基于Dynaform的汽車燃油箱設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬分析

【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〕