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[成形与制造技术] 轿车车身电泳工艺孔设计方法研究

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发表于 2020-3-9 08:43:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

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轿车车身电泳工艺孔设计方法研究

李仲奎 胡文治 陈孟华
(东风汽车公司技术中心,武汉 430058)
【中国汽车材料网】摘要:为改善轿车车身内腔区域的电泳涂装质量,保证车辆耐腐蚀年限,介绍了车身腔体周边电泳工艺孔的设计方法。对腔体底部沥液孔、腔体顶部排气孔和腔体内部涂料流通孔等电泳工艺孔的特征、设计要求和设计原则分别进行了详细说明,并分析了若干电泳工艺孔设计实例,以阐明电泳工艺孔设计思路和设计方法。
关键词:车身内腔 电泳膜厚 沥液孔 排气孔 涂料流通孔
1 前言

轿车车身电泳涂装是现代轿车生产环节中不可或缺的一道工序。为改善电泳涂装的效果,车身上需要配合开设一定数量和大小的工艺孔。这些与电泳相关的工艺孔大致可分为5种类型,包括防电磁屏蔽孔、沥液孔、排气孔、涂料流通孔和防车体漂浮孔。这些工艺孔可以起到如下作用,车身进入电泳槽时不发生漂浮;车身内腔浸渍电泳槽液时不产生气室,并能保持电泳液在车身内腔的流通,离开电泳槽时排液顺畅、没有积液残留。最终车体内、外表面以及车身内腔都能形成足量的电泳漆膜厚度,满足整车防腐年限的要求。

车身上孔洞并不是开得越多越好,孔洞多了就会影响车身强度和车身NVH性能,同时增加封堵成本。关于车身电泳工艺孔的设计,文献[1]已经对防电磁屏蔽孔的设计方法作了较为详尽的分析,而防车体漂浮主要是借助车身底板上现有的换挡器过孔、转向柱过孔、油箱检修口和地板上沥液孔等快速进液而达到目的。因此,本文主要围绕沥液孔、排气孔和涂料流通孔的设计方法进行分析。


2 沥液孔设计

2.1 沥液孔定义

沥液孔是指用于保证车身离开电泳槽时顺利排出在车身地板低洼处和腔体底部的电泳液而开设的孔,在车体进入电泳槽的起始阶段也起到进电泳液的作用。为便于封堵,多采用圆形孔。

2.2 沥液孔的设计要求

沥液孔的一般设计要求是车体进入下一工位前不应有连续的涂料液体流出。沥液时间长短与积液舱的面积和高度,涂料的密度和粘稠度,以及沥液孔的大小和数量有关。沥液时间一般控制在20~30 s。

根据流体流动理论及先前的设计经验和试验结果,形成沥液孔的设计规则,尺寸如图1,要求如下。

a.当h<100 mm时,1/20R<r<1/15R;

b.当100 mm≤h<200 mm时,1/15R≤r<1/10R;

c.当h≥200 mm时,1/10R≤r<1/5R。

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图1 沥液孔设计示意

当腔体侧壁上有大(孔径>50 mm)的缺口或减重孔时,h是腔体侧壁缺口下边沿或减重孔下边沿到腔体底部的垂直距离;此外,h的计算要考虑车身离开电泳槽时的倾斜角。

如果车身腔体截面形状不规则,可以按面积相等的原理等效计算出孔径,并校核是否在要求的范围。

2.3 沥液孔设计惯用原则

2.3.1 孔的沿用原则

尽量通过优化焊装定位孔和总装工艺孔等来进行排液,同时注意堵盖的通用化。

2.3.2 排液孔的等效设计

腔体底部附近带有焊接边或涂胶贴合面时,可在底部的贴合面上开设台阶孔进行排液。

2.4 沥液孔举例分析

车身上的沥液孔主要集中在前地板、后地板(含备胎槽)、侧围腔体、后围腔体底部、前纵梁、后纵梁、地板下横梁底部,以及“四门两盖”的下边沿。

2.4.1 地板

车身前、后地板分别位于乘客舱和行李舱底部,沥液孔必不可少。通常车身前地板被中通道分为左前地板和右前地板两部分,图2为左前地板开电泳孔示意位置。左前座椅前横梁处于左前地板中部,将左前地板分成前、后两个槽,面积大小近似相同。

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图2 左前地板区域沥液孔

图3为后地板备胎槽区域电泳孔示意位置。从槽体空间大小比较,备胎槽容积与左前地板前、后两个槽的面积、高度也近似。因此,此3处设置2~4个、孔径为16~40 mm的沥液孔,可满足排液要求。

