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福彩北京快3走势图一定牛:[分享] 論文某實車A柱電泳仿真分析與優化

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【學術論文】某實車 A 柱電泳仿真分析與優化
作者簡介:魏洪楨(1989—),男,工程師,碩士,從事整車 CFD 和電泳工藝分析工作。
(東南(福建)汽車工業有限公司,福建 福州 350119)


摘要:電泳涂裝是車身防腐抗銹的關鍵環節,而 A 柱內部板件結構復雜常發生電泳不良現象。文章利用 Ecoatmaster 對 A 柱電泳涂膜進行分析,得到電泳膜厚分布,并提出相關的優化改進措施,有效提高了 A柱電泳質量,對實際工藝改進具有一定指導作用。
關鍵詞:電泳;涂裝;數值模擬;膜厚
中圖分類號:U467.14 文獻標識碼:A 文章編號:1672-4801(2017)01-032-03
DOI:10.19508/j.cnki.1672-4801.2017.01.010

       電泳涂裝是汽車車身及零部件防腐防銹的重要工藝環節,而 A 柱區域由于其結構復雜,常常發生電泳不良現象,但該區域與車身的外觀,整車碰撞安全、零部件的疲勞耐久性能密切相關;因此,A 柱電泳涂裝一直以來都是各汽車生產商關注的重點和難點。良好的電泳涂裝工藝可保證在數年之內不出現穿孔腐蝕,是產品質量的重要保障。在傳統整車開發流程中,電泳涂膜厚度往往只能通過后期試驗車的拆解來測量,當電泳涂膜效果達不到要求時常通過改變孔位、開孔、修模、甚至是調整生產工藝等方法來改善電泳涂膜性能,這樣不但會使開發周期變長,同時也將耗費大量人力和物力。近年來,隨著計算機輔助工程(Computer Aided Engineering, CAE)的不斷發展,電泳仿真技術也慢慢興起,越來越多的汽車生產商開始嘗試使用 CAE技術預測電泳涂裝性能、縮短研發周期、節省開發成本。盛治華[1]等人采用 Visual Paint Shop(VPS)[2]技術對車身側圍進行仿真計算,分析電泳膜厚分布情況,并提出了相關的改進措施,改善車身電泳性能。王瑋[3]等人也才采用 VPS 技術對某車型 A 柱和 B 柱進行了相關計算,得到了車身外圍表面和內腔電泳膜厚分布云圖。雖然 VPS 技術能很好地預測電泳膜厚分布情況,對車型開發中電泳涂裝工藝有重要的指導作用,但 VPS 對涂裝專業知識要求較高,操作計算流程較為繁瑣。尋求一種操作簡單、精度可靠的電泳工藝仿真方法,分析整車電泳性能、縮短整車開發流程、降低生產成本,逐漸成為各生產商關注的重點。
       基于此背景,本文采用 EcoatMaster[4]軟件對某實車模型進行仿真分析,觀察 A 柱電泳情況,分析電泳涂膜性能,并根據涂膜效果提出相關的改進措施。該軟件具有自動劃分網格功能,操作簡單,同時擁有較高的仿真精度,能夠準確預測車身電泳狀態,對縮短整車開發流程、降低生產成本、改進電泳工藝都具有重要作用。


1.電泳涂裝基本原理


       電泳涂裝通常是將具有導電性的被涂部件浸 漬在裝滿電泳涂料的泳槽中,并在泳槽中布置與被涂物相對應的電極管束,在直流電源的作用下,經過一段時間后,被涂物上析出水不溶性均一涂膜的涂裝方法。根據被涂物連接電極的不同,可分為陽極電泳法(AED)和陰極電泳法(CED),現代汽車生產過程中多采用陰極電泳法,即將車身作為被涂物連接到電源陰極。電泳涂裝是一個復雜的電化學反應過程,其過程主要伴隨著電泳、電沉積、電解、電滲 4 種化學物理現象[5]。在電流作用下,樹脂和顏料粒子向陰極移動,陰極表面生產氫氣,陽極生成氧氣[6]。涂膜形成的主要反應如下:


       式中:R-NH+,R-N 表示樹脂粒子基團;e- 表示 帶負電離子;2OH- 表示氫氧根離子;H2↑表示氫氣;H2O 表示水;O2 表示氧氣。

       在電泳過程中,涂料粒子在陽極和陰極的作用下,帶正電的粒子向陰極移動,帶負電的粒子向陽極移動。以陰極電泳為例,為使車身表面順利涂膜,需將電泳液中的涂料粒子通過特殊方法制成帶正電粒子。通電后,在電勢的作用下,涂料粒子向車身表面運動并最終實現涂膜。


2.A 柱電泳分析
2.1 模型建立


       在保證計算精度的前提下,利用軟件自帶 Zoombox 方法切取 A 柱的 CAD 模型,去除螺釘、焊點、膠水等與電泳無關物體,并對切取部分進行網格劃分。清理后的模型如圖 1 所示,圖 2 為 A 柱網格。




