核心期刊论文发表浅析PLN汽车燃油箱改进设计

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摘要：本篇文章是由优秀电子期刊 《网络与信息》 省级电子期刊 发表论文，创刊于1987年，由辽宁省信息中心主办。是经国家科技部和国家新闻出版总署批准的国内外公开发行的计算机网络应用类专业媒体，《网络与信息》是国内公开发行的互联网信息导航和IT技术应用类月

　　本篇文章是由优秀电子期刊《网络与信息》省级电子期刊　发表论文，创刊于1987年，由辽宁省信息中心主办。是经国家科技部和国家新闻出版总署批准的国内外公开发行的计算机网络应用类专业媒体，《网络与信息》是国内公开发行的互联网信息导航和IT技术应用类月刊，计算机网络应用类专业媒体，国家信息中心核心期刊，中国信息经济学会会刊。

　　摘要：本文的主要工作是利用试验方法和CAD/CAE技术，对上汽通用五菱的PLN汽车燃油箱进行改进设计，按照国家相关法规规范对其进行振动耐久性等试验，利用板料成形有限元分析技术预测产品的冲压工艺性。

　　关键词：PLN汽车燃油箱;改进设计;冲压工艺性

　　前言

　　汽车燃油箱是车上唯一储存燃油的地方，是车上重要的功能与安全部件，燃油箱按其材料可分为金属和塑料两大类，油箱的几何形状也不尽相同，但它的使用性能必需要符合国家标准GB 18296—2001《汽车燃油箱安全性能要求和实验方法》 。载货车上大部分是金属油箱，具有较高的强度及耐高温、低温性好等优点，内部还有焊接筋板，可增加油箱刚度。但金属油箱也有自重大、难以实现复杂几何形状的成形、且有金属化学性质比较活跃易腐蚀的不足。但由于长方形、圆柱形的燃油箱成形容易、工艺简单易于批量生产，所以还是被广泛应用在中、重型车辆上。

　　上汽通用五菱公司原来使用的PLN燃油箱采用的是塑料油箱，由于其不符合欧Ⅱ排放标准，现重新设计开发金属PLN燃油箱，从形状结构及拉深成形性方面进行修改。

　　1.汽车燃油箱用钢板材料

　　1.1 汽车燃油箱用材料的要求

　　汽车燃油箱用钢板是一类特别的汽车板材料，绝大多数是表面处理钢板。这类钢板所要求的性能有:

　　(1)耐蚀性，这不仅要求耐外部大气、盐害等环境腐蚀，而且还必须耐燃油箱内部的燃料和水分腐蚀。

　　(2)冲压成形性，燃油箱大多位于车身下及其狭小的空间内，形状往往十分复杂，因而要求母板具有优良的机械性能和表面的润滑性能。

　　(3)焊接性，燃油箱在制造过程中需要进行上下箱体之间的缝焊，各部件准确结合的点焊、导管与箱体之间的钎焊等等，对燃油箱钢板材料的焊接性能提出了很高的要求。

　　(4)涂装性。在制造工艺中大部分燃油箱都需要进行涂漆处理，因此燃油箱钢板材料还必须具备良好的涂装性能。

　　1.2 汽车燃油箱用钢板材料

　　镀铅锡合金钢板是传统的汽车燃油箱钢板材料，但由于人们环保意识的增强，燃油箱无铅化已是大势所趋。发达国家的许多钢铁厂开发了各种无铅、耐蚀性更好的汽车燃油箱用表面处理钢板材料。

　　镀锌板具有优良的耐蚀性而且成本较低，20世纪七八十年代在汽车燃油箱上开始应用镀锌板替代镀铅锡合金钢板，但对于燃油箱内部燃油的耐蚀性来说，锌并不是很好的材料，锌会被含水或劣化汽油腐蚀而产生易于堵塞燃油过滤器的白锈。另外，锌镀层中的锌易于沾污Cu电极，因此焊接性能较差。

　　20世纪90年代开发了锌合金镀技术，包括锌-钴、锌-镍、锌-铁合金镀，它们的防护能力相当，但成本不同，其中锌-铁镀的成本最低。锌-铁镀不但有优良的抗蚀性，而且有良好的焊接加工性和抗蠕变性、易磷化。锌-铁镀的设备可以利用原有的镀锌设备进行操作。

