米～2.0 毫米。有耐腐蚀要求，冷轧钢板通过退火处理后而成型的，冷轧钢板其轧制过程中温度逐渐退却消失，但是温度退却极不平衡，即使同一张钢板部分或局部的温度冷却时间也是不相同的，金属内部存在的应力也就不同了。由此可见，内应力存在于原材料之中。

2.2 殘余应力伴随着工艺过程中

残余应力主要指汽车钣金车身生产过程中，如剪切、弯曲、冲压、切削、铆接等冷作工艺的外力造成永久变形的应力；焊接时，焊接处热源产生的热循环、局部加热过程焊接后变形的应力。

2.3 汽车意外事故引起的变形应力

汽车车身碰撞、过载等非正常外力引起的车身变形，变形后比先前具有更高的硬度，因为受外部撞击力作用时，钢板的金属晶粒发生变化同时产生应力，并发生加工硬化。也是汽车钣金应力产生的原因。综上所述，积累变形和各种应力叠加的共同作用构成了汽车钣金应力产生的主要原因。

3 钣金应力工艺设计的实例表达分析

通常情况下，在基于实例的钣金应力工艺设计中，实例主要包括实例属性描述和实例解决方案两个部分。其中，实例属性描述部分主要是进行实例搜索匹配，比如，一些基于实例的钣金工艺设计中，实例的属性描述部分就是对于描述零件特征属性的集合。实例属性描述部分又可分为定性属性与定量属性两种类型，定性属性包括材料以及热处理、试验等；定量属性则主要以几何特征和精度特征等为主，通常是指一份工艺规程。在基于实例的钣金工艺设计中，对于实例表达来讲最为关键的部分为实例的属性描述部分。尤其是在钣金零件设计成形方法较多以及结构复杂并且多样化的实例表达中，要想实现对实例表达中的实例特征属性描述，并且使实例表达形成规格化，就需要对于钣金零件进行一定的分类，实现钣金工艺知识的合理划分，能够以此进行各子实例数据库的建立，在钣金工艺设计中为其提供数据支撑。

4 汽车车身修复需要解决的问题

在汽车受各种外力（碰撞、超负荷、疲劳等）作用其车身会产生变形和断裂，这种因不同原因造成的变形，都必须进行矫正，以消除变形或将其限制在规定的范围以内。按矫正时力的来源和性质分手工矫正、机械矫正、火焰矫正等。手工矫正利用简单工具操作，使金属纤维短的部位拉长，达到矫正目的。效率低，劳动强度大，仅适用于对变形部位小范围的矫正。对于变形部位尺寸较大的工件，则采用专用机械进行矫正。汽车钣金的机械矫正是通过矫正机对钢板进行多次反复弯曲，使钢板长短不等的金属纤维趋向相等。火焰矫正是利用金属局部加热后所产生的塑性变形，抵消原有的变形，而达到矫正的目的。火焰矫正时，应对变形部位钢材纤维较长金属，进行有规律的火焰集中加热，并达到一定的温度，使该部分金属获得不可逆的压缩塑性变形。冷却后，对周围的材料产生拉应力，使变形得到矫正。火焰矫正有三种方式：1、点状加热；2、线条状加热；3、三角形加热。一般来说，汽车钣金多数采用点长加热。经火焰局部加热，产生塑性变形的部分金属，冷却后都趋于收缩，引起新的变形，这是火焰矫正的基本规律。以此可以确定变形的方向。但变形的大小，受以下几个因素的影响：工件的刚性、加热方式、位置和火焰热量都相同时，所获得矫正变形的大小和工件本身的刚性有关，工件刚性越大，变形越小，反之，刚性越小，变形越大。无论车身修复采用哪一种矫正方法都应该很好的解决以下两个问题。

4.1 恢复车身原来形状

由于现代轿车广泛采用无骨架承载式车身，汽车车身是由各种不同的钣金冲压结构件组合而成的，是汽车各总成安装的基础。当车身受到撞击变形后，对车身的修复实质上就是对各部件结构的维修，对车身外形修复整形要求较高，要求最大限度地恢复其原有的数据、形状和性能。使车身上的积累变形和碰撞变形恢复到原来形状。因为整形后车身上各点相互之间的位置关系不仅影响外形美观，还会影响到车轮定位，底盘各总成相对位置，操纵件运动是否干涉等一系列关键问题。因此，车身维修质量的高低直接影响到汽车行驶方向稳定性、平顺性和操纵性。

4.2 钣金应力在肇事车身上常见的部位

肇事汽车车身常见变形的部位如下：车门、机罩、后备箱、车顶开口处；档泥板和轨梁上的凹痕及皱纹；悬挂系统和发动机吊架处；底板、支架和变速箱装置处；前后保险杠和前后左右叶子板；焊点被拉开或断裂；焊缝和焊缝保护层裂开；承载式车身严重扭曲变形；碰撞的远端没有明显的受损区域。我们知道由薄钢板连接的车身壳体在碰撞中能吸收大部分振动能量，其中一部分能量被碰撞区域的变形吸收掉了大约占70%，另一部分通过车身传递到碰撞的远端区域。

4.3 造成钣金应力不能消除的原因

没有经过学习培训的操作者，或设备简陋，或工艺不合理，都不能有效地做到车身恢复到原来的形状和原来的状态二者一致性。

4.4 汽车钣金操作没有消除应力的不良后果

汽车钣金操作没有消除应力的不良后果主要有：由于负载的施加和释放引起车体、悬挂系统、驾驶操作部件的疲劳断裂；再次遭到碰撞时，较小的外力作用可能导致车身很大的损坏，甚至造成人员伤亡；车身尺寸的变形会使后道工序，如涂装、机修装配增加材料成本和施工工时，出厂后轮胎过度磨损，全车噪音过大。

4.5 消除钣金应力的措施

通过分析产生钣金应力的部位和原因，在操作中要严格遵守规程和要领，不能凭感觉进行钣金作业。

（1）因为损坏部位比相临的部位在钣金修复时经常产生更大的阻力，所以需要配备专业的各种钣金夹钳，临时焊接的拉环是非常不合理的。如损坏的车壳张力就比与它连接的前盖板和门要大，用一组或数组钣金夹钳固定前盖板和门，使修复力主要作用在车壳上。

（2）肇事车修理应配备校正架系统，致少应配备地八挂等简单有效的车身测量校正系统。在牵拉校正中，所有关健控制点必须进行測量，以控制其方向，防止牵拉过度。

（3）如果某一碰撞力的扩散而产生的变形不导致皱曲，用锤击消除钣金应力时，敲打过度，会浪费工时。当牵拉车顶时，应用一把平直的钣金杆压在变形区域后面，以防止牵拉过度。

（4）对碰撞损伤进行测量评估后，确定牵拉的角度和方向，利用拉力器先恢复形状，再用锤击消除应力。钣金锤和钣金块相互同时打击可分散较大的应力。对主要损坏区域的相临部位也要打击，使金属弹性地恢复到原来的状态和形状。

5 结语

随着社会经济发展，汽车越来越多汽车发生交通肇事后会产生变形和断裂。在汽车钣金修复中，要恢复其原始数据，进行拉伸修复、焊接等钣金作业时会产生钣金材料内应力，影响汽车损伤部位的形状、状态和汽车使用性能的恢复，及时消除汽车钣金应力，使受损车身金属弹性地恢复到原来的状态和形状，是汽车钣金修复工作的质量保证。

参考文献

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[2]候义敏.汽车钣金与涂装修复技术[M]科技研究，2016.

[3]姚静寿.汽车钣金应力的产生原因及消除的方法.[M].科学技术出版社，2016.