淺析車身內(nèi)腔電泳效果改善

王 奇，史亞邦，張存樂，楊 晉

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

0 引言

隨著汽車在中國市場的日漸普及，消費(fèi)者對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。眾人所熟知的品牌“豪車”價(jià)位持續(xù)下探，市場競爭日趨激烈。面對日趨激烈的市場競爭環(huán)境，如何快速讓產(chǎn)品脫穎而出贏得消費(fèi)者的青睞，是各大汽車廠家面臨的重要課題。

車身使用壽命是消費(fèi)者所購車輛保值的第一前提，是決定消費(fèi)者是否購買的重要因素。車身防腐性能作為評價(jià)車身使用壽命的一個(gè)重要指標(biāo)，3年無銹蝕、10年無穿孔也成為了車身防銹的重要保證，整車防腐承諾將直接影響消費(fèi)者對產(chǎn)品的第一印象。

1 整車重點(diǎn)防腐區(qū)域確認(rèn)

1.1 整車防腐區(qū)域劃分

整車防腐區(qū)域劃分見圖1。

1.2 車身防腐等級

車身防腐等級見表1。

圖1 整車防腐區(qū)域劃分Figure 1 Division of anticorrosion areas for complete vehicle

表1 車身防腐等級Table 1 Anti-corrosion grade of vehicle body

由表1可知，車身B柱、下邊梁等部位屬于車身防腐的重點(diǎn)區(qū)域，在新車型開發(fā)過程中需要針對腔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)分析。為在SE分析階段對車身內(nèi)腔部位電泳效果進(jìn)行準(zhǔn)確分析，進(jìn)行了如下試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

2.1 電泳上膜原理分析

電泳上膜過程示意圖見圖2。

圖2 電泳上膜過程Figure 2 Electrophoresis coating process

如圖2所示，三層或多層鈑金形成腔體結(jié)構(gòu)時(shí)，未設(shè)計(jì)防屏蔽孔，電泳槽液無法泳動至內(nèi)腔接觸腔體鈑金表面，導(dǎo)致電泳無法上膜，形成空腔屏蔽；當(dāng)在鈑金形成的腔體中增加防屏蔽孔時(shí)，電泳槽液可以通過防屏蔽孔泳入內(nèi)腔，接觸到鈑金表面，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)在鈑金表面完成電滲、電沉積，最終電泳上膜完整。

2.2 試驗(yàn)條件

為滿足消費(fèi)者多樣化的需求，車身內(nèi)腔往往造型復(fù)雜，為充分模擬內(nèi)腔鈑金結(jié)構(gòu)，本次試驗(yàn)共進(jìn)行3組：兩層板電泳、多層板電泳及“U”型板電泳。

為保證3組試驗(yàn)條件的統(tǒng)一，本次試驗(yàn)在同一車間進(jìn)行電泳過線，且樣板懸掛方式保持一致（懸掛于車身駕駛室內(nèi)部，隨車電泳）；電泳漆為立邦漆，電泳時(shí)間130 s，烘烤溫度：保溫區(qū)185～200 ℃，噴流Ⅰ區(qū)175～190 ℃，噴流Ⅱ區(qū)190～203 ℃。

3 試驗(yàn)過程

3.1 兩層板開孔驗(yàn)證

3.1.1 試驗(yàn)概括

兩層板試驗(yàn)鈑金狀態(tài)見圖3。

如圖3所示，使用300 mm×300 mm的鈑金，控制鈑金間隙5 mm，上板開Φ20的孔，將兩板用螺栓進(jìn)行緊固，周圈進(jìn)行密封（留出瀝液孔），驗(yàn)證Φ20的孔的有效電泳范圍。

3.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 兩層板開孔試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Table 2 Verification results of two-layer board opening test

總結(jié)：

（1） 鈑金間隙為5 mm，開孔直徑為20 mm時(shí)，電泳軌跡為以孔邊緣為中心的125 mm的范圍（如圖4所示），電泳膜厚滿足10 μm。

圖4 屏蔽結(jié)構(gòu)Figure 4 Shielding structure

（2） 離孔越遠(yuǎn)，膜厚越低，電泳膜厚從15 μm逐漸衰減至10 μm后，因電泳時(shí)間限制，出現(xiàn)無電泳漆膜的盲區(qū)，因此在某平面屏蔽區(qū)域處（B柱區(qū)域），為避免出現(xiàn)電泳盲區(qū)，三孔排布位置建議按照圖5所示進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖5 三孔排布位置Figure 5 The arrangement position of three holes

如圖5所示，三孔排布位置為正等邊三角形，按照孔徑Φ20的電泳范圍250 mm計(jì)算得出，兩孔心距離L最大為233.8 mm，若L＞233.8 mm，三孔中心區(qū)域會出現(xiàn)電泳盲區(qū)。

同理，若假設(shè)孔徑為d，開孔保證電泳上漆的范圍是半徑r的圓，則平面區(qū)域3個(gè)孔的設(shè)計(jì)排布應(yīng)滿足：

（3） 兩孔電泳重疊區(qū)域，因分別受兩孔的電場影響，此區(qū)域的膜厚均＞10 μm；故鈑金間隙5 mm，孔徑為20 mm時(shí)，開孔孔間距最大值為250 mm。

