浅析车身内腔电泳效果改善

王 奇，史亚邦，张存乐，杨 晋

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

0 引言

随着汽车在中国市场的日渐普及，消费者对产品的质量要求也越来越高。众人所熟知的品牌“豪车”价位持续下探，市场竞争日趋激烈。面对日趋激烈的市场竞争环境，如何快速让产品脱颖而出赢得消费者的青睐，是各大汽车厂家面临的重要课题。

车身使用寿命是消费者所购车辆保值的第一前提，是决定消费者是否购买的重要因素。车身防腐性能作为评价车身使用寿命的一个重要指标，3年无锈蚀、10年无穿孔也成为了车身防锈的重要保证，整车防腐承诺将直接影响消费者对产品的第一印象。

1 整车重点防腐区域确认

1.1 整车防腐区域划分

整车防腐区域划分见图1。

1.2 车身防腐等级

车身防腐等级见表1。

图1 整车防腐区域划分Figure 1 Division of anticorrosion areas for complete vehicle

表1 车身防腐等级Table 1 Anti-corrosion grade of vehicle body

由表1可知，车身B柱、下边梁等部位属于车身防腐的重点区域，在新车型开发过程中需要针对腔体结构进行重点分析。为在SE分析阶段对车身内腔部位电泳效果进行准确分析，进行了如下试验。

2 试验前准备

2.1 电泳上膜原理分析

电泳上膜过程示意图见图2。

图2 电泳上膜过程Figure 2 Electrophoresis coating process

如图2所示，三层或多层钣金形成腔体结构时，未设计防屏蔽孔，电泳槽液无法泳动至内腔接触腔体钣金表面，导致电泳无法上膜，形成空腔屏蔽；当在钣金形成的腔体中增加防屏蔽孔时，电泳槽液可以通过防屏蔽孔泳入内腔，接触到钣金表面，在规定的时间内在钣金表面完成电渗、电沉积，最终电泳上膜完整。

2.2 试验条件

为满足消费者多样化的需求，车身内腔往往造型复杂，为充分模拟内腔钣金结构，本次试验共进行3组：两层板电泳、多层板电泳及“U”型板电泳。

为保证3组试验条件的统一，本次试验在同一车间进行电泳过线，且样板悬挂方式保持一致（悬挂于车身驾驶室内部，随车电泳）；电泳漆为立邦漆，电泳时间130 s，烘烤温度：保温区185～200 ℃，喷流Ⅰ区175～190 ℃，喷流Ⅱ区190～203 ℃。

3 试验过程

3.1 两层板开孔验证

3.1.1 试验概括

两层板试验钣金状态见图3。

如图3所示，使用300 mm×300 mm的钣金，控制钣金间隙5 mm，上板开Φ20的孔，将两板用螺栓进行紧固，周圈进行密封（留出沥液孔），验证Φ20的孔的有效电泳范围。

3.1.2 试验结果

试验结果见表2。

表2 两层板开孔试验验证结果Table 2 Verification results of two-layer board opening test

总结：

（1） 钣金间隙为5 mm，开孔直径为20 mm时，电泳轨迹为以孔边缘为中心的125 mm的范围（如图4所示），电泳膜厚满足10 μm。

图4 屏蔽结构Figure 4 Shielding structure

（2） 离孔越远，膜厚越低，电泳膜厚从15 μm逐渐衰减至10 μm后，因电泳时间限制，出现无电泳漆膜的盲区，因此在某平面屏蔽区域处（B柱区域），为避免出现电泳盲区，三孔排布位置建议按照图5所示进行设计。

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

如图5所示，三孔排布位置为正等边三角形，按照孔径Φ20的电泳范围250 mm计算得出，两孔心距离L最大为233.8 mm，若L＞233.8 mm，三孔中心区域会出现电泳盲区。

