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汽车车身修复技术:钣金收放操作

时间:2023-08-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:收放操作是针对金属板的膨胀、收缩变形而进行的。车身钣金件变形的根源主要是由板厚不均造成的。车身钣金的收放作业有以下三种形式。(一)冷作法用冷作法收缩与延展,以钣金锤和垫铁为主要工具,通过敲击拉紧部位使之放松,从而达到修正的目的。为适应车身覆盖件的不同曲率,收缩锤与收缩垫铁的端面也有几种形状变化,实际操作时可视情况合理地选用。与收缩锤交替使用的工具,是敲平作业所用的钣金锤与垫铁。

汽车车身修复技术:钣金收放操作

收放操作是针对金属板的膨胀、收缩变形而进行的。车身维修中无论是冷作还是热加工,都会不同程度地造成金属板的变形。如当熔焊钎焊或对金属板进行加热时,金属材料便会受热膨胀,而当其再次冷却下来时,金属板就会收缩从而导致其变形和失去原来的形状,如图4-139所示。

图4-139 金属板的热胀与冷缩变形

(a)金属板边缘受热并冷却后自然形成的波浪形状;(b)整个金属板加热并冷却后自然形成的翘曲变形

钣金作业中,对板类构件所进行的焊接、成形、矫正、敲平等,都会使金属发生延伸或拉紧,对车身局部或整体参数都会产生不同程度的影响。一方面,车身上板类构件所发生的尺寸变化,势必给装配带来一定的困难;另一方面,与延伸相伴的是变形,也非得进行矫正不可。

车身钣金件变形的根源主要是由板厚不均造成的。其中,变薄那部分金属的组织被拉长,形成疏松状态(俗称“松”),同时引起相邻金属的相对紧缩;而变厚那部分金属的组织被压缩,则形成紧的状态(俗称“紧”),同时引起相邻金属的相对松弛。

焊接或挖补作业将会使金属受热膨胀,不均匀的加热与冷却同样也会导致金属的延展或收缩。如图4-140所示,将两块金属板对焊时,当已经焊过的区段开始固化收缩时,熔池内的白热金属在膨胀而且强度减弱,然后,已经完成的焊缝金属继续冷却,所产生的收缩力将引起施焊区段内继续积聚变厚,从而造成两块金属板之间相互拉进、靠拢直至重叠,结果使整个焊缝长度缩短,焊缝区域内金属板的翘曲变形便由此形成。冷却后金属板在内应力的作用下,必然会出现不同程度的延伸或拉紧,板厚也因此变得不均匀了。

图4-140 金属板对焊时的热变形

当车身钣金件的尺寸和形状(如翘曲、扭曲变形)发生的变化超过一定极限时,车身构件就很难正确地装配在一起薄板类构件呈现的隆起变形,在外力的作用下还会弹来弹去,产生所谓的“油壶现象”;有时车身构件的内应力还会与汽车运动载荷合并,从而对构件的安全性构成一定威胁。显然,这都需要通过收放操作并消除内应力来恢复车身构件的原始状态。

由此可见,车身钣金技术中收放作业的目的在于:对伸展、膨胀的金属进行收缩(以下简称“收”);对收缩、拉紧的金属进行延展(以下简称“放”)。收放可以将尺寸误差和形状与位置误差控制在技术标准之内。

车身钣金的收放作业有以下三种形式。

(一)冷作法

用冷作法(也称锤击法)收缩与延展,以钣金锤和垫铁为主要工具,通过敲击拉紧部位使之放松,从而达到修正的目的。

冷作法收缩与延展的突出优点是对防锈层的破坏程度较低,尤其适合修复耐腐蚀特种钢板;利用金属的冷加工硬化现象可进一步提高材料的强度和硬度;对薄钢板膨胀、隆起或拉紧、翘曲现象,收放效果十分明显;所用工具简单而且操作方便。另外,这些也使冷作法成了车身维修中钣金作业的首选方案。

冷作法收缩与延展也带有一定的局限性。如比较适合修复那些变形程度小、面积不大的构件;而对厚钢板或板类构件不具备一定的收缩、延展面时就不适用。缺点是操作效率较低并且具有一定的技术难度;反复锤击会使构件表面损伤,尤其是当变形面积、程度较大时,这一点就显得更加突出。

