汽車車身防腐蝕設(shè)計

沈利民 苑雪雷 陳軍軍 翟永根

（長城汽車股份有限公司）

隨著時代的發(fā)展，對汽車防腐蝕的要求越來越高，防腐蝕措施就顯得尤為重要。汽車涂層的耐候性和耐腐蝕性要求超過汽車的使用壽命，在惡劣的環(huán)境下車身保用期需達(dá)到10 年以上[1]，不產(chǎn)生穿孔腐蝕，所以車身防腐蝕越來越受到各主機(jī)廠的重視。車身結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計是保證車身防腐蝕性能的關(guān)鍵，直接影響其他防腐蝕措施的效果。設(shè)計時，要使車身結(jié)構(gòu)能夠防止腐蝕介質(zhì)侵入或者積存在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的縫隙間、凹形構(gòu)件和封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部。文章介紹了車身結(jié)構(gòu)的防腐蝕措施，可用以指導(dǎo)汽車防腐蝕工作[2]。

1 耐腐蝕材料

耐腐蝕材料有鍍鋅鋼板，鍍鋅－鋁鋼板的腐蝕程度較輕[3]，腐蝕速率較低，一般使用在無法涂裝、難以涂裝的部位以及汽車運行中受地面沖擊的部位，主要的目的是使車身表面腐蝕的開始時間往后推遲，一般能夠提高壽命35%以上。鋁鎂合金一般應(yīng)用于高檔車身或者概念車的制造上，一般轎車很少采用此種材料。

鍍鋅鋼板分為熱鍍鋅鋼板和電鍍鋅鋼板2 種，電鍍鋅鋼板由于價格較高，有部分國外的高檔汽車采用，還應(yīng)用于高檔電器、電子元件、機(jī)芯等電子產(chǎn)品行業(yè)。國內(nèi)主機(jī)廠現(xiàn)階段采用熱鍍鋅鋼板制造車身外覆蓋件、下部總成部分鈑金件。

2 車身電泳性能相關(guān)的結(jié)構(gòu)及工藝孔的設(shè)計方案

2.1 開設(shè)合理的工藝孔

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮工藝孔的位置。一般分為進(jìn)水孔、排氣孔和漏液孔3 種。

進(jìn)水孔一般開在車身前進(jìn)的方向，這樣車身進(jìn)入電泳槽時，槽液能順利流入。車身側(cè)圍、門檻以及A、B和C 柱三層板的結(jié)構(gòu)容易形成密閉的空間，電泳漆不方便進(jìn)入，必須開一定量的孔。但要注意，如果孔徑偏小，會使內(nèi)腔通電性較差，在電泳漆泳透率不變的情況下，內(nèi)腔的電泳膜偏薄，甚至局部電泳不上，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。通常開設(shè)直徑20～30 mm 的圓孔。開孔原則，如圖1 所示。

圖1 車身進(jìn)水口開口原則

排氣孔一般開設(shè)在空腔的最上面，這樣電泳液進(jìn)入后，空氣排出，不會形成空氣腔。如果空氣不易排出，容易導(dǎo)致電泳液無法在鈑金上形成保護(hù)膜，容易形成早期腐蝕。排氣孔的數(shù)量、大小直接影響白車身在前處理、電泳工序內(nèi)腔的排氣、進(jìn)水，一般在不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下與工藝時間相匹配，在門檻梁等內(nèi)部加強(qiáng)板較多的零件頂端開直徑15 mm 以上的孔，以保證內(nèi)腔清洗質(zhì)量、清潔度和磷化涂層質(zhì)量等。

1）對于單件的階梯型梁，要在存在高點的位置開直徑5 mm 以上的排氣孔。在機(jī)艙前橫梁幾處高點容易形成氣室，無法進(jìn)行電泳，所以增加相應(yīng)的排氣孔來滿足要求。水箱框架上橫梁結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2 所示。

圖2 水箱框架上橫梁結(jié)構(gòu)開孔示意圖

2）發(fā)動機(jī)罩或后背門（后行李箱蓋）在設(shè)計時要在最上面的2 個拐角部位設(shè)置排氣孔，排氣孔為半徑2 mm 的一個半圓。機(jī)蓋總成結(jié)構(gòu)開孔示意圖，如圖3所示。

