Ecoatmaster軟件輔助電泳工藝評審的應(yīng)用

袁小晶，劉俊驛

（一汽轎車股份有限公司，長春 130012）
 

0  引言
 

眾所周知，汽車涂裝分為電泳、中涂和面漆3個涂層，電泳涂層的質(zhì)量直接決定車身防腐性能。車身電泳質(zhì)量與產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)有關(guān)，而在生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)不做調(diào)整的情況下，通過調(diào)整車身結(jié)構(gòu)，可以提升車身防腐質(zhì)量。
 

CAE仿真軟件在汽車行業(yè)已經(jīng)有廣泛應(yīng)用，碰撞分析、機(jī)器人運(yùn)行仿真等，ECOATMASTER軟件作為仿真軟件的一種，可以仿真計算車身電泳膜厚，輔助工藝部門進(jìn)行電泳工藝評審。電泳仿真軟件種類很多，ECOATMASTER軟件最大的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)格劃分較為簡便，計算準(zhǔn)確度較高。
 

1  電泳工藝評審分類

電泳工藝評審一般分為三類，即瀝水性評審：減少車身通過前處理、電泳各槽體的帶液和防止烘干后漆膜不干，附著力和硬度低；排氣性評審：減少電泳氣蝕，保證所有零件和板材能夠接觸到電泳漆；電泳性評審：保證所有零件和板材能夠有電場覆蓋，能夠電泳成膜，電泳性評審可以借助ECOATMASTER軟件進(jìn)行。

1.1 瀝水性評審

結(jié)合現(xiàn)場瀝水設(shè)備的傾斜角度，檢查白車身數(shù)據(jù)全表面、彎曲部分和貼合部分，是否會發(fā)生積液，是否有可以排水的孔或縫。如果需要強(qiáng)制排水，可采用調(diào)整支具高度（針對前后蓋可動件）、增加瀝水孔、瀝水筋、增加板與板間的縫隙四種方法實(shí)現(xiàn)。

1.2 排氣性評審

結(jié)合輸送設(shè)備傾斜角度，檢查白車身數(shù)據(jù)全表面、彎曲部分和貼合部分，在電泳液涌入之前是否有氣體無法排出的現(xiàn)象。若需要強(qiáng)制排氣，可采用調(diào)整支具高度（針對前后蓋可動件）、增設(shè)排氣孔、增設(shè)排氣筋和通過板與板之間縫隙的排氣四種方法來實(shí)現(xiàn)。

瀝水和排氣性評審很多論文已經(jīng)介紹很詳細(xì)，本文不做過多闡述，本文詳細(xì)介紹電泳性評審。

1.3 電泳性評審

電泳性評審主要檢查內(nèi)外板與有內(nèi)部加強(qiáng)板的部位是否有電泳孔以及孔的間距是否滿足電場強(qiáng)度。幾層板間的孔盡量位置相對，板間隙大于6mm，且孔大小和孔間距標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)孔間距為150 mm時，孔大小為Φ15 mm；當(dāng)孔間距為200 mm時，孔大小為Φ20 mm。

電泳性評審對人工評審的能力和經(jīng)驗(yàn)要求較高，僅通過人工分析，無法準(zhǔn)確確定電泳效果，無法做到量化和可視化。而ECOATMASTER軟件可以通過內(nèi)置的計算，將不同膜厚通過不同顏色顯示出來，直觀表現(xiàn)出電泳情況，并可以顯示出膜厚大小。             

2 ECOATMASTER使用方法

ECOATMASTER軟件分為：EMT、ECOATMASTER、XPLORE三個部分，另外還需用到paint analyzer和CATIA等軟件進(jìn)行輔助。

 1）EMT：用于車身、生產(chǎn)線網(wǎng)格劃分，其中包括宏觀車身網(wǎng)格劃分、微觀網(wǎng)格劃分、生產(chǎn)線和wrap網(wǎng)格劃分，輸出網(wǎng)格文件；