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图3 后地板备胎槽区域沥液孔

此外,沥液孔的设计还要考虑地板的焊接定位孔位置、堵件的通用化和堵件安装操作空间等因素的影响。

车身地板大多是较平坦的区域,一般在地板上设置多条加强筋结构,用来增加地板件的结构刚度。为便于排液和减少沥液孔数量,加强筋应尽量向上方凸起,见图4,避免加强筋向下凹陷造成积液。

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图4 地板断面结构

2.4.2 侧围

侧围区域的沥液孔一般设计在门槛梁底部,见图5。一般数量为6~10个、孔径为10~22 mm。同一条生产线上的车型侧围底部的沥液孔通常采用统一尺寸,以便于用同一款堵件进行封堵。

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图5 侧围区域沥液孔示意

2.4.3“四门两盖”

车门、发动机罩和行李箱盖都带有空腔,空腔下边沿也要设置排液孔。一般设置2~3个、孔径尺寸为8~16 mm。车门区域排液孔设置如图6所示。

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图6 车门区域沥液孔示意

2.4.4 地板下方梁

车身地板下方的梁通常借用焊接定位孔和总装工艺孔进行排液。为加快排液速度,部分地板下方梁也另外增设排液孔。

设计以上沥液孔后,需按图1所示的尺寸要求进行核算,以判定是否能满足在20~30 s内排液的要求。

2.5 沥液孔的等效设计

除了开沥液孔进行排液之外,车身上还有一些区域,其空腔的底部为焊接边,且对密封要求不是很高,一般采用台阶孔进行排液,见图7~图10所示。

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图7 后围区域沥液孔结构

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图8 地板横梁区域沥液孔结构

图7为后围区域沥液孔结构。由于车身采用后围外板进行密封,其后围腔体内的电泳液由后围里板下边沿局部高度为12 mm的台阶孔排入到行李箱,再由车身地板上的沥液孔排到车外。

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图9 B柱加强板区域沥液孔结构

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图10 车门加强梁区域沥液孔结构

图8为车身后地板与前地板连接处的地板横梁腔体沥液孔结构。由于腔体位于后地板下方,对密封要求不高,因此可在横梁下边沿焊接边设置高度为4 mm的台阶孔进行排液。

图9为B柱内腔排液孔结构。由于B柱中间加强板与门槛梁中间加强板连接处有凹槽,为顺利排出电泳液,在B柱中间加强板下边沿设置高度为3 mm的台阶孔进行排液。

图10为车门外板加强梁处沥液孔结构。为顺利排出门外板加强梁与门外板构成的腔体内部的电泳液,在加强梁的下边沿设置台阶孔进行排液。


3 排气孔设计

3.1 排气孔定义

排气孔是指用于保证车身进入电泳槽时电泳液能顺利积满车体内腔不产生气室而设置的孔。当腔体内有气室产生时,相关区域不能接触到涂料,无法形成电泳漆膜。此外,排气孔在车身离开电泳槽时能保持车身内腔顶部与外界大气相通[2],从而起到助排液的作用。

3.2 排气孔设计要求

排气孔通常设置在部件空腔的最顶端,以便于气体全部排出,开孔的大小与腔体的容积相关。根据理论计算和经验,形成如下的排气孔设计规则,如图11。

a.当h<100 mm时,1/25R<r<1/20R;

b.当100 mm≤h<200 mm时,1/20R≤r<1/15R;

c.当h≥200 mm时,1/15R≤r<1/10R。

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图11 排气孔设计示意

腔体侧壁上有大的(孔径>50 mm)缺口或减重孔时,h是腔体侧壁缺口上边沿或减重孔上边沿到腔体顶部的垂直距离;此外,也应考虑车身进入电泳槽时的倾斜角。

关于排气孔的设计,车身内腔排气多是利用车身上现有的焊接定位孔和总装工艺孔,仅在腔体顶部无孔的地方才额外开设排气孔。一般要求车身全部侵入电泳液后20 s内车身腔内无气体,以便为形成电泳漆膜获得更多的时间;此外,排气孔的设计也坚持台阶孔与圆孔等效设计原则。

3.3 排气孔举例分析

车身上需要设计排气孔的区域主要有侧围顶部和“四门两盖”上边沿等处。见图12~图14所示。

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图12 侧围顶端排气孔

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图13 车门顶端排气孔

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图14 发动机罩盖顶端排气孔

图12为侧围顶端排气孔示意位置,在侧围腔体最高处设置2个圆孔,便于排净气体;图13为车门顶端排气孔,位于内板最高处,设置1个圆孔,便于尽可能排净气体;图14为发动机罩盖顶端排气孔,位于内板最高处,两端各设置1个圆孔,便于尽可能排净气体;图15为行李箱盖顶端排气孔,位于内板最高处,两端各设置1个圆孔,便于尽可能排净气体。

