1、汽车发动机塑料进气歧管注塑工艺研究和应用摘 要发动机进气歧管塑料化是汽车发动机进气歧管的发展趋势，塑料进气歧管相对于传统的铝制进气歧管而言具有很大的优势，质量较轻，节省材料和降低制造成本本文通过对汽车发动机塑料进气歧管注塑成型工艺进行研究，分析其中存在的问题，并提出相应改进对策。 关键词进气歧管；塑料；振动摩擦焊接；翘曲变形；熔接痕； 中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0370-01 节能减排是汽车工业发展的趋势，功能性塑料正是伴随着汽车工业的发展而得到的快速的推广和应用， 功能塑料作为一种新型的工业材料，正在不断代替金属材料。具有某些特殊
2、机能的塑料材料称为功能塑料，功能塑料质量轻、成本低，性能优异。功能塑料抗腐蚀能力强，制造成本低，容易成型，耐用防水，绝缘性好。这些优异的性能使功能塑料有广阔的发展空间.随着现代汽车工业的发展，功能塑料和汽车制造工艺紧密联系，进气歧管作为发动机的重要组成部分，塑料化的进气歧管近几年得到了快速发展和较普遍的应用。众所周知，发动机的运转需要充足均匀的混合气，提供这种混合气的主要部件就是发动进气歧管。进气歧管的性能好坏直接影响发动机的综合性能。除此之外，发动机电喷系统中的主要传感器和执行器还需要利用发动机进气歧管提供结构支撑，同时发动机机舱空间布置的约束，导致了进气歧管结构的复杂性，因此塑料进气管的开
3、发在产品设计、模具设计制作和生产注塑、振动摩擦焊接及总装过程，具有较高的技术和工艺难度。 一、进气歧管塑料化的优势 制作塑料的进气歧管通常选用的的材料是尼龙+玻纤，进气歧管的塑料化优点多，首先，塑料和金属相比，质量轻，可以降低进气歧管的重量。其次，从导热方面，用塑料制作进气歧管可以大幅度的减少发动机热量损耗。第三，从金属和塑料本身而言，塑料进气歧管内壁比金属进气歧管内壁粗糙度小，选用塑料进气歧管管可以大幅减少发动机内空气流动阻力，使发动机的进气更加顺畅和均衡。 就进气歧管制作成本而言，金属进气歧管制作工艺繁琐，流程麻烦，成品率低，且制作过程对机械依赖性较高。而塑料进气歧管普遍采用注塑工艺，注塑
4、成型周期短，生产效率高，上述可见，塑料化的发动机进气歧管都比金属制作的进气歧管具有较多的优势 二、发动机进气歧管生产工艺流程 发动机塑料进气歧管总成通常有 2 片、3 片组成，复杂结构的歧管有4 片或者 5 片组成。歧管的各片注塑成型，采用振动摩擦焊接组成。 振动摩擦焊接主要是通过被焊接的歧管上、下片在压力的作用下进行摩擦融合，直到焊接接触面的温度能够达到充分熔融状态的焊接方法。振动摩擦焊接熔融材料较少，焊接周期短，生产效率高，焊接强度高，能够满足歧管爆破压力的需要。发动机塑料进气歧管的一般生产工艺流程如下图所示： 三、歧管注塑工艺中存在的问题和相应对策 塑料歧管在注塑过程中由于产品设计、模具
5、设计或者注塑工艺的不确定可能出现多种缺陷，如：歧管飞边、毛刺；缺料；缩痕；喷流痕；变形、熔接痕等。歧管变形和歧管熔接痕严重影响歧管的强度，下面对歧管变形和熔接痕的成因及对策进行详细阐述 （一）歧管注塑变形的成因和对策 歧管注塑变形将会影响歧管的尺寸精度和装配精度，变形过大甚至会导致整个歧管总成的报废。歧管注塑变形的原因有： 1.歧管内的残余内应力产生的变形：歧管内的残余内应力主要来源于，一是注射和保压时，流动产生的应力和剪切应力，二是热熔塑料在迅速冷却时，不均衡的密度变化和不均匀的冷却产生的残余应力。应力的存在会使歧管出现翘曲变形的现象，变形过大，将严重影响歧管总成摩擦焊接的强度，降低歧管的功
