车身电泳膜厚的精确计算及工艺孔的影响研究

摘要

电泳涂膜具有很高的防腐能力，是车身防腐的基础。由于车身内腔结构的复杂性，相对于外表面而言，内腔表面电泳涂膜上漆能力较弱，而车身内腔电泳涂膜厚度不足将直接影响整车的防腐性能。
　　工程上一般是通过试制样车、剖解后发现车身电泳风险区域。这种“试制—纠错”的模式成本高、周期长，并且一旦涉及到设计更改，工程师一般是凭借经验，难以保证完全解决生锈问题。近年来电泳仿真技术的发展使得在设计阶段预测内腔电泳膜厚数值成为可能，但目前的工作都局限于应用仿真工具进行简单分析和验证，没有形成规律性的结论来指导工程师进行结构设计和更改。
　　本论文针对车身内腔电泳膜厚不足导致生锈，而传统试错方法耗费大量成本、电泳工艺开孔缺乏科学依据等问题，采用先整体后局部的分析方法，实现了车身电泳膜厚的精确计算，在此基础上，提出了一种能实现车身电泳工艺孔正向设计的新方法—区域分析法，应用该方法研究了工艺孔对内腔膜厚的影响。
　　首先，获取电泳过程中的电场信息，搭建电泳电化学仿真环境，并通过电泳涂料沉积参数标定基础试验和仿真，反求得到涂料的基本沉积参数，为电泳仿真分析奠定了基础。
　　其次，建立了车身电泳数值分析模型，以车身整体的电泳宏观分析结果作为输入，进行车身电泳关键区域的电泳微观分析，实现了电泳膜厚的高效精确计算，将仿真分析膜厚与实车测量膜厚进行对比，验证了先整体后局部分析方法的可靠性，在此基础上，基于数值分析获得了内腔电泳成膜过程。
　　然后，构建了大梁区域简化结构的电泳电化学全耦合仿真模型。以工艺孔形状、大小为变量，以电化学分析为手段进行研究发现:开孔形状对膜厚影响较小、而开孔面积影响较大，并得到了膜厚衰变的数值规律，导出了内腔电泳膜厚的安全系数。通过对双孔叠加效果的分析，进一步推导出孔间距的安全系数。
　　最后，将量化的研究结果应用于某车大梁区域的结构更改，成功解决了该区域内腔生锈问题，验证了应用区域分析方法的有效性。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景和意义

1．2 汽车防腐蚀技术的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 基于数值分析技术的车身电泳结构研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 论文研究内容及章节安排

第2章 车身电泳电沉积理论基础

2．1 引言

2．2 阴极电泳工艺

2．3 电泳电化学机理及控制方程

2．3．1 电泳电化学反应机理

2．3．2 控制方程

2．4 车身电泳电化学仿真理论

2．4．1 法拉第定律

2．4．2 车身电泳电场模型

2．4．3 车身电泳电沉积理论

2．4．4 车身电泳膜厚仿真计算原理

2．5 本章小结

第3章 用于电化学仿真分析的电泳沉积参数标定试验

3．1 引言

3．2 试验原理

3．2．1 福特盒试验

3．2．2 试样电泳试验

3．3 试验装置、环境及设备

3．3．1 试验原料

3．3．2 试验装置

3．4 试验方案

3．5 沉积参数标定

3．6 参数标定结果

3．7 本章小结

第4章 车身电泳膜厚的精确计算

4．1 引言

4．2 先整体后局部的计算分析方法

4．3 车身整体的电泳宏观分析

4．3．1 参数库建立

4．3．2 车身建模

4．3．3 车身电泳膜厚宏观计算分析

4．4 车身局部区域的电泳微观分析

4．4．1 车身电泳性能关键区域划分及建模

4．4．2 局部区域电泳膜厚微观分析及实车验证

4．5 局部区域内腔电泳成膜过程数值分析及电泳结构设计

4．5．1 槛区域内腔电泳成膜过程的数值分析

4．5．2 门槛区域电泳结构设计

4．6 本章小结

第5章 基于车身电泳区域分析法的工艺孔影响研究

5．1 引言

5．2 车身电泳区域分析方法

5．3 前大梁区域工艺孔对电泳膜厚的影响研究

5．3．1 前大梁局部区域建模及验证

5．3．2 前大梁区域简化结构建模及验证

5．3．3 孔形状的影响

5．3．4 孔面积的影响

5．3．5 孔的叠加效果

5．4 实例应用

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所发表的学术论文