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浅谈电泳气室问题的解决思路,介绍了白车身电泳过程中易发生气室问题的部位及问题发生的原因
2020年03月05日    阅读量:4231     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

0 引言

在汽车防腐体系中,车身内腔部位没有面漆,全靠电泳底漆或涂装完成后内腔注蜡来防止车身内腔的腐蚀。因此汽车车身内腔部位电泳漆膜质量的好坏直接影响到车身内腔的防腐年限与防腐效果。


如果在工厂设计、车身结构设计、电泳工装设计及电泳工艺的选择等方面考虑不周,就会出现车身内腔电泳漆膜不完整的情况,造成该部位防腐性差,防腐时间短,特别是在环境潮湿、盐分含量高的沿海等地区,汽车更容易发生锈蚀,出现流黄水等现象中国机械网okmao.com。因此改善汽车内腔区域电泳漆膜质量至关重要。


本研究从工厂设计、车身设计、工装设计、工艺参数调整等方面分析如何改善汽车内腔电泳漆膜质量的问题,并结合某新车型调试过程中对电泳气室问题的解决方法进行详细阐述。


1 气室问题形成机理分析

1.1 车身入槽时产生

为了满足汽车防腐密封及日常行车需求,汽车车身结构非常复杂,尤其是内腔结构,包含很多易出现气室的结构,这些结构主要分布在汽车的发动机罩、顶盖及其加强梁、后背门、地板等部位,在电泳入槽时,这些结构受电泳输送设备的限制,会携带部分空气进入槽液,带入的气体无法及时排出,就会在内腔聚集,使电泳漆与车身无法紧密接触,形成气室,最终导致该部位无电泳漆,防腐能力变弱。

1.2 电泳过程中产生

电泳过程是一个非常复杂的电化学反应,包括电解、电泳、电沉积、电渗4 个不同的过程。在电解过程中,当电流通过电解质水溶液时,水便发生电解反应,在阴极放出氢气,在阳极放出氧气。

(1) 被涂物(阴极)面的反应

2H2O + 2e- → 2OH- + H2 ↑(碱性)

R—NH+ +OH- → R—N + H2O

( 水溶性) ( 水不溶性,析出)

(2) 阳极面的反应

2H2O → 4H+ + 4e- + O2 ↑

当阴极通直流电后,阴极(被涂物)表面的pH上升,使树脂凝聚。形成的气体通过槽内循环系统的搅拌及时地离开车身,但是在结构较为复杂的部位,如发动机罩内腔、大顶及加强梁、后背门内腔、地板等死角部位,就容易出现气泡的凝聚,汇集在内腔的最高位置,形成气室,导致无法电泳上漆,严重影响车身的防腐性能。


2 解决措施

根据气室问题的形成机理,明确了解决问题的方向,分别从以下几个方面着手进行分析解决。


2.1 工厂设计

2.1.1 电泳线体输送设备的选择

汽车电泳涂装是车身全浸没在电泳槽液中进行的,改变车体的输送方式和在槽液中的姿态,使车体表面100% 都能泳上电泳漆,一直是研究的课题。电泳常见的车体输送方式有垂直链输送机、积放式悬挂输送机、摆杆输送机等,这些输送方式存在的主要问题是车体空腔上面的空气在全浸时排不尽,形成气室。


通常,采用一般的悬挂式输送链场合,电泳涂装面积在90% 以上;摆杆输送(45° 进出槽)的入槽方式虽较一般悬挂式输送方式电泳涂装面积有所提高,但受车身结构限制,仍存在未涂装面。目前改善气室问题较好的输送装置为Ro Dip 输送式。


Ro Dip-Technology,即全旋反向浸渍输送技术。全旋是指车身可以360° 自由旋转,反向浸渍是指车身入槽时旋转180° 后底部向上,尾部向前反向前进,如图1 所示,Ro Dip 输送系统是先将车身锁紧在滑橇上,再将滑撬锁紧在一根可以360° 旋转的轴上。这根轴的一边有一连续杠杆导辊系统,其导向轮所处的位置决定了车身旋转的角度。


当车身移动到浸槽口时,导向轮让轴旋转90°,车身头部迅速垂直向下,当主轴再向前移动,车身再逐步旋转90° 变成底向上,尾向前反向继续前进,在达到工艺要求的时间后,开始出槽,这时车身在杠杆导辊系统的作用下连续旋转180° 变为正常方向前进。


Ro Dip 的特殊结构形成了其鲜明的特点:车身可以在浸槽中360° 任意旋转。车身可根据工艺要求,于任何时候处于任何角度,并可以在浸槽中不停地摆动,使空腔内的槽液得到充分的流动,从而提高内腔的涂装质量,有效解决电泳气室问题。

Ro dip 输送过程示意图

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2.1.2 槽液循环装置调整

电泳涂装循环系统主要由底部循环与层流循环构成,主要作用如下:

