一、工作原理

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

(1)通過有限元分析手段，計算油漆液中非均勻電場分布情況，從而得到流經(jīng)車身表面的電流密度。

(2)依據(jù)得到的電流密度，利用經(jīng)驗公式計算得到電泳膜的厚度。通過以上公式，利用有限元模型計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為通道，電場就是通過這些通道進入車內(nèi)進行電泳沉積。如何表征這些連接處的通道是工作的重點，因為在關(guān)鍵部位哪怕是一些很小的縫隙也可能對結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。在零件表面任意部位，隨著涂層增長需計算相應(yīng)的涂層電阻。通過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)點上。仿真過程開始后才會生成涂層界面單元。圍繞相鄰有限元節(jié)點的表面上的局部電阻被分配到每個涂層界面單元上。根據(jù)生成的涂膜厚度，利用電沉積定律在每個時間步內(nèi)計算得到局部電阻。

二、VPS在電動車上的應(yīng)用

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

1、1EP11數(shù)據(jù)準(zhǔn)備VPS在側(cè)圍數(shù)據(jù)初步鎖定后開始啟動，此時A面數(shù)據(jù)，主斷面基本定型，不會再進行大改;而距離硬模開模數(shù)據(jù)鎖定還有6個月，如果發(fā)現(xiàn)電泳情況不好還有足夠的時間進行更改。數(shù)據(jù)鎖定以后，首先要做一些簡化工作，將一些對電泳沒有影響或者是不關(guān)注的部位零件取消或簡化。主要簡化內(nèi)容為刪除對電泳沒影響的點焊、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)注的部位進行數(shù)據(jù)簡化，如地板、門、頂蓋，因為這些部位不會存在電泳問題，只需要將他們用簡單的平板替換即可，這樣即能提高后續(xù)工作效率又不影響電流與磁場的分布;最后，為了方便后續(xù)畫網(wǎng)格，還需要對一些邊角進行修整，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盈配合，這么做是為了方便后續(xù)油漆建模);對每一塊鈑金進行編號(編號信息會自動進入Catia數(shù)據(jù)中，用于最終計算的辨識)這部分工作完成以后便可以開始建模工作。

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身內(nèi)外部電泳液的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，用于最終的模擬計算。由于車身數(shù)據(jù)龐大，且車身鈑金空腔結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，因此完全利用手動方式正向建立電泳漆數(shù)模幾乎是不可能的。特別對于電泳涂裝分析，需要非常詳細的體現(xiàn)細節(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，模擬一個電泳池將白車身放入池中，然后采用布爾運算的方法將車身的鈑金全部移除，剩下鈑金內(nèi)部的電泳漆與外部的電泳漆。但是白車身的數(shù)據(jù)非常龐大，Catia無法一次完成整個的計算，所以只能將整個白車身劃分為若干個區(qū)域(一般為8～10個)，分別進行運算。同樣，網(wǎng)格劃分也要分區(qū)域進行計算，因此又遇到第二個問題，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。為這個問題引入了一個孔管理的概念，即將區(qū)域與區(qū)域之間的面提取出并作為公共面進行畫網(wǎng)格操作，以保證區(qū)域與區(qū)域之間網(wǎng)格節(jié)點保持一致。這么做的另一個好處是方便多線程同時進行工作。這些參數(shù)，需要在實驗室對將要實用的油漆材料進行大量的試驗，以保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。試驗主要通過改變試板間隙、電壓、溫度等數(shù)值來測定電泳成膜厚度與電泳距離，然后再通過VPS/EDC的仿真分析結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比、標(biāo)定，從而得到相應(yīng)的電泳參數(shù)，該過程中需保證VPS/EDC仿真采用與實驗等效的模型。如果底基已確定，涂料的參數(shù)可以針對不同的底基進行相應(yīng)的標(biāo)定。涂裝材料屬性確定后，可以將其儲存至數(shù)據(jù)庫，便于日后用于其它白車身的使用。

3、模擬計算所有準(zhǔn)備工作就緒以后，便可以進行最終的計算環(huán)節(jié)。將主模型數(shù)據(jù)倒入ANSYS，同時將標(biāo)定的參數(shù)輸入計算軟件。經(jīng)過計算后能看出車身側(cè)圍電泳厚度情況，并且能在計算機中設(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題。針對這些問題我們在回過來查看鈑金結(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)都沒油漆通道，導(dǎo)致電泳磁場線無法進入。因此建議:在B柱此處內(nèi)板邊緣增加油漆缺口;在加強版上增加漏液通道;擴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)致電泳磁場線無法進入。因此建議:在A柱此處內(nèi)板邊緣增加油漆缺口;在加強版上增加30mm的等效漏液孔。鉸鏈加強板與側(cè)圍加強板之間沒有間隙，油漆無法流通。因為結(jié)構(gòu)關(guān)系此處無法更改，因此增加加強板本身的防腐等級，使用鍍鋅板。B柱鎖扣處側(cè)圍外板與加強板之間間隙過小，僅2mm，導(dǎo)致電泳膜無法沉積。因此建議:增加鈑金間間隙到至少3mm，最好5mm;在內(nèi)部加強鈑上增加漏液孔。

三、結(jié)語

電泳模擬分析手段使在設(shè)計階段評估并量化電泳成膜效果成為可能，節(jié)省了大量的試驗費用與時間，雖然在應(yīng)用的簡便性上還有很大的提升空間，但使用有限元的方法來評估電泳成膜效果必將成為一個趨勢。

作者：洪子文 單位：上海汽車集團股份有限公司技術(shù)中心