汽车防腐设计

汽车防腐设计汽车防腐设计汽车防腐设计车身腐化直接关系着汽车的外观和使用寿命，是汽车制造和腐化防范的重点研究课题之一，国内的整车防腐设计和检测还处于起步阶段，本文从结构、资料和制造工艺三方面重点介绍了提升汽车车身防腐性能的措施，并指出了汽车车身防腐技术将来的研究方向。文/张菊香上海大众汽车有限公司质保实验室随着汽车工业的迅速发展，汽车车身腐化已经成为人们日益关注的问题。汽车车身腐化能够分为外观腐化，结构腐化和穿孔腐化。外观腐化指车身外观伤害和锈蚀，直接影响汽车雅观和顾客满意度；结构腐化指车身结构件发生腐化，直接影响汽车安全性和使用寿命；穿孔腐化指汽车内腔或接缝处由于防腐能力薄弱，腐化介质简单积聚以致车身锈穿，严重影响汽车外观和使用寿命，央视曝光的汽车腐化问题就属于汽车车身穿孔腐化。目前国内的整车防腐设计和检测还处于起步阶段，如何经过优化结构、资料和制造工艺的设计以保证整车防腐质量是各汽车公司研究的重点。汽车设计的防腐措施结构设计汽车设计工程师在结构强度等方面拥有很好的设计能力，而经常忽略了结构对车身防腐化性能的影响，但是很多腐化生锈问题都是由不合理的结构设计造成的，因此在车身设计阶段应重点考虑：（1）接缝设计汽车车身由金属钢板拼焊而成，拼焊缝隙自己就是涂装的单薄部位，而且水，泥污等腐化介质简单在缝隙积聚，以致金属钢板迅速腐化。因此在设计时需注意张口依照汽车行驶方向，朝向水等腐化介质难以进入的方向，如图“接缝张口设计表示图”所示；结构设计中注意尽量使用整块钢板冲压，减少缝隙。车身接缝设计还要充分考虑后续涂装，密封，注蜡的般配性，因此接缝设计是一个综合考虑的结果。（2）空腔设计车身空腔对增加汽车强度和减少汽车重量都特别重要，空腔的地址、形状和密封性不但直接影响车身的电泳、喷蜡和涂胶等工序，而且不合理的空腔设计会造成排气排水不畅，产生电泳盲区以及酸、碱残留，产生腐化，严重时会以致穿孔腐化，因此空腔设计应合理布局空腔地址，以提升电泳、注蜡等防腐工艺的可推行性，便于后续涂胶密封，不但能够间隔外界腐化介质，防范腐化，而且能够达到汽车减噪收效。空腔腐化是最常有的车身腐化之一，除了优化结构设计，很多汽车公司采用空腔注蜡以及高耐蚀资料等空腔防锈技术。（3）工艺孔设计为了满足电泳，注蜡和安装等工艺需要，车身设计了很多工艺孔。这些孔的数量，地址，尺寸，间距和分布等都直接影响涂层和蜡的分布以及腐化物质的堆积，进而影响车身防腐性能，因此在设计阶段时就要充分注意在满足车身强度和刚度的前提下，内腔尽量增加电泳工艺孔以提升漆膜厚度，结合电泳生产线和车身空腔结构，合理设计和部署放气孔，防范气室，产生电泳盲区。工艺孔的设计不但要充分考虑对车身防腐性能的影响，而且还涉及冲压模具和成本，焊接夹具和定位，车身强度和刚度，减噪等，设计过程中需要多方考虑，才能达到最优的收效。资料选择车身资料不但关系车身强度和刚度等安全性和酣畅性，而且直接影响防腐性能和使用寿命。因此如何合理选择车身资料素来是汽车设计的重要内容。目前使用很多的车身资料包括中低强度钢板，高强度钢板和铝合金。（1）中低强度钢板用于汽车车身的中低强度钢板一般有非镀锌钢板和镀锌钢板。