汽車防腐設(shè)計(jì)說明

1、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(hù)的重點(diǎn)研 究課題之一，國(guó)內(nèi)的整車防腐設(shè)計(jì)和檢測(cè)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)室接縫開口設(shè)計(jì)示意國(guó)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(dǎo)致

2、車身銹穿，嚴(yán)重影響汽車外觀和使用壽命，目前國(guó)內(nèi)的整車防腐央視3.15曝光的汽車腐蝕問題就屬于汽車車身穿孔腐蝕 設(shè)計(jì)和檢測(cè)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(shè)計(jì)以保證整車防腐質(zhì)量是各汽車公司研究的重點(diǎn)。汽車設(shè)計(jì)的防腐措施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)汽車設(shè)計(jì)工程師在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面具有很好的設(shè)計(jì)能力，而往往忽略了結(jié) 構(gòu)對(duì)車身防腐蝕性能的影響，但是很多腐蝕生銹問題都是由不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 造成的，因此在車身設(shè)計(jì)階段應(yīng)重點(diǎn)考慮：(1) 接縫設(shè)計(jì)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(dǎo)致金屬鋼板迅速腐蝕。因此在設(shè)計(jì) 時(shí)需注意開口根據(jù)汽車行駛方向，朝向

3、水等腐蝕介質(zhì)難以進(jìn)入的方向，如圖接 縫開口設(shè)計(jì)示意圖”所示；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意盡量使用整塊鋼板沖壓，減少縫隙。 車身接縫設(shè)計(jì)還要充分考慮后續(xù)涂裝，密封，注蠟的匹配性，因此接縫設(shè)計(jì)是 一個(gè)綜合考慮的結(jié)果。(2) 空腔設(shè)計(jì)車身空腔對(duì)增加汽車強(qiáng)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(shè) 計(jì)會(huì)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(yán)重時(shí)會(huì) 導(dǎo)致穿孔腐蝕，因此空腔設(shè)計(jì)應(yīng)合理布局空腔位置，以提高電泳、注蠟等防腐 工藝的可實(shí)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(dá)到汽車減噪效果?？涨桓g是最常

4、見的車身腐蝕之一，除了優(yōu)化結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)為了滿足電泳，注蠟和安裝等工藝需要，車身設(shè)計(jì)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(jìn)而影響車身防腐性能，因此在設(shè)計(jì)階段時(shí)就要充分注意在滿足車 身強(qiáng)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(shè)計(jì)和布置放氣孔，避免氣室，產(chǎn)生電泳盲區(qū)。 工藝孔的設(shè)計(jì)不僅要充分考慮對(duì)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(qiáng)度和剛度，減噪等，設(shè)計(jì)過程中需要多方考慮， 才能達(dá)到

5、最優(yōu)的效果。材料選擇車身材料不僅關(guān)系車身強(qiáng)度和剛度等安全性和舒適性，而且直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(shè)計(jì)的重要內(nèi)容 前使用較多的車身材料包括中低強(qiáng)度鋼板，高強(qiáng)度鋼板和鋁合金。（1）中低強(qiáng)度鋼板用于汽車車身的中低強(qiáng)度鋼板一般有非鍍鋅鋼板和鍍鋅鋼板。世界各國(guó) 的汽車行業(yè)大多使用鍍鋅鋼板以增強(qiáng)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710卩m。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(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中發(fā)生銹蝕，熱鍍鋅鋼板一般采用 涂油保護(hù)，電鍍鋅鋼板一般采用預(yù)磷化

6、保護(hù)。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(shè)計(jì)的重點(diǎn)。（2）高強(qiáng)度鋼板隨著汽車輕量化進(jìn)程，高強(qiáng)度鋼板在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛，為了 解決高強(qiáng)度鋼板成型困難的問題，可以采用先進(jìn)的熱成型技術(shù)。普通鍍鋅層會(huì) 在高溫沖壓下被破壞，因此開發(fā)合適的涂層是高強(qiáng)度鋼板進(jìn)一步推廣應(yīng)用的重 要方面歐美已開發(fā)出Al-Si, Fe-AI, 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(yán)重時(shí)會(huì)造成

7、基材開裂，因此目前帶涂層的高強(qiáng)度鋼板及 成型技術(shù)為國(guó)外壟斷，主要依賴進(jìn)口。（3）鋁合金鋁具有重量輕，易成型，耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)較軟，為了滿足車身強(qiáng)度要 求，很多車型采用了鋁合金和鋼，以及高強(qiáng)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(fù)的鋁會(huì)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)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(shè)計(jì)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(yīng)用越來越廣

