某皮卡车身防腐分析及结构设计

作者:朱纪成 祝 慧 葛广凯 李晓明 陆晨光 文章来源:江淮汽车股份公司 发布时间:2015-06-11
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本文以某皮卡为例介绍了车身锈蚀的原因,提出了车身结构防腐基本设计方法,可以有效降低车身腐蚀的结构设计风险,为白车身防腐结构设计提供了指导与参考。

汽车不仅仅是作为一种交通工具,不但外观要美观,还需要向消费者提供生命保障,即安全性能要求较高。腐蚀由于与安全、耐久密切相关,处理不好可能会直接影响原车的寿命、使用性能和外观装饰性。近年来,国内外都出现过因为腐蚀问题引起的汽车召回和投诉事件,给汽车厂商造成了较大损失。因此,汽车的防腐蚀问题越来越受到业内关注。车身作为载体为其他零件提供安装点,结构复杂,几百个零件焊接成一个整体,出现腐蚀问题后,难以维修,更换成本较高,若锈蚀区域在安装点附近,将导致安装点失效。车身不像其他零件只需换装零件即可,所以车身的防腐设计及防锈处理就显得尤为重要,车身防腐性能成为决定车身使用寿命的重要指标。

车身防腐涉及产品的定位、钢板选材、涂装工艺技术和发展以及涂料的质量性能与研发,同时也与车身的结构设计密切相关。设计合理的车身结构,有益于制造过程中防腐措施的实施,从而获得良好的防腐性能。本文介绍了车身锈蚀机理,并对车身容易引起腐蚀的原因进行了分析,提出了车身结构防腐的基本设计思想和具体方法,可以有效地降低车身腐蚀的结构设计风险。

车身锈蚀原因分析

车身锈蚀原因主要包括以下几点:金属零件表面无涂覆层直接裸露在空气中而腐蚀;金属表面涂覆层受外力损伤而造成裸露腐蚀;金属表面防锈处理不当造成涂覆层质量差,或是车身结构设计不合理,形成了长期的恶劣腐蚀环境(积尘、积液和起泡等)而腐蚀;任何金属表面及涂覆层都有生命周期,与涂覆层自身的材料抗腐蚀性相关,还与周围环境的恶劣程度相关。

车身防腐设计原则

对车身进行防腐设计,主要从以下几个方面着手:

1.材料

金属材料的选用对防腐有着重要意义,常用防腐材料为镀锌板,可有效增加车身耐腐蚀性,因其成本较高,可在车身易锈蚀部位适当选用,一般在外板、门槛边梁和前围流水槽区域多选用镀锌板。

2.结构

良好的结构可以使车身得到充分的涂装,有益于制造过程中防腐措施的实施,有效避免或减少锈蚀,且成本低,此方法需要在车身设计中重点考虑。

3.工艺

常用电泳方式有多种,工艺布局前期尽量选用电泳效果好的方式,比如进出槽角度选择45°,可使电泳更充分;点焊密封胶、焊缝密封胶以及抗石击材料的合理应用也利于防锈;另外,标准件的防腐越来越引起业内的关注,合理选择标准件防腐涂层可大大提高车身的安装可靠性。

本文主要从车身的结构设计方面进行分析。

防腐结构设计

1.空腔防腐结构

通常车身结构中如侧围等区域会出现盒状结构,即白车身的空腔,这些空腔内电泳液和电场线都难以进入,影响内腔的电泳效果(见图1)。对于盒状空腔结构,需要设计电泳通电孔、漏液孔和排气孔。电泳通电孔孔间距为200mm以内,孔径大小大于20mm。如果钣金间隙比较小,且钣金的开孔面较窄,达不到20mm,则采取多开小孔的方法,孔间距保持在100mm以内,孔径大小为钣金开孔面宽度的一半;白车身电泳在吊具上做运动时最低点需要有相应的孔,即漏液孔,主要在底板及侧围下部,特别是钣金凹陷处容易积液,为保证钣金刚度和堵件安装方便性,在开孔处需设计相应的凸台或凹台特征;白车身在进入电泳槽内时,气泡汇集在最高点,需要在最高点设计排气孔将气体排出,一般排气孔孔径大于8mm。

在车身侧围A柱、B柱以及C柱区域,为保证强度,会出现多层钣金搭接,形成多处空腔,为保证电泳效果,非搭接面的钣金间隙d应尽可能加大,至少保证为4mm。

2.排水漏液结构

白车身涂装时,需要经过脱脂、表调、磷化和电泳等不同的涂装工位,每个工位中涂装液不同,由于工位节拍限制,一般涂装液需要在1min内从车身全部漏出然后进入下一工位,若漏液不充分,则容易导致串液,不仅污染涂装池,而且影响涂装效果,因此需要在车体下部(如底板及侧围门槛处)设计排液结构。

(1)地板排水结构设计

为保证地板强度,在地板大面上需要设计加强筋。为尽量避免积液,车身底板上结构筋槽应尽量设计成上凸式而不是下凹式,上凸式设计可以防止由于无法开孔而导致沥液不充分造成的车身质量问题,同时减少串液及原材料浪费。如需下凹结构时,应尽量与低处的漏液孔槽相通,为了让筋周边的液体能流出,漏液孔应该开在沉台上,不能使用凸台,如图2截面A-A所示。在不影响强度和总装装配的情况下,尽量将筋连通来改善排水性,如图2左侧红色标注所示。

(2)空腔排水结构设计

为保证车身的强度及良好的碰撞性能,侧围门槛边梁处通常为封闭式盒型结构,有较长的空腔,易积液,每间隔200~300mm的距离设计一个漏液槽,可有效保证驾驶室涂装时电泳液迅速排出。同时由于门槛位于车身底部,车辆行使过程中经常受到污泥和雨水的侵蚀,为了防止泥水造成的车身腐蚀以及砂石进入空腔引起的异响,设计成斜向向车后方倾斜45°~60°的凸槽结构,如图3所示,既可有效排出电泳液,又可减少雨水的侵蚀,并防止砂石进入引起车身的异响。

(3)其他常用排水结构设计

在易积液以及需要排液的部位,例如侧围门槛边梁,应避免图4a所示的结构,采用图4b所示的结构,图4a易产生积液现象,会形成长期的恶劣腐蚀环境而导致车身出现腐蚀。

3.密封性结构设计

驾驶室局部区域由于冲压件结构问题,容易形成较大的间隙,导致驾驶室内部与外界相通,外部的水易进入车身内板,造成钣金腐蚀,对于此种间隙,为保证密封性,应将间隙长宽缩小至5mm以内,便于PVC胶能较好地密封。

车身有许多工艺孔和装配过孔,其功能是排液孔以及作为焊装工艺孔,作为非安装孔,总装后均不再使用,为了隔声降噪通常用堵盖、堵片封堵。封闭这些孔除了是NVH密封降噪的要求外,同时也起到了对孔边的密封防腐作用。

结语

车身腐蚀随时随地在发生,虽然难以杜绝,但是可以采取各种措施积极防范。良好的结构设计对于车身的防腐有着重要作用,本文以某皮卡白车身为基础,从结构设计方面进行分析,提出防锈结构设计要点,在白车身设计时需要重点考虑排水、密封性和空腔电泳等结构设计,可有效降低车身腐蚀的风险,为白车身防腐结构设计提供指导与参考。

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