电泳仿真分析在商用车驾驶室上的应用

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跡界

电泳仿真分析在商用车驾驶室上的应用

赵梓淇1

李文刚1

王岩2

俞勇2

(1.中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春130011 ;2.—汽解放青岛汽车有限公司，青岛266043)

摘要：介绍了利用仿真软件对商用车驾驶室白车身电泳成膜情况进行计算分析的流程。 以某商用车为例，分析了在样车试制阶段对驾驶室白车身的电泳情况进行拆解后发现的问题， 利用E -co atm aO 仿真软件进行分析的主要内容和计算结果，并将优化前、后的计算结果与拆 解实车的电泳情况进行了对比。结果表明，该仿真手段具有高效性和可靠性，能够确认车身电 泳有效的优化方案，在涂装同步工程工作中具有一定的实际应用价值。

关键词：电泳仿真分析商用车驾驶室 中图分类号:TQ 639

文献标识码：B

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电泳涂装是车身防腐的主要手段，电泳涂膜 耐腐蚀性优良，是确保车身防腐性能的基础。车 身结构复杂，钣金层次较多的内腔区域因电场屏 蔽效应而导致电力线难以穿过，电泳成膜困难 —

表面无膜或膜厚不足，直接影响车身的防腐

蚀性能。为了使车身内腔防腐性能满足要求，保 证在腐蚀环境下使用的可靠性，车身防腐结构设 计成为车身防腐蚀研究的热点78。在产品开发过 程中，验证车身的电泳情况通常采取的措施是:试 制的样车经前处理、电泳、烘干后，对电泳车身进 行解剖，实测电泳膜厚，发现风险区域，进行设计 更改后，再进行验证7。这种验证方式不仅周期 长、成本高，而且由于产品结构复杂，不同车型存 在差异性，因此很难准确把握车身内腔电场屏蔽

作者简介:赵梓淇（1988—)，男，助理工程师，硕士学位，研究方向 为涂装工艺设计、涂装同步工程。

的变化规律。

2电泳仿真技术的应用背景

近年来，电泳仿真技术（CAE )发展迅速。该

技术基于电沉积原理，通过建立数学模型得到电 场和化学特性参数信息，可以预测白车身电泳结 果79。这种分析手段为提高产品质量、缩短开发 周期、降低开发费用提供了便利条件。有关人员 已经利用VPS 等电泳仿真软件对乘用车产品的电 泳仿真模拟开展研究，解决了一些车身防腐结构 的问题？

随着市场对商用车质量要求的不断提高，商 用车驾驶室的防腐蚀性能也逐渐被重视起来。与 乘用车相比，商用车驾驶室的电泳工艺孔往往较 少，在侧围、后围等位置可能存在较大、较狭长的 空腔结构；由于车体较宽，电泳槽宽度也相应增 加，对驾驶室中间位置的电泳效果有一定影响；另

外，对高顶驾驶室而言，内表面上角处也存在电场 被屏蔽的风险。因此，利用电泳仿真手段对商用

2017年第11期

汽车工艺与材料 AT&M

1

车驾驶室开展电泳质量分析工作，对优化车身电 泳结构和电泳工艺参数，提升产品防腐性能具有 重要意义。本文利用E -coatma (e r 电泳仿真软件 对某商用车驾驶室开展仿真模拟，将优化设计前、 后的计算结果与试制样车的实测结果进行对照； 在确认车身电泳优化方案的同时，也验证了该仿 真手段的高效性与可靠性。

3 E -coatmaster 电泳仿真软件的仿真流程

E --oatmaster 电泳仿真软件根据电化学原理，通 过有限元的手段开展分析，一般的计算流程如下。

!建立数据（包括涂料参数、电泳槽模型和工 艺参数)库。

"对需要计算的白车身数据进行处理，即将设 计数据处理成仿真软件可以识别的STL 文件。

#整车网格划分和整车宏观计算，获得白车身 外表面(包括整车和要关注的局部位置）的膜厚情 况和整车电场分布数据。

$微观网格划分和微观计算，即对关注的内腔 位置进行局部切割、网格划分；利用宏观计算得到 的电场分布数据对分割出来的局部位置进行进一 步分析求解，得到更为准确的膜厚结果。

