汽車防腐設計

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流汽車防腐設計.精品文檔.車身腐蝕直接關(guān)系著汽車的外觀和使用壽命，是汽車制造和腐蝕防護的重點研究課題之一，國內(nèi)的整車防腐設計和檢測還處于起步階段，本文從結(jié)構(gòu)、材料和制造工藝三方面重點介紹了提高汽車車身防腐性能的措施，并指出了汽車車身防腐技術(shù)未來的研究方向。    文/ 張菊香 上海大眾汽車有限公司質(zhì)保實驗室       隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車車身腐蝕已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。汽車車身腐蝕可以分為外觀腐蝕，結(jié)構(gòu)腐蝕和穿孔腐蝕。外觀腐蝕指車身外觀損傷和銹蝕，直接影響汽車美

2、觀和顧客滿意度；結(jié)構(gòu)腐蝕指車身結(jié)構(gòu)件發(fā)生腐蝕，直接影響汽車安全性和使用壽命；穿孔腐蝕指汽車內(nèi)腔或接縫處由于防腐能力薄弱，腐蝕介質(zhì)容易堆積導致車身銹穿，嚴重影響汽車外觀和使用壽命，央視3.15 曝光的汽車腐蝕問題就屬于汽車車身穿孔腐蝕。目前國內(nèi)的整車防腐設計和檢測還處于起步階段，如何通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)、材料和制造工藝的設計以保證整車防腐質(zhì)量是各汽車公司研究的重點。    汽車設計的防腐措施     結(jié)構(gòu)設計     汽車設計工程師在結(jié)構(gòu)強度等方面具有很好的設計能力，而往往忽略了結(jié)構(gòu)對車身防腐蝕性能的影響，但是很多

3、腐蝕生銹問題都是由不合理的結(jié)構(gòu)設計造成的，因此在車身設計階段應重點考慮：    （1）接縫設計       汽車車身由金屬鋼板拼焊而成，拼焊縫隙本身就是涂裝的薄弱部位，而且水，泥污等腐蝕介質(zhì)容易在縫隙堆積，導致金屬鋼板迅速腐蝕。因此在設計時需注意開口根據(jù)汽車行駛方向，朝向水等腐蝕介質(zhì)難以進入的方向，如圖“接縫開口設計示意圖”所示；結(jié)構(gòu)設計中注意盡量使用整塊鋼板沖壓，減少縫隙。車身接縫設計還要充分考慮后續(xù)涂裝，密封，注蠟的匹配性，因此接縫設計是一個綜合考慮的結(jié)果。    （2）空腔設計    &#

4、160; 車身空腔對增加汽車強度和減少汽車重量都非常重要，空腔的位置、形狀和密封性不僅直接影響車身的電泳、噴蠟和涂膠等工序，而且不合理的空腔設計會造成排氣排水不暢，產(chǎn)生電泳盲區(qū)以及酸、堿殘留，產(chǎn)生腐蝕，嚴重時會導致穿孔腐蝕，因此空腔設計應合理布局空腔位置，以提高電泳、注蠟等防腐工藝的可實施性，便于后續(xù)涂膠密封，不僅可以隔絕外界腐蝕介質(zhì)，避免腐蝕，而且可以達到汽車減噪效果?？涨桓g是最常見的車身腐蝕之一，除了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，很多汽車公司采用空腔注蠟以及高耐蝕材料等空腔防銹技術(shù)。    （3）工藝孔設計       為了滿足電泳，注蠟和安裝

5、等工藝需要，車身設計了很多工藝孔。這些孔的數(shù)量，位置，尺寸，間距和分布等都直接影響涂層和蠟的分布以及腐蝕物質(zhì)的堆積，進而影響車身防腐性能，因此在設計階段時就要充分注意在滿足車身強度和剛度的前提下，內(nèi)腔盡量增加電泳工藝孔以提高漆膜厚度，結(jié)合電泳生產(chǎn)線和車身空腔結(jié)構(gòu)，合理設計和布置放氣孔，避免氣室，產(chǎn)生電泳盲區(qū)。工藝孔的設計不僅要充分考慮對車身防腐性能的影響，而且還涉及沖壓模具和成本，焊接夾具和定位，車身強度和剛度，減噪等，設計過程中需要多方考慮，才能達到最優(yōu)的效果。    材料選擇      車身材料不僅關(guān)系車身強度和剛度等安全性和舒適性，而且直

