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        塑料進氣歧管設(shè)計開發(fā)

        2015-11-23 13:22:12
        河南科技 2015年15期
        關(guān)鍵詞:樣件型腔塑料

        郝 兵

        (天津卡達克汽車高新技術(shù)公司,河北 天津 300000)

        1 塑料進氣歧管結(jié)構(gòu)設(shè)計

        進氣歧管的結(jié)構(gòu)是根據(jù)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(jù)發(fā)動機特性參數(shù):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(shè)計參數(shù)。在進氣歧管型腔設(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)[1]。

        2 快速成型及性能試驗

        塑料進氣歧管設(shè)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(chǔ)上,對進氣歧管進行三維結(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(shù)(RAPID PROTOTYPING,簡稱RP技術(shù))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(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(shù)據(jù)格式。將塑料進氣歧管的造型設(shè)計數(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(nèi)渦流等參數(shù)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(shè)計方案的對比。同時,試驗測試結(jié)果為一維計算提供初始化參數(shù),還可用來驗證三維流場模擬結(jié)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(chǎn)工藝研究

        3.1 生產(chǎn)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(chǎn)生的熱經(jīng)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(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:將進氣管和軟管接頭封閉,在進氣管內(nèi)部施0.06MPa的氣壓,當漏氣量≤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(xiàn)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(chǎn)工藝,其生產(chǎn)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(shè)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(shù)設(shè)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(yīng)力最大,對總管進行工藝參數(shù)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(chǎn)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(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(shù),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(shù)驗證

        依據(jù)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(chǎn)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(jié)論

        經(jīng)過樣品結(jié)構(gòu)強度試驗驗證以及性能參數(shù)試驗驗證,確認塑料進氣歧管符合技術(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)化為實際生產(chǎn)能力,達到量產(chǎn)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(shè)計需要專業(yè)化經(jīng)驗[J].汽車與配件,2004(10):72-74.

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

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