汽车发动机进气歧管的分片注塑结构工艺优化设计研究

郭容 宋宁 刘咸超

摘 要：进气歧管塑料化是汽车轻量化的要求，塑料进气歧管不仅质轻，而且由于内壁光滑，可改进气体流动性，提高气体流量，进气效率高，隔热效果好，因而能提高发动机性能和燃料利用率。由于焊接技术的提高，可制作从简单到复杂的塑料进气歧管，把复杂的进气歧管分片注塑成型，利用振动摩擦焊接组焊成型。分片注塑结构工艺优化，可降低模具成本，避免注塑制品缺陷，提高制品性能。

关键词：进气歧管；分片注塑；结构工艺

1 汽车进气歧管用塑料和制造成型方法

欧美塑料进气歧管研究和开发应用均领先于日本，Solvay 公司生产的 35%玻纤增强塑料（Amodel A-6135HSL ）已被用于制备名叫 LSX 的进气歧管，替代现有的标准尼龙进气歧管， LSX 进气歧管比现有标准尼龙（PA）进气歧管轻 25%左右。美国杜邦公司开发出了激光焊接PA66 配和混料的新型复合塑料。德国BASF 公司开发的激光焊接PA6 塑料（UltramidB3GLT）的激光透过率高达 72%，缩短了焊接时间，能制备形状复杂的进气歧管。

塑料进气歧管的加工技术主要是熔芯注塑技术和振动摩擦焊接技术。熔芯注塑技术是应用最早、最成熟的塑料进气歧管生产工艺，但是成本较高。振动摩擦焊接技术将把复杂的进气歧管结构分解为能一次成型的分片塑件，分片注塑，把各个分片塑件结合振动摩擦焊接技术组焊，再进行零部件的装配。此种制造工艺有制造简单，可靠性好的优点，制造成本远低于熔芯法。

2 汽车塑料进气歧管的分片概念设计

发动机塑料进气歧管通常可分2片、3片，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焊。把产品分割成2片时，倾斜区间就变得比较长，此部位与治具的吻合度调整就比较困难，为了达到稳定的焊接品质，建议分割为3片的结构，但两片的结构的优点是减少工程，节减成本根据产品的形状，注塑模具的结构及振动焊接结构特点等原因，两片的结构不适合振动焊接的情况也有可能会发生。

3 分型面的设置

上片A塑件，考虑到分型面应尽量选在制品的端面处，选在塑件外形最大轮廓处，形状贴合塑件的形状为曲面，这样塑件更容易从型腔中脱出，也不影响外观。但是容易产生飞边，要设计好工艺，控制好飞边的产生，成型后要修整，为后续的焊接做准备。

中片B塑件，结构复杂，有四个半孔、横向深腔孔、凸台及孔，模具必然要设计侧向型芯，由于半孔是弯曲的，以深腔孔为侧抽芯方向，分型面設定在下端面处，有利于塑件顺利脱模，保证塑件内腔的精度。

下片C塑件，分型面选在塑件外形轮廓最大处，塑件在同一侧型腔内成型，制造精度得以保证，也满足外观质量要求。

4 制品壁厚

制品设计的壁厚应当尽量均匀，注塑成型中冷却时间的长短主要取决于制品壁厚，若制品局部较厚，则制品冷却时间较长，成型周期也相应延长，注塑成型的生产率降低。制品壁厚不均，收缩也必定不均匀，造成制品局部收缩或不应该有的内应力，导致制品变形甚至破裂。进气歧管设计的管道和壳体壁厚设计均匀，每种塑料都有各自理想的壁厚范围，如下表所示。发动机是汽车的心脏，对其周围部件的材料要求苛刻，尼龙+玻璃纤维（PA+GF）材料有较好的综合性能，使强度、制品精度、尺寸稳定性等有很大的提高，因此PA+GF材料已成为塑料进气歧管的主要材料。进气歧管的壁厚选为3mm，材料PA6/GF30，可以通过注塑模流分析对歧管注塑工艺进行优化，后续还要进行相应的实验测试性能。

5 增强制品强度的设计

增加制品的厚度可以提高成型制品的强度，但是增加制品的厚度会延长制品的冷却时间，降低注塑的生产率。为了保证制品的强度，可以设计加强肋增强制品的强度，同时也可以防止残余应力所导致的应变。加强肋的根部厚度为制品壁厚的1/2，防止背面发生收缩下陷的现象。增加肋的数目时，肋的间距以制品壁厚的4倍以上为合适，肋的根部厚度也应当超过制品壁厚的50%～80%。焊接面不能直接加压时需要增设加强筋。

6 小结

发动机进气歧管的塑料化是全球性的趋势，中国也不例外。随着欧4排放标准的推出，要求新型的发动机进气歧管必须配备电控可变进气阀等复杂的内部控制机构，而金属进气歧管却难以满足这一要求。因此，开发性能优异的塑料进气歧管是适应未来发动机技术进步的必然要求。

参考文献：

[1]严昶，等.CA4GE发动机塑料进气歧管的开发.汽车工艺与材料，2005，06.

[2]唐伟家，等.汽车进气歧管用塑料及其成型方法.汽车工艺与材料， 2004，10.

[3]乐旭辉.关于汽车发动机进气歧管的设计技术研究.科技博览，2014，23.

作者简介：郭容（1985），女，汉族，重庆荣昌人，本科，讲师，研究方向：模具设计与制造技术。