8、泛。制造工藝汽車制造主要包括沖壓，焊裝，涂裝和總裝四個(gè)工藝，每個(gè)工藝對(duì)車身 防腐都有影響。沖壓是汽車車身制造第一步，對(duì)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)把沖壓工藝作為汽車車身防腐的重 要質(zhì)量控制點(diǎn)。焊裝是將沖壓好的車身板件通過焊接拼裝成白車身 ，應(yīng)避免焊 縫氣孔，氧化皮，焊渣，鍍鋅層損傷等缺陷，導(dǎo)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(yù)處理、電泳、底部PVC、 粗細(xì)密封、門檻PVC、中涂、色漆、清漆和空腔注蠟。應(yīng)注意：a）預(yù)處理要求車身表面形

9、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(cè)，腐蝕實(shí)驗(yàn)，附著 力檢測(cè)，液態(tài)蠟的濕潤(rùn)性能評(píng)價(jià)等工藝和性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；d）合理布局粗細(xì)密，提高車身防腐性能；e）選擇合適的中涂層，加強(qiáng)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(shí)也要能抵擋如陽(yáng)光輻射、雨水、含鹽物質(zhì)、 含酸物質(zhì)等自然環(huán)境對(duì)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(dòng)或振動(dòng)會(huì)造成油 漆破

10、壞或變薄，產(chǎn)生紅銹，甚至銹穿，導(dǎo)致以昂貴的代價(jià)制造出的合格車身和零件，不能裝出合格的汽車；b）合理設(shè)計(jì)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)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(yīng)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(fù)合材料。目 前國(guó)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(dá)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(jìn)一步提高強(qiáng)度和防腐性能，降低生產(chǎn)成本是鋁合金將來的研究重點(diǎn) 塑料具有重量輕，高防腐性，高裝飾性，易成型等優(yōu)點(diǎn)，通過改性可以增強(qiáng)塑 料的

11、強(qiáng)度和剛度，經(jīng)過多年研究，超輕量的碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP已經(jīng)成功 應(yīng)用于一些高端跑車上。復(fù)合材料如輕量化疊層鋼板，泡沫合金板、蜂窩鋁材 復(fù)合板也在研發(fā)中，車身防腐材料呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)。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(zhǎng)汽車使用壽命。開發(fā)先進(jìn)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(jìn)的車身制造工藝，以提高整車車身防腐性能。例如，提高自動(dòng) 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(jī)、全懸反向輸送機(jī)（Ro-Dip ）以及多功能穿梭機(jī)，實(shí) 現(xiàn)車身在電

12、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 的槽液得到充分的流動(dòng)，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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在汽車車身防腐設(shè)計(jì)上的應(yīng)用電泳本質(zhì)上是將涂層沉積到基材上的電化學(xué)過程，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和電化學(xué)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(dòng)，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(shí)別出問題所在，降低生產(chǎn)成本，而且可以 評(píng)估設(shè)計(jì)更改后的效果，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，并節(jié)約了樣車制造成本。例如， 增加加強(qiáng)板是否會(huì)對(duì)電泳涂層厚度產(chǎn)

13、生不利影響，是否可以取消工藝孔或減小工藝孔，這些目前主要靠經(jīng)驗(yàn)和后期的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，利用電泳 仿真技術(shù)可以更快速地評(píng)估。目前在歐美發(fā)達(dá)國(guó)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(shí)際生產(chǎn)中，成為新車開發(fā)中不可缺少的 工具。結(jié)束語(yǔ)汽車車身防腐研究是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料選擇，制造工藝和防腐檢測(cè)的綜合 課題。隨著中國(guó)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(qiáng)了汽車車身防腐技術(shù)的研究，一方面不斷學(xué)習(xí)和引進(jìn)其他公司先進(jìn)的技術(shù)和測(cè)試方法，另一方面結(jié)合中國(guó)的國(guó)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(dá)國(guó)家的汽車廠相比，國(guó)產(chǎn)汽車的防腐技術(shù) 相對(duì)還不夠成熟，因此如何提高國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。參考文獻(xiàn)：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(qiáng)。沿海地區(qū)汽車腐蝕的原因與防護(hù)方法探析J.腐蝕與防護(hù)，2003，24( 12)：542-5443、魏元生。鍍鋅板種類及其在車身上的應(yīng)用J.汽車工藝與材料，2011，( 9)：51-624、黃建中，朱峰，