皮卡新车型涂装同步工程(SE)分析方法研究

2023年11月25日发(作者：沃尔沃车型及价格)

皮卡新车型涂装同步工程(SE)分析方法研究

LYU Jin-tao;CHEN Meng-nan;LI Wen-peng;LI Chun-jian;TIAN Ke-wei

【摘 要】介绍了皮卡车涂装工艺流程.针对皮卡新车型的开发,结合车型所在线体的

生产工艺,运用涂装同步工程(SE)对新车通过性进行了分析,并对四门、机盖、上下

车体和货箱的涂胶操作性,排气,沥液,电泳屏蔽,电泳流痕,货箱防漂等的 SE 分析方法

进行了探讨.%The typical process flow for painting pickup truck was

introduced. Aiming at the development of a new model of pickup truck, its

passing possibility during painting was analyzed by simultaneous

engineering (SE) according to the production process. The SE methods for

analyzing the sealing operability of four doors, hood, upper body,

underbody, and cargo body, as well as gas exhaustion, draining,

electrophoretic shielding, flow mark defect on electrophoretic coating, and

anti-floating of cargo body were discussed.

【期刊名称】《电镀与涂饰》

【年(卷),期】2019(038)012

【总页数】6页(P599-604)

【关键词】皮卡车;电泳涂装;同步工程;防腐

【作 者】LYU Jin-tao;CHEN Meng-nan;LI Wen-peng;LI Chun-jian;TIAN Ke-

wei

【作者单位】Geely Automobile Research Institute Vehicle Trial Center,

Ningbo 315336, China;Geely Automobile Research Institute Vehicle Trial

Center, Ningbo 315336, China;Geely Automobile Research Institute Vehicle

Trial Center, Ningbo 315336, China;Geely Automobile Research Institute

Vehicle Trial Center, Ningbo 315336, China;Geely Automobile Research

Institute Vehicle Trial Center, Ningbo 315336, China

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ639

涂装同步工程(Simultaneous Engineering，SE)特指工艺审核与产品研发同步，

在产品设计研发过程中涂装工艺提前介入，主要针对CAS面(Concept A Surface，

即汽车初步造型面)、主断面、白车身数模及产品试制过程进行的工艺性分析，为

设计提供可行的工艺变更方案。它提前输入制造期间工艺实施对产品的要求，从而

改善并提高产品的可制造性。本文主要研究皮卡涂装工艺中的涂胶操作性、排气性、

沥液性、电泳屏蔽性、电泳流痕和货箱防漂的SE分析方法。

1 皮卡涂装工艺流程

皮卡与轿车及SUV(Sport Utility Vehicle，即运动型实用汽车)的不同之处在于皮

卡少了后背门，多了货箱，需特别考虑货箱的涂胶操作性及前处理电泳的沥液性与

防漂性。皮卡涂装典型工艺流程见图1。

图1 典型的皮卡涂装工艺流程Figure 1 Typical process flow for painting

pickup truck

2 通过性仿真分析

新车分析通过性[1]时，需按辅具安装后的尺寸识别工艺流程中的关键点，利用数

字化工厂对关键点进行通过性仿真验证。以前处理电泳为例，需分析车身经过槽体

时车身前端、后端及车门与前处理电泳槽体的干涉情况，然后在CATIA软件中利

用数字化装配中的DMU运动机构进行运动仿真，导入前处理、电泳槽体数据及车

身三维数据，将导轨与槽体设置为固定，利用模块中的旋转结合、菱形结合、点线