 2）ECOATMASTER：將EMT劃分好的網(wǎng)格文件導(dǎo)入，計算膜厚，輸出計算結(jié)果文件；

 3）XPLORE：用于查看計算結(jié)果的軟件，可以顯示出膜厚值。

仿真計算膜厚一般分為以下幾個步驟。

2.1 生產(chǎn)線建模

生產(chǎn)線建模包括建立槽體及陽極排布的三維數(shù)據(jù)文件、電壓參數(shù)設(shè)置文件、時間步長設(shè)置文件、運(yùn)行軌跡設(shè)置文件。

2.2 涂料測試

 準(zhǔn)確的計算及仿真模擬必須基于試驗(yàn)的基礎(chǔ)，涂料測試試驗(yàn)用于模擬現(xiàn)場實(shí)際車身電泳狀態(tài)?？疾煸诓煌魉俸筒煌妷嚎刂葡码娪疽禾匦约跋鄳?yīng)車身材料的導(dǎo)電性能。為仿真模擬提供相應(yīng)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

使用涂料需現(xiàn)場取樣，溫度設(shè)置與現(xiàn)場相同，使用樣片材質(zhì)與車身板材相同。樣片加載電壓及旋轉(zhuǎn)電極轉(zhuǎn)速按表所示，每種板材20個樣片，電壓從10 V升至所要求電壓，每秒升壓1 V。樣片試驗(yàn)完成后保存電流參數(shù)文件，并測量樣片膜厚。試驗(yàn)設(shè)置條件見表1。

將電泳參數(shù)文件、現(xiàn)場溫度、電導(dǎo)率、MEQ等參數(shù)及膜厚值，通過paintanalyzer軟件進(jìn)行擬合，得到電流密度、膜厚與時間關(guān)系的涂料參數(shù)文件。

ECOATMASTER軟件計算原理是將車身及生產(chǎn)線數(shù)據(jù)導(dǎo)入，計算出車身各區(qū)域加載電壓，通過調(diào)用涂料參數(shù)文件，計算車身各區(qū)域瞬時電流密度，從而計算出電泳膜厚。 

2.3 數(shù)據(jù)處理

  1）使用有限元分析都需要進(jìn)行網(wǎng)格劃分，而數(shù)據(jù)中焊點(diǎn)、膠、螺栓等對網(wǎng)格劃分會產(chǎn)生一定干擾，所以首先需要將焊點(diǎn)、膠、螺栓等刪除；

  2）車身數(shù)據(jù)上一些對結(jié)果不影響的件也可以刪除，這樣會簡化計算；

  3）將四門兩蓋根據(jù)涂裝支具開啟相應(yīng)角度。  

    數(shù)據(jù)處理后使用CATIA軟件將所有零件生成ECOATMASTER軟件可識別的stl格式文件，并提取零件內(nèi)外表面，用于區(qū)分不同流速面，并對不同流速面進(jìn)行分組。流速不同，靜電沉積速率不同，上漆速度也不同，因此對需要對流速進(jìn)行區(qū)分。使用ECOATMASTER軟件一般分為3個流速組即可，對外表面使用高速組，內(nèi)表面使用中速組，內(nèi)腔表面使用低速組。

2.4 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分包含車身數(shù)據(jù)網(wǎng)格劃分、生產(chǎn)線數(shù)據(jù)網(wǎng)格劃分、wrap網(wǎng)格劃分。wrap是包裹車身的一個包絡(luò)體，在計算過程中，包絡(luò)體與生產(chǎn)線交換數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、這樣避免車身與生產(chǎn)線數(shù)據(jù)交換導(dǎo)致計算量過大。  

2.5 宏觀計算

網(wǎng)格劃分時，為提高效率，網(wǎng)格精度設(shè)置較低，用于仿真計算整車膜厚，此計算為宏觀計算。宏觀計算的網(wǎng)格較為粗大，孔位置的網(wǎng)格會使孔變形，四門兩蓋與頂蓋外板的值可以通過此方法仿真計算，如果計算腔體里膜厚，還需要進(jìn)一步設(shè)置網(wǎng)格精度，對局部重新劃分網(wǎng)格，進(jìn)行微觀計算。

