工程塑料-康明斯塑料油底壳.pdf

康明斯塑料油底壳康明斯塑料油底壳2Avalon 3.8L/Firefox 2.8L 油底壳油底壳? 主机厂:康明斯 ? 应用车型: 125千瓦以下轻型车 ? 发动机: ISF 系列 2.8升 和3.8升 4缸柴油发动机 ? 部件供应商: 伊顿/华通 ? 材料牌号: Ultramid® ? SOP: 2010年6月图示为康明斯 ISF 系列柴油发动机, 搭载了伊顿估算喷漆后的塑料油底壳，该油底壳使用 BASF 的Ultramid® 聚酰胺塑料注塑制造中国第一款量产的塑料油底壳3性能性能? 减轻重量30%? 更好的噪音性能 ? 很好的强度及材料阻尼特性 ? 优化的耐飞石冲击性能 ? 应用BASF 耦合 CAE 模拟 分析软件UltrasimTM成本降低成本降低 ? 通过提高生产效率 (缩短生产周期, 无需后处理) ? 提高设计自由度 (通过部件集成)Source : First Volume Application of Impact-Resistant Plastic Oil Pans from MTZ 01/2010Plastic Oil Pan for CumminsUltramid® 塑料油底壳的理想选择塑料油底壳的理想选择4由于玻纤取向造成的材料各项异性效应由于玻纤取向造成的材料各项异性效应玻纤取向玻纤取向玻纤取向玻纤取向弹性模量各项异性弹性模量各项异性弹性模量各项异性弹性模量各项异性5MCO（数学部件优化）（数学部件优化） + 集成模拟分析集成模拟分析: UltrasimTM*数学部件优化是集成模拟分析的第二项重要组成部分，已经融合到巴斯夫的Ultrasim 模拟分析工具中。

原始设计拓扑优化 尺寸优化优化设计集成模拟分析：部件性能：载荷工况下注塑过程部件还未充分优化？6巴斯夫材料数据库巴斯夫材料数据库7材料的老化效应考虑到材料模型中计算结果与实际试验结果的 精确吻合集成分析5,000 小时热机油老化 (160°C)5,000 小时热空气老化材料模型建立时充分考虑热老化效应材料模型建立时充分考虑热老化效应*1000 小时热老化对应于实际汽车行驶里程 100,000公里 , 5000小时在机油中的热老化超过了汽车的预计使用寿命时间.8设计于计算流程设计于计算流程?注塑模拟: 对于模型中的每个网格单元以及每层计算玻纤取向?UltrasimTM材料模型: “均一化”拟和玻纤和树脂基料的材料性能?力学分析: 预测部件在载荷作用下的性能，哪个区域失效以及到什么程度?以失效系数评价结果: 基于局部应变率，应变能以及许多其他参数CAD建模注塑填充模拟巴斯夫ULTRASIM材料模型机械性能计算，如动态/ 噪声响应机械性能计算，如飞石撞击评价材料破坏程度9工况 2工况 3工况 14种工况 / 撞击位置 小石块: m=22 g, v=120 km/h 大石块: m=194 g, v=140km/h工况 1:工况 2:工况 3:23°工况 460°工况 3. 仰视角度.飞石撞击工况调查飞石撞击工况调查10飞石撞击测试设备搭建飞石撞击测试设备搭建11保护筋保护筋?计算结果中可见使用的投射物. ?不同颜色的网格单元代表计算结果的 不同失效系数; ?在保护筋区域的最大失效系数显示出 来. ?保护筋如预计模式起到保护效应?该区域还有能力再次承受一次撞击*experiment performed in BASF’s testing laboratory12在内表面发生的初始微裂纹在内表面发生的初始微裂纹?飞石在外表面的每一次撞击，都会在 油底壳的内表面产生拉伸应力. ?这些拉伸应力会导致内表面生成难以 检测出来的微裂纹?这些微裂纹必须加以重视，因为发动 机继续使用过程中，微裂纹难免会继续 扩大?微裂纹可以精确地用软件分析检测出 来. ?可以通过适当地加高保护筋来预防这 一问题*experiment performed in BASF’s testing laboratory13设计可靠性分析设计可靠性分析* 由计算机随即产生的撞击向量模拟以不同方向撞击部件不同部位的飞石由计算机随即产生的撞击向量模拟以不同方向撞击部件不同部位的飞石14飞石撞击分析飞石撞击分析?另外，还在伊顿试验室进行部件测试以验证设计以 及判断准则 ?最终康明斯以及其用户在中国以及巴西相似路况下 进行道路实车耐久性能测试15材料的粘弹特性材料的粘弹特性: 理想的吸音性能理想的吸音性能Ultramid® 材料的弹性模量和阻尼性能随温度变化的趋势刚性噪声辐射损失16噪音辐射声压计算噪音辐射声压计算17其他部件性能其他部件性能? 部件的变形特性，以及当油底壳装配到发动机上，受热变形后由此产 生的应力? 静态载荷，例如在密封圈反力作用下的塑料应力松弛现象 (长期密封 性能)? 动态特性，例如驾车急转弯或者刹车时产生的动态载荷18结论结论? 该项目是伊顿以及康明斯第一款量产的经过飞石撞击优化设计的塑料油底壳。

该油底 壳使用巴斯夫的为CAE 设计验证特殊开发的聚酰胺材料进行制造，达到了减重的效 果，并且极大地提高了产品的设计自由度. ? 该塑料油底壳有优异的噪音性能表现. ? 只有采用最前沿的CAE设计工具，才能满足苛刻的耐飞石撞击以及其他机械载荷的要 求. ? 由于巴斯夫ULTRASIM分析软件的帮助，整个设计开发过程完全在计算机中虚拟完 成 ? 预测结果的精确程度可以通过实际部件的试验加以验证. ? 对于发动机制造商而言，该项目的成功足以消除对于今后开发塑料油底壳的主要技术 顾虑.。