塑料進氣歧管設計開發(fā)

郝 兵

（天津卡達克汽車高新技術公司，河北 天津 300000）

1 塑料進氣歧管結構設計

進氣歧管的結構是根據發(fā)動機的類型、布置形式以及其他一些因素所決定的。根據發(fā)動機特性參數：功率、扭矩等，缸蓋詳細2D/3D圖以及歧管周圍空間布局，建模塑料進氣歧管3D模型。針對進氣歧管型腔，利用CFD軟件進行三維流場模擬，分析歧管中壓力損失和流場分布，優(yōu)化歧管型腔各設計參數。在進氣歧管型腔設計中，合理歧管長度、圓滑過渡歧管截面，以保證歧管軸線曲率連續(xù)；并且應特別注意在總損失中占比重很大的穩(wěn)壓腔和進氣歧管間過渡圓角盡可能大，以形成喇叭口結構［1］。

2 快速成型及性能試驗

塑料進氣歧管設計過程中，在通過一維仿真和三維模擬對歧管型腔優(yōu)化的基礎上，對進氣歧管進行三維結構造型，為完成穩(wěn)態(tài)流量測試、空間安裝驗證和發(fā)動機臺架性能試驗測試等測試，利用快速原型技術(RAPID PROTOTYPING，簡稱RP技術）制作塑料進氣歧管樣件。

“分層制造，逐層疊加”作為快速原型制造技術的基本成型原理，在不使用任何刀具、模具及工裝卡具的前提下，快速、直接地制造結構外形復雜的實體樣件。STL文件是CAD軟件與快速原型切片軟件的接口數據格式。將塑料進氣歧管的造型設計數據轉化為STL格式，并輸入快速原型設備中用切片軟件進行模型切片，快速成型機按照軟件中每一切片的形狀固化一層ABS材料，每一層的疊加即可完成實物樣件，然后進行后期固化處理，增加其強度，完成實物樣件的制作。

塑料進氣歧管快速樣件進氣流量、瞬態(tài)流速以及滾流比、缸內渦流等參數可利用氣道穩(wěn)流試驗臺進行試驗，有助于評價進氣歧管的流通能力和多種設計方案的對比。同時，試驗測試結果為一維計算提供初始化參數，還可用來驗證三維流場模擬結果的準確性［2］。

塑料進氣歧管性能要求，以及與發(fā)動機物理搭載，可利用臺架試驗驗證。

3 塑料進氣歧管生產工藝研究

3.1 生產工藝路線

發(fā)動機附件的塑料化開始自20世紀70年代。發(fā)動機工作時所產生的熱經過輻射、傳導、對流以及受大氣環(huán)境影響，發(fā)動機周邊的溫差范圍是-40～140℃。對于4G15發(fā)動機塑料進氣歧管的具體技術要求：

a）除內壁、法蘭面和注射孔外，其他壁厚均為3.0mm。

b）泄漏量測試：將進氣管和軟管接頭封閉，在進氣管內部施0.06MPa的氣壓，當漏氣量≤60ml/min為合格。

c）制成品外表面應光滑，無明顯的飛邊、毛刺、熔接痕、流痕、氣孔、玻纖外露等外觀缺陷，不允許有影響性能的焊接缺陷。氣道內表面光滑，要求平整無毛刺，內表面焊接線溢料≤1mm，內部清潔度≤10mg。

d）密封圈安裝平整，無起鼓、凹凸不平等現象。

e）所有熱嵌螺母周圍無溢料滲出。

f）未注線性尺寸公差和角度按GB/T1804-m。

熔芯法、振動摩擦焊、熱板焊成為塑料進氣歧管制造主要工藝方法，最近還出現了高溫誘導焊和熱電阻焊。目前，多片振動摩擦焊是塑料進氣歧管最成熟的生產工藝，其生產效率高，成本低。

本項目以摩擦焊作為主要制造方式，工藝路線定義為：摩擦焊—嵌件安裝—檢測。

3.2 設備選型

摩擦焊機，熱插機，冷插機，位置檢測機，密封試驗機，爆破試驗機。

3.3 工藝參數設定

對由連接法蘭、支管和總管組成的進氣歧管試樣進行試驗和分析。振動焊接分兩次進行，先將連接法蘭與支管焊接在一起，然后再將總管焊在上述組件上?？偣鼙戎Ч苡行е睆缴源?，因而所承受的應力最大，對總管進行工藝參數的試驗研究意義重大。通過靜壓破裂試驗，檢查破壞的零件，確定破裂源產生在焊縫上。焊縫的破裂強度以歧管破裂時施加的壓力為參考數據。通過對數據的分析，夾緊壓力是影響歧管的破裂強度(即焊接強度）的最大因素，其次是焊縫的熔化寬度，最小影響是振動振幅［3］。

綜上所述，合理選擇焊接工藝參數，有效提高歧管的振動焊接強度；降低夾緊壓力可提高歧管焊接強度；優(yōu)化焊縫熔化寬度，可使歧管獲得最大焊接強度，焊機上位夾具的振幅對歧管的焊接強度的影響不大。

3.4 樣件驗證實驗

3.4.1 爆破實驗

表1

圖1

3.4.2 性能參數驗證

依據GB/T18297-2001《汽車發(fā)動機性能試驗方法》標準，通過合理的實驗手段，進一步驗證產品的性能指標，主要試驗如下：熱老化試驗、交變試驗、低溫循環(huán)試驗、正壓氣密試驗、沖擊試驗、嵌件撥出試驗、嵌件扭矩試驗、耐化學試驗、靜態(tài)強度試驗、煙霧試驗、振動試驗等。

4 結論

經過樣品結構強度試驗驗證以及性能參數試驗驗證，確認塑料進氣歧管符合技術要求。生產線布置合理，工藝路線完整，作業(yè)文件齊全，可轉化為實際生產能力，達到量產標準。

［1］朱芝培.汽車零部件塑料化發(fā)展趨勢［J］.廣東塑料，2004（6）：54-58.

［2］張穎.MPI公司談進氣歧管設計需要專業(yè)化經驗［J］.汽車與配件，2004（10）：72-74.

［3］顧宏中.內燃機中氣體流動及數值分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1985.