世界各国的汽车行业大多使用镀锌钢板以加强车身的抗腐化性，瑞典腐化研究所检查表示，非镀锌钢板一般仅能满足6年防腐，要满足12年防腐必定采用双面镀锌钢板（镀锌层7～10μm）。目前汽车上常用的镀锌钢板有热镀锌钢板和电镀锌钢板，为了防范钢板在运输和储藏过程中发生锈蚀，热镀锌钢板一般采用涂油保护，电镀锌钢板一般采用预磷化保护。镀锌钢板的锌层厚度、种类和表观质量直接影响汽车车身防腐性能，因此选择合适的镀锌钢板是车身钢板资料设计的重点。（2）高强度钢板随着汽车轻量化进度，高强度钢板在汽车上的应用也越来越广泛，为认识决高强度钢板成型困难的问题，能够采用先进的热成型技术。一般镀锌层会在高温冲压下被破坏，因此开发合适的涂层是高强度钢板进一步推行应用的重要方面。欧美已开发出Al-Si，Fe-Al，Zn-Fe等涂层，不但能够防范钢板在热成型过程中形成氧化皮，影响电泳漆的结合力，而且涂层自己拥有必然的防腐作用，可以减少结构腐化，提升了整车防腐质量和使用寿命，由于涂层在热成型过程中容易积聚，刮伤，严重时会造成基材开裂，因此目前带涂层的高强度钢板及成型技术为外国垄断，主要依赖进口。（3）铝合金铝拥有重量轻，易成型，耐腐化性能好等优点，因此是降低车身重量，提升车身防腐性能和寿命的理想资料。由于纯铝相对较软，为了满足车身强度要求，很多车型采用了铝合金和钢，以及高强度钢板混杂使用的车身，但是铝和钢之间存在电位差，简单产生接触腐化，电位较负的铝会被腐化，影响汽车雅观和寿命，因此如何有效防范铝和钢的接触腐化是采用铝钢混杂结构的重点。目前解决接触腐化的主要方案是采用胶水和密封资料隔断腐化介质，或在铝和钢之间增加垫片防范接触。随着车身结构设计的优化以及新密封工艺的不断开发，铝合金在车身上的应用越来越广泛。制造工艺汽车制造主要包括冲压，焊装，涂装和总装四个工艺，每个工艺对车身防腐都有影响。冲压是汽车车身制造第一步，对车身防腐的影响主若是冲压毛刺，冲压油和冲压表观质量。冲压表观质量圆滑，防范表面杂质残留，尽量减少镀锌层伤害。大众、通用、福特等很多汽车公司已经把冲压工艺作为汽车车身防腐的重要质量控制点。焊装是将冲压好的车身板件经过焊接拼装成白车身，应防范焊缝气孔，氧化皮，焊渣，镀锌层伤害等弊端，以致油漆结合力差，镀锌钢板防腐性能下降。涂装工艺是汽车车身防腐的重点工序，主要包括预办理、电泳、底部PVC、粗精细封、门槛PVC、中涂、色漆、清漆和空腔注蜡。应注意：a）预办理要求车身表面形成均匀、致密的磷化膜；b）电泳要求无刮痕，无针孔，无流平，无龟裂等，并能满足厚度检测，腐化实验，附着力检测，液态蜡的湿润性能议论等工艺和性能议论标准；d）合理布局粗精细，提升车身防腐性能；e）选择合适的中涂层，加强电泳漆与面漆之间的结合力；f）清漆不但美化汽车外观，同时也要能抵挡如阳光辐射、雨水、含盐物质、含酸物质等自然环境对车身的伤害，具备必然的防腐作用；g）采用空腔注蜡技术，有效防范车身结构腐化和穿孔腐化。总装是将车身和零件组装成整车，是汽车制造过程的最后环节。装置过程需要注意：a）防范零件和车身不般配或装置不牢固，车身和零件的接触表面有位移，因摩擦、滑动或振动会造成油漆破坏或变薄，产生红锈，甚至锈穿，以致以昂贵的代价制造出的合格车身和零件，不能够装出合格的汽车；b）合理设计夹具和装置参数，防范油漆破坏和磨损。