一、工作原理

VisualPaintShop(VPS)模擬這一化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，通過(guò)有限元分析手段計(jì)算出電流密度在電泳膜成膜過(guò)程中的變化，并通過(guò)電泳材料本身的特性試驗(yàn)，標(biāo)定出所用電泳漆的性能參數(shù)，最終通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出電泳膜厚。

(1)通過(guò)有限元分析手段，計(jì)算油漆液中非均勻電場(chǎng)分布情況，從而得到流經(jīng)車(chē)身表面的電流密度。

(2)依據(jù)得到的電流密度，利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到電泳膜的厚度。通過(guò)以上公式，利用有限元模型計(jì)算油漆液中的電流密度，并最終得出膜厚。因此需要將分析主體即車(chē)身內(nèi)部與外部電泳漆建成有限元模型，網(wǎng)格一般由四面體或六面體單元組成，內(nèi)部與外部的連接處則被稱(chēng)為通道，電場(chǎng)就是通過(guò)這些通道進(jìn)入車(chē)內(nèi)進(jìn)行電泳沉積。如何表征這些連接處的通道是工作的重點(diǎn)，因?yàn)樵陉P(guān)鍵部位哪怕是一些很小的縫隙也可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。在零件表面任意部位，隨著涂層增長(zhǎng)需計(jì)算相應(yīng)的涂層電阻。通過(guò)有限元模型中的涂層界面單元得到涂層電阻，涂層界面單元布置在腔體網(wǎng)格的表面節(jié)點(diǎn)上。仿真過(guò)程開(kāi)始后才會(huì)生成涂層界面單元。圍繞相鄰有限元節(jié)點(diǎn)的表面上的局部電阻被分配到每個(gè)涂層界面單元上。根據(jù)生成的涂膜厚度，利用電沉積定律在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)計(jì)算得到局部電阻。

二、VPS在電動(dòng)車(chē)上的應(yīng)用

VPS整個(gè)工作可以分為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、電泳漆建模、網(wǎng)格畫(huà)分、油漆標(biāo)定、模擬計(jì)算4大塊。

1、1EP11數(shù)據(jù)準(zhǔn)備VPS在側(cè)圍數(shù)據(jù)初步鎖定后開(kāi)始啟動(dòng)，此時(shí)A面數(shù)據(jù)，主斷面基本定型，不會(huì)再進(jìn)行大改;而距離硬模開(kāi)模數(shù)據(jù)鎖定還有6個(gè)月，如果發(fā)現(xiàn)電泳情況不好還有足夠的時(shí)間進(jìn)行更改。數(shù)據(jù)鎖定以后，首先要做一些簡(jiǎn)化工作，將一些對(duì)電泳沒(méi)有影響或者是不關(guān)注的部位零件取消或簡(jiǎn)化。主要簡(jiǎn)化內(nèi)容為刪除對(duì)電泳沒(méi)影響的點(diǎn)焊、二保焊、膠、螺柱螺母、小支架(前提是不影響電泳)等;然后將一些不用關(guān)注的部位進(jìn)行數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化，如地板、門(mén)、頂蓋，因?yàn)檫@些部位不會(huì)存在電泳問(wèn)題，只需要將他們用簡(jiǎn)單的平板替換即可，這樣即能提高后續(xù)工作效率又不影響電流與磁場(chǎng)的分布;最后，為了方便后續(xù)畫(huà)網(wǎng)格，還需要對(duì)一些邊角進(jìn)行修整，比如將多層板結(jié)構(gòu)的邊緣切平，將不規(guī)則的孔用等效圓孔代替等。所有數(shù)據(jù)都準(zhǔn)備完畢以后需要先將其備份，然后用VPS自帶的功能將所有鈑金加厚(加厚的目的是使兩塊理論貼合的鈑金過(guò)盈配合，這么做是為了方便后續(xù)油漆建模);對(duì)每一塊鈑金進(jìn)行編號(hào)(編號(hào)信息會(huì)自動(dòng)進(jìn)入Catia數(shù)據(jù)中，用于最終計(jì)算的辨識(shí))這部分工作完成以后便可以開(kāi)始建模工作。

