汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管的分片注塑結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化設(shè)計研究

郭容 宋寧 劉咸超

摘 要：進(jìn)氣歧管塑料化是汽車輕量化的要求，塑料進(jìn)氣歧管不僅質(zhì)輕，而且由于內(nèi)壁光滑，可改進(jìn)氣體流動性，提高氣體流量，進(jìn)氣效率高，隔熱效果好，因而能提高發(fā)動機(jī)性能和燃料利用率。由于焊接技術(shù)的提高，可制作從簡單到復(fù)雜的塑料進(jìn)氣歧管，把復(fù)雜的進(jìn)氣歧管分片注塑成型，利用振動摩擦焊接組焊成型。分片注塑結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化，可降低模具成本，避免注塑制品缺陷，提高制品性能。

關(guān)鍵詞：進(jìn)氣歧管；分片注塑；結(jié)構(gòu)工藝

1 汽車進(jìn)氣歧管用塑料和制造成型方法

歐美塑料進(jìn)氣歧管研究和開發(fā)應(yīng)用均領(lǐng)先于日本，Solvay 公司生產(chǎn)的 35%玻纖增強(qiáng)塑料（Amodel A-6135HSL ）已被用于制備名叫 LSX 的進(jìn)氣歧管，替代現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)尼龍進(jìn)氣歧管， LSX 進(jìn)氣歧管比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)尼龍（PA）進(jìn)氣歧管輕 25%左右。美國杜邦公司開發(fā)出了激光焊接PA66 配和混料的新型復(fù)合塑料。德國BASF 公司開發(fā)的激光焊接PA6 塑料（UltramidB3GLT）的激光透過率高達(dá) 72%，縮短了焊接時間，能制備形狀復(fù)雜的進(jìn)氣歧管。

塑料進(jìn)氣歧管的加工技術(shù)主要是熔芯注塑技術(shù)和振動摩擦焊接技術(shù)。熔芯注塑技術(shù)是應(yīng)用最早、最成熟的塑料進(jìn)氣歧管生產(chǎn)工藝，但是成本較高。振動摩擦焊接技術(shù)將把復(fù)雜的進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)分解為能一次成型的分片塑件，分片注塑，把各個分片塑件結(jié)合振動摩擦焊接技術(shù)組焊，再進(jìn)行零部件的裝配。此種制造工藝有制造簡單，可靠性好的優(yōu)點，制造成本遠(yuǎn)低于熔芯法。

2 汽車塑料進(jìn)氣歧管的分片概念設(shè)計

發(fā)動機(jī)塑料進(jìn)氣歧管通常可分2片、3片，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的歧管有4片或者5片組成，歧管的各片注塑成型，采用振動摩擦焊接組焊。把產(chǎn)品分割成2片時，傾斜區(qū)間就變得比較長，此部位與治具的吻合度調(diào)整就比較困難，為了達(dá)到穩(wěn)定的焊接品質(zhì)，建議分割為3片的結(jié)構(gòu)，但兩片的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是減少工程，節(jié)減成本根據(jù)產(chǎn)品的形狀，注塑模具的結(jié)構(gòu)及振動焊接結(jié)構(gòu)特點等原因，兩片的結(jié)構(gòu)不適合振動焊接的情況也有可能會發(fā)生。

3 分型面的設(shè)置

上片A塑件，考慮到分型面應(yīng)盡量選在制品的端面處，選在塑件外形最大輪廓處，形狀貼合塑件的形狀為曲面，這樣塑件更容易從型腔中脫出，也不影響外觀。但是容易產(chǎn)生飛邊，要設(shè)計好工藝，控制好飛邊的產(chǎn)生，成型后要修整，為后續(xù)的焊接做準(zhǔn)備。

中片B塑件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有四個半孔、橫向深腔孔、凸臺及孔，模具必然要設(shè)計側(cè)向型芯，由于半孔是彎曲的，以深腔孔為側(cè)抽芯方向，分型面設(shè)定在下端面處，有利于塑件順利脫模，保證塑件內(nèi)腔的精度。

下片C塑件，分型面選在塑件外形輪廓最大處，塑件在同一側(cè)型腔內(nèi)成型，制造精度得以保證，也滿足外觀質(zhì)量要求。

4 制品壁厚

制品設(shè)計的壁厚應(yīng)當(dāng)盡量均勻，注塑成型中冷卻時間的長短主要取決于制品壁厚，若制品局部較厚，則制品冷卻時間較長，成型周期也相應(yīng)延長，注塑成型的生產(chǎn)率降低。制品壁厚不均，收縮也必定不均勻，造成制品局部收縮或不應(yīng)該有的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致制品變形甚至破裂。進(jìn)氣歧管設(shè)計的管道和殼體壁厚設(shè)計均勻，每種塑料都有各自理想的壁厚范圍，如下表所示。發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，對其周圍部件的材料要求苛刻，尼龍+玻璃纖維（PA+GF）材料有較好的綜合性能，使強(qiáng)度、制品精度、尺寸穩(wěn)定性等有很大的提高，因此PA+GF材料已成為塑料進(jìn)氣歧管的主要材料。進(jìn)氣歧管的壁厚選為3mm，材料PA6/GF30，可以通過注塑模流分析對歧管注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化，后續(xù)還要進(jìn)行相應(yīng)的實驗測試性能。

5 增強(qiáng)制品強(qiáng)度的設(shè)計

增加制品的厚度可以提高成型制品的強(qiáng)度，但是增加制品的厚度會延長制品的冷卻時間，降低注塑的生產(chǎn)率。為了保證制品的強(qiáng)度，可以設(shè)計加強(qiáng)肋增強(qiáng)制品的強(qiáng)度，同時也可以防止殘余應(yīng)力所導(dǎo)致的應(yīng)變。加強(qiáng)肋的根部厚度為制品壁厚的1/2，防止背面發(fā)生收縮下陷的現(xiàn)象。增加肋的數(shù)目時，肋的間距以制品壁厚的4倍以上為合適，肋的根部厚度也應(yīng)當(dāng)超過制品壁厚的50%～80%。焊接面不能直接加壓時需要增設(shè)加強(qiáng)筋。

6 小結(jié)

發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管的塑料化是全球性的趨勢，中國也不例外。隨著歐4排放標(biāo)準(zhǔn)的推出，要求新型的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管必須配備電控可變進(jìn)氣閥等復(fù)雜的內(nèi)部控制機(jī)構(gòu)，而金屬進(jìn)氣歧管卻難以滿足這一要求。因此，開發(fā)性能優(yōu)異的塑料進(jìn)氣歧管是適應(yīng)未來發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)步的必然要求。

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作者簡介：郭容（1985），女，漢族，重慶榮昌人，本科，講師，研究方向：模具設(shè)計與制造技術(shù)。