%查看和分析宏观计算的膜厚结果和微观计 算的膜厚结果，结果不好的位置可以通过采取开 孔、堵孔的措施进行优化设计。

4优化前的问题描述

在某商用车样车试制阶段对其驾驶室白车身 的电泳情况进行拆解分析后发现，后围、侧围和地 板等位置的内腔结构存在电泳不良、膜厚不足乃 至发生镑蚀等问题，如图1所示。对这些区域的车 身结构进行分析可知，由于防电磁屏蔽孔设计不 合理，形成相对封闭的空腔，电场线无法进人，导 致电泳不良。

5

仿真计算结果

5.1

宏观计算结果

为了解决上述电泳不良问题，利用E -coatmas ­

ter 仿真软件对该驾驶室白车身进行分析。 首先通 过宏观计算得到了驾驶室白车身的宏观电泳膜厚 情况。如图2所示，驾驶室外表面各位置的平均膜 厚为16 ~ 18 4'，内表面各位置的平均膜厚为 11 D 12 4'。在外表面中，侧围的平均膜厚比前 围、后围和顶盖多2 4'左右。这是因为驾驶室在 通过电泳槽时，侧围距两侧阳极管更近，电场强度 相对较强。

图1优化前电泳不良内腔拆解情况

图2

驾驶室白车身宏观电泳膜厚统计结果

宏观电泳膜厚计算结果和电泳车身实测膜厚 结果的对比见图3。从中可见，相应位置的实测膜 厚比计算结果低0.6 ~ 2 4'，在1 ~ 2 4'的计算误 差范围内；另外，宏观计算的主要目的是为了获得 整车的电场分布情况，为微观精确计算做准备，该 结果在一定程度上反映了车身表面的电泳情况。

5.2微观计算结果

与内、外表面的膜厚相比，更应关注白车身内 腔区域的膜厚，尤其是电泳不良位置的分析结

(a )后围

汽车工艺与材料 AT&M

2017年第11

期

果。通过宏观分析得到的车身各区域电场分布情 况为内腔区域的微观计算分析提供了边界输人。 针对后围电泳不良区域开展的微观计算结果见图4 和表1。后围内、外板在窗户上方形成横向的长空 腔，图4和表1的计算结果显示该区域电泳膜厚不 足，仅为1.53 -2.44

虽然后围内板和加强板

上开了防电磁屏蔽孔，但由于该空腔面积较大、开 孔孔径较小，无法满足防电磁屏蔽的需求，导致该 处最高电泳膜厚仅为5 'm 左右，而内腔电泳膜厚 一般要求达到8'(。

对白车身结构进行了以下优化设计

图5侧围及地板内腔微观计算结果

表2侧围和地板测量点仿真计算膜厚

测量位置

侧围加强板/'

中地板/'

图5中的侧围加强板位置属于典型的三层钣金结 构，由于受电磁屏蔽的影响，该面的膜厚为1 -4 'm < 中地板内腔的膜厚为*'m 左右(图5和表2)。

5.3结构优化设计及验证 5.3.1 结构优化设计

为了解决驾驶室内腔区域电泳不良的问题，

2017年第11期3优化后的后围内腔测量点仿真计算膜厚

测量位置

后围外板/'m

后围内板及加强板/'m

17.15 5.3927.49 6.623 5.03 5.694 6.03 5.895

5.32

8.44

汽车工艺与材料 AT&M | 3

图6优化后的后围内腔计算结果

后围(外）左侧围(外）后围(内）地板(内）

图3宏观计算和实测结果的膜厚对比

图4后围内腔微观计算结果

测量位置

后围外板/m

后围内板及加强板/'i

!后围位置：在后围内板的横向空腔位置增 加了两个！10.5 m m 的圆孔，同时将后围内板和 加强板坚向空腔位置的长圆孔（原尺寸！10 mmX

2〇1!!111)扩大为！2〇111111\35111111。

"侧围位置：在B 柱加强板和内板上各增加1 个！20 m m 的圆孔，两孔对穿，同时将内板上1个

!10 m m 的圆孔扩大* !20 mm ;在地板中部板上

增加1个！20 m m 的圆孔。

优化后的计算结果如图6、表3和图7、表4所示。

10.99 5.612 1.68 6.1730.79 6.284 1.89无测量点5

3.36

无测量点

1 2.44 4.42

2 1.77 5.05

3 1.57 4.24

4 4.69 1.535

4.20

2.14

1后围内腔测量点仿真计算膜厚

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