2、電泳漆建模與網(wǎng)格劃分這一部分工作的核心是要建立車(chē)身內(nèi)外部電泳液的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，用于最終的模擬計(jì)算。由于車(chē)身數(shù)據(jù)龐大，且車(chē)身鈑金空腔結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，因此完全利用手動(dòng)方式正向建立電泳漆數(shù)模幾乎是不可能的。特別對(duì)于電泳涂裝分析，需要非常詳細(xì)的體現(xiàn)細(xì)節(jié)部位，即使很小的縫隙都可能影響體腔內(nèi)的厚度分布結(jié)果。所以在這里采用方法如下，模擬一個(gè)電泳池將白車(chē)身放入池中，然后采用布爾運(yùn)算的方法將車(chē)身的鈑金全部移除，剩下鈑金內(nèi)部的電泳漆與外部的電泳漆。但是白車(chē)身的數(shù)據(jù)非常龐大，Catia無(wú)法一次完成整個(gè)的計(jì)算，所以只能將整個(gè)白車(chē)身劃分為若干個(gè)區(qū)域(一般為8～10個(gè))，分別進(jìn)行運(yùn)算。同樣，網(wǎng)格劃分也要分區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，因此又遇到第二個(gè)問(wèn)題，區(qū)域與區(qū)域之間的網(wǎng)格，空腔內(nèi)與空腔外的網(wǎng)格如何保持一致性。為這個(gè)問(wèn)題引入了一個(gè)孔管理的概念，即將區(qū)域與區(qū)域之間的面提取出并作為公共面進(jìn)行畫(huà)網(wǎng)格操作，以保證區(qū)域與區(qū)域之間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)保持一致。這么做的另一個(gè)好處是方便多線程同時(shí)進(jìn)行工作。這些參數(shù)，需要在實(shí)驗(yàn)室對(duì)將要實(shí)用的油漆材料進(jìn)行大量的試驗(yàn)，以保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)主要通過(guò)改變?cè)嚢彘g隙、電壓、溫度等數(shù)值來(lái)測(cè)定電泳成膜厚度與電泳距離，然后再通過(guò)VPS/EDC的仿真分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、標(biāo)定，從而得到相應(yīng)的電泳參數(shù)，該過(guò)程中需保證VPS/EDC仿真采用與實(shí)驗(yàn)等效的模型。如果底基已確定，涂料的參數(shù)可以針對(duì)不同的底基進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定。涂裝材料屬性確定后，可以將其儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)，便于日后用于其它白車(chē)身的使用。

3、模擬計(jì)算所有準(zhǔn)備工作就緒以后，便可以進(jìn)行最終的計(jì)算環(huán)節(jié)。將主模型數(shù)據(jù)倒入ANSYS，同時(shí)將標(biāo)定的參數(shù)輸入計(jì)算軟件。經(jīng)過(guò)計(jì)算后能看出車(chē)身側(cè)圍電泳厚度情況，并且能在計(jì)算機(jī)中設(shè)定比如“顯示所有膜厚小于10μm”的區(qū)域。可以看出在A柱前端，A柱中部，B柱上部，B柱下部都有不同程度的電泳漆膜問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題我們?cè)诨剡^(guò)來(lái)查看鈑金結(jié)果。從鈑金結(jié)構(gòu)上可以看出，，B柱上段在528mm區(qū)域內(nèi)都沒(méi)油漆通道，導(dǎo)致電泳磁場(chǎng)線無(wú)法進(jìn)入。因此建議:在B柱此處內(nèi)板邊緣增加油漆缺口;在加強(qiáng)版上增加漏液通道;擴(kuò)大左右樓也孔的距離。從鈑金結(jié)構(gòu)上可以看出，，A柱上段在缺少油漆通道，導(dǎo)致電泳磁場(chǎng)線無(wú)法進(jìn)入。因此建議:在A柱此處內(nèi)板邊緣增加油漆缺口;在加強(qiáng)版上增加30mm的等效漏液孔。鉸鏈加強(qiáng)板與側(cè)圍加強(qiáng)板之間沒(méi)有間隙，油漆無(wú)法流通。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)關(guān)系此處無(wú)法更改，因此增加加強(qiáng)板本身的防腐等級(jí)，使用鍍鋅板。B柱鎖扣處側(cè)圍外板與加強(qiáng)板之間間隙過(guò)小，僅2mm，導(dǎo)致電泳膜無(wú)法沉積。因此建議:增加鈑金間間隙到至少3mm，最好5mm;在內(nèi)部加強(qiáng)鈑上增加漏液孔。

三、結(jié)語(yǔ)

電泳模擬分析手段使在設(shè)計(jì)階段評(píng)估并量化電泳成膜效果成為可能，節(jié)省了大量的試驗(yàn)費(fèi)用與時(shí)間，雖然在應(yīng)用的簡(jiǎn)便性上還有很大的提升空間，但使用有限元的方法來(lái)評(píng)估電泳成膜效果必將成為一個(gè)趨勢(shì)。

作者：洪子文 單位：上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心