3.2 多層板開孔驗(yàn)證

3.2.1 試驗(yàn)概括

多層板試驗(yàn)鈑金狀態(tài)見圖6。

圖6 多層板試驗(yàn)鈑金狀態(tài)Figure 6 The experimental status of multilayer board

如圖6所示，使用300 mm×300 mm的鈑金，控制鈑金間隙5 mm，上板開Φ10的孔，中板開Φ30的孔，將三層板用螺栓進(jìn)行緊固，周圈進(jìn)行密封（留出瀝液孔），驗(yàn)證對穿孔的設(shè)計(jì)規(guī)則。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 多層板開孔試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Table 3 Verification results of multilayer board opening test

續(xù)表3

多層板內(nèi)腔上膜過程見圖7。

圖7 多層板內(nèi)腔上膜過程Figure 7 Multilayer board inner membrane process

總結(jié)：

（1） 對于三層鈑金搭接形成的兩個(gè)腔內(nèi)，在規(guī)定的電泳時(shí)間內(nèi)，電泳電壓不變時(shí)，腔內(nèi)的電泳范圍取決于最外層鈑金上的開孔大小。

（2） 多層鈑金搭接形成的腔體，設(shè)計(jì)前后對穿孔時(shí)，孔徑需滿足：Φ外≥Φ內(nèi)。

3.3 U型板開孔驗(yàn)證

3.3.1 試驗(yàn)概括

U型板開孔試驗(yàn)鈑金狀態(tài)見圖8。

圖8 U型板開孔試驗(yàn)鈑金狀態(tài)Figure 8 The experimental status of U-shaped board

如圖8所示，使用300 mm×500 mm的鈑金，控制鈑金間隙5 mm，上板開孔（分別進(jìn)行Φ10、Φ15、Φ20 3組），將兩層板用螺栓進(jìn)行緊固，周圈進(jìn)行密封（留出瀝液孔），驗(yàn)證平面開孔與空間開孔的規(guī)律。

3.3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表4。防屏蔽孔布置圖見圖9。

表4 U型板開孔試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Table 4 Verification results of U-shaped board opening test

圖9 防屏蔽孔布置圖Figure 9 Layout of anti-shielding holes

總結(jié)：

（1） 由拆解后的效果圖可以看出，試驗(yàn)樣板的開孔布置存在電泳盲區(qū)，原因是防屏蔽孔的電泳區(qū)間有限，不能保證空間內(nèi)的區(qū)域全部電泳上漆，所以車身防屏蔽孔布置應(yīng)避免采用圖9a的設(shè)計(jì)。

（2） 為保證腔體內(nèi)所有區(qū)域都能電泳上漆，需要按照圖9b的形式進(jìn)行開孔排布。

3.4 仿真對比

3.4.1 試驗(yàn)概括

根據(jù)3組試驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行三維立體建模，利用仿真軟件（ECoatMaster）進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證SE階段仿真分析與現(xiàn)場試驗(yàn)的對應(yīng)性（表5）。由表5可見，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本保持一致，孔徑相同時(shí)，平面區(qū)域的電泳范圍比折彎時(shí)大（電場線在拐角時(shí)發(fā)生衰減）。

表5 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比Table 5 Comparison of simulation results and test results

4 試驗(yàn)結(jié)論

不同孔徑對應(yīng)的有效電泳范圍見表6。

表6 不同孔徑對應(yīng)的有效電泳范圍Table 6 Effective electrophoresis range corresponding to different apertures

三孔的合理布置規(guī)則如圖10所示。

圖10 三孔的合理布置規(guī)則Figure 10 Reasonable arrangement rules for three holes

增開防屏蔽孔建議：在沿著兩孔連線的中垂線方向上開孔，最遠(yuǎn)距離滿足時(shí)，可以滿足電泳效果要求。

多層鈑金搭接形成的腔體，設(shè)計(jì)前后對穿孔時(shí)孔徑需滿足：Φ外≥Φ內(nèi)，即當(dāng)內(nèi)腔電泳面積一定時(shí)，若要保證內(nèi)腔電泳良好，外板上的孔距和孔徑必須滿足電泳開孔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

鈑金間隙相同、且無其他鈑金阻礙的前提下，平面上的孔位布置規(guī)則同樣適用于空間結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

車身防腐性能的提升是一個(gè)相對復(fù)雜和綜合性的過程，需綜合考慮涂裝的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，除鈑金開孔措施外還可從其他方面進(jìn)行入手，以提高車身防腐性能，例如：更換車身板材材質(zhì)（鋁板或碳纖維板）、更換高泳透力電泳漆、增加內(nèi)腔防腐蠟、運(yùn)用高新設(shè)備替代傳統(tǒng)設(shè)備等，但這些改進(jìn)方式，往往會以高成本和長改造周期為代價(jià)；而通過在車型前期開發(fā)階段對車身進(jìn)行有效電泳分析，既可通過對白車身腔體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與調(diào)整以達(dá)到提高車身品質(zhì)的要求，又可提前規(guī)避問題，將問題由調(diào)試階段前移至SE分析階段，降低項(xiàng)目調(diào)試整改成本。