6、接影響防腐性能和使用壽命。因此如何合理選擇車身材料一直是汽車設計的重要內(nèi)容。目前使用較多的車身材料包括中低強度鋼板，高強度鋼板和鋁合金。    （1）中低強度鋼板       用于汽車車身的中低強度鋼板一般有非鍍鋅鋼板和鍍鋅鋼板。世界各國的汽車行業(yè)大多使用鍍鋅鋼板以增強車身的抗腐蝕性，瑞典腐蝕研究所調(diào)查表明，非鍍鋅鋼板一般僅能滿足6 年防腐，要滿足12 年防腐必須采用雙面鍍鋅鋼板（ 鍍鋅層7 10m）。目前汽車上常用的鍍鋅鋼板有熱鍍鋅鋼板和電鍍鋅鋼板，為了防止鋼板在運輸和存儲過程中發(fā)生銹蝕，熱鍍鋅鋼板一般采用涂油保護，電鍍鋅鋼板一般采

7、用預磷化保護。鍍鋅鋼板的鋅層厚度、種類和表觀質(zhì)量直接影響汽車車身防腐性能，因此選擇合適的鍍鋅鋼板是車身鋼板材料設計的重點。    （2） 高強度鋼板        隨著汽車輕量化進程，高強度鋼板在汽車上的應用也越來越廣泛，為了解決高強度鋼板成型困難的問題，可以采用先進的熱成型技術(shù)。普通鍍鋅層會在高溫沖壓下被破壞，因此開發(fā)合適的涂層是高強度鋼板進一步推廣應用的重要方面。    歐美已開發(fā)出Al-Si，F(xiàn)e-Al，Zn-Fe 等涂層，不僅可以避免鋼板在熱成型過程中形成氧化皮，影響電泳漆的結(jié)合力，而且涂層本身具有一定的防

8、腐作用，可以減少結(jié)構(gòu)腐蝕，提高了整車防腐質(zhì)量和使用壽命，由于涂層在熱成型過程中容易堆積，刮傷，嚴重時會造成基材開裂，因此目前帶涂層的高強度鋼板及成型技術(shù)為國外壟斷，主要依賴進口。    （3） 鋁合金鋁       具有重量輕，易成型，耐腐蝕性能好等優(yōu)點，因此是降低車身重量，提高車身防腐性能和壽命的理想材料。由于純鋁相對較軟，為了滿足車身強度要求，很多車型采用了鋁合金和鋼，以及高強度鋼板混合使用的車身，但是鋁和鋼之間存在電位差，容易產(chǎn)生接觸腐蝕，電位較負的鋁會被腐蝕，影響汽車美觀和壽命，因此如何有效避免鋁和鋼的接觸腐蝕是采用鋁鋼混合結(jié)

9、構(gòu)的關(guān)鍵。目前解決接觸腐蝕的主要方案是采用膠水和密封材料隔離腐蝕介質(zhì)，或在鋁和鋼之間增加墊片避免接觸。隨著車身結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化以及新密封工藝的不斷開發(fā)，鋁合金在車身上的應用越來越廣泛。    制造工藝       汽車制造主要包括沖壓，焊裝，涂裝和總裝四個工藝，每個工藝對車身防腐都有影響。沖壓是汽車車身制造第一步，對車身防腐的影響主要是沖壓毛刺，沖壓油和沖壓表觀質(zhì)量。    沖壓表觀質(zhì)量平滑，避免表面雜質(zhì)殘留，盡量減少鍍鋅層損傷。    大眾、通用、福特等很多汽車公司已經(jīng)把沖壓工藝作為汽

10、車車身防腐的重要質(zhì)量控制點。焊裝是將沖壓好的車身板件通過焊接拼裝成白車身，應避免焊縫氣孔，氧化皮，焊渣，鍍鋅層損傷等缺陷，導致油漆結(jié)合力差，鍍鋅鋼板防腐性能下降。    涂裝工藝是汽車車身防腐的關(guān)鍵工序，主要包括預處理、電泳、底部PVC、粗細密封、門檻PVC、中涂、色漆、清漆和空腔注蠟。      應注意：a） 預處理要求車身表面形成均勻、致密的磷化膜；b）電泳要求無刮痕，無針孔，無流平，無龜裂等，并能滿足厚度檢測，腐蝕實驗，附著力檢測，液態(tài)蠟的濕潤性能評價等工藝和性能評價標準；d） 合理布局粗細密，提高車身防腐性能；e） 選擇合適的中涂層，加

11、強電泳漆與面漆之間的結(jié)合力；f） 清漆不僅美化汽車外觀，同時也要能抵擋如陽光輻射、雨水、含鹽物質(zhì)、含酸物質(zhì)等自然環(huán)境對車身的侵蝕，具備一定的防腐作用；g） 采用空腔注蠟技術(shù)，有效避免車身結(jié)構(gòu)腐蝕和穿孔腐蝕?？傃b是將車身和零件組裝成整車，是汽車制造過程的最終環(huán)節(jié)。裝配過程需要注意：a） 避免零件和車身不匹配或裝配不牢固，車身和零件的接觸表面有位移，因摩擦、滑動或振動會造成油漆破壞或變薄，產(chǎn)生紅銹，甚至銹穿，導致以昂貴的代價制造出的合格車身和零件，不能裝出合格的汽車；b） 合理設計夾具和裝配參數(shù)，避免油漆破壞和磨損。    未來的研究方向   開發(fā)