(1) 使电泳涂料均匀分散。

由于电泳涂料被稀释成了低固体成分(约20%)的液体,因此,使用水泵进行均匀地搅拌(4~6 次/h),可以使涂料中的颜料均匀分散并防止沉淀。

(2) 去除反应气体。

在形成涂膜的时候,车身表面会生成反应气体,如果这种气体残留在涂膜中的话,就会使涂膜产生缺陷。为了去除反应气体,有必要给予车身表面适当流速的循环。

(3) 防止车身表面温度上升。

在形成涂膜的时候,车身表面会产生反应热,由于涂膜电阻值随温度上升而降低使直流电流增大,因此,冷却不良的局部就会形成较厚的涂膜。

(4) 迅速去除形成涂膜缺陷的杂质。

在焊接工序产生的金属粉尘等杂质会随着入槽的车身一起进入电泳槽,这些杂质将会附着在车身上或者进入电泳涂膜内,从而使涂膜产生缺陷,发生涂膜缺陷的部位会在下一道工序中被打磨处理。常见的电泳循环方式为顺向循环,如图2 所示。

电泳循环示意图

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主要特点为车身行进方向与电泳漆流动方向一致,在出槽一侧设置副槽,在主槽和副槽之间设溢流堰,用于调整主槽的液面高度,防止气泡聚集,带电出槽过程中附着在车身上形成品质问题,并通过设置侧面喷淋、底部喷淋来保证电泳漆的流动,其中,喷嘴的角度调整尤为重要,具体设置如下:

(1) 表面流的形成需要使用扁平喷嘴,设置于液面下100~150 mm,方向倾斜指向电泳副槽,与电泳槽轴线成20°~30° 角,布置长度为主槽长度的1/3,喷嘴间距200 mm,防止槽液循环不良产生沉淀,见图2。

(2) 将电泳槽内高压段部位的侧面层流管加长,其中最下方的喷嘴冲向车身车门部位,与车体行进方向呈45° 角,将层流流量开至最大,及时排除电泳过程中形成的气泡;

(3) 底部层流管上接近车身的2~3 个喷嘴角度设置为竖直方向,尤其是在入槽处,将车身底部凹腔中聚集的气体及时排除。



2.2 车身设计

汽车车身结构是导致气室问题最直接、最根本的因素,因此在车身设计开发的SE 阶段对车身排气结构的合理性进行分析十分必要。车身电泳的工艺分析需结合新车型即将投产的生产线,对车身内部的结构进行工艺分析,根据生产线的状况、电泳输送设备及工艺参数等综合分析是否需要在车身内腔“空气袋”部位最高位置增开电泳排气孔,以保证在车身入槽或电泳过程中产生的气体及时排出。


目前较为主流的电泳气室分析方法为专业软件的模拟仿真分析,通过专业分析软件模拟车身电泳过程中的实际状态,确定气室问题的发生部位及严重程度,从而通过调整相应部位的型面或通过在合适位置增开排气孔等方法对问题进行规避,避免由于车身结构复杂,SE 工程人员分析不到位的问题。


以某车型机盖内锁环连接板气室问题为例进行说明:

问题描述:某车型机盖锁环连接板电泳后发现,中间加强筋附近无电泳漆,存在气室问题,后期使用中存在锈蚀隐患,如图3 所示。

锁环连接板气室

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原因分析:

发动机罩在辅具安装位置下随车电泳时,其内腔部位与电泳漆的相对流速几乎为零,锁环连接板气室部位最高点无排气孔,导致电泳过程中产生的气体无法及时排出,全部聚集在锁环连接板顶部形成气室,造成锁环连接板上部无电泳漆。经分析,发动机罩锁环连接板气室面积大小约为20 cm2,如图4 所示。

气室部位

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问题对策:

更改发动机罩锁环连接板结构中加强筋的位置,由原先的中间1 个加强筋更改为左右两侧各1 个加强筋,在气室部位最高点位置开排气孔,结构更改后,气室问题得以解决,如图5 所示。

结构更改前后对比

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2.3 辅具设计

汽车涂装辅具是车身电泳过程中用于在涂装批量生产中对车体(前门、后门、后背门及行李箱盖、油箱门、机盖及随车小件)进行夹持或定位,以达到一定工艺要求的特制的辅助性装置。


辅具结构的设计应与车身结构设计同步开展,结合产品结构确定开闭件(尤其是后背门)在电泳过程中的开启角度及支撑位置,辅具限位后的开闭件开度,在产品结构无法调整的情况下,确保能最大限度地减少气室问题。


以某新车型后背门开发过程中出现的问题为例进行说明。


问题描述:某新车型后背门在生产线体通用辅具状态下,后背门外板内表面存在较大面积(380 cm2)的气室问题,如图6 所示。

后背门外板气室

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原因分析:受后背门导流板结构影响,后背门外板为外露面,无法在最高位置增开排气孔,电泳过程中产生的气体在后背门外板内表面聚集,使电泳漆无法与车门内表面接触而产生气室问题。

解决措施:重新开发后背门电泳辅具,车身在电泳过程中,增大后背门的开启角度,如图7 所示,使后背门外板内表面在电泳过程中形成的气体向后转移,通过后部的排气孔排出,避免了气室问题的发生。排气过程如图8 所示。

后背门开启角度对比,后背门排气过程示意图

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3 结语

从电泳线体输送设备选择、层流状态调整、车身结构设计、电泳辅具设计等方面综合分析了汽车车身气室的改善问题,从而提高汽车车身内腔的防腐性能,指出应根据车身气室的具体位置,制定不同的解决对策。

杨运涛,宋玉杰,梁爱利,赵 哲(长城汽车股份有限公司技术中心,河北省汽车工程技术研究中心,河北保定 071000)


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