1.薄板的延展作业

薄板的延展作业,是车身钣金技术中的一个基本功。掌握对薄板的冷作法延展的正确操作要领,还有助于得心应手地运用其他延展方法,因为其他延展方法一般还需要冷作法延展操作的配合。

薄板的拉紧与放松会导致其产生两种形态的变形。一种是由四周拉紧、中部放松形成的凸鼓变形;另一种则是由四周放松、中部拉紧形成的翘曲、扭动变形。操作前应经过认真分析、诊断,根据拉紧与放松的特征来确认属于哪种类型的变形,以便于区别对待。

对于沿周拉紧状态而引起的中间隆起,应通过锤击法延展、放松板料的周边,不应再敲击凸鼓中部以免变形加大。基本操作要领是:由四周开始锤击并逐渐向中间移动。其中,锤击边缘时的力度要大、击点要密,随着击点向中心的移动,力度应逐渐减小并使击点逐渐变疏,如图4-141(a)所示。如此,金属板就可从四周开始延展和放松并趋向至隆起面的中心,中凸变形自然会被消除。

图4-141 薄板的延展

(a)放松板料的周边,以矫平中部凸鼓;(b)放松板料的中部,以矫平四周的翘曲

对于沿四周放松、中部拉紧形成的翘曲、扭动,修正时与上述操作有所不同。锤击则从板料的中间部位开始并逐渐呈放射性地向四周边缘扩散。与前述操作的相同点在于,敲击力度也是由强到弱、锤击点同样要由密变疏。锤击使板面中间延展,拉紧状态被放松,翘曲和扭动现象自然也被消除了。

操作过程中还应注意延展的正确运用,不能一概而论。比如,对板面上存在的局部凹凸,就实在没有必要将凹凸的周围敲击膨胀。遇此情形可先用钣金锤、垫铁等将板面修平,然后再按上述要求进行延展作业;否则,不仅会使修正作业复杂化,而且还可能适得其反。

2.收缩锤和收缩垫铁的应用

对车身上板类构件的膨胀并由此而引起的隆起变形,最有效的冷作收缩法是应用图4-142所示的专用收缩锤和收缩垫铁,在膨胀隆起部位进行类似于敲平的锤击操作。收缩垫铁的使用可比照精平那样采用“紧贴法”。为适应车身覆盖件的不同曲率,收缩锤与收缩垫铁的端面也有几种形状变化,实际操作时可视情况合理地选用。

图4-142 收缩锤和收缩垫铁

(a)收缩锤;(b)收缩垫铁

用上述方法收缩中凸的隆起变形时,不允许将收缩锤与收缩垫铁同时使用。否则,反而收不到理想的收缩效果。合理的做法是,视实际情形交替使用收缩锤与收缩垫铁,一般是收缩垫铁的使用机会大于收缩锤的运用次数。其意义在于,收缩锤敲击过频容易导致金属表面损伤,因为锤纹的作用会使钢板外表变得不够光滑。与收缩锤交替使用的工具,是敲平作业所用的钣金锤与垫铁。

用收缩锤和收缩垫铁冷作收缩的原理十分简单。用收缩锤(内侧选平面垫铁)或收缩垫铁(外侧选平面锤)对板料锤击的过程中,收缩锤或收缩垫铁端面上的花纹能使被锤击的金属随之发生微小的多曲变形。显然,这种因敲击再次发生的微小变形导致板类构件的表面拉紧并收缩,而中凸隆起变形也随之被消除。

车身维修的钣金操作实践证明,冷作收缩法具有操作简便、收缩效率高等许多优点;也不需要对操作者的技能水平要求得十分严格;而且还具有独到的新颖之处。尽管国内车身维修行业中还很少应用冷作收缩法,但随着特种合金材料在车身上的广泛应用,其将以不可比拟的优越性,在车身维修行业中迅速流行、推广开来。

