汽車點火高壓護套試驗設(shè)備、工裝技術(shù)分析研究

周海曉

（寧波光明橡塑有限公司，浙江 寧波 315000）

依據(jù)高分子材料學(xué)、聚合物加工理論、機械設(shè)計與制造理論、橡膠先進制造技術(shù)等，開發(fā)汽車點火高壓護套試驗設(shè)備、工裝技術(shù)分析和關(guān)鍵技術(shù)，進行應(yīng)急攻關(guān)技術(shù)研究，對成型加工、設(shè)備和模具設(shè)計等進行優(yōu)化，解決規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性等問題，最終實現(xiàn)成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及示范。

1 項目背景

據(jù)統(tǒng)計，中國汽車零部件企業(yè)超過10萬家，規(guī)模以上企業(yè)超過1.3萬家，創(chuàng)造了全球80%以上的零部件供應(yīng)，雖然規(guī)模大，但大而不強，中國汽車零部件企業(yè)對外資依賴很大，大量高精尖的核心部件仍需進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，2019 年中國汽車零部件進口額為367.1億美元，主要因為國內(nèi)無法生產(chǎn)滿足需求的總成/系統(tǒng)及核心元器件。

汽車行業(yè)CKD（全散裝件）模式的存在，導(dǎo)致多數(shù)高檔車型（國產(chǎn)奔馳、寶馬等）的核心關(guān)鍵元器件，如：發(fā)動機點火系統(tǒng)中的環(huán)保型高耐溫自潤滑型高壓護套，還是100%依賴從日本 Fujikura 、美國QSR、Jamak進口，而高壓護套是汽車動力總成中的關(guān)鍵核心零部件，如果受國外不確定因素影響，很有可能會出現(xiàn)斷供風(fēng)險。

針對高壓護套的研究，國內(nèi)外主要是圍繞橡膠體系的成分、硫化機理、耐熱機理等方面，目的是提高高壓護套的耐熱、老化性能。近年來隨著各大主機廠對點火線系統(tǒng)高壓護套的環(huán)保、耐熱和使用壽命等要求越來越高，提升高壓護套性能和生產(chǎn)裝備的智能化水平勢在必行。由于高壓護套通常采用橡膠制成，橡膠本身的結(jié)構(gòu)特性以及硫化過程難以控制，要制備環(huán)保型高耐熱性的高壓護套還存在諸多困難。開發(fā)汽車點火高壓護套試驗設(shè)備、工裝技術(shù)分析和關(guān)鍵技術(shù)，進行應(yīng)急攻關(guān)技術(shù)研究，對成型加工、設(shè)備和模具設(shè)計等進行優(yōu)化。

項目的技術(shù)成果不僅可有力地提升我國在汽車點火系統(tǒng)高壓護套產(chǎn)品裝備方面的關(guān)鍵性能指標(biāo)和自動化水平，同時也解決了行業(yè)“瓶頸”問題，促進了相關(guān)行業(yè)技術(shù)變革與發(fā)展，對提升寧波市乃至國家的材料研發(fā)技術(shù)水平做出一定的貢獻。

1.1 項目實施的必要性

中國汽車自主品牌的發(fā)展，完全依靠國際供應(yīng)鏈很難獲得話語權(quán)，必須通過不斷自主研發(fā)掌握核心技術(shù)，學(xué)習(xí)華為的“備胎計劃”，關(guān)鍵時刻要能頂上，不至于因斷供“猝死”。本項目汽車點火高壓護套是汽車發(fā)動機上點火系統(tǒng)的關(guān)鍵橡膠零部件，對發(fā)動機點火時瞬間產(chǎn)生的高電壓起到保護作用，耐受高溫、高壓、油氣侵蝕等苛刻工況，它的性能和使用壽命直接決定整個點火系統(tǒng)的壽命。項目研究將采用理論研究與應(yīng)用開發(fā)相結(jié)合的方法來進行。依據(jù)聚合物加工理論、機械設(shè)計與制造理論、橡膠先進制造技術(shù)等，開發(fā)汽車點火高壓護套關(guān)鍵技術(shù)，對成型加工、設(shè)備和模具設(shè)計等進行優(yōu)化，解決規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性等問題，最終實現(xiàn)成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及示范。

項目的技術(shù)成果不僅可有力地提升我國在汽車點火系統(tǒng)高壓護套產(chǎn)品裝備方面的關(guān)鍵性能指標(biāo)和自動化水平，同時也解決了行業(yè)“瓶頸”問題，促進了相關(guān)行業(yè)技術(shù)變革與發(fā)展，對提升寧波市乃至國家的材料研發(fā)技術(shù)水平做出一定的貢獻。

