渦輪增壓器擴壓器模具制作方法的優化研究

丁月鋼，侯婷婷

（大同北方天力增壓技術有限公司，山西 大同 037036）

渦輪增壓器是現代發動機中的一個重要部件，它是利用發動排放的廢氣能量，通過壓氣機為發動機提供過量空氣來提高發動機功率的指標，同時達到節油和改善排放性能的一種有效機械。而擴壓器作為壓氣機上的組成元件，對其氣動性能產生重要影響，主要分為無葉和有葉兩種擴壓器類型。大型渦輪增壓器一般采用有葉擴壓器，這種擴壓器的流動阻力小、效率高。有葉擴壓器的型式有平板式、三角形、薄壁圓弧型、拋物線鍥性等。目前有葉擴壓器模具的制作方法有：（1）數控銑削金屬模具。首先，建立擴壓器模具CAD模型，然后通過五軸數控進行編程、仿真加工。由于擴壓器葉片眾多，金屬陰模盲孔加工難度大，導致加工費時費工，制造成本很高，難以適用于批量生產。（2）制作整體樹脂模具。首先銑削一個擴壓器實物模型，使用某樹脂材料對擴壓器實物模型進行包裹，再通過某種化學方法腐蝕掉擴壓器實物做出樹脂陰模模具。但使用這種方法制備的擴壓器實物模型不僅體積較大、腐蝕過程復雜、周期漫長，而且在腐蝕過程中放出的熱量會使樹脂模具發生不可逆的變形，從而導致模具報廢。

針對傳統擴壓器模具制作方法中產生的問題，在滿足使用需求及技術標準的前提下，本文對大型渦輪增壓器擴壓器模具的制作工藝進行優化改進，由樹脂陰模代替原有的金屬陰模，涂抹脫模劑，加裝頂出工裝，有效地解決了模具的制作周期和成本問題，進一步實現了擴壓器的批量生產。

1 渦輪增壓器擴壓器模具的制作工藝

擴壓器作為渦輪增壓器上的重要部件，其在精度尺寸以及表面光潔度上的要求是比較高的。因此，擴壓器模具的合理設計是非常重要的工藝條件。由于擴壓器具有復雜的結構，我們從以下幾個方面對模具的設計進行了分析：（1）可成形形狀復雜的制品，結構簡單，降低生產成本；（2）設計分型面類型，盡量避免通過重要面，在保證制品精度的同時能夠快速脫模，減少生產周期，提高成型效率；（3）模具的型腔不要過深，要充分考慮頂出機構的設置，保證型腔不產生溢料和飛邊。

基于以上擴壓器模具的分析設計，研究人員對模具的制作方法進行了優化，具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 渦輪增壓器擴壓器模具的制作流程

（1）銑削擴壓器陽模：建立擴壓器計算機三維模型，設計模型時，需設計與后期脫模工裝配合的螺紋孔；使用高速五軸聯動機床，加工一個鋁合金擴壓器實物模型，保證高速點銑的完成，得到的擴壓器實物模型需達到表面光潔，加工精度高。

（2）涂抹脫模劑：在擴壓器陽模及灌制模具所使用的套圈、底盤上涂抹環氧樹脂專用脫模劑，保證擴壓器陽模被脫模劑完全包裹。

（3）灌制樹脂模具：使用樹脂將擴壓器實物模型包裹，灌制過程中要求平穩；使用兩臺風扇進行連續降溫處理，避免樹脂灌制凝固過程放熱使樹脂發生變形。

（4）脫模過程：模具上的頂出工裝與擴壓器陽模之間采用螺紋的方式連接，頂出工裝的周圍分布有若干頂絲。使用時，通過連接螺栓將連接板與擴壓器陽模實物連接，頂絲的下端與樹枝陰模相抵，通過轉動頂絲推動樹脂陰模移動，實現樹脂陰模與擴壓器陽模分離；脫模的過程中使用力矩扳手，保證各個方向的受力均勻，待脫模完成后，對擴壓器陰模根據使用要求進行必要的外圍加工裝配，進一步完成渦輪增壓器擴壓器模具的制作。

2 實例分析

根據本文優化后的渦輪增壓器擴壓器的制備方法，以15801的型號為例，對灌制硅橡膠模具后的產品進行首批產品試驗，產品投入100件，經檢驗合格數100件，成品率為100%，達到了擴壓器的使用要求，并通過了實際應用，工藝可行。

此外，我們對不同方法制備的擴壓器陰模所需要的生產周期及成本進行了統計對比，如表1所示。

表1 擴壓器陰模不同制作方法的生產周期及成本統計表

從表1中可以看出，與現有技術相比，采用直接脫模方法制備的擴壓器所需的生產周期大大縮短，生產成本也有所降低，達到了預期效果。

為了更直觀地統計直接脫模方法在實際應用中帶來的經濟效益，我們試開發了12套不同型號的擴壓器模具，分別為15001、15004、15801、16021、21052、26001、26002、26003、16035、16065、16071、20007，并對其進行了計算驗證。采用直接脫模方法制作的12套模具實驗費用約為0.1萬。

注：實際經濟效益=（活動后模具制作成本－活動前模具制作成本）×試開發模具數量－實驗費用根據表1中不同模具制作方法的成本統計，計算結果如下：與銑削金屬陰膜相比：（5－0.2）×12－0.1=57.5萬元與堿腐蝕相比：（1－0.2）×12－0.1=9.5萬元

由此可知，直接脫模的方法制備擴壓器可以極大地節約制作成本，有效地提高了公司的經濟效益。目前，這種方法在生產中已批量使用。

3 結語

本文通過對渦輪增壓器擴壓器模具的三維結構設計，在模具上涂抹脫模劑并采用頂出工裝，優化了模具的制作方法。與原有的技術相比，裝有頂出工裝的擴壓器模具制作方法簡單、一致性好，尺寸精度高，同時也縮短了生產周期，降低了成本，有效提高了生產效率和經濟效益，成功地實現了量化生產。