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车身结构设计对汽车耐腐蚀性能的影响研究

2017-09-26145作者：启飞汽车设计

在汽车车身结构设计中，通过合理的开孔、间隙的设计可以提高汽车的电泳漆膜厚度，从而提高汽车车身的耐腐蚀性能[1-3]。然而，在实际的设计中，因为缺乏相关的分析方法，往往要到实车验证时才发现某些区域的电泳漆膜厚度不足，此时再更改设计就会增加大量的工程更改费用，同时还可能会影响项目的开发进度。在本文中，通过实车的腐蚀问题反馈，利用相关的电泳分析软件E-Coating Master来对漆膜厚度进行分析，并通过漆膜厚度实测进行验证，最终确定此分析方法的有效性和可行性，为以后车型的开发提供分析的方法和依据，提高了后续车型开发的质量和效率。

　　2 腐蚀问题描述
　　某MPV车型在完成整车可靠性路试后进行拆解，发现后大梁中部的腔体内有生锈的迹象（见图1），此程度的生锈属于不可接受状态，如果该车继续使用，后大梁很可能会锈蚀穿孔，从而影响后大梁的承载能力，并影响整车的安全性能。
　　为了使车身具有良好的防腐性能，车身的漆膜厚度应不小于10μm[4]。而对该生锈区域的漆膜厚度进行测试发现，生锈区域的漆膜厚度仅为3μm，说明该处的结构设计不利于电泳上漆，必须对其进行整改，以增大该区域的漆膜厚度，满足车身防腐的要求。
　　3 理论分析
　　车身的漆膜厚度受到到涂装车间中电泳泳透力的影响。而泳透力是电沉积涂料在规定的电压和时间内对涂物背离电极部位的涂覆能力，其理论模型见公式（1）[5]。
　　由式（1）可以看出，在涂装工艺及材料的参数（R、ρ）不变的情况下，为了提升泳透力，可以通过提高电力线进入断面面积a来实现。而对于车身结构中的封闭腔体，电力线进入断面面积即为腔体周边相应的电泳工艺孔的面积。同时可以看到，在一定电泳工艺孔面积的情况下，泳透力也是一定的，对于大面积的腔体结构而言，需要在多个区域增加电泳工艺孔以达到多个区域的电泳涂层厚度要求。
　　4 电泳仿真模拟分析
　　在本文中，使用电泳仿真软件E-Coating Master对该区域的漆膜厚度进行分析。E-Coating Master是比利时Elsyca公司和德国大众联合开发的软件，之前成功的应用于途观、高尔夫7等车型涂装设计。在国内，汽车的防腐性能也越来越受到重视，以往依靠经验来进行车身的防腐设计已经远远不够，所以也需要使用CAE手段来进行辅助设计，以提高车身防腐設计的效率。
　　4.1 分析步骤
　　E-Coating Master软件计算电泳漆膜厚度的步骤如下：
　　1）工艺参数建立——包括电泳槽电压、槽液流速、槽液导电性能等涂装参数的确定，并将其输入至软件中；
　　2）电泳槽建模——根据电泳槽尺寸、电极尺寸及排布建立电泳槽模型；
　　3）车身网格划分——对车身网格进行划分，重点关注部位可将网格进行细化以提升该区域的计算精度；
　　4）求解计算——将建立好的电泳槽模型和车身网格模型在软件中进行计算；
　　5）读取计算结果——使用后处理功能查看计算结果，从结果云图可以查看各区域的漆膜厚度情况，并按需要读取关键位置的漆膜厚度。
　　4.2 分析结果
　　使用E-Coating Master对发生腐蚀问题的MPV车型进行计算，分别查看生锈区域后大梁腔体内各零件的漆膜厚度情况，其结果如下：
　　由分析结果可以看出，后大梁上表面和后大梁加强板下表面的局部区域的漆膜厚度严重不足，甚至已经到了0μm；而其他部分区域的漆膜厚度也没有达到10μm的要求。查看该区域的结构发现，后大梁前加强板与后大梁之间的间隙仅有10mm，且没有任何的工艺孔和型面特征可以让电泳电力线进入（如图3），所以该区域根本无法有效上漆。而此处正是实车检查中生锈最严重的区域。

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