一、工作原理

VisualPaintShop(VPS)模擬這一化學反應的過程，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，標定出所用電泳漆的性能參數，最終通過經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，從而得到流經車身表面的電流密度。

(2)依據得到的電流密度，利用經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部與外部電泳漆建成有限元模型，網格一般由四面體或六面體單元組成，內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，因為在關鍵部位哪怕是一些很小的縫隙也可能對結果產生很大的影響。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格的表面節點上。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。根據生成的涂膜厚度，利用電沉積定律在每個時間步內計算得到局部電阻。

二、VPS在電動車上的應用

VPS整個工作可以分為數據準備、電泳漆建模、網格畫分、油漆標定、模擬計算4大塊。

1、1EP11數據準備VPS在側圍數據初步鎖定后開始啟動，此時A面數據，主斷面基本定型，不會再進行大改;而距離硬模開模數據鎖定還有6個月，如果發現電泳情況不好還有足夠的時間進行更改。數據鎖定以后，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注的部位零件取消或簡化。主要簡化內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;然后將一些不用關注的部位進行數據簡化，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，這樣即能提高后續工作效率又不影響電流與磁場的分布;最后，為了方便后續畫網格，還需要對一些邊角進行修整，比如將多層板結構的邊緣切平，將不規則的孔用等效圓孔代替等。所有數據都準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數據中，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、電泳漆建模與網格劃分這一部分工作的核心是要建立車身內外部電泳液的網格數據，用于最終的模擬計算。由于車身數據龐大，且車身鈑金空腔結構極為復雜，因此完全利用手動方式正向建立電泳漆數模幾乎是不可能的。特別對于電泳涂裝分析，需要非常詳細的體現細節部位，即使很小的縫隙都可能影響體腔內的厚度分布結果。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，剩下鈑金內部的電泳漆與外部的電泳漆。但是白車身的數據非常龐大，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域(一般為8～10個)，分別進行運算。同樣，網格劃分也要分區域進行計算，因此又遇到第二個問題，區域與區域之間的網格，空腔內與空腔外的網格如何保持一致性。為這個問題引入了一個孔管理的概念，即將區域與區域之間的面提取出并作為公共面進行畫網格操作，以保證區域與區域之間網格節點保持一致。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，需要在實驗室對將要實用的油漆材料進行大量的試驗，以保證模擬結果的準確性。試驗主要通過改變試板間隙、電壓、溫度等數值來測定電泳成膜厚度與電泳距離，然后再通過VPS/EDC的仿真分析結果與實驗結果進行對比、標定，從而得到相應的電泳參數，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，涂料的參數可以針對不同的底基進行相應的標定。涂裝材料屬性確定后，可以將其儲存至數據庫，便于日后用于其它白車身的使用。

3、模擬計算所有準備工作就緒以后，便可以進行最終的計算環節。將主模型數據倒入ANSYS，同時將標定的參數輸入計算軟件。經過計算后能看出車身側圍電泳厚度情況，并且能在計算機中設定比如“顯示所有膜厚小于10μm”的區域?？梢钥闯鲈贏柱前端，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果。從鈑金結構上可以看出，，B柱上段在528mm區域內都沒油漆通道，導致電泳磁場線無法進入。因此建議:在B柱此處內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。從鈑金結構上可以看出，，A柱上段在缺少油漆通道，導致電泳磁場線無法進入。因此建議:在A柱此處內板邊緣增加油漆缺口;在加強版上增加30mm的等效漏液孔。鉸鏈加強板與側圍加強板之間沒有間隙，油漆無法流通。因為結構關系此處無法更改，因此增加加強板本身的防腐等級，使用鍍鋅板。B柱鎖扣處側圍外板與加強板之間間隙過小，僅2mm，導致電泳膜無法沉積。因此建議:增加鈑金間間隙到至少3mm，最好5mm;在內部加強鈑上增加漏液孔。

三、結語

電泳模擬分析手段使在設計階段評估并量化電泳成膜效果成為可能，節省了大量的試驗費用與時間，雖然在應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中心