12、防腐性能優(yōu)良的車身材料       隨著汽車豪華美觀和輕量化的需要，越來越多的新材料新工藝將應用到汽車車身上，目前研究得比較多的是鋁合金、改性塑料以及一些復合材料。目前國外汽車公司生產(chǎn)的很多高檔車選用鋁合金作為車身外板和結(jié)構(gòu)件，有些車上甚至達到了80% 以上。如何通過在鋁中添加不同的合金元素，開發(fā)特殊的加工方式，進一步提高強度和防腐性能，降低生產(chǎn)成本是鋁合金將來的研究重點。塑料具有重量輕，高防腐性，高裝飾性，易成型等優(yōu)點，通過改性可以增強塑料的強度和剛度，經(jīng)過多年研究，超輕量的碳纖維增強塑料（CFRP）已經(jīng)成功應用于一些高端跑車上。復合材料如輕量化疊層鋼

13、板，泡沫合金板、蜂窩鋁材復合板也在研發(fā)中，車身防腐材料呈現(xiàn)出多元化趨勢。開發(fā)高防腐性的車身材料，不僅可以改善汽車的外觀性能，提高汽車檔次，更重要的是可以提高汽車的內(nèi)在質(zhì)量，延長汽車使用壽命。        開發(fā)先進的車身防腐制造工藝隨著制造業(yè)和材料工業(yè)的發(fā)展，各汽車公司不斷開發(fā)先進的車身制造工藝，以提高整車車身防腐性能。例如，提高自動化程度，縮短制造流程，有效減少工序間的銹蝕；采用激光拼焊技術(shù)，提高縫隙質(zhì)量；采用擺桿輸送機、全懸反向輸送機（Ro-Dip）以及多功能穿梭機，實現(xiàn)車身在電泳槽內(nèi)360°翻轉(zhuǎn)，并通過優(yōu)化出入槽角度，增加排氣功能，使內(nèi)腔

14、的槽液得到充分的流動，消除內(nèi)腔氣泡，解決內(nèi)腔漆膜偏薄問題，提高油漆厚度均勻性。       計算機仿真技術(shù)在汽車車身防腐設計上的應用電泳本質(zhì)上是將涂層沉積到基材上的電化學過程，通過計算機仿真技術(shù)和電化學的結(jié)合，模擬車身電力線分布和水等腐蝕介質(zhì)在車身中的流動，提高電泳的泳透力，改善車身電泳涂層的膜厚度分布，避免空腔電泳盲區(qū)，從而提高汽車車身防腐性能。仿真技術(shù)不僅能夠盡早發(fā)現(xiàn)各類腐蝕缺陷，識別出問題所在，降低生產(chǎn)成本，而且可以評估設計更改后的效果，大大縮短了設計時間，并節(jié)約了樣車制造成本。例如，增加加強板是否會對電泳涂層厚度產(chǎn)生不利影響，是否可以取消工藝孔或

15、減小工藝孔，這些目前主要靠經(jīng)驗和后期的實驗進行操作，開發(fā)時間長，利用電泳仿真技術(shù)可以更快速地評估。目前在歐美發(fā)達國家的汽車公司逐步開發(fā)出模擬車身電泳厚度的仿真系統(tǒng)，并投入到實際生產(chǎn)中，成為新車開發(fā)中不可缺少的工具。    結(jié)束語       汽車車身防腐研究是結(jié)構(gòu)設計，材料選擇，制造工藝和防腐檢測的綜合課題。隨著中國汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展和顧客要求的不斷提高，各汽車公司逐步加強了汽車車身防腐技術(shù)的研究，一方面不斷學習和引進其他公司先進的技術(shù)和測試方法，另一方面結(jié)合中國的國情和使用環(huán)境，開發(fā)自己的汽車車身防腐技術(shù)，但是總的來說，與歐美等發(fā)達國家的汽車廠相比，國產(chǎn)汽車的防腐技術(shù)相對還不夠成熟，因此如何提高國產(chǎn)汽車車身防腐質(zhì)量，降低整車防腐成本，提升產(chǎn)品競爭力，對中國汽車工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。    參考文獻：    1、胡林林，周天寶。 奧迪轎車內(nèi)腔防銹技術(shù)J. 汽車技術(shù)， 1996，（3）： 40-422、張春和，張大鵬，蔡志強。 沿海地區(qū)汽車腐蝕的原因與防護方法探析J. 腐蝕與防護，2003，24（12）： 542-5443、魏元生。 鍍鋅板種類及其在車身上的應用J. 汽車工藝與材料， 2011，（9）： 51-624、黃建