结合等约束命令经车身与输送装置(摆杆或C型吊具)进行合理装配，并利用法则曲

线命令按现场节距与节拍对车与车进行约束，当自由度等于零时方可进行仿真，如

图2所示。

图2 皮卡电泳过槽通过性仿真Figure 2 Simulation of passing possibility for

pickup truck during electrophoresis through tank

通过3D数字化工厂进行通过性仿真可精确判定新车型与线体的干涉情况，确定各

工位的最小节距，在SE阶段对车身进行数据更改及对车间进行改造，有效缩短了

开发周期，减少了成本。

3 涂胶操作性分析

3.1 四门、机盖的涂胶

新车型分析主要分析四门、发动机罩的包边宽度[2]，包边处的涂胶面宽度，以及

涂胶路线是否便于胶枪顺利通过。包边宽度偏差不能超过4 mm，以(7 ± 1) mm

为宜。涂胶面的宽度为5 ～ 8 mm，以保证焊缝密封胶的良好性能，减少贴合面

过大、电泳不良所引起的防腐蚀性能低的风险。扁胶枪嘴的限位为4 mm，枪嘴

宽度为8 mm，如图3所示。另外，包边处应过渡平缓，不宜有特征凸台及焊点，

以避免涂胶时跳枪而影响车身外观品质。为保证车门的强度，设计焊点时以令拐角

为刮胶处为宜。

图3 扁胶枪嘴及其包边宽度(单位：mm)示意图Figure 3 Schematic diagram of

gun nozzle for flat glue and the edge binding width in millimeter for its

passing

使用异型枪嘴对四门与发动机罩铰链处包边进行涂胶，涂胶时不开启车门可保证涂

胶连续，无搭接接头，提升精致感。翼子板与前门的距离以3.5 ～ 4.8 mm为宜，

可保证涂胶顺畅，无干涉。

3.2 上、下车体涂胶

焊缝密封胶对车身既起到防腐的作用，又起到密封的作用，在分析上下车体涂胶时

需分析是否满足以下条件，以免出现密封不良问题：搭接处的孔洞小于3 mm × 3

mm，涂胶处错边搭接间距大于5 mm(人工涂胶)或7 mm(机器人涂胶)，地板上

的安装孔及螺栓距离焊缝不小于25 mm(机器人涂胶)，后围流水槽处的钣金搭接

间隙不大于2 mm。为避免地板起皱，需开缺口以形成锯齿状结构，锯齿高度不

应大于16 mm。

3.3 货箱涂胶

经CATIA人机工程运动仿真分析，在满足人员操作的情况下，货箱与车身后围间

涂胶时，货箱与车身的距离应不小于200 mm，便于人工操作。不喷涂货箱宝(即

皮卡车的货箱保护垫)的车型，货箱地板与边板搭接的位置处应预留出宽度不小于

5 mm的涂胶槽，便于涂胶密封。货箱内喷涂货箱宝，钣金搭接的间隙不应大于2

mm，避免货箱宝塌陷。

4 排气、沥液分析

气室：在前处理电泳过程中，由于车身存在向上的凸台结构，气体无法排出，电泳

烘干后在凸台处存在露底、发花的现象

积液：由于车身存在向上的凹陷结构，电泳出槽后液体无法排出，电泳烘干后在凹

陷结构处存在残液的现象。

4.1 分析方法

在车身安装辅具的状态下，分别识别凸台处气体不易排出、凹陷处液体不易流出的

结构，并对缺陷结构设置排气与沥液结构，如开孔、调整型面、起导气或导流筋等。

可人工在CATIA模块中进行排气、沥液分析，在Alsim软件中进行仿真模拟校核。

4.2 仿真模拟校核

排气、沥液仿真软件需要将车身的CATIA数据转化为stl格式，利于merge软件

快速、可靠地对CATIA表面网格进行合并和修复，并通过Alsim软件对电泳涂装

工艺过程进行模拟和优化，对气泡和泳坑中产生的漩涡进行模拟计算。

在CATIA模块中对车身数据进行处理，将开闭件进行相应角度的旋转，并删除所

有的RPS(基准点系统)点、焊点。同时，为加快仿真速度，应识别出不影响排气和

沥液的螺栓、螺母和小安装支架，并将其删除。将所有零件分别另存为stl格式(文

件名不能含有汉字)，为保证无漏转化零件，可将转化后的零件隐藏，然后在

CATIA装配模块中导入转化的stl文件进行检查。

基于Merge软件对处理过的stl数据进行网格划分，并将划分网格的数据导入

Alsim中，设置相应的参数及轨迹进行仿真运算。气室(红线处)、积液(蓝色部分)

和货箱仿真结果如图4所示，可在该状态下查找缺陷的发生位置及程度，依据仿

真结果对车身结构提出更改对策。

图4 气室、积液和货箱的仿真效果Figure 4 Simulation results of gas chamber,

hydrops, and cargo body

5 电泳屏蔽性分析

电泳膜厚是车身防腐性能的基础，由于车身结构复杂，在内腔成膜的能力较弱，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。

