改性尼龍進(jìn)氣歧管的大揭秘

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改性尼龍進(jìn)氣歧管的大揭秘
發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管是汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)主要部件之一，傳統(tǒng)材料為鑄鋁，空氣通過(guò)進(jìn)氣歧管的分配進(jìn)入到各氣缸內(nèi)，使燃?xì)獬浞秩紵０l(fā)動(dòng)機(jī)部件要求性能為耐 -40~150 寬范圍溫度的耐熱性、耐熱老化、耐燃油、耐各種潤(rùn)滑油、耐化學(xué)性（包括道路上的氯化鈣等），耐落錘沖擊性、振動(dòng)和音頻衰減性，對(duì)振動(dòng)和外力有優(yōu)良的耐久性,另外材料還應(yīng)密度小、翹曲小、成型容易。

所以，一開(kāi)始就選用增強(qiáng)尼龍為主要材料。塑料進(jìn)氣歧管不僅質(zhì)輕，而且由于內(nèi)壁光滑，改進(jìn)氣體流動(dòng)性（提高流量），隔熱效果好，進(jìn)氣效率高，因而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能和燃料利用率。

國(guó)外早在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始研究樹(shù)脂基復(fù)合材料汽車(chē)進(jìn)氣歧管。與傳統(tǒng)的金屬進(jìn)氣歧管相比，樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)氣歧管的優(yōu)點(diǎn)為：

①輕量化，可以減輕40％-60％；

②零件數(shù)量減少，易于實(shí)現(xiàn)多零件的集成和整體成型；

③提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，由于復(fù)合材料管內(nèi)表面的平滑性和低的傳熱系數(shù)而使吸人空氣的溫度降低。

因此用樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)氣歧管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬進(jìn)氣歧管已成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

在歐洲、美國(guó)和日本等國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)普通用車(chē)(主要是轎車(chē))采用塑料進(jìn)氣歧管。目前國(guó)外轎車(chē)用汽油機(jī)90％都采用塑料進(jìn)氣歧管。

塑料進(jìn)氣歧管的常用材料

塑料進(jìn)氣歧管的材料，不論用那種材料都必須能承受住現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的苛刻環(huán)境。因此，為了保證塑料進(jìn)氣歧管能長(zhǎng)期正常工作，材料的耐熱、耐老化、抗拉強(qiáng)度、剛性和抗蠕變性能非常重要。

目前塑料進(jìn)氣歧管的材料主要使用尼龍(PA)／玻璃纖維(GF)復(fù)合材料。這種材料不僅具有較好的機(jī)械性能、更輕質(zhì)、韌性好、耐水，耐酸堿性、生產(chǎn)周期短、適合大批量工業(yè)生產(chǎn)、為環(huán)境友好型材料等優(yōu)點(diǎn)。

尼龍中加入玻璃纖維可以增加塑料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度及彈性，提高產(chǎn)品的抗沖擊和抗拉伸能力，同時(shí)也能提高產(chǎn)品的工藝尺寸穩(wěn)定性。缺點(diǎn)就是注塑時(shí)容易出現(xiàn)玻璃纖維外露，質(zhì)量難以保證。

尼龍品種中有尼龍6和尼龍66，在常溫狀態(tài)下，玻纖增強(qiáng)的尼龍66與尼龍6的各項(xiàng)性能均十分優(yōu)異，但玻纖增強(qiáng)尼龍66的抗拉強(qiáng)度、熔點(diǎn)和抗蠕變性均高于玻纖增強(qiáng)尼龍6，而尼龍6的抗沖強(qiáng)度高于尼龍66。在長(zhǎng)時(shí)間高溫狀態(tài)下，尼龍66各項(xiàng)性能的下降程度均比尼龍6低，性能保持較好。在塑料進(jìn)氣歧管材料的選擇上，可按成型工藝來(lái)選擇。

近年來(lái)，已開(kāi)發(fā)出專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于振動(dòng)摩擦焊的尼龍66，可適用于激光焊接玻纖增強(qiáng)尼龍6、尼龍66等并已應(yīng)用于生產(chǎn)。

塑料進(jìn)氣歧管的新型材料

(1)聚鄰苯二酞胺

目前國(guó)外已使用聚鄰苯二酞胺(PPA)制造進(jìn)氣歧管，并己應(yīng)用到克爾維特、卡麥羅、火鳥(niǎo)車(chē)型的LSl和L56發(fā)動(dòng)機(jī)用進(jìn)氣歧管。此種類(lèi)型的進(jìn)氣歧管通常設(shè)計(jì)成三個(gè)部分，通過(guò)螺栓一起固定到發(fā)動(dòng)機(jī)上。在高溫高濕狀態(tài)下，PPA的拉伸強(qiáng)度比PA6增加20％，也比PA66更高。此外在低速低負(fù)荷時(shí)，其功率、扭矩提高幅度可達(dá)10％以上。

比利時(shí)的Solvay公司推出的35%玻纖增強(qiáng)的PPA(聚鄰苯二酰胺)已用于LSX的進(jìn)氣歧管，與現(xiàn)有尼龍進(jìn)氣歧管相比，質(zhì)量減輕25%，各項(xiàng)性能優(yōu)異，且提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

(2)酚醛樹(shù)脂

德國(guó)寶馬公司生產(chǎn)的BMW735i和745i新系列轎車(chē)的AIM采用熱固性酚醛樹(shù)脂為材料，寶馬公司、德國(guó)