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电泳模拟详解及运用

2013-12-25 17:13 来源:汽车设计论文 人参与在线咨询

一、工作原理

VisualPaintShop(VPS)模拟这一化学反应的过程,通过有限元分析手段计算出电流密度在电泳膜成膜过程中的变化,并通过电泳材料本身的特性试验,标定出所用电泳漆的性能参数,最终通过经验公式计算出电泳膜厚。

(1)通过有限元分析手段,计算油漆液中非均匀电场分布情况,从而得到流经车身表面的电流密度。

(2)依据得到的电流密度,利用经验公式计算得到电泳膜的厚度。通过以上公式,利用有限元模型计算油漆液中的电流密度,并最终得出膜厚。因此需要将分析主体即车身内部与外部电泳漆建成有限元模型,网格一般由四面体或六面体单元组成,内部与外部的连接处则被称为通道,电场就是通过这些通道进入车内进行电泳沉积。如何表征这些连接处的通道是工作的重点,因为在关键部位哪怕是一些很小的缝隙也可能对结果产生很大的影响。在零件表面任意部位,随着涂层增长需计算相应的涂层电阻。通过有限元模型中的涂层界面单元得到涂层电阻,涂层界面单元布置在腔体网格的表面节点上。仿真过程开始后才会生成涂层界面单元。围绕相邻有限元节点的表面上的局部电阻被分配到每个涂层界面单元上。根据生成的涂膜厚度,利用电沉积定律在每个时间步内计算得到局部电阻。

二、VPS在电动车上的应用

VPS整个工作可以分为数据准备、电泳漆建模、网格画分、油漆标定、模拟计算4大块。

1、1EP11数据准备VPS在侧围数据初步锁定后开始启动,此时A面数据,主断面基本定型,不会再进行大改;而距离硬模开模数据锁定还有6个月,如果发现电泳情况不好还有足够的时间进行更改。数据锁定以后,首先要做一些简化工作,将一些对电泳没有影响或者是不关注的部位零件取消或简化。主要简化内容为删除对电泳没影响的点焊、二保焊、胶、螺柱螺母、小支架(前提是不影响电泳)等;然后将一些不用关注的部位进行数据简化,如地板、门、顶盖,因为这些部位不会存在电泳问题,只需要将他们用简单的平板替换即可,这样即能提高后续工作效率又不影响电流与磁场的分布;最后,为了方便后续画网格,还需要对一些边角进行修整,比如将多层板结构的边缘切平,将不规则的孔用等效圆孔代替等。所有数据都准备完毕以后需要先将其备份,然后用VPS自带的功能将所有钣金加厚(加厚的目的是使两块理论贴合的钣金过盈配合,这么做是为了方便后续油漆建模);对每一块钣金进行编号(编号信息会自动进入Catia数据中,用于最终计算的辨识)这部分工作完成以后便可以开始建模工作。

2、电泳漆建模与网格划分这一部分工作的核心是要建立车身内外部电泳液的网格数据,用于最终的模拟计算。由于车身数据庞大,且车身钣金空腔结构极为复杂,因此完全利用手动方式正向建立电泳漆数模几乎是不可能的。特别对于电泳涂装分析,需要非常详细的体现细节部位,即使很小的缝隙都可能影响体腔内的厚度分布结果。所以在这里采用方法如下,模拟一个电泳池将白车身放入池中,然后采用布尔运算的方法将车身的钣金全部移除,剩下钣金内部的电泳漆与外部的电泳漆。但是白车身的数据非常庞大,Catia无法一次完成整个的计算,所以只能将整个白车身划分为若干个区域(一般为8~10个),分别进行运算。同样,网格划分也要分区域进行计算,因此又遇到第二个问题,区域与区域之间的网格,空腔内与空腔外的网格如何保持一致性。为这个问题引入了一个孔管理的概念,即将区域与区域之间的面提取出并作为公共面进行画网格操作,以保证区域与区域之间网格节点保持一致。这么做的另一个好处是方便多线程同时进行工作。这些参数,需要在实验室对将要实用的油漆材料进行大量的试验,以保证模拟结果的准确性。试验主要通过改变试板间隙、电压、温度等数值来测定电泳成膜厚度与电泳距离,然后再通过VPS/EDC的仿真分析结果与实验结果进行对比、标定,从而得到相应的电泳参数,该过程中需保证VPS/EDC仿真采用与实验等效的模型。如果底基已确定,涂料的参数可以针对不同的底基进行相应的标定。涂装材料属性确定后,可以将其储存至数据库,便于日后用于其它白车身的使用。

3、模拟计算所有准备工作就绪以后,便可以进行最终的计算环节。将主模型数据倒入ANSYS,同时将标定的参数输入计算软件。经过计算后能看出车身侧围电泳厚度情况,并且能在计算机中设定比如“显示所有膜厚小于10μm”的区域。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电泳漆膜问题。针对这些问题我们在回过来查看钣金结果。从钣金结构上可以看出,,B柱上段在528mm区域内都没油漆通道,导致电泳磁场线无法进入。因此建议:在B柱此处内板边缘增加油漆缺口;在加强版上增加漏液通道;扩大左右楼也孔的距离。从钣金结构上可以看出,,A柱上段在缺少油漆通道,导致电泳磁场线无法进入。因此建议:在A柱此处内板边缘增加油漆缺口;在加强版上增加30mm的等效漏液孔。铰链加强板与侧围加强板之间没有间隙,油漆无法流通。因为结构关系此处无法更改,因此增加加强板本身的防腐等级,使用镀锌板。B柱锁扣处侧围外板与加强板之间间隙过小,仅2mm,导致电泳膜无法沉积。因此建议:增加钣金间间隙到至少3mm,最好5mm;在内部加强钣上增加漏液孔。

三、结语

电泳模拟分析手段使在设计阶段评估并量化电泳成膜效果成为可能,节省了大量的试验费用与时间,虽然在应用的简便性上还有很大的提升空间,但使用有限元的方法来评估电泳成膜效果必将成为一个趋势。

作者:洪子文 单位:上海汽车集团股份有限公司技术中心

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