汽車發動機進氣歧管的分片注塑結構工藝優化設計研究

郭容 宋寧 劉咸超

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

關鍵詞：進氣歧管；分片注塑；結構工藝

1 汽車進氣歧管用塑料和制造成型方法

歐美塑料進氣歧管研究和開發應用均領先于日本，Solvay 公司生產的 35%玻纖增強塑料（Amodel A-6135HSL ）已被用于制備名叫 LSX 的進氣歧管，替代現有的標準尼龍進氣歧管， LSX 進氣歧管比現有標準尼龍（PA）進氣歧管輕 25%左右。美國杜邦公司開發出了激光焊接PA66 配和混料的新型復合塑料。德國BASF 公司開發的激光焊接PA6 塑料（UltramidB3GLT）的激光透過率高達 72%，縮短了焊接時間，能制備形狀復雜的進氣歧管。

塑料進氣歧管的加工技術主要是熔芯注塑技術和振動摩擦焊接技術。熔芯注塑技術是應用最早、最成熟的塑料進氣歧管生產工藝，但是成本較高。振動摩擦焊接技術將把復雜的進氣歧管結構分解為能一次成型的分片塑件，分片注塑，把各個分片塑件結合振動摩擦焊接技術組焊，再進行零部件的裝配。此種制造工藝有制造簡單，可靠性好的優點，制造成本遠低于熔芯法。

2 汽車塑料進氣歧管的分片概念設計

發動機塑料進氣歧管通常可分2片、3片，復雜結構的歧管有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。把產品分割成2片時，傾斜區間就變得比較長，此部位與治具的吻合度調整就比較困難，為了達到穩定的焊接品質，建議分割為3片的結構，但兩片的結構的優點是減少工程，節減成本根據產品的形狀，注塑模具的結構及振動焊接結構特點等原因，兩片的結構不適合振動焊接的情況也有可能會發生。

3 分型面的設置

上片A塑件，考慮到分型面應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。但是容易產生飛邊，要設計好工藝，控制好飛邊的產生，成型后要修整，為后續的焊接做準備。

中片B塑件，結構復雜，有四個半孔、橫向深腔孔、凸臺及孔，模具必然要設計側向型芯，由于半孔是彎曲的，以深腔孔為側抽芯方向，分型面設定在下端面處，有利于塑件順利脫模，保證塑件內腔的精度。

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

4 制品壁厚

制品設計的壁厚應當盡量均勻，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，成型周期也相應延長，注塑成型的生產率降低。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該有的內應力，導致制品變形甚至破裂。進氣歧管設計的管道和殼體壁厚設計均勻，每種塑料都有各自理想的壁厚范圍，如下表所示。發動機是汽車的心臟，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，使強度、制品精度、尺寸穩定性等有很大的提高，因此PA+GF材料已成為塑料進氣歧管的主要材料。進氣歧管的壁厚選為3mm，材料PA6/GF30，可以通過注塑模流分析對歧管注塑工藝進行優化，后續還要進行相應的實驗測試性能。

5 增強制品強度的設計

增加制品的厚度可以提高成型制品的強度，但是增加制品的厚度會延長制品的冷卻時間，降低注塑的生產率。為了保證制品的強度，可以設計加強肋增強制品的強度，同時也可以防止殘余應力所導致的應變。加強肋的根部厚度為制品壁厚的1/2，防止背面發生收縮下陷的現象。增加肋的數目時，肋的間距以制品壁厚的4倍以上為合適，肋的根部厚度也應當超過制品壁厚的50%～80%。焊接面不能直接加壓時需要增設加強筋。

6 小結

發動機進氣歧管的塑料化是全球性的趨勢，中國也不例外。隨著歐4排放標準的推出，要求新型的發動機進氣歧管必須配備電控可變進氣閥等復雜的內部控制機構，而金屬進氣歧管卻難以滿足這一要求。因此，開發性能優異的塑料進氣歧管是適應未來發動機技術進步的必然要求。

參考文獻：

[1]嚴昶，等.CA4GE發動機塑料進氣歧管的開發.汽車工藝與材料，2005，06.

[2]唐偉家，等.汽車進氣歧管用塑料及其成型方法.汽車工藝與材料， 2004，10.

[3]樂旭輝.關于汽車發動機進氣歧管的設計技術研究.科技博覽，2014，23.

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