【摘 要】通過UG軟件完成對某汽車燃油箱的形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),利用Dynaform軟件對油箱的沖壓成形過程進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不足并進(jìn)行優(yōu)化,最終利用試驗(yàn)進(jìn)行安全性能測試,保證了設(shè)計(jì)的合理性。
【關(guān)鍵詞】汽車燃油箱 優(yōu)化設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬分析
【中圖分類號】TH122 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810(2014)06-0055-02
汽車燃油箱是車上唯一儲(chǔ)存燃油的地方,是車上重要的功能設(shè)備與安全部件。燃油箱按其材料可分為金屬和塑料兩大類,油箱的幾何形狀也不盡相同,但它的使用性能必須要符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18296-2001《汽車燃油箱安全性能要求和實(shí)驗(yàn)方法》。載貨車上大部分是金屬油箱,具有較高的強(qiáng)度及耐高溫、低溫性好等優(yōu)點(diǎn),內(nèi)部還有焊接筋板,可增加油箱剛度。但金屬油箱也有自重大,難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀的成形,且有金屬化學(xué)性質(zhì)比較活躍易腐蝕的不足。但由于長方形、圓柱形的燃油箱具有成形容易、工藝簡單、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),所以還是被廣泛應(yīng)用在中、重型車輛上。
原來使用的燃油箱采用的是塑料油箱,由于其不符合歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)重新設(shè)計(jì)開發(fā)金屬PLN燃油箱,從形狀結(jié)構(gòu)及沖壓成形模擬方面進(jìn)行。
一 汽車燃油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.汽車燃油箱設(shè)計(jì)要求
油箱額定容量30L,異形;上箱料厚0.8mm,下箱料厚1.0mm,成形后壁厚不小于料厚的80%;輪焊邊保證20mm以上(直邊);燃油箱體材料:DC56D+ZF(超深沖鍍鋅鐵合金卷板);燃油箱外觀顏色:黑;油泵安裝高度要確保;上部加油管、回油管、油泵、安全閥位置要保證(參照塑料油箱);油箱安裝孔位要保證;造型完成后要做模型到現(xiàn)場確認(rèn)裝車狀況,外形與對手件不能干涉離空5mm以上。
2.汽車燃油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
老的燃油箱采用的是塑料油箱,位置在車架與備胎之間,要求油箱與備胎支架間有10mm距離,外形因要適應(yīng)安裝位置為異形,上下箱分型面為曲線,下部為油盒,油盒底部沖孔。上箱左側(cè)為加油口,上表面安裝有透氣閥、油泵、油量傳感器和安全閥。
由于其不符合歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)新設(shè)計(jì)開發(fā)金屬PLN燃油箱,其形狀結(jié)構(gòu)從以下方面進(jìn)行修改:(1)老油箱前端有凹槽,用金屬后不好成形,改成三點(diǎn)固定安裝(前二后一),前端無凹槽。(2)新油箱采用加強(qiáng)筋避讓車底元件,并可加強(qiáng)剛性。(3)新油箱油泵和油量傳感器合成為一體以降低成本,電泵安裝孔、注油口位置與塑料箱同,需配阻油閥,安全閥位置自行確定。(4)新油箱上下箱間為保證密封性,采用輪焊,而原分型面不適合輪焊,故新油箱上下箱分型面為一直線。(5)安裝空間及位置按現(xiàn)有車架現(xiàn)配設(shè)計(jì),為適應(yīng)裝車位置,油箱上箱比下箱深,裝油后超過了輪焊面,則輪焊面振動(dòng)大,所以增加阻尼片以減少振動(dòng)。
最終通過UG軟件模擬油箱形狀結(jié)構(gòu)如圖1和圖2。
二 汽車燃油箱Dynaform沖壓模擬
汽車燃油箱形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜,箱體上布置有復(fù)雜的不同深度的加強(qiáng)筋、電泵安裝孔、注油口、安全閥等,沖壓難度大,成形質(zhì)量難以控制。Dynaform軟件是美國ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開發(fā)的用于板料成形數(shù)值模擬的專用軟件,可應(yīng)用于不同的領(lǐng)域,如汽車、航空航天、家電、廚房衛(wèi)生等行業(yè)??梢灶A(yù)測成形過程中板料的裂紋、起皺、減薄、劃痕、回彈、成形剛度、表面質(zhì)量等,評估板料的成形性能,從而為板成形工藝及設(shè)計(jì)提供幫助。下面利用此軟件,建立凸模、凹模、壓邊圈和板料的幾何模型,對燃油箱進(jìn)行板料沖壓成形過程模擬,預(yù)測板料的起皺、拉裂、回彈等缺陷的產(chǎn)生趨勢,找出其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不足之處。
通過對金屬燃油箱的沖壓過程的模擬,從板厚減薄分布圖可知,在設(shè)計(jì)中,其板厚變薄率大部分在10%以下,最大值為12.6%,符合要求。從板件皺裂分布圖得知,上油箱的四個(gè)角出現(xiàn)了不同程度的起皺現(xiàn)象,個(gè)別地方存在板料拉裂的隱患。針對上述缺陷,通過加大過渡圓角避免了拉裂的產(chǎn)生;通過追加筋條、改變展料尺寸、改變過渡圓角或調(diào)整壓邊力等措施,消除了起皺現(xiàn)象。
三 油箱試驗(yàn)
油箱制作完成后,按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)論見附表,符合要求。
四 結(jié)論
第一,本文結(jié)合實(shí)際,對汽車燃油箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
第二,通過Dynaform軟件對板料沖壓成形進(jìn)行數(shù)值模擬,可以預(yù)測板料變形過程中可能出現(xiàn)的各種缺陷和工藝參數(shù),由此為模具設(shè)計(jì)提供了參考,避免了不必要的花費(fèi),大大降低了模具設(shè)計(jì)及加工的成本,縮短了制造周期。
第三,采用試驗(yàn)方法,對其安全性能進(jìn)行了測試,由此保證了設(shè)計(jì)的安全質(zhì)量。
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〔責(zé)任編輯:李錦雯〕