应用冷作法进行收放操作时,要十分注意板类构件的形态变化,要有针对性地调整敲击点的位置、范围、力度、疏密等,这些因素都会直接影响收放的工作质量、效率并造成明显不同的收放结果。当冷作法收放作业接近完成时,一般还要做一次精平。用平锤、橡胶锤等进行最后的调整性敲击,可使整块金属板的组织舒展、均匀,表面光滑、平整。(www.xing528.com)

(二)火焰法

运用火焰法收放,可以获得比冷作法大得多的收缩、延展量,因此,这种方法更适合膨胀程度大、拉紧状态严重而且范围面积大的变形。对此,如果应用冷作法收放,不仅难以奏效,而且对构件表面的锤击损伤也会增大。若运用火焰法收放,则可以十分有效地解决这类问题。

对需要延展的板类构件,只要在加热和加热后冷却过程中不停地锤击,就可以获得比冷作法大得多的延伸量。这种类似于锻打的作业方式,与冷作法延展相比有异曲同工之处,因为加热使金属的塑性提高、强度下降,加之锤击力的作用,理所当然地会获得明显的延展效果。火焰法延展特别适用于需要较大延展量的厚钢板。

1.火焰法收缩原理

火焰法收缩(俗称收火)则属于另外一种类型的作业。它是利用金属热胀冷缩这一性质来达到收缩目标的。如图4-143所示,当利用火焰对钢板迅速加热时,受热点及其周围就会以此为核心向外膨胀并延伸至一定的范围。距受热点越近,金属的延伸、膨胀量也越大;反之,则延伸、膨胀量越小。由于受热点周围的金属仍然处于冷硬状态下,因此限制了膨胀的扩展并形成了沿周长方向的固定,使受热部位的金属不仅未能向外延伸,还造成了一定程度的向心压缩载荷。加热则使受热点变成红热区,压缩载荷最终演变成金属的垂直扩张,延伸量也为受热点金属的膨胀变厚所代替。

在此状态下,如果尽快使红热区冷却,受热点及其周围的板料就会收缩,局部表面积将比受热前小一些,金属内部也会伴随着产生拉伸载荷。若对受热点及其周围的金属进行轻轻地锻打,于垂直方向膨胀的金属就被压缩并固定了下来,材料的内应力也因此被消除,再加上冷却的作用,就可以获得更大的收缩量,因此达到了对板类构件膨胀、隆起的收缩目的。

冷却方式有风冷和水冷两种。前者的冷却速度稍慢,故收缩量比水冷要小一些;后者为急冷,金属的收缩量相对较大。因为用水对加热部位的急剧冷却,还会在四周形成更大的向心拉伸力。这种在加热金属周围产生的缩颈现象使板料的收缩量更大、收缩效果更明显。冷却方式需要依变形程度和膨胀状态的不同而定,但无论采取哪一种冷却方式,加热时的速度都必须是急剧的,以免对周围金属产生更大的热影响。

火焰法加热对同一点最好是一次性的,加热点的大小也应控制在直径为20~30 mm范围内。实践表明,即使适当增大加热点的面积,一般也不会收到更显著的收缩效果。因为膨胀与收缩量的大小均受到了金属膨胀系数和金属质量等多方面的限制。尤其当车身维修的钣金作业接近竣工状态时,更应避免过度加热并尽量减少加热点数量,以免给精平和涂装作业带来更多的麻烦。加热温度一般应控制在500℃以内,相当于钢板受热点变为橙红色;当构件的板料较厚且需要大面积收缩时,方可适当加热到700~750℃,相当于钢板受热点变为黄色或浅黄色。

图4-143 火焰法收缩的原理

(a)于收缩点加热;(b)受热金属膨胀并使周围金属受压缩;(c)受热金属进一步向垂直方向膨胀;(d)锻打加热部位金属使其压缩并固定;(e)冷却使加热金属发生缩颈现象

图4-144 敲平皱褶时初步操作方法

采用火焰法收缩如图4-144所示的凹陷时,应先确定整个需要进行收缩的区域及其中心和最高点,按金属板的厚度选择合适的氧-乙炔焊嘴,点火后将其调整成中性焰,缓慢加热收缩区最高点直到樱红色。随着收缩区域温度的提高,金属板将随之膨胀而隆起。此时,去掉加热火焰而后迅速用平锤敲击隆起部位,经数次连续击打后,隆起塌陷,冷却后可初步消除隆起并得到较好的收缩效果。

