试析汽车钣金应力的产生原因及消除的方法

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摘 要：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应力，影响汽车损伤部位的状态和形状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。

关键词：钣金应力；钣金形状；钣金状态；应力消除

中图分类号：X932 文献标识码：A

1概述

汽车钣金是针对汽车车身碰撞所产生的大小损伤进行的修复工作。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

（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）残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。

（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汽车车身修复及需要解决的两个问题

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，效率低，劳动强度大， 仅适用于对小件的矫正。对于尺寸较大的工件，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。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一下两个问题。

（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。

（2）恢复车身原来的状态

金属有“记忆”特性或叫弹性性能，它“知道”自己原来的状态，一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点就产生塑性变形，应力消除后留下永久变形。金属在发生了塑性变形后，经过合适的热过程又能恢复到变形前的形状，这种效应就称为形状记忆效应，形状记忆效应它是指具有一定形状的固体材料，在某种条件下经过一定的塑性变形后，加热到一定温度时，材料又完全恢复到变形前原来形状的现象。具有形状记忆效应的合金叫形状记忆合金。汽车钣金操作的目的就是使车身回到原来的状态，车身就会“舒服”。恢复车身 “舒服” 状态的目的就是消除肇事碰撞造成的积累变形和叠加的应力。是恢复车身形状和状态的保证重要。

3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。

在冶金学上，应力被定义为一种内部阻力，这种阻力是物质在特定的负载下变形而产生的。在碰撞修理行业，应力定义为一种存在于原材料中的对维修起阻碍作用的内部阻力。这种阻力主要是由以下原因造成的：钣金形状尺寸误差过大；过度加热；不正确的焊接操作；不理想的锤击使应力集中。

5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。

例如，一辆事故车行驶向右跑偏，据该车驾驶人反映，大约一年前该车曾发生交通事故，轿车底部受伤 。，由于当时整车上部没有明显折曲与漆面损伤，在修复时只简单地对车身底部进行了拉伸处理。没有做应力消除处理。检查整车发现该车左侧高出右侧30mm左右，坐在驾驶座位观察轿车前后四角，对称位存在明显的高低差，且左后车门与后翼子板间缝隙明显偏大。因此认定，该车为碰撞修复后车身翘曲。现代轿车大部分采用承载式车身，其主要部件焊接在一起，结构紧凑，车身所采用的刚性部件有助于传递和分散能量到整个车身上，这样会引起远离冲击点的一些部位变形，这点在碰撞检查和维修时经常会被忽略，这类变形往往在以后会引起操纵或动力系统的故障，如行驶跑偏、啃胎、共振和车身翘曲等，横置发动机还会出现脱档现象等。

6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测量，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）消除钣金应力大多数场合是“冷作用”，不需要加热。在必须使用热收缩方法时，应尽可能使变形部位接近于原始位置，这样可以避免已经拉延的金属产生额外损伤。对于大面积板件，在热收缩时即使非常小心谨慎，也往往会造成收缩部位越来越大，甚至蔓延到整个板件。其实在很多情况下这类钢板并不是金属发生延展才出现整体弹跳现象的，而是热收缩点太多、操控点不准造成的。

（6）在整体式车身钣金作业时，加热应在边角上进行，不能用水或压缩空气强行冷却。快速冷却会使金属变硬变脆，而失去原工件的强度。有效的方法是用蜡笔标记不能过热的部位，当蜡熔化时，就停止加热，让金属自然冷却后再加热。

（7）在拉伸折叠太紧的地方做退火处理时一般温度控制在550°C左右，在加温的同时敲击钢板使金属晶粒在金属内部复原。

（8）对临近变形区域也要做消除应力处理，因为发生碰撞变形的车身不仅仅在变形的工件上有应力存在，在没有明显的变形区域也有可能存在较大的内应力，也应该消除其存在的应力。

结语

一般来说，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。例如，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，内侧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。

参考文献

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[2]吴兴敏.轿车钣金与涂装修复技术[M].北京：国防工业出版社，2010.

[3]姚网.金属工艺基础 [M].合肥：安徽科学技术出版社，2008.