烘房汽车油漆固化流程模拟

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1、烘房汽车油漆固化流程模拟当制造商正努力把汽车制造得更坚实、更轻便，以符合美国新出台的汽车碰撞标准和燃油标准(对燃料节省的要求更高)时，他们也面临着来自涂装车间的艰巨挑战。添加加固部件，并使用泡沫插件、特殊的粘合剂和减震材料，确实改善了车身设计，但这些质量大、热容量高的材料也增加了涂装的难度。简介当制造商正努力把汽车制造得更坚实、更轻便，以符合美国新出台的汽车碰撞标准和燃油标准(对燃料节省的要求更高)时，他们也面临着来自涂装车间的艰巨挑战。添加加固部件，并使用泡沫插件、特殊的粘合剂和减震材料，确实改善了车身设计，但这些质量大、热容量高的材料也增加了涂装的难度。新车型发布前，几乎每

2、一个汽车制造商都会关心同样的问题，即是否能在现有的或新的烘房里使油漆得到适当的固化，以及如何对现有的烘房进行改造，以满足油漆固化的需求。缓解这些担忧，需要找到方法能精确预测烘房里车身的温度。全球领先的涂装系统供应商杜尔(DürrSystems)采用计算机流体动力学(CFD)模拟技术，能完全模拟汽车的烘房。经过几年的开发，杜尔已能对实车进行完整的烘烤模拟，并具有相当好的精确度。计算机烘房模拟是通过商业化的CFD软件、ANSYSFLUENT和杜尔自主开发的用户自定义功能(UDF)代码来进行的。CFD模拟不仅能检索到车身上任何一点的温度-时间曲线，用于油漆固化评估，还能在烘房里提供一

3、个可见的数字化气流和温度场，以便工程师能在生产制造前改进设计。与实验室的烘房测试相比，CFD模拟不需要有真正的烘房和样车，而且可以在车辆设计的早期进行。这就使制造商有机会完善用于生产的新车身设计，并在新车型发布前有更多的时间改进现有的烘房。固化要求与流程固化漆膜本身很简单。基本要求是，先对湿漆膜进行加热，然后根据给定的油漆固化窗口把温度保持一定的时间。然而，当湿漆膜在车身上时，要满足这一要求就困难多了，因为汽车各部件的温度会决定油漆的温度。对车身上的漆膜进行固化，实际上成了对整个车身的烘烤。从固化窗口掉出的任何部件都将对喷涂质量产生不良影响，将影响涂层的外观或物理性能。因此，在

4、烘房中对车身进行均匀加热是烘烤过程的目标之一。除了油漆固化，新的涂层技术(如三湿工艺)和各种车身材料的使用，也要求加热要统一、缓慢，以避免热容量高的材料出现热膨胀和油漆固化的问题。汽车油漆固化是在类似隧道的烘房中进行的，由高温气体对车身进行加热。烘房一般包括三部分：加热区、维持区和冷却区。这几部分的目标分别是：把汽车加热到固化温度，使车身温度得以保持，以及在固化过程结束后对车身进行冷却。由于车身在烘房内的移动速度是恒定的，保证每一部分都能实现其目标就变得非常重要，要求时间要掌握好，尤其是加热区。通常，油漆固化评估的一个关键核查点是，烘房能否在加热区末端使汽车所有部件都达到指定的

5、固化温度范围。模拟的挑战汽车烘烤过程是一个车身和烘房进行相对运动的三维瞬态共轭热传递过程。模拟这一过程需要克服几个难题。第一，模型要具备烘房极其广泛的维度范围。烘房一般有几百米长，而一些汽车零部件的空气喷嘴可能小得只有几英寸。第二，汽车零部件的许多细节必须保留，以便于计算温度。这是因为金属的温度取决于零部件的质量、形状和与其他部件的连接状况。保留这些细节可能会导致模型中元件数量的大幅增加。这使得车身的构建和简化变得非常棘手和耗时。第三，固化过程中，车身由传送链一个接一个地运送到烘房。要模拟整个烘房中排列的一长列车身不现实。第四，无论是否有辐射区，都必须要考虑烘房墙壁与车身之间的

6、热辐射。对辐射模型求解，需要密集的计算资源。为了克服这些技术难题，杜尔开发了一系列有关烘房和车身的几何简化、网格参数设置、求解策略与模型建立等的方法和途径。这些方法结合杜尔自行开发的UDF，使模拟更切实可行，并能实现良好的模拟精度。CFD模型烘房模拟的一个主要假设是忽略车身上的湿漆膜，因为这层膜非常薄。用白车身模拟大大简化了固化过程的物理模型，尽管涂有湿漆的车身也能被模拟。烘房模拟项目的一个例子，是在后来由杜尔制造、安装的一个新的电涂层烘房上进行的。这是一个对流烘房，由一个倾斜区、两个预热区、两个前维持区、三个加热区、三个维持区和三个冷却区(或冷却器)构成。烘房总长325.6米

7、，车辆的传送速度为0.096米/秒。在这个项目中，OEM对加热和冷却过程都很感兴趣。加热过程有两个阶段：冷却区的强对流冷却和涂装车间建筑中的自然对流冷却。后一种冷却是在车辆从冷却器的出口到工具移除甲板的过程中进行的。OEM担心车身到达夹具移除甲板时温度是否能足够低。为了实现这一目标，我们把模拟分成了两个模型：加热模型和冷却模型。加热模型包括最开始的7个区域，加热时间为30.5分钟，冷却模型是从冷却区到夹具移除甲板。冷却区的冷却时间是13.9分钟，此外，建筑中还有14.55分钟的冷却时间。该项