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不同加强筋方式对轿车护风圈注塑变形及生产效率影响的仿真研究

作者: 发布时间:2020-01-21 14:01:20 阅读: 51 次

摘要:随着汽车,尤其轿车工业轻量化及环保等方面的要求越来越高,汽车电子风扇护风圈的的材料逐渐采用塑料代替金属成为一种不可逆转的趋势。生产中的变形与效率是塑料护风圈设计与生产中需要解决的两个重要问题。护风圈的加强方式对这两个问题有着较重要的影响。本文通过moldflow软件,对几种不同的加强方式对注塑中变形以及可能对效率产生的影响进行了研究,其结果对护风圈的设计与生产有着一定的参考和指导意义。

关键词:护风圈,注塑变形,仿真

中图分类号:TB324,B  

一、研究背景 

护风圈是汽车发动机冷却或者空调热交换系统上的一个重要结构零件,一般情况下上面装配有电机(有时是风扇离合器),以及换热风扇。护风圈一般安装在水箱或者散热器上。 

传统的轿车上护风圈基本采用钣金件,比较重且需要进行表面防腐处理等,成本也较高,振动时容易产生较大的噪音。目前新的轿车甚至包括卡车等车辆逐渐采用 塑料件来代替钣金件。塑料件1.可以采用更为高效的注塑生产工艺;2.不需要表面处理即具备很好的耐蚀性能;3.因为材料本身的特点,具有一定的吸噪功能;4.轻,易集成,即可将其它的功能结构集成在护风圈上;5.综合成本低。故使用塑料注塑件是目前护风圈的主流。 

但是,为了提高风扇的换热效果,护风圈一般设计得与水箱或散热器外形基本一样大小,同时中间因为要装风扇和电机,不得不做成镂空的形式,通过几根撑杆进行支撑。由于这样的结构,在成型后很容易因为材料各向异性、收缩的不均匀等产生内部应力的不均衡,从而导致较大的变形,使装配、功能等受到影响。 

本文以一款大众化的轿车上使用的护风圈为例,通过mold flow仿真研究了不同的加强筋方式对变形以及生产效率的可能影响。 

二、护风圈的设计及其它重要参数 

护风圈因为面积比较大,在工作中要承受一定的热和振动作用,故常常需要在表面上进行一些加强设计,通常的办法是增加加强筋。图1是一种工程中常见的加强方式,加强筋以规律的纵横交叉方式分布于护风圈表面。图2是根据结构力学的研究,将加强筋设计在蜂窝状交叉的形式分布于护风圈的外表面。图3与图2所不同的是将蜂窝状结构的加强筋分布在护内圈的内表。 

为便于对比,三种护风圈在模拟的时候皆采用同一款材料RTP  0105 CC PP Glass fiber 30% CM3884 ,即30%长玻纤增强的PP材料。材料的基本物性如下表1,表2是采用的模拟工艺 参数。  

123.png 

1. 常用纵横交叉加强筋                  2. 正面蜂窝状交叉加强筋              3. 反面蜂窝状交叉加强筋

      

模拟的网格划分也采用基本相同的方法及参数,以期获得最为可比的结果。 

三、模拟结果及分析 

3.三种不同加强方式的护风圈在X,Y,Z三个方向上的变形量,以及最终的充填时间 

加强形式/变形或充填时间

X(宽度)方向mm

Y(长度)方向mm

Z(电机轴向)方向mm

充填时间S

普通筋位

3.884

3.597

3.301

5.447

外表蜂窝筋位

3.184

3.664

3.859

6.031

内表蜂窝筋位

4.269

3.973

7.421

6.892

备注

变形为所标方向上的相对变形

从模拟分析的结果不难看出,三种不同加强的方式在X,Y,Z三个方向都有不小的变形,其中在内表作蜂窝结构加强的方式变形量更大。尤其在Z方向,变形量更大。而Z方向一是在发动机舱内受空间限制,不容许有大的变形,大的变形可能影响到护风圈与其它零件的相邻关系,二是这个方向的变形可能使风扇与护风圈间的间隙过大或过小,要么是造成风的流失,效率降低,要么是造成风扇与护风圈间的安全间隙偏小,有可能造成工作中的碰擦等。故从这个模拟的结果来看,在内表进行蜂窝加强的方式完全不可取。另外两种方式没有明显的差别,但是在Z方向,普通加强的方式变形要小0.5mm,同时结合充填时间来看,充填时间要少0.6S左右,有利于提高生产效率。 

四、结论 

从上述模拟试验和分析不难得出结论,目前得到普遍使用护风圈加强方式确实具有变形小,尤其是在关键方向上变形小的特点,同时可以在较短的时间内完成充填,是相对较好的加强方式。 

参考文献:

1, 刘琼 塑料注射Mold flow实用教程. 机械工业出版社. 2011

2, 郑劲,张子成. 汽车发动机构造与维修. 化学工业出版社. 2010

3, 刘来英. 注塑成型工艺. 机械工业出版社. 2005