2.2 電泳涂裝數值模擬


       計算的邊界條件根據生產線電泳液涂料實驗進行設置,電導率為 1512 μs/cm,固體份為 20.5,PH 值為 5.89,電泳液溫度為 30.5°C,計算步數為 218;將翼子板、車門外板及上邊梁處外圍板電泳液流速設置為 900 r/min,靠近乘員艙和發動機艙處的外部可見板件電泳液流速設置為 400 r/min,其余板件電泳液流速設置為 100 r/min。計算時,模擬實際電泳工況將 A 柱連通電極負極,電泳槽中的陽極管束接通到直流電正極,整個泳槽將形成一個電流回路。同時,根據生產線的生產節拍設定計算時 A 柱在電泳槽中的運動軌跡。A 柱外圍板內側計算結果如圖 3 所示,A 柱加強板膜厚分布情況如圖 4 所示。對比圖 3 和圖 4 可知,A 柱外圍板內側與 A 柱加強板膜厚分布趨勢基本相同,且車門上安電鉸鏈和后視鏡安裝處之間膜厚較低,這主要是由于 A 柱外圍板內側與 A 柱加強板間的空腔間隙較小致使電泳涂膜不良。在電泳涂裝過程中,由于電泳液中的涂料粒子帶有正電荷性質,在電勢的作用下將不斷向車身表面低電勢處泳動,最終附著在車身表面,形成電泳涂膜。因此,在涂料特性一定的情況下,板件間的空腔大小及形狀直接影響到電泳液的流動性能,對電泳涂膜質量有重要影響。而 A 柱整體區域狹小、結構件較多、加強板外圍板貼合度高,致使流入 A 柱內腔的電泳液較少同時泳液流通性能差,導致該處膜厚偏低,這也與實車拆解試驗高度吻合。A 柱的涂膜質量不僅對車身防腐抗銹特性有重要影響,同時與車身碰撞安全性能密切相關。因此,需要對 A 柱上半段進行優化改進,改善電泳涂膜質量。




2.3 優化與改進


       改善電泳涂膜質量的方法較多,優化車身結構是最直接有效的方法,但會耗費大量人力和財力、 對車身開發周期也會有重大影響,工程中基本不用;在不改變車身結構前提下,通過優化電泳電壓、 電泳時間和涂料參數也可以有效提高涂膜厚度然而這種方法會增加相應的車身開發成本,工程中應用相對較少。相比之下,通過在車身板件上開孔、 擴孔的方法簡單易行,優化成本低,是改善局部部 件電泳涂膜不良最常用的方法。因此,本文在盡量減小對碰撞安全的影響前提下,在 A 后視鏡安裝孔下方區域開 3 個 R=10 mm 圓孔,改善電泳液流入腔體,同時增加電泳液在該區域的流動性。優化后,計算結果如圖 5、圖 6 所示。對比圖 3 與圖 5 和圖 4 與圖 6 可知,優化后 A 柱上半段涂膜效果有了明顯的改善。從圖 6 中可以看出,在越靠近孔的區域,電泳液流動狀態越好,涂膜厚度越高;隨著位置點不斷遠離孔區,電泳液流速減低,涂膜厚度逐漸降低。在圖 5 中,靠近開孔區域的涂膜厚度也明顯提高,厚度分布趨勢與圖 6 相近,在開孔正對位置處膜厚明顯高于其他區域,這也再次說明開孔對該區域涂膜厚度改善具有重要影響。但由于 A 柱外圍板與加強板間間距較小,兩板間的空腔狹長,泳液流動阻尼大,泳液從開孔處進入空腔后速度迅速衰減,隨著距離增加泳液流速逐漸趨近于零,涂膜厚度也隨之慢慢降低。
       因此,在圖 5 和圖 6 中孔位附近膜厚較高,而隨著泳液流速降低,膜厚也逐漸變低,在孔位周圍形成一個圓形的高膜厚區域。




       通過開孔優化方法,開孔位置附近膜厚較低區域明顯減少,外圍板內側與加強板的涂膜質量得到了較好的改善,A 柱整體電泳涂膜質量得到提高,有利于提升車身的防腐抗銹性能,對改善車身疲勞強度和碰撞安全都有重要意義。


3 結論


本文以某實車模型 A 柱為研究對象,分析電泳過程中 A 柱涂膜狀態,得到了 A 柱電泳膜厚分布趨勢云圖,提出了相應的優化方案,并進行計算驗證。主要結論如下:
1) 由于加強板與外圍板間間隙較小,不利于電泳液流入,原模型 A 柱后視鏡安裝位置下方至車門鉸鏈安裝孔間,涂膜厚度較低,電泳質量差,存在銹蝕的隱患;
2) 在盡量不影響車身整體結構強度的前提下,通過開孔方法,改善電泳液在板件空腔中的流動狀態,有效地提高了 A 柱電泳涂裝質量,對實際生產具有指導意義。




參考文獻
[1] 盛治華,洪子文 . 電泳模擬分析及其應用[J]. 上海汽車,2013(7):53-57.
[2] Virtual Paint Shop Brochure. CADFEM GmbH,2010.
[3] 王瑋,周巧煜,徐春 . 數值模擬在汽車電泳涂裝中的應用[J]. 現代涂裝,2015(18):56-59.
[4] Ecoatmaster2015-help 文檔[EB/OL]. www.elsyca.com.
[5] 王錫春 . 汽車涂裝工藝技術[M]. 北京:化學工業出版社,2005:55-56.
[6] 張靜宜,張玉聰,武英杰 . 電泳氣泡露底缺陷原因分析及解決措施[J]. 電鍍與涂飾,2015(6):335-338.



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只看該作者 沙發  發表于: 04-08
厲害,真的很專業,感覺挺難
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