郝 兵

（天津卡達(dá)克汽車高新技術(shù)公司，河北 天津 300000）

1 塑料進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的類型、布置形式以及其他一些因素所決定的。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)：功率、扭矩等，缸蓋詳細(xì)2D/3D圖以及歧管周圍空間布局，建模塑料進(jìn)氣歧管3D模型。針對進(jìn)氣歧管型腔，利用CFD軟件進(jìn)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(shè)計(jì)參數(shù)。在進(jìn)氣歧管型腔設(shè)計(jì)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(yīng)特別注意在總損失中占比重很大的穩(wěn)壓腔和進(jìn)氣歧管間過渡圓角盡可能大，以形成喇叭口結(jié)構(gòu)［1］。

2 快速成型及性能試驗(yàn)

塑料進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)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(chǔ)上，對進(jìn)氣歧管進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)造型，為完成穩(wěn)態(tài)流量測試、空間安裝驗(yàn)證和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)測試等測試，利用快速原型技術(shù)(RAPID PROTOTYPING，簡稱RP技術(shù)）制作塑料進(jìn)氣歧管樣件。

“分層制造，逐層疊加”作為快速原型制造技術(shù)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(jié)構(gòu)外形復(fù)雜的實(shí)體樣件。STL文件是CAD軟件與快速原型切片軟件的接口數(shù)據(jù)格式。將塑料進(jìn)氣歧管的造型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL格式，并輸入快速原型設(shè)備中用切片軟件進(jìn)行模型切片，快速成型機(jī)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(shí)物樣件，然后進(jìn)行后期固化處理，增加其強(qiáng)度，完成實(shí)物樣件的制作。

塑料進(jìn)氣歧管快速樣件進(jìn)氣流量、瞬態(tài)流速以及滾流比、缸內(nèi)渦流等參數(shù)可利用氣道穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，有助于評(píng)價(jià)進(jìn)氣歧管的流通能力和多種設(shè)計(jì)方案的對比。同時(shí)，試驗(yàn)測試結(jié)果為一維計(jì)算提供初始化參數(shù)，還可用來驗(yàn)證三維流場模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性［2］。

塑料進(jìn)氣歧管性能要求，以及與發(fā)動(dòng)機(jī)物理搭載，可利用臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。

3 塑料進(jìn)氣歧管生產(chǎn)工藝研究

3.1 生產(chǎn)工藝路線

發(fā)動(dòng)機(jī)附件的塑料化開始自20世紀(jì)70年代。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的熱經(jīng)過輻射、傳導(dǎo)、對流以及受大氣環(huán)境影響，發(fā)動(dòng)機(jī)周邊的溫差范圍是-40～140℃。對于4G15發(fā)動(dòng)機(jī)塑料進(jìn)氣歧管的具體技術(shù)要求：

a）除內(nèi)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(jìn)氣管和軟管接頭封閉，在進(jìn)氣管內(nèi)部施0.06MPa的氣壓，當(dāng)漏氣量≤60ml/min為合格。

c）制成品外表面應(yīng)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(nèi)表面光滑，要求平整無毛刺，內(nèi)表面焊接線溢料≤1mm，內(nèi)部清潔度≤10mg。

d）密封圈安裝平整，無起鼓、凹凸不平等現(xiàn)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(dòng)摩擦焊、熱板焊成為塑料進(jìn)氣歧管制造主要工藝方法，最近還出現(xiàn)了高溫誘導(dǎo)焊和熱電阻焊。目前，多片振動(dòng)摩擦焊是塑料進(jìn)氣歧管最成熟的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)效率高，成本低。

本項(xiàng)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(shè)備選型

摩擦焊機(jī)，熱插機(jī)，冷插機(jī)，位置檢測機(jī)，密封試驗(yàn)機(jī)，爆破試驗(yàn)機(jī)。

3.3 工藝參數(shù)設(shè)定

對由連接法蘭、支管和總管組成的進(jìn)氣歧管試樣進(jìn)行試驗(yàn)和分析。振動(dòng)焊接分兩次進(jìn)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睆缴源螅蚨惺艿膽?yīng)力最大，對總管進(jìn)行工藝參數(shù)的試驗(yàn)研究意義重大。通過靜壓破裂試驗(yàn)，檢查破壞的零件，確定破裂源產(chǎn)生在焊縫上。焊縫的破裂強(qiáng)度以歧管破裂時(shí)施加的壓力為參考數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)的分析，夾緊壓力是影響歧管的破裂強(qiáng)度(即焊接強(qiáng)度）的最大因素，其次是焊縫的熔化寬度，最小影響是振動(dòng)振幅［3］。

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

3.4 樣件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

3.4.1 爆破實(shí)驗(yàn)

表1

圖1

3.4.2 性能參數(shù)驗(yàn)證

依據(jù)GB/T18297-2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，通過合理的實(shí)驗(yàn)手段，進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品的性能指標(biāo)，主要試驗(yàn)如下：熱老化試驗(yàn)、交變試驗(yàn)、低溫循環(huán)試驗(yàn)、正壓氣密試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、嵌件撥出試驗(yàn)、嵌件扭矩試驗(yàn)、耐化學(xué)試驗(yàn)、靜態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)、煙霧試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)等。

4 結(jié)論

經(jīng)過樣品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證以及性能參數(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)塑料進(jìn)氣歧管符合技術(shù)要求。生產(chǎn)線布置合理，工藝路線完整，作業(yè)文件齊全，可轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)能力，達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

［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(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)需要專業(yè)化經(jīng)驗(yàn)［J］.汽車與配件，2004（10）：72-74.

［3］顧宏中.內(nèi)燃機(jī)中氣體流動(dòng)及數(shù)值分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1985.