将来的研究方向开发防腐性能优异的车身资料随着汽车豪华雅观和轻量化的需要，越来越多的新资料新工艺将应用到汽车车身上，目前研究得比很多的是铝合金、改性塑料以及一些复合资料。目前外国汽车公司生产的很多高档车采用铝合金作为车身外板和结构件，有些车上甚至达到了80%以上。如何经过在铝中增加不同样的合金元素，开发特其他加工方式，进一步提升强度和防腐性能，降低生产成本是铝合金将来的研究重点。塑料拥有重量轻，高防腐性，高装饰性，易成型等优点，经过改性能够加强塑料的强度和刚度，经过多年研究，超轻量的碳纤维加强塑料（CFRP）已经成功应用于一些高端跑车上。复合资料如轻量化叠层钢板，泡沫合金板、蜂窝铝材复合板也在研发中，车身防腐资料表现出多元化趋势。开发高防腐性的车身资料，不但能够改进汽车的外观性能，提升汽车品位，更重要的是能够提升汽车的内在质量，延长汽车使用寿命。开发先进的车身防腐制造工艺随着制造业和资料工业的发展，各汽车公司不断开发先进的车身制造工艺，以提升整车车身防腐性能。比方，提升自动化程度，缩短制造流程，有效减少工序间的锈蚀；采用激光拼焊技术，提升缝隙质量；采用摆杆输送机、全悬反向输送机（Ro-Dip）以及多功能穿越机，实现车身在电泳槽内360°翻转，并经过优化出入槽角度，增加排气功能，使内腔的槽液获取充分的流动，除掉内腔气泡，解决内腔漆膜偏薄问题，提升油漆厚度均匀性。计算机仿真技术在汽车车身防腐设计上的应用电泳实质上是将涂层积聚到基材上的电化学过程，经过计算机仿真技术和电化学的结合，模拟车身电力线分布和水等腐化介质在车身中的流动，提升电泳的泳透力，改进车身电泳涂层的膜厚度分布，防范空腔电泳盲区，进而提升汽车车身防腐性能。仿真技术不但能够尽早发现各样腐化弊端，鉴别出问题所在，降低生产成本，而且能够评估设计更正后的收效，大大缩短了设计时间，并节约了样车制造成本。比方，增加加强板是否会对电泳涂层厚度产生不利影响，可否能够取消工艺孔或减小工艺孔，这些目前主要靠经验和后期的实验进行操作，开发时间长，利用电泳仿真技术能够更迅速地评估。目前在欧美发达国家的汽车公司渐渐开发出模拟车身电泳厚度的仿真系统，并投入到实质生产中，成为新车开发中不能缺少的工具。结束语汽车车身防腐研究是结构设计，资料选择，制造工艺和防腐检测的综合课题。随着中国汽车行业的蓬勃发展和顾客要求的不断提升，各汽车公司渐渐加强了汽车车身防腐技术的研究，一方面不休学习和引进其他公司先进的技术和测试方法，另一方面结合中国的国情和使用环境，开发自己的汽车车身防腐技术，但是总的来说，与欧美等发达国家的汽车厂对照，国产汽车的防腐技术相对还不够成熟，因此如何提升国产汽车车身防腐质量，降低整车防腐成本，提升产品竞争力，对中国汽车工业的发展有重视要的意义。参照文件：1、胡林林，周天宝。奥迪轿车内腔防锈技术[J].汽车技术，1996，（3）：40-422、张春和，张大鹏，蔡志强。沿海地区汽车腐化的原因与防范方法探析腐化与防范，2003，24（12）：542-5443、魏元生。镀锌板种类及其在车身上的应用[J].汽车工艺与资料，2011，（9）：51-624、黄建中，朱