圖3 發(fā)動機(jī)機(jī)蓋總成結(jié)構(gòu)開孔示意圖

一般在車身上漏液孔和進(jìn)水孔沒有特別明確的定義，因為在進(jìn)入電泳槽時，孔的功能是進(jìn)水，而在離開電泳槽時，該孔就成為漏液孔。一般開在各種梁、盒裝零件、U 形件、封閉腔體、地板、車門最下端等零部件的最低處，這樣可使車身在不同的涂裝槽體中轉(zhuǎn)換時，不會將前一個槽體的液體帶入下一個處理槽中。漏液孔設(shè)置在整個零件的最低點，便于液體的排出。

3）地板面板上的漏液孔直徑為14～45 mm，車身縱梁上的漏液孔直徑在10 mm 以上，側(cè)圍下部的漏液孔直徑在20 mm 以上，門檻內(nèi)部加強(qiáng)板的漏液孔直徑為10～25 mm，其他盒狀件的漏水孔的直徑在6 mm 以上。漏水孔的大小和位置一般也參考標(biāo)桿車設(shè)計，在進(jìn)行正向設(shè)計時，要考慮這些孔的位置和大小預(yù)留。一般涂裝要求車身完全出槽后20 s 內(nèi)液體安全漏完，這樣才不會出現(xiàn)將前一個電泳槽的液體帶到下一個電泳槽中的現(xiàn)象。

4）車門的漏液孔在最低端，而且孔邊要開到包邊的面上，便于漏水。漏水孔的直徑在6 mm 以上。零件設(shè)計時要避免有洼陷，以免造成積液，影響涂裝工藝，如果必須要有洼陷特征，則必須要開漏液孔。車門的漏液孔，如圖4 所示。

圖4 車門漏液孔示意圖

5）在車門和車身縱梁上的合適位置開漏液孔，電泳液在電泳時可以順利流出，并且也便于汽車行駛過程中進(jìn)入的液體順利流出。門檻梁部位斷面結(jié)構(gòu)，如圖5 所示。

圖5 門檻梁部位斷面結(jié)構(gòu)示意圖

6）地板橫梁部位每隔150 mm，就留有一個漏液用的缺口，缺口深度約為5 mm，這樣保證橫梁內(nèi)不會積存液體，影響車身的耐腐蝕性。對于地板和縱梁上影響整車密閉性的孔，需要用膠堵進(jìn)行堵塞，從而提高整車密閉性并降低噪聲。門檻梁部位膠堵安裝示意圖，如圖6 所示。

圖6 門檻梁部位膠堵安裝示意圖

2.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計

某車型后地板備胎坑處缺少部分漏液孔以及存在部分加強(qiáng)筋特征，影響電泳液的流動，進(jìn)而影響漏液效果。增加3 個漏液孔和導(dǎo)液槽，其增加的漏液孔結(jié)構(gòu)，如圖7 所示。

圖7 車身后地板增加漏液孔結(jié)構(gòu)示意圖

設(shè)計零件時不能出現(xiàn)尖角，尖角不但影響沖壓模具的壽命，而且影響涂裝的質(zhì)量。一般設(shè)計要留1 個半徑3 mm 以上的圓角。某零部件尖角優(yōu)化前后示意圖，如圖8 所示。

圖8 汽車零部件尖角優(yōu)化示意圖

地板面板在設(shè)計加強(qiáng)筋時，不要設(shè)計成向下凹的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該設(shè)計成向上凸的形狀，如圖9 所示。

圖9 車身地板面板加強(qiáng)筋向上凸結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

3 綜合性防護(hù)措施

3.1 噴蠟處理

對于封閉的空腔結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行噴蠟處理，主要為門檻梁和后輪包部位，噴蠟的孔直徑不能小于20 mm。噴蠟作業(yè)完成后應(yīng)使用膠堵密封，以免汽車使用過程中進(jìn)水和泥漿等。