加热时应注意对加热点尺寸的控制,加热点直径一般为18 mm。加热点的温度也不宜过高,尤其是焊枪与金属板的距离不要过近,否则会使加热点处的薄板烧穿造成更大的麻烦。

完成上述粗略整形后,应按照图4-145所示的方法,用垫铁或修平刀垫住锤击点的另一面,同时,用钣金锤敲平加热点区域及其周围皱褶和波峰。运锤时应注意的操作要领有:

①锤击次序按图4-146中所标出的顺序号进行,落锤点在波峰处并且从锤击点开始向中心滑动(即向加热中心移动,R为运锤方向)。

②锤击操作的速度宜快不宜慢,因为薄板的散热速度较快,并且当金属冷却下来后,平皱的效果将会大大减弱。

③严格控制锤击的力量不要过大,因为加热区的金属变软并且强度较弱,多余的金属有向加热区转移的倾向,使之变厚,若锤击过度,则会使该区域的金属减薄形成再度拉伸。

图4-145 进一步敲平皱褶的方法

图4-146 收缩时的锤击次序及运锤方向

R—快速滑移向中心锤击

火焰法收缩敲平时的技术关键是对敲击力度的控制。因为采用“紧贴法”本身就容易使板料延展,所以敲击时不能像砸钉子那样用力大而猛。一般初期的敲击力度可稍大一些,随着损伤面收缩程度的变化,敲击力度应随之减弱,否则将欲速则不达。因为在加热收缩后的敲平过程中延展量增大时,还要依靠收缩法来重新消除隆起和变形。特别是车身材料的优化(如高强度钢板和表面处理钢板等的应用,有条件使板类构件趋于变薄和不便于收缩),也给收缩作业带来许多困难,因此操作时应将延展量控制在最小并保证一次成功。无论如何,反复在金属板的同一部位进行加热和收缩操作是不可取的。

(三)电热法

如前所述,冷作法需要于构件的两面同时操作;而火焰法的热辐射范围大会使作业场合受到某些条件限制。这里介绍的电热法则有许多不可比拟的优点。

多功能车身整形焊机及其与之配套的电热棒和电热收缩锤,是电热法收缩的主要工具和设备。它的工作原理比较简单,作为电源的主机通电后,可以对电热棒或电热收缩锤进行加热。

根据需要选择作为不同变形状态下的整形工具——电热棒或电热收缩锤,就可以实现对薄板类车身构件膨胀、伸展的电收缩。电热法收缩的效率高、质量好、变形小、热影响低,真可谓“事半功倍”。

如图4-147所示,将电热棒(碳棒)通电加热后,便可直接在待收缩钢板上回转划动,使膨胀、隆起的金属受热。视情采用风冷或水冷方式冷却加热点,板类构件的伸展、膨胀就会收缩(机理同火焰法),变形和内应力得到消除从而达到修复的目的。另外,与多功能车身整形焊机配套的电热收缩锤也是一件比较得心应手的工具。电热收缩锤能够在加热过程中轻轻锤击被加热金属使热膨胀得以固定。由于它是在通电加热状态下拍击钢板表面的,显然与冷作法中的敲平作业存在着明显的不同,因此理所当然地得到截然不同的结果。

电热法收缩不会像火焰法那样,在构件表面上留下因加热而导致的不平,也不会有火焰法那样大的辐射热而殃及其他构件。收缩终了一般不必用平锤、垫铁等工具敲平;有时还可不必拆除内饰板等关联件,从车身外侧即可直接进行收缩操作;对钢板表面的烧损面和对周围涂层的破坏程度等,也比火焰法轻得多;对面积较大薄板类膨胀变形有不可多得的收缩效果。电热法收缩的缺点是受加热速度和能量的限制,对厚板或深度变形的收缩则难以奏效。

图4-147 电热法收缩的操作及设备

(a)用电热棒加热并收缩车身翼子板;(b)多功能车身外形修复机

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