針對車門漏液孔銹蝕問題分析與改善

毛定山 李釗文 謝國文 陳曉紅 袁俊逸

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，消費者對汽車外觀質(zhì)量及品質(zhì)更加關(guān)注，汽車銹蝕投訴與日俱增[1]。由于汽車整車耐腐蝕性能對汽車的使用壽命、消費者的滿意度及汽車本身品牌價值有直接影響，因此提升汽車的耐腐蝕性能尤為重要[2]。汽車結(jié)構(gòu)中沖壓零件邊緣較多，與空氣直接接觸，甚至不少零件處于高溫高濕環(huán)境中，如何減少鈑金邊緣及沖孔毛刺的銹蝕問題已成為提升車身防腐性能的關(guān)鍵之一[3]。汽車防腐性能提升問題涉及車身結(jié)構(gòu)、材料選用、沖壓修邊、沖孔工藝、涂裝工藝等過程，文章以汽車背門漏液孔毛刺銹蝕問題為例開展了問題調(diào)查及原因分析，提出了一系列改善措施，并最終解決了漏液孔生銹問題。

1 尾門漏液孔銹蝕問題原因分析

1.1 原因調(diào)查

根據(jù)市場消費者投訴信息反饋，某車型背門內(nèi)板漏液孔在使用不到3 年時間里出現(xiàn)了明顯的銹蝕問題，引發(fā)了用戶的抱怨及投訴，如圖1 所示。進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該漏液孔邊緣部位電泳膜厚正常，但孔位毛刺高度達0.39 mm，初步判斷是由于沖壓時沖孔毛刺過長導致該部位電泳不良引發(fā)生銹。

1.2 沖孔毛刺過長的原因分析

零件在沖壓沖孔的時候，板材將經(jīng)歷彈性變形、塑性變形和斷裂分離3 個階段。當模具沖頭刃口刃入時，凹凸模刃口附近的材料首先產(chǎn)生裂紋，隨著刃口的深入，上下側(cè)板材裂紋不斷向其內(nèi)部延伸，如圖2 所示。當刃口間隙值比較合理時，上下側(cè)裂紋方向一致，材料斷裂分離，光亮帶增加，毛刺較少。但當上下側(cè)刃口間隙過大或者過小時，上下側(cè)裂紋不重合，則會產(chǎn)生毛刺[4]。由此可見沖壓刃口間隙是導致毛刺過長的根本原因。

圖1 背門漏液孔存在嚴重銹蝕

圖2 沖孔間隙對制件斷面的影響

1.3 沖孔毛刺導致電泳不良的原因分析

沖孔毛刺在其尖端有較大的曲率，在涂裝電泳過程中會發(fā)生尖端放電現(xiàn)象，導致該部位有較大的電流密度，進一步導致該毛刺部位首先發(fā)生電沉積。隨著電泳的進行，該處電泳漆厚度越積越厚，導致電阻增加，電流密度增加，電沉積將進入其相鄰附近區(qū)域，電泳漆將首先在毛刺尖端部位析出，毛刺邊緣將得到較好的覆蓋。

但由于沖壓毛刺相比其它區(qū)域的金屬很薄，在烘烤過程中其溫度上升較其它區(qū)域快，引起該部位電泳漆對流，底部物料向上流到頂點。但物料表面張力與溫度成反相關(guān)，隨著溫度的上升而下降，由于頂點的溫度高物料張力低，周圍物料將對毛刺尖端區(qū)域物料產(chǎn)生外力，引起尖端的物料向外流動，流動時又帶動相鄰物料，導致毛刺尖端部位的電泳漆逐漸流向兩側(cè)，最終毛刺邊緣的電泳漆厚度變薄[5-7]，導致沖壓毛刺區(qū)域電泳不良。

2 試驗驗證

沖壓毛刺在沖壓工序中不可能被消除，那不同毛刺高度對應(yīng)的生銹情況又如何呢？以某車型車門內(nèi)板為例進行說明。該車門材料DC03,厚度t 為0.7 mm，分別采用沖頭與下模不同刃口間隙寬度約5%t～54%t 制作了0、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5 mm 高度的樣件。并對毛刺高度進行了測量，不同沖孔刃口間隙對應(yīng)的毛刺高度如表1 所示。發(fā)現(xiàn)沖孔刃口間隙按照5%t 管控，毛刺高度控制最優(yōu)。

表1 刃口間隙與毛刺高度關(guān)系

然后將上述樣件電泳并進行中性鹽霧試驗，過程為：預脫脂→超聲波脫脂→水洗→酸洗→中和→水洗→表調(diào)→磷化→循環(huán)水洗→純水洗→電泳→UF1 沖洗→UF2 沖洗→純水洗→烘烤[8]。

2.1 中性鹽霧試驗

本次中性鹽霧試驗采用正交試驗法，以高邊緣電泳及普通電泳，不同毛刺長度作對照進行鹽霧試驗，每組30 個，共240 組。具體試驗方法及步驟如下：

1）試驗裝置及用品：鹽霧試驗儀；

2）試驗板的制作：按照板材準備中要求準備；

3）試驗條件：鹽溶液質(zhì)量分數(shù)為5%±1%、噴霧槽溫度為（35±1）℃；

4）操作：將試驗板放在按規(guī)定條件調(diào)節(jié)好的鹽霧試驗箱內(nèi)，使涂膜朝上，與鹽霧流動的主方向平行，并與垂直線成15°傾斜固定好，讓漆霧均勻地噴在零件表面；