6、能，因此必须要降低和避免由于应力影响而使歧管发生翘曲变形的现象。通常有以下几点对策：歧管注塑工艺条件的控制：使用较高的机筒温度，保证物料的良好塑化，提高模具温度，降低注塑压力，冷却均匀。歧管产品设计时应该注意的问题：歧管的壁厚要保持均匀，渐变壁厚和圆角过渡，要避免缺口、尖角的存在，避免歧管内由于产品形状而形成的应力。歧管模具设计时要根据歧管的几何形状和壁厚的情况，布置合适的浇口位置、选择合适的浇口大小、流道截面积和形状，要进行充分的模流分析和优化，对比。图示歧管翘曲变形模流分析的案例： 2.其它变形的原因和对策：歧管顶出时还没有冷却到一定温度，这种情况下需要降低塑料温度、降低模具温度，延长冷却
7、的时间，调整产品的顶出时间；歧管模具顶出系统不平衡，需要改善和优化歧管模具的顶出系统，使歧管顶出时布置均衡；歧管模具温度不均匀，动模和定模温差过大，存在热的应力，这种情况下需要平衡歧管模具的串水系统，必要时采用铍青铜加强模具的冷却。 （二）歧管内熔接痕的成因和对策 歧管在注塑过程中，熔融的塑料从浇口流到模腔内，两股料流交汇时形成了熔接痕，熔接痕的存在将直接影响歧管的机械性能。熔接痕的形成原因主要有：填充物添加过多，料流交汇处料流结合不良，排气不顺畅，料温和模温太低，流动性不好，料流交汇处温度下降过快，注射压力或者注射速度较低，导致料流结合处结合不好，浇口过小或者浇口位置不合理，导致料流阻力较大
8、从而导致料流交汇处温度下降过快，而形成了熔接痕。熔接痕的存在严重影响了歧管的强度，因此必须采取措施减轻和消除熔接痕的存在：由上述可知熔接痕的产生与歧管的形状及浇口的位置有关，因此可以通过改变浇口的位置及浇口的尺寸来调整熔接痕的位置，降低或者消除对歧管强度的影响。塑料熔体在充模过程中，当流动性差的时候，料流汇合处的温度及压力变化较大，此时形成的熔接痕导致歧管的强度明显减低。因此必须提高熔体的流动性，可以通过提高注塑压力、加大浇口尺寸来改善熔体的流动性塑料熔体在充模的过程中，如果熔接区夹杂空气，会出现烧伤甚至料流不能熔合的状况。所以歧管模具的模腔必须要有排气的功能，通常采取的措施是顶杆排气、镶拼镶
9、块排气同时歧管模具内设有专门的排气槽。图示通过模流分析评估歧管熔接痕的案例： 结语 随着近几年汽车国产化的迅猛发展，汽车发动机塑料进气管的开发技术和工艺愈来愈成熟。塑料进气歧管要满足汽车轻量化、燃油经济性的要求，要适应节能减排、全球经济市场一体化的大趋势。在改善歧管表面质量、力学性能，提高歧管综合性能品质方面，塑料进气歧管的研发需要更进一步的开拓和创新。 参考文献 1刘芬，刁思勉，蔡考群，周华民，胡军辉. 发动机塑料进气歧管技术在节能环保汽车上的应用J. 材料研究与应用，2008， （4）：413-416. 2任中杰，肖琨，罗鹰. 轻质材料在汽车进气歧管中的应用J.材料开发与应用，2010， （2）：93-98. 3杨挺.汽车工业中塑料材料应用的现状及展望J. 化工新型材料，2013， （5）：1-4.
