淺析車身內腔電泳效果改善

王 奇，史亞邦，張存樂，楊 晉

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

0 引言

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

車身使用壽命是消費者所購車輛保值的第一前提，是決定消費者是否購買的重要因素。車身防腐性能作為評價車身使用壽命的一個重要指標，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者對產品的第一印象。

1 整車重點防腐區域確認

1.1 整車防腐區域劃分

整車防腐區域劃分見圖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區域，在新車型開發過程中需要針對腔體結構進行重點分析。為在SE分析階段對車身內腔部位電泳效果進行準確分析，進行了如下試驗。

2 試驗前準備

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構時，未設計防屏蔽孔，電泳槽液無法泳動至內腔接觸腔體鈑金表面，導致電泳無法上膜，形成空腔屏蔽；當在鈑金形成的腔體中增加防屏蔽孔時，電泳槽液可以通過防屏蔽孔泳入內腔，接觸到鈑金表面，在規定的時間內在鈑金表面完成電滲、電沉積，最終電泳上膜完整。

2.2 試驗條件

為滿足消費者多樣化的需求，車身內腔往往造型復雜，為充分模擬內腔鈑金結構，本次試驗共進行3組：兩層板電泳、多層板電泳及“U”型板電泳。

為保證3組試驗條件的統一，本次試驗在同一車間進行電泳過線，且樣板懸掛方式保持一致（懸掛于車身駕駛室內部，隨車電泳）；電泳漆為立邦漆，電泳時間130 s，烘烤溫度：保溫區185～200 ℃，噴流Ⅰ區175～190 ℃，噴流Ⅱ區190～203 ℃。

3 試驗過程

3.1 兩層板開孔驗證

3.1.1 試驗概括

兩層板試驗鈑金狀態見圖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，將兩板用螺栓進行緊固，周圈進行密封（留出瀝液孔），驗證Φ20的孔的有效電泳范圍。

3.1.2 試驗結果

試驗結果見表2。

表2 兩層板開孔試驗驗證結果Table 2 Verification results of two-layer board opening test

總結：

（1） 鈑金間隙為5 mm，開孔直徑為20 mm時，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 屏蔽結構Figure 4 Shielding structure

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

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，三孔中心區域會出現電泳盲區。

同理，若假設孔徑為d，開孔保證電泳上漆的范圍是半徑r的圓，則平面區域3個孔的設計排布應滿足：

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

3.2 多層板開孔驗證

3.2.1 試驗概括

多層板試驗鈑金狀態見圖6。

圖6 多層板試驗鈑金狀態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，將三層板用螺栓進行緊固，周圈進行密封（留出瀝液孔），驗證對穿孔的設計規則。

3.2.2 試驗結果

試驗結果見表3。

表3 多層板開孔試驗驗證結果Table 3 Verification results of multilayer board opening test

續表3

多層板內腔上膜過程見圖7。

圖7 多層板內腔上膜過程Figure 7 Multilayer board inner membrane process

總結：

（1） 對于三層鈑金搭接形成的兩個腔內，在規定的電泳時間內，電泳電壓不變時，腔內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，設計前后對穿孔時，孔徑需滿足：Φ外≥Φ內。

3.3 U型板開孔驗證

3.3.1 試驗概括

U型板開孔試驗鈑金狀態見圖8。

圖8 U型板開孔試驗鈑金狀態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（分別進行Φ10、Φ15、Φ20 3組），將兩層板用螺栓進行緊固，周圈進行密封（留出瀝液孔），驗證平面開孔與空間開孔的規律。

3.3.2 試驗結果

試驗結果見表4。防屏蔽孔布置圖見圖9。

表4 U型板開孔試驗驗證結果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：

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

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

3.4 仿真對比

3.4.1 試驗概括

根據3組試驗內容，進行三維立體建模，利用仿真軟件（ECoatMaster）進行仿真分析，驗證SE階段仿真分析與現場試驗的對應性（表5）。由表5可見，仿真結果與試驗結果基本保持一致，孔徑相同時，平面區域的電泳范圍比折彎時大（電場線在拐角時發生衰減）。

表5 仿真結果與試驗結果對比Table 5 Comparison of simulation results and test results

4 試驗結論

不同孔徑對應的有效電泳范圍見表6。

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

三孔的合理布置規則如圖10所示。

圖10 三孔的合理布置規則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，最遠距離滿足時，可以滿足電泳效果要求。

多層鈑金搭接形成的腔體，設計前后對穿孔時孔徑需滿足：Φ外≥Φ內，即當內腔電泳面積一定時，若要保證內腔電泳良好，外板上的孔距和孔徑必須滿足電泳開孔設計標準。

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則同樣適用于空間結構。

5 結語

車身防腐性能的提升是一個相對復雜和綜合性的過程，需綜合考慮涂裝的各個生產環節，除鈑金開孔措施外還可從其他方面進行入手，以提高車身防腐性能，例如：更換車身板材材質（鋁板或碳纖維板）、更換高泳透力電泳漆、增加內腔防腐蠟、運用高新設備替代傳統設備等，但這些改進方式，往往會以高成本和長改造周期為代價；而通過在車型前期開發階段對車身進行有效電泳分析，既可通過對白車身腔體結構的改進與調整以達到提高車身品質的要求，又可提前規避問題，將問題由調試階段前移至SE分析階段，降低項目調試整改成本。