【技术简讯】Elsyca ECoatMaster是如何精确模拟电泳涂装工艺过程的

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克服了电泳工艺的相关挑战,例如解决电泳漆膜过剩或不足问题,验证新车型的电泳可行性,优化电泳工艺参数。


电泳涂装法及电泳涂料开发成功,并获得工业应用已有半个多世纪,是工业涂装、涂料领域中发展普及最快的涂装法,尤其是阴极电泳涂装(CED)。电泳涂装工艺的优势在于自动化程度高,涂料利用率高,提高了工件内腔的防腐蚀性,并承受盐雾测试的要求,使电泳涂装成为汽车行业非常有价值的工艺过程。

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背景&挑战

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      现今,世界各地汽车OEM厂商均使用电泳工艺,可以给整车提供优秀的耐腐蚀性。且与早期油性喷涂或粉末喷涂工艺相比,电泳工艺几乎不产生有害的空气污染物,能够符合满足各地环境法规政策,同时最大限度的降低了材料和能源浪费。

      尽管电泳工艺有许多优点,但由于受到涂料性能、工艺参数、车型结构等多方面因素的影响,因此控制电泳工艺性能仍然是一项具有挑战性的任务。

      如果在前期设计阶段,工程师仅依靠经验评估,很容易导致电泳风险点未被及时识别,从而导致在后期试制阶段进行多次拆解验证和设计变更,从而导致项目时间节点延期,材料浪费,整车研发制造成本上升。


Elsyca的解决方案

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      ECoatMaster是由Elsyca公司开发的一款电泳仿真分析软件。该软件基于电化学基本原理,专门针对于在电泳过程中,白车身在电场作用下的电泳液上膜情况,可输出电流密度分布,电势分布和漆膜厚度分布。工程师通过软件评估电泳漆膜分布情况,更加有效地,科学地,正常地优化白车身结构设计、电泳工艺参数,生产线布置等,弥补了经验分析的不足。


输入

      典型的 e-coat 计算机辅助分析 (CAA) 输入项包括:

•      槽体尺寸及全浸时间;

•      阳极位置及尺寸;

•      白车身入槽角度,链速;

•      电压分段情况及对应电压值、每段电压启停控制点、每段电压通电时间;

•      电泳涂料上膜性能参数;

•      白车身数模


电泳膜厚仿真计算

      Elsyca ECoatMaster通过两个阶段来进行仿真计算,最终得到所需要的漆膜状态。首先进行宏观仿真计算,得到白车身外表面的膜厚分布,并建立整车所有区域的电场分布数据。


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图1 -白车身概览-按白车身不同部件着色的宏观仿真模型


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图2 -电压程序(上图),白车身模型在电泳槽中的轨迹(从左到右)


      其次,基于宏观计算结果导入的整车数模,进行局部区域切分,分段进行模拟计算(微观仿真计算),可以准确地得到车身内腔的膜厚分布结果。

      如本文所示案例,将白车身切分为6个部分(图3)。用户能够针对性的对重点关注腔体进行仿真,结合微观仿真结果,利用软件的虚拟开孔、虚拟堵孔、局部替换零件等方式可对车身结构进行快速更改和验证。


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图3 – 微观仿真-白车身切分区域示意


仿真结果展示

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宏观仿真结果

      宏观仿真计算结果提供了白车身穿过电泳槽体时各个时间节点下的漆膜厚度变化情况(图4、图5)。正如预期的那样,漆膜厚度随时间增加而增加,利用仿真结果对漆膜厚度与电流密度之间的状态进行对比,为研究车身结构对上膜速率的影响提供了重要的数据参考。从仿真结果可以观察到,表面电势较高的区域通常会形成较厚的漆膜,在t=50秒时,电泳漆完全分布在车身外部。随着时间的推移,高电流密度逐渐远离孔或电场较强的区域,故电流密度的变化很大程度上取决于车身结构。


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图4 -电泳仿真过程中的白车身——通电的阳极以红色突出显示——白车身因电泳厚度而着色


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图5 -电泳过程中电泳厚度和电流密度的变化


微观仿真结果

      除了宏观计算的结果,还可以根据白车身的特殊性进行微观仿真计算,以更精确地了解局部工艺性能,比如结构复杂的空腔内部。微观仿真结果可以按分段分析,也可以在整个白车身上重新组合。

      在Elsyca ECoatMaster仿真结果下,能够清晰的看到腔体内电泳漆膜分布状态,如图6和图7,显示结果为车身门槛区域的电泳膜厚仿真结果。两幅图中的插图A、B、C、D和E以及A、B、C和D都是通过逐步隐藏门槛内的各零件而显示的。


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图6 – 微观仿真结果 -分段 2-零件外侧


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图7 – 微观仿真结果 -分段 2-零件内侧


      图 8 显示了重新组合的整车微观仿真结果,为了更直观的显示电泳不良区域,图中只对膜厚不足区域赋予颜色,满足膜厚要求的区域显示为灰色。用户可以清楚地识别其分析车型电泳不良的风险区域。


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图8 – 透明显示的整车微观仿真结果


总结

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      与粉末喷涂相比,电泳涂装工艺可以在复杂的结构上涂覆电泳漆,是目前整车最有效的防腐措施。在分析白车身的电泳可行性时,工艺工程师需要考虑各种参数,但这些参数都会影响漆膜的最终质量。仅靠经验性评估分析,会增加试错成本,导致浪费大量的时间及材料损耗成本。

      Elsyca ECoatMaster基于先进的算法,可以很好的支持行业摆脱传统的试制纠错模式,有效提高工作效率和节约成本。

      基于强大且经过验证的计算机辅助工程技术,可以提前识别和解决电泳过程中的潜在风险问题。工艺工程师、质量人员及结构工程师可以依靠仿真结果进一步优化产品质量、车身结构、提高生产节拍,从而达到提高整车项目开发流程的目的。

      ECoatMaster电泳仿真软件由上海格麟倍公司代理,该公司是国内腐蚀防护与表面处理综合解决方案的提供者,在汽车整车及零部件、石油天然气管道、国防军工领域已积累良好声誉,具有专业的技术支持团队,可随时对ECoatMaster软件使用及电泳同步工程分析工作提供专业的技术支持。截止目前,ECoatMaster电泳仿真软件在国内的用户数量已超过30家,得到行业内的普遍认可。


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