根據(jù)不同時間的電泳狀態(tài)顯示出，外板優(yōu)先上漆，內(nèi)板后成膜。外板隨著上漆膜厚增加，濕膜電阻增大，成膜速率降低，此時內(nèi)板逐漸上漆。 

2.6 微觀計算

宏觀計算是比較粗略的計算，結(jié)果會有較大偏差，對于外板來說結(jié)果影響不大，而工藝評審主要關(guān)注的是內(nèi)腔膜厚，因此，需要進(jìn)行微觀計算，得到比較準(zhǔn)確認(rèn)的內(nèi)腔膜厚。

內(nèi)腔膜厚計算首先要使用ZOOMBOX進(jìn)行切割車身，針對A柱、B柱、C柱、底板縱梁、底板橫梁等容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的區(qū)域進(jìn)行微觀計算分析（見圖1）。ZOOMBOX與Wrap類似，都是包絡(luò)體，用于與生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.7 修改計算

對仿真結(jié)果不合格位置，通過打孔重新計算，模擬結(jié)果（見圖2）。

3  應(yīng)用效果

    ECOATMASTER軟件一般用于電泳工藝評審，通過內(nèi)腔膜厚的模擬提升工藝評審水平，有效規(guī)避人工評審的經(jīng)驗(yàn)影響，同時也使工藝部門與產(chǎn)品設(shè)計部門的溝通更有依據(jù)與說服力。

3.1 工藝評審階段內(nèi)腔膜厚模擬

由于工藝評審階段還沒有實(shí)車進(jìn)行剖解，無法確定內(nèi)腔的電泳膜厚，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算或軟件模擬來評估產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性。根據(jù)某公司某車型的ECOATMASTER微觀仿真計算結(jié)果與拆車結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，內(nèi)腔膜厚的仿真結(jié)果比實(shí)際拆車結(jié)果高出1-2 μm ，基本上能夠準(zhǔn)確模擬出內(nèi)腔膜厚（見圖3）。

     

3.2 現(xiàn)場調(diào)整的應(yīng)用

    對于某條既定的生產(chǎn)線來說，設(shè)備形式、材料、生產(chǎn)條件固定后一般不會有大的變化，當(dāng)有新車型導(dǎo)入或者現(xiàn)有車型泳透率調(diào)整時，一般都是通過電壓、現(xiàn)場材料、設(shè)備參數(shù)等方面進(jìn)行調(diào)整。

這時可以根據(jù)ECOATMASTER軟件的膜厚、電壓、電流關(guān)系，材料特性通過更改各段的電壓來模擬膜厚的增加情況，避免了現(xiàn)場調(diào)整的各種因素的干擾和受生產(chǎn)情況的制約。

當(dāng)現(xiàn)有方式微調(diào)不能滿足產(chǎn)品泳透率要求時，需要確定新的改進(jìn)方向。根據(jù)某公司某車型的仿真模擬曲線可以看出，內(nèi)腔的帶電要比外表面延遲70s以上，內(nèi)腔要在外表面上膜8～10μm以后才能快速上膜，且底部膜厚上膜速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上部，據(jù)此可以判斷，當(dāng)電泳時間、設(shè)備形式、材料泳透力不能再進(jìn)行調(diào)整時，增加底部陽極，快速增加底板內(nèi)腔電壓是提升泳透率的有效方法。

4  結(jié)語

工藝評審是新車型數(shù)據(jù)設(shè)計階段工藝部門的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，問題發(fā)現(xiàn)的充分與否和改進(jìn)的好壞直接影響著車身的防腐質(zhì)量、后續(xù)的成本追加。ECOATMASTER軟件的應(yīng)用能夠充分發(fā)現(xiàn)新車型內(nèi)腔防腐的薄弱點(diǎn)并給出有效的解決方法，規(guī)避人為經(jīng)驗(yàn)的影響，同時能夠提升與設(shè)計部門的溝通能力。隨著軟件應(yīng)用的熟練度的提高，對現(xiàn)場的調(diào)整也能起到模擬的作用。

（詳情見《現(xiàn)代涂料與涂裝》2018-12）