一般需要噴蠟的車身部位是側(cè)圍的門檻梁等，需要預(yù)留噴蠟孔，噴蠟的空腔內(nèi)部不能設(shè)置隔斷，如果結(jié)構(gòu)要求必須設(shè)計有隔斷，在隔斷的零件上需要增加直徑20 mm 以上的工藝孔，以便噴蠟工藝的實施。

3.2 合理安排裝配工藝

裝配工藝直接影響零部件的耐腐蝕性能。對于水箱上橫梁等螺接件，將其設(shè)計成黑漆件，安排在總裝車間進(jìn)行裝配，這樣螺接位置的接觸面可以進(jìn)行良好的涂敷，避免銹蝕的發(fā)生。在某車型拆解過程中發(fā)現(xiàn)，其加油口蓋的裝配安排在總裝進(jìn)行，這樣使螺接面涂層涂覆較好，可以預(yù)防早期生銹。

3.3 涂敷密封膠

邊緣（棱角、尖角）和縫隙（點焊縫隙、搭接邊、折邊縫等）這些部位的腐蝕速度比自由表面快得多，預(yù)防措施是采用點焊密封膠和焊縫密封膠進(jìn)行填塞，起到防水、提高抗腐蝕能力的作用。在五門一蓋的內(nèi)外板結(jié)合處都要填充折邊膠，在包邊完成后，再涂焊縫密封膠，封住頂端，起到抗腐蝕的作用。車身的涂膠位置一般參考標(biāo)桿車進(jìn)行設(shè)計，在后期實際生產(chǎn)過程中根據(jù)工藝的需求再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.4 噴涂PVC涂層

噴涂PVC 涂層的基材為聚氯乙烯樹脂、各種助劑并輔以顏填料；硬度為40～60（邵氏A）；剪切強(qiáng)度需要≥0.7 MPa。PVC 抗石擊涂料的斷面尺寸：前后輪罩內(nèi)部噴涂厚度為1～1.5 mm、地板下部噴涂厚度為1 mm。一般噴涂在前后輪包區(qū)域、地板區(qū)域和前圍板下部區(qū)域。

地板面板下部因為距離地面較近，容易受到路面的石子等物體的敲擊，造成早期銹蝕。噴PVC 之前要將車身下部的安裝孔遮蔽，以防止零部件安裝困難。

3.5 噴涂裙邊膠

無車身下護(hù)板的車身需要噴涂PVC 裙邊膠來進(jìn)行防護(hù)，厚度為150～250 μm，防止在汽車行進(jìn)過程中被飛濺的石子等雜物碰傷漆面，增加PVC 裙邊膠，可防止因漆面劃傷而造成早期腐蝕。PVC 裙邊膠的基材為聚氯乙烯樹脂、增塑劑、填料和助劑。

3.6 電化學(xué)保護(hù)

對于車身的電化學(xué)腐蝕，在車身的螺接部位可以增加薄錫片，形成微電池，從而減少車身零件的腐蝕。錫片一般放在翼子板安裝點上。

3.7 采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝

部分高級車輛在頂蓋和側(cè)圍區(qū)域利用激光焊接的方式，將側(cè)圍和頂蓋焊接成一體，然后再進(jìn)行涂裝處理，可以減少頂蓋與側(cè)圍之間因漏水帶來的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

3.8 增加部分附件

在前后輪包處增加防濺墊，部分高端車型在車身下部設(shè)計有塑料防護(hù)板，將大部分易生銹的金屬件與外部隔開，阻隔了汽車行駛過程中泥水對這些零部件的侵蝕。

在粘貼補(bǔ)強(qiáng)膠片時，必須將鈑金表面的油漬、污漬、鐵銹和粉塵清理干凈，否則膠片容易翹邊或脫落，造成車門外板早期銹蝕。

4 結(jié)論

我國地域廣闊，在酸雨、潮濕、氣溫偏高環(huán)境下，車輛腐蝕加速，影響了汽車的使用壽命和性能。通過防腐材料的應(yīng)用、車身結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計及其他有效措施提升汽車的防腐性能，是我國汽車行業(yè)的一種必然趨勢。同時新型防腐材料（鋁合金機(jī)蓋、碳纖維材料等）的應(yīng)用也是必然的發(fā)展趨勢。