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        基于BlowView塑料燃油箱擠出吹塑數(shù)值模擬

        2022-07-01 07:59:40趙鵬程呂昊陳學(xué)宏李志敏朱亮
        汽車零部件 2022年6期
        關(guān)鍵詞:飛邊吹塑燃油箱

        趙鵬程,呂昊,陳學(xué)宏,李志敏,朱亮

        亞普汽車部件股份有限公司,江蘇揚(yáng)州 225100

        0 引言

        汽車燃油箱是汽車燃油供給系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,國(guó)家在其強(qiáng)度、安全和環(huán)保等方面有著十分嚴(yán)格的要求,塑料燃油箱可充分利用有限的汽車剩余空間,根據(jù)汽車主機(jī)廠的需求自由造型,成型簡(jiǎn)便,任何復(fù)雜的造型也可以一次成型,燃油箱塑料化是現(xiàn)代汽車輕量化的一個(gè)重要發(fā)展方向。

        塑料燃油箱殼體由高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE)制成,采用可控制壁厚的擠出吹塑工藝,BlowView軟件可以通過給定初始輸入,模擬塑料燃油箱下料、預(yù)吹、合模、高壓吹、成型等整個(gè)成型過程,通過對(duì)比模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的差異,認(rèn)為模擬結(jié)果可以在前期設(shè)計(jì)階段預(yù)判箱體成型的可行性,識(shí)別燃油箱壁厚位置薄弱點(diǎn),為設(shè)計(jì)更改提供參考。

        1 數(shù)值模擬模型

        1.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分

        選用某車型塑料燃油箱進(jìn)行擠出吹塑數(shù)值模擬,燃油箱為1 000 mm×540 mm×230 mm形狀不規(guī)則體,其箱體及模具幾何如圖1所示。

        圖1 燃油箱及模具幾何

        對(duì)箱體及模具進(jìn)行網(wǎng)格劃分,均采用10 mm三角形殼單元網(wǎng)格,其中箱體網(wǎng)格數(shù)為82 256個(gè),模具網(wǎng)格數(shù)為107 168個(gè)。

        1.2 控制方程及邊界條件

        依據(jù)多層HDPE材料擠出吹塑過程做出如下基本假設(shè):

        (1)初始型坯溶體與模具接觸無滑移;

        (2)以型坯壁厚非均勻優(yōu)化最優(yōu)結(jié)果作為初始型坯壁厚分布。

        基于以上假設(shè),描述吹脹過程的控制方程及K-BKZ本構(gòu)方程表達(dá)式如下所示。

        連續(xù)性方程:

        (1)

        運(yùn)動(dòng)方程:

        (2)

        接觸力張量:

        (3)

        K-BKZ本構(gòu)方程模型:

        (4)

        能量方程:

        (5)

        熱邊界條件公式:

        (6)

        (7)

        2 BlowView數(shù)值模擬方法

        燃油箱材料為多層HDPE,成型過程依次為擠出熔體材料、崩料桿崩料、夾料板夾料、預(yù)吹、合模、高壓吹、冷卻等過程。

        2.1 模具參數(shù)設(shè)置

        在使用BlowView模擬擠出吹塑成型過程中,使用口模直徑為350 mm,模具四周邊緣距離箱體邊緣最小尺寸為100 mm,模具上邊緣距離口模中心尺寸為100 mm,模具下邊緣距離型坯下邊緣尺寸為100 mm,崩料桿上邊緣距離夾料板上邊緣尺寸為50 mm,夾料板上邊緣距離模具下邊緣尺寸為50 mm,模具打開時(shí)距離中心線位置為400 mm。模具位置示意如圖2所示。

        圖2 模具位置示意

        2.2 工藝參數(shù)設(shè)置

        該燃油箱擠出吹塑數(shù)值模擬中,模擬工藝參數(shù)與實(shí)際工藝參數(shù)較為接近,下料時(shí)間86.8 s,塑化量110 000 mm/s,預(yù)吹壓力0.2 kPa,預(yù)吹時(shí)間5 s,高壓吹壓力0.02 MPa,高壓吹時(shí)間4 s,模內(nèi)冷卻熱傳導(dǎo)系數(shù)50 W/m·℃,模內(nèi)冷卻溫度8 ℃,模內(nèi)冷卻時(shí)間40 s,模外冷卻型坯內(nèi)部熱傳導(dǎo)系數(shù)5 W/m·℃,模外冷卻型坯內(nèi)部溫度10 ℃,模外冷卻型坯外部熱傳導(dǎo)系數(shù)50 W/m·℃,模外冷卻型坯外部溫度10 ℃,模外冷卻時(shí)間120 s,VWDS曲線如圖3所示。