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图15 行李箱盖顶端排气孔

设计以上各处排气孔后,需按图11所示的尺寸要求进行核算,以判定是否满足在20 s时间内排气的要求。

3.4 排气孔的等效设计

除了开孔用于排气之外,车身上还有一些区域空腔顶部为焊接边,且对密封要求不是很高,一般采用台阶孔进行排气。见图16~图19所示。

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图16 地板下方梁区域排气孔

图16是后地板中横梁与后地板之间形成的腔体排气孔,在后地板中横梁的上边沿设置台阶孔进行排气。

图17为前围上横梁与前围挡板之间形成的屋檐状结构,为电泳时排净气体在顶端焊接边设置3 mm左右厚度的台阶孔,宽度15 mm左右,数量3~5个;当后续涂胶时将其封堵,便于车内、外密封。

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图17 前围上横梁区域排气孔

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图18 后轮罩区域排气孔

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图19 B柱加强板区域的开孔要求

图18为后轮罩外板与后轮罩内板之间形成的屋脊状结构。为电泳时排净气体,在轮罩顶端焊接边设置3 mm厚度的台阶孔3~5个,宽度15 mm左右;当后续涂胶时将其封堵,便于车内、外密封。

图19为B柱内腔排气孔。在B柱中间加强板与门框上边梁加强板焊接处设置台阶状排气孔,便于顺利排出B柱内腔气体。

图20为顶盖横梁与顶盖之间腔体排气结构。为便于排气,在车身顶盖梁上采用间断打胶的方式形成排气通道。

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图20 顶盖梁焊装断点胶

4 涂料流通孔设计4.1 涂料流通孔定义

涂料流通孔是指用于保证浸渍时电泳液在车身内腔自由流通,避免内腔涂料不能被外部涂料置换而开设的孔。涂料流通孔主要位于车身内腔截面处有加强板的地方,另外在车身内腔设置膨胀片的地方,也需留有涂料流通孔。

4.2 涂料流通孔的设计要求

为提高车身腔体内壁电泳涂装效果,对车身涂料流通孔作如下要求,如图21。

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图21 涂料流通孔设计示意

a.长度:L1≥60 mm,L2≥60 mm;

b.面积:S2/(S1+S2)≥1/5。

为增加开孔处的结构刚度,可设置翻边孔。此外,内腔截面积<60 mm×60 mm时,不建议沿断面方向设置加强板。

改善涂料在腔体内部的流通性能主要从两方面进行,一是腔体内、外板之间,或内、外板与加强板之间的间隙不能过小;二是在腔体截面处设置加强板或膨胀片时需要开设足够面积的孔洞,才能保持电泳液自由流通。

4.3 涂料流通孔举例分析

车身腔体内、外板之间,或内、外板与加强板之间的间隙,在有条件时都应该限定在10 mm以上,最小的板间间隙也要求≥5 mm[3]。

图22为某车型侧围腔体内部间隙尺寸。为实现电泳液在腔体内部的流通,板与板之间的间隙设置都在5 mm以上。

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图22 侧围腔体内部间隙尺寸

图23是某车型车门边部间隙尺寸。车门内、外板之间,内板与加强板之间的间隙设定也在5 mm以上。

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图23 车门边部间隙尺寸示意

图24是某车型门槛梁内腔涂料流通孔。在门槛梁内腔截面处设置加强板时,加强板的中部和边部要设置涂料流通过孔。

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图24 门槛内腔涂料流通孔示意

图25是某车型前纵梁涂料流通孔。在前纵梁梁内腔截面处设置加强板时,加强板的中部和边部要设置涂料流通过孔。

图26是某车型C柱设置膨胀片时留出的电泳液通道。在电泳后续的烘烤过程中,膨胀片才发生膨胀,封堵截面,阻止噪声传递。

在腔体截面处设置加强板时,加强板上设置的涂料流通孔的尺寸需按图21所示的尺寸要求进行核算,达到电泳液自由流通的效果。

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图25 前纵梁内腔涂料流通孔示意

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图26 C柱膨胀片处涂料流通通道示意

5 结束语

探讨了沥液孔、排气孔和涂料流通孔等电泳工艺孔的设计方法,综合文献[1]中防电磁屏蔽孔的设计思路,形成了较为完善的电泳工艺孔设计方法。以期为自主设计轿车车身在开发阶段设计合适的电泳工艺孔提供理论性的指导意见,达到提升汽车产品耐腐蚀性能的要求。



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