1.2 項目研究的技術(shù)路線和方法

本項目研究將采用理論研究與應(yīng)用開發(fā)相結(jié)合的方法來進行。依據(jù)高分子材料學(xué)、聚合物加工理論、機械設(shè)計與制造理論、橡膠先進制造技術(shù)等，開發(fā)新型環(huán)保耐高溫自潤滑高壓護套材料和關(guān)鍵技術(shù)，進行應(yīng)急攻關(guān)技術(shù)研究，對材料制備、成型加工、設(shè)備和模具設(shè)計等進行設(shè)計優(yōu)化，解決規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、系列化等問題，最終實現(xiàn)成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及示范。

2 汽車點火高壓護套成型模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝優(yōu)化

現(xiàn)有一般模具技術(shù)生產(chǎn)項目產(chǎn)品，需浪費至少15%～20%的硅橡膠原材料。為此，擬采用在模具中設(shè)計冷流道噴嘴裝置，從而在一次開模過程中，可減少大部分的廢料。而且芯管內(nèi)部的膠材始終保持在40～60℃，使原材料不至于受高溫硫化，以方便下一次注射。因此，生產(chǎn)過程匯總注射時間縮短、單班生產(chǎn)效率提高15%，材料浪費率下降至5%，效益得到大幅提高。此外，項目擬采用抽真空精密成型模具，可減少和消除窩氣現(xiàn)象，提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，進一步減少膠料用量，并提高產(chǎn)品的自動化水平。

項目產(chǎn)品采用的冷流道注射成型模具工藝，相鄰四個型腔共用一個第一支流管，因此在排布同樣數(shù)量型腔的情況下大大減少了第一支流管的數(shù)量，將進膠口連通至型腔底部與側(cè)壁的邊緣處，完成進膠過程，只需要對該火花塞套的底部邊緣處進行修剪就可以達到客戶要求。哈夫塊采用引進美國的 H13空淬硬化熱作模具鋼，模具整體采用淬火處理，型腔表面用日本大金特氟龍進行處理，具有不粘性、耐磨性、耐腐蝕性、耐高低溫，使飛邊極易清除干凈。采用技術(shù)創(chuàng)新的冷流道技術(shù)，可節(jié)約原材料，注射成型時間縮短，并采用模具抽真空技術(shù)，廢品率低，毛邊尺寸小，料板一次性脫模，提高效率。

3 汽車點火高壓護套的成型加工和綜合性能評價

對于高壓護套的性能評價，除了常規(guī)的拉伸性能測試、耐熱性能等之外，耐電壓性能和極限高溫性能測試及評價非常重要。對于高壓護套使用過程中除了金屬雜質(zhì)，還有熟飛邊黏附、各種其他雜質(zhì)、開裂、氣泡等風(fēng)險點存在引起高壓擊穿。因此開發(fā)功能完善的耐電壓檢測設(shè)備很有必要，該設(shè)備可以實現(xiàn)長期穩(wěn)定的工作，保持2萬伏電壓，確保高壓護套100%通過功能性測試。

此外，高壓護套工作在發(fā)動機惡劣的高溫環(huán)境下，開發(fā)一套模擬發(fā)動機高溫環(huán)境的測試設(shè)備是需要的，現(xiàn)有的高溫烘箱均是熱風(fēng)模式，無法完全模擬發(fā)動機工況。采用近距離熱輻射達300℃的模擬測試設(shè)備將能有效測試材料的耐高溫等級。

4 汽車點火高壓護套制造工藝及參數(shù)優(yōu)化研究

針對傳統(tǒng)高壓護套生產(chǎn)大量依賴人工作業(yè)，產(chǎn)品一致性較差且生產(chǎn)效率低，本項目擬在產(chǎn)品模具中增加多層無損傷易脫模裝置，脫模時，先把上模板和第一中套脫離第二中套，接著讓第二中套與下模板脫離開，此時產(chǎn)品還留在第二中套上，然后將下模板移入，最后利用頂出機構(gòu)的頂柱頂在產(chǎn)品的下表面，頂柱頂在產(chǎn)品的外圍，第一凸起頂在內(nèi)側(cè)，這樣就可以把產(chǎn)品從第二中套里給頂出來，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量一致。

圖1 耐電壓測試設(shè)備

圖2 極限高溫測試裝置

圖3 脫模裝置

此外，產(chǎn)品中禁止混入任何潛在的金屬碎屑、粉末等雜質(zhì)，對內(nèi)部金屬雜質(zhì)很難檢出，因此本項目擬開發(fā)金屬探測裝備。該設(shè)備利用磁感應(yīng)線切割產(chǎn)生電流原理，如果有金屬雜質(zhì)混在護套內(nèi)部，護套通過磁感應(yīng)線則會鳴叫報警。

圖4 金屬探測裝備

5 結(jié)語

項目成果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，項目的成功實施，可有力地提升我國在汽車點火高壓護套及裝備方面的關(guān)鍵性能指標(biāo)和智能化水平，同時也解決了行業(yè)的“卡脖子”問題，促進了相關(guān)行業(yè)技術(shù)變革與發(fā)展，對提升國家的智能制造裝備技術(shù)水平做出一定的貢獻。產(chǎn)品可應(yīng)用于軍工、航天航空、汽車配件、家用電器等領(lǐng)域。