        圖3 VWDS曲線

        3 模擬結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)品對(duì)比

        通過BlowView數(shù)值模擬可得到燃油箱產(chǎn)品信息有產(chǎn)品質(zhì)量、飛邊形狀、燃油箱壁厚分布、燃油箱溫度分布、翹曲變形等信息,該燃油箱實(shí)際質(zhì)量為7 860 g,模擬質(zhì)量為7 973 g,與實(shí)際質(zhì)量相差113 g,誤差為1.4%,在可接受誤差范圍5%以內(nèi),下面著重對(duì)飛邊尺寸及箱體壁厚分布對(duì)比分析。

        3.1 飛邊尺寸對(duì)比

        實(shí)際箱體和模擬箱體的飛邊形狀如圖4所示。圖4a為實(shí)際箱體飛邊形狀,對(duì)其一周進(jìn)行0~43段劃分,得到實(shí)際和模擬飛邊尺寸對(duì)比如圖5所示。

        圖4 實(shí)際箱體和模擬箱體的飛邊形狀

        圖5 實(shí)際和模擬飛邊尺寸對(duì)比

        通過對(duì)比分析可以看出模擬飛邊尺寸與實(shí)際飛邊尺寸變化趨勢(shì)基本一致,在編號(hào)為11~14處尺寸數(shù)值稍有差異,但在可接受范圍15%以內(nèi),實(shí)際飛邊質(zhì)量為3 140 g,模擬飛邊質(zhì)量為3 025 g,與實(shí)際質(zhì)量相差115 g,誤差為3.7%,在可接受誤差范圍5%以內(nèi),模擬結(jié)果較理想,通過吹塑模擬可以預(yù)測(cè)飛邊形狀及質(zhì)量。

        3.2 壁厚分布對(duì)比

        3.2.1 上表面壁厚分布對(duì)標(biāo)

        上表面實(shí)際和模擬壁厚分布如圖6所示,上表面實(shí)際和模擬壁厚對(duì)比如圖7所示。

        圖6 上表面實(shí)際和模擬壁厚分布

        圖7 上表面實(shí)際和模擬壁厚對(duì)比

        通過圖7可看出,該燃油箱上表面模擬壁厚最小值為3.05 mm,最大值為6.92 mm,模擬平均壁厚為5.61 mm,實(shí)際壁厚最小值為3.00 mm,最大值為7.48 mm,實(shí)際平均壁厚為5.55 mm;通過對(duì)比可以看出,上表面模擬壁厚與實(shí)際壁厚整體趨勢(shì)較一致,模擬平均壁厚比實(shí)際平均壁厚僅大0.06 mm,一致性較好,箱體邊緣位置差異性略大,局部位置最大差異為1.12 mm,通過模擬可以預(yù)測(cè)箱體壁厚分布。

        3.2.2 下表面壁厚分布對(duì)比

        下表面實(shí)際和模擬壁厚分布如圖8所示,下表面實(shí)際和模擬壁厚對(duì)比如圖9所示。

        圖8 下表面實(shí)際和模擬壁厚分布

        圖9 下表面實(shí)際和模擬壁厚對(duì)比

        通過圖9可看出,該燃油箱下表面模擬壁厚最小值為3.08 mm,最大值為6.51 mm,模擬平均壁厚為5.42 mm,實(shí)際壁厚最小值為3.28 mm,最大值為6.82 mm,實(shí)際平均壁厚為5.52 mm;通過對(duì)比可以看出,下表面模擬壁厚與實(shí)際壁厚整體趨勢(shì)較一致,模擬平均壁厚比實(shí)際平均壁厚小0.10 mm,一致性較好,與上表面相同,箱體邊緣位置差異性略大,局部位置最大差異為1.16 mm,通過模擬可以預(yù)測(cè)箱體壁厚分布。

        4 結(jié)束語

        在塑料燃油箱擠出吹塑成型過程中,將實(shí)際工藝參數(shù)作為數(shù)值模擬輸入,通過BlowView軟件可以實(shí)現(xiàn)擠出吹塑過程模擬,模擬結(jié)果飛邊尺寸與實(shí)際飛邊尺寸較一致,最大誤差值為15 mm,箱體整體平均壁厚相差0.08 mm,模擬邊緣位置壁厚較實(shí)際壁厚偏薄0.5 mm左右,箱體整體分布趨勢(shì)較一致。模擬結(jié)果可以在前期設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)油箱壁厚分布,識(shí)別壁厚薄弱點(diǎn)位置,評(píng)判制造可行性,為設(shè)計(jì)更改提供建議,提高設(shè)計(jì)效率。

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