5）過程觀察：每日進行2 次試驗過程觀察，盡量觀察板材生銹的先后順序，若未觀察到，則等所有板材工藝孔生銹后對比生銹程度。

本次中性鹽霧試驗時長480 h，按照如表2 所示中國汽車工程學會銹蝕等級劃分標準進行銹蝕等級劃分，試驗結(jié)果如圖3 所示，發(fā)現(xiàn)在240 h 時，毛刺高度控制在0.15 mm 以內(nèi)能達到1 級銹蝕，可滿足汽車防腐設(shè)計標準。進一步分析發(fā)現(xiàn)控制毛刺高度在0.15 mm且增加堵蓋的情況下可達0 級銹蝕，可見，增加堵蓋將大大改善漏液孔銹蝕問題。

表2 腐蝕等級評價標準

圖3 中性鹽霧試驗結(jié)果

2.2 實車搭載循環(huán)腐蝕試驗

為了進一步驗證上述不同毛刺高度的中性鹽霧試驗結(jié)果的準確性，進行實車搭載驗證。將不同毛刺高度的漏液孔搭載于不同車型上進行整車循環(huán)腐蝕試驗，該試驗車將在試驗場地進行60 循環(huán)強化腐蝕試驗，每10 個循環(huán)相當于1 個使用年。模擬實車使用6 年的銹蝕情況。

試驗結(jié)果如圖4 所示。當毛刺高度控制在0.15 mm以內(nèi)時，漏液孔銹蝕能達到6 年2 級銹蝕，在增加堵蓋的情況下漏液孔銹蝕可達6 年1 級銹蝕，部分車型甚至達到了6 年0 級銹蝕，漏液孔銹蝕情況得到大大改善。但車門漏液孔本身存在排水的功能，如果增加堵蓋可能導致車門積水風險，因此進行了整車淋雨測試，發(fā)現(xiàn)增加堵蓋的車門漏液孔內(nèi)腔體干燥無積水，說明增加漏液孔堵蓋不會導致車門內(nèi)腔積水。

圖4 整車循環(huán)腐蝕試驗結(jié)果

上述試驗表明，只要控制了漏液孔毛刺高度在0.15 mm 以內(nèi)，并增加堵蓋，可解決車門漏液孔生銹問題。

3 改善措施

3.1 優(yōu)化沖壓工藝控制毛刺高度

為了調(diào)查漏液孔毛刺過長的原因，拆掉模具壓料板合模后，發(fā)現(xiàn)毛刺加厚的一側(cè)間隙偏大，存在0.03 mm的間隙偏差，且沖孔角度設(shè)計不合理，導致該漏液孔沖孔毛刺過長。為了控制毛刺高度在0.15 mm 以內(nèi)，按照刃口間隙寬度的5%t 重新設(shè)計了沖頭和下模，并調(diào)整了漏液孔沖孔角度，使漏液孔沖孔角度在5°以內(nèi)，減少由于沖孔角度太大導致刃口磨損帶來的毛刺問題。

但隨著沖壓壓件達到約9 000 次后，發(fā)現(xiàn)毛刺高度又達到了0.3 mm，超過了管控標準0.15 mm 的要求，再次出現(xiàn)了毛刺過長問題。拆模后發(fā)現(xiàn)沖頭刃口局部存在磨損，且沖頭存在明顯摩擦痕跡。通過查閱沖壓工藝DL 圖，發(fā)現(xiàn)該工序存在側(cè)向力修邊，導致模具受力偏載出現(xiàn)刃口磨損，從而導致沖孔毛刺問題再發(fā)。為了解決側(cè)向力導致偏載問題，在模具上增加了防側(cè)向力結(jié)構(gòu)，讓模具在沖壓過程中保持力的平衡狀態(tài)，最終毛刺過長問題沒有再發(fā)生。

3.2 增加堵蓋

為了進一步提高漏液孔防腐性能，對整車13 個漏液孔都增加了堵蓋，最終解決了漏液孔的銹蝕問題，消除了用戶的抱怨。

4 結(jié)論

文章對汽車車門漏液孔生銹問題進行了詳細分析，通過中性鹽霧試驗和整車循環(huán)腐蝕試驗，發(fā)現(xiàn)毛刺高度管控在0.15 mm 且增加堵蓋情況下能達成汽車使用6 年1 級銹蝕的目標。

通過優(yōu)化沖壓工藝，將沖頭刃口間隙寬度按照5%t 重新設(shè)計，沖孔角度在5°以內(nèi)沖孔，并增加模具側(cè)向力擋板，漏液孔毛刺高度控制在0.15 mm 以內(nèi)，達成了毛刺管控標準。

白車身很多部位的沖孔存在類似毛刺高度過長帶來的銹蝕問題，需要嚴格管控可見部位的沖孔毛刺高度。處理辦法也可采取可見部位沖孔改為翻孔，外漏孔增加飾板等方式減少毛刺與外界腐蝕環(huán)境的接觸，達到最優(yōu)的防腐效果，提升汽車防腐性能和質(zhì)量品質(zhì)。