同理，若假设孔径为d，开孔保证电泳上漆的范围是半径r的圆，则平面区域3个孔的设计排布应满足：

（3） 两孔电泳重叠区域，因分别受两孔的电场影响，此区域的膜厚均＞10 μm；故钣金间隙5 mm，孔径为20 mm时，开孔孔间距最大值为250 mm。

3.2 多层板开孔验证

3.2.1 试验概括

多层板试验钣金状态见图6。

图6 多层板试验钣金状态Figure 6 The experimental status of multilayer board

如图6所示，使用300 mm×300 mm的钣金，控制钣金间隙5 mm，上板开Φ10的孔，中板开Φ30的孔，将三层板用螺栓进行紧固，周圈进行密封（留出沥液孔），验证对穿孔的设计规则。

3.2.2 试验结果

试验结果见表3。

表3 多层板开孔试验验证结果Table 3 Verification results of multilayer board opening test

续表3

多层板内腔上膜过程见图7。

图7 多层板内腔上膜过程Figure 7 Multilayer board inner membrane process

总结：

（1） 对于三层钣金搭接形成的两个腔内，在规定的电泳时间内，电泳电压不变时，腔内的电泳范围取决于最外层钣金上的开孔大小。

（2） 多层钣金搭接形成的腔体，设计前后对穿孔时，孔径需满足：Φ外≥Φ内。

3.3 U型板开孔验证

3.3.1 试验概括

U型板开孔试验钣金状态见图8。

图8 U型板开孔试验钣金状态Figure 8 The experimental status of U-shaped board

如图8所示，使用300 mm×500 mm的钣金，控制钣金间隙5 mm，上板开孔（分别进行Φ10、Φ15、Φ20 3组），将两层板用螺栓进行紧固，周圈进行密封（留出沥液孔），验证平面开孔与空间开孔的规律。

3.3.2 试验结果

试验结果见表4。防屏蔽孔布置图见图9。

表4 U型板开孔试验验证结果Table 4 Verification results of U-shaped board opening test

图9 防屏蔽孔布置图Figure 9 Layout of anti-shielding holes

总结：

（1） 由拆解后的效果图可以看出，试验样板的开孔布置存在电泳盲区，原因是防屏蔽孔的电泳区间有限，不能保证空间内的区域全部电泳上漆，所以车身防屏蔽孔布置应避免采用图9a的设计。

（2） 为保证腔体内所有区域都能电泳上漆，需要按照图9b的形式进行开孔排布。

3.4 仿真对比

3.4.1 试验概括

根据3组试验内容，进行三维立体建模，利用仿真软件（ECoatMaster）进行仿真分析，验证SE阶段仿真分析与现场试验的对应性（表5）。由表5可见，仿真结果与试验结果基本保持一致，孔径相同时，平面区域的电泳范围比折弯时大（电场线在拐角时发生衰减）。

表5 仿真结果与试验结果对比Table 5 Comparison of simulation results and test results

4 试验结论

不同孔径对应的有效电泳范围见表6。

表6 不同孔径对应的有效电泳范围Table 6 Effective electrophoresis range corresponding to different apertures

三孔的合理布置规则如图10所示。

图10 三孔的合理布置规则Figure 10 Reasonable arrangement rules for three holes

增开防屏蔽孔建议：在沿着两孔连线的中垂线方向上开孔，最远距离满足时，可以满足电泳效果要求。

多层钣金搭接形成的腔体，设计前后对穿孔时孔径需满足：Φ外≥Φ内，即当内腔电泳面积一定时，若要保证内腔电泳良好，外板上的孔距和孔径必须满足电泳开孔设计标准。

钣金间隙相同、且无其他钣金阻碍的前提下，平面上的孔位布置规则同样适用于空间结构。

5 结语

车身防腐性能的提升是一个相对复杂和综合性的过程，需综合考虑涂装的各个生产环节，除钣金开孔措施外还可从其他方面进行入手，以提高车身防腐性能，例如：更换车身板材材质（铝板或碳纤维板）、更换高泳透力电泳漆、增加内腔防腐蜡、运用高新设备替代传统设备等，但这些改进方式，往往会以高成本和长改造周期为代价；而通过在车型前期开发阶段对车身进行有效电泳分析，既可通过对白车身腔体结构的改进与调整以达到提高车身品质的要求，又可提前规避问题，将问题由调试阶段前移至SE分析阶段，降低项目调试整改成本。