关于电泳的屏蔽问题，主要关注上、下边梁内腔，A、B、C柱内腔，加强板与内

板的间距，以及工艺孔的尺寸和位置。如发动机罩铰链加强板、锁扣加强板与内板

在非贴合面处的间隙应≥5 mm，特殊部位处间隙≥3 mm，配合增开直径10 mm

以上的电泳防屏蔽孔或等直径的其他形状的电泳防屏蔽工艺孔。

白车身作为整车的载体，它的寿命直接影响到整车的使用寿命，因此白车身的电泳

防腐结构设计尤为重要。但在传统的车身电泳结构分析中，依靠人员经验判断往往

会受到电泳涂料性能、现场工艺参数、生产输送方式、阳极管数量及排布方式等众

多因素的影响，导致最终的分析结果偏离实际。

针对汽车电泳过程中现场影响因素复杂、过程控制要求高和质量问题分析不足的问

题，根据流体N-S方程、连续方程、动量守恒方程、能量守恒方程及麦克斯韦方

程建立全耦合数学计算模型，应用EcoatMaster有限元分析软件，对三维状态下

的汽车电泳工艺进行多物理场耦合计算机仿真分析，得到整车电流密度分布及漆膜

厚度分布。结果表明，在多物理场耦合计算机仿真分析过程中应用 EcoatMaster

软件能有效计算电泳液属性、阳极管排布、电压特性、行车轨迹特性等因素对汽车

电泳性能的影响，所得整车外边及B柱内腔不同开孔位置的膜厚差异与已有实验

结果及研究数值吻合。

某车型发动机罩经仿真后发现前端内腔电泳膜厚偏低，仅为8 μm左右，如图5a

所示。在电泳膜厚偏低位置处增开2个长方形电泳防屏蔽孔及调整锁扣加强板与

内部的间距，仿真后电泳膜厚提升2 μm以上，如图5b所示。

图5 发动机罩前端内腔经仿真改善前、后电泳的膜厚对比Figure 5 Comparison

between the thicknesses of electrophoretic coatings inside the front of an

engine hood before and after simulation improvement

通过该软件可准确模拟出车身各部位的电泳膜厚，尤其是对车身封闭腔体电泳分析

不足及结构更改不合理的情况，可指导SE分析人员更改车身结构，提升车身的防

腐性能。

货箱结构比车身结构简单，无复杂腔体结构，电泳膜厚易保证，仅需关注货箱横梁、

货箱挡板内腔及腔内加强板是否存在电泳屏蔽结构，并结合仿真结果对膜厚低于标

准的结构进行更改。某车型的货箱后挡板内腔电泳仿真结果如图6所示。

图6 货箱后挡板电泳膜厚的仿真结果Figure 6 Simulation result of

electrophoretic coating thickness of rear baffle of the container

6 电泳流痕的分析

6.1 流痕概述

电泳流痕是在车身电泳过程中，涂料等残存液体滞留在内腔、开启件折边处的夹缝

中而形成的，若未能及时沥干，在电泳烘房中因急剧升温，将导致其沸腾后流出或

喷出，烘干后会在电泳涂膜上产生流痕缺陷。

SE阶段主要分析因车身结构设计的不合理而产生的二次流痕问题。钣金间隙过小

时，在钣金间残留的液体在自然状态下无法排出，而在电泳烘干过程中，电泳漆黏

度降低，附着力下降，液体因沸腾而喷出。易出现流痕的位置有铰链处、四门、机

盖、货箱后挡板包边处及钣金间隙≤3 mm的结构。可通过更改型面、增加翻遍、

消除或增大钣金间隙等措施来避免出现流痕。

6.2 流痕实例及解决方案

某车型前门线束处由于前门内板与内板加强板的结构设计不合理，导致电泳烘烤后

出现二次流痕问题，流痕为外观面且不易进行打磨处理，如图7所示。由于该处

内板与外部间隙不足3 mm，电泳时受电泳漆表面张力的影响，电泳漆残液夹杂

在钣金间。在烘烤过程中，电泳漆的黏度随温度升高而降低，当重力大于表面张力

时，残液沿内板流出。

通过SE解决此流痕的方案有3种：

(1) 更改两钣金的型面，将竖直内板更改为弧面形状，内板加强板由弧面形状更改

为竖直形状，如图8a所示，使内板与内板加强板间的残液通过重力沿内板和内板

加强板流下，而不会流至内板外表面。

(2) 内板向内翻边以防止残液流至内板外表面，使其沿内板内表面流下，如图8b

所示。

(3) 通过增开工艺孔，使内板与内板加强板件不存留残液，如图8c所示。

图8 3种解决流痕方案示意图Figure 8 Schematic diagram of three schemes

for eliminating flow marks

7 货箱防漂分析

图7 前门电泳流痕Figure 7 Flow mark defect of the electrophoretic coating

on front door

在前处理和电泳工艺中，除了要分析货箱的排气性、沥液性、电泳膜厚外，还需要

考虑货箱的防漂设计，如防漂方案未设计好，货箱入槽时会存在掉落的风险。防漂

设计需考虑两方面问题；一方面是设计货箱与电泳托盘的锁紧装置；另一方面是在

货箱前端设置防漂进液孔，消除货箱在前处理电泳过程中受槽液浮力的影响。进液

孔形状可以为圆形、长椭圆形、梯形等。某车型的防漂进液孔如图 9所示。该车

型在地板及前板均设置进液孔，地板为2个直径35 mm的圆孔，前板为1个

39.5 mm × 27.5 mm的方孔，很好地解决了防漂问题。

图9 货箱防漂孔的仿真图Figure 9 Simulation image of anti-floating holes of

cargo body

8 结语

皮卡新车型在 SE分析时，应结合车型所在线体的生产工艺，分析新车通过性，识

别现场所需的改造点。而电泳膜厚及排气、沥液的分析尤为重要，它直接影响车身

的防腐年限。应用Alsim与EcoatMaster软件可有效提升车型分析的准确性，并

减少车型后期调试及生产过程中发生的问题。该分析方法同样适用于其他类型的车。

参考文献：

【相关文献】

[1]华云, 王建军, 周晶, 等.汽车设计中的涂装同步工程实施[J].上海涂料, 2015, 53 (10): 30-32 .

[2]徐华乐, 朱玉萍, 朱香芹.涂装SE分析在新车导入中的应用实例分析[J].河南科技, 2015 (8): 34-

36.