　　锌-铁合金镀和热镀锌比较：

　　从防蚀能力来看，曾有人用冷轧薄钢板镀锌-铁合金，镀层厚10μm，经电子工业部工艺研究所按GB/6458-86标准做盐雾试验168小时(因设备故障 )试验停止，镀板无腐蚀无白锈。而同样钢板热镀锌镀层，经盐雾试验120小时镀层表面出现针状腐蚀物[Zn6(OH)8CL6.H2O]。

　　若按GB/T3091-93方法，用硫酸铜浸渍法腐蚀试验，结果表明，锌-铁合金镀层的均匀性大大超过热镀锌。热镀锌镀层晶粒是原子，它大于锌-铁合金镀层的离子晶粒。

　　锌-铁合金镀层的晶粒比单镀锌、热镀锌镀层的粒子更细小、致密，有较高的正电位。这是它具有优良的抗蚀原因。

　　从能耗上看，热镀锌要加热400～600℃熔化锌锭，热锌镀工作要求高温，停镀时熔态锌要保温，这些过程所耗的能量远比锌-铁合金镀耗能多。(锌-铁合金镀在0℃以上均能工作)。

　　从物料对比来看，热镀锌每镀一吨需耗锌80-120Kg，最高达140-200Kg，而锌-铁合金镀锌的消耗量比热镀锌成倍降低。热镀锌镀层厚100μm与锌-铁合金镀层厚31μm的防蚀能力相当，锌的消耗量降低了3.7倍。

　　我国应大力发展汽车用合金化热镀锌钢板,特别是高强度级别的合金化热镀锌钢板,以满足我国飞速发展的汽车工业需求。

　　2.PLN汽车燃油箱改进设计

　　2.1 PLN汽车燃油箱设计要求

　　油箱额定容量30L，异形;

　　上箱料厚0.8，下箱料厚1.0，成型后壁厚不小于料厚的80%;

　　轮焊边保证20mm以上(直边);

　　燃油箱体材料：DC56D+ZF(超深冲镀锌铁合金卷板);燃油箱外观颜色：黑;

　　油泵安装高度要确保;

　　上部加油管、回油管、油泵、安全阀位置要保证(参照塑料油箱);

　　油箱安装孔位要保证;

　　造型完成后要做模型到现场确认装车状况，外型与对手件不能干涉离空5mm以上;

　　2.2 PLN汽车燃油箱改进设计

　　老的PLN燃油箱采用的是塑料油箱，位置在车架与备胎之间，要求油箱与备胎支架间有10mm距离，外形因要适应安装位置为异形，上下箱分型面为曲线，下部为油盒，油盒底部冲孔。上箱左侧为加油口，上表面安装有透气阀、油泵、油量传感器和安全阀。

　　由于其不符合欧Ⅱ排放标准，现新设计开发金属PLN燃油箱。从形状结构及拉深成形性方面进行修改：

　　(1)老油箱前端有凹槽，用金属后不好成形，改成三点固定安装(前二后一)，前端无凹槽。

　　(2)新油箱采用加强筋避让车底元件，并可加强刚性。

　　(3)新油箱油泵和油量传感器合成为一体以降低成本，电泵安装孔、注油口位置与塑料箱同、需配阻油阀，安全阀位置自行确定。

　　(4)新油箱上下箱间为保证密封性，采用轮焊，而原分型面不适合轮焊，故新油箱上下箱分型面为一直线。

　　(5)安装空间及位置按现有车架现配设计，为适应装车位置，油箱上箱比下箱深，装油后超过了轮焊面，则轮焊面振动大，所以增加阻尼片以减少振动。

　　油箱制作后，按国家标准进行了试验，结论如下所示：

　　3. PLN汽车燃油箱冲压模拟

　　PLN汽车燃油箱形状复杂，冲压深度大，箱体上布置有复杂的不同尝试的加强筋、电泵安装孔、注油口、安全阀等，冲压难度大，成形质量难以控制。通过软件，建立凸模、凹模、压边圈和板料的几何模型，判断板料在成形过程中各节点的应力、应变情况及板料软厚度的分布情况，预测板料的起皱、拉裂、回弹等缺陷的产生趋势，以三维动态和云图显示应力应变、工件变薄等。

　　4. 结论

　　通过PLN金属燃油箱的冲压过程的模拟，可知在原始设计中，其板厚变薄率符合要求，但存在板料拉裂的隐患，油箱的四个角还出现了不同程度的起皱现象。针对上述缺陷，通过加大过度圆角避免了拉裂的产生，通过调整压边力和设置拉延筋等措施，成功实现了对PLN金属燃油箱冲压成形质量的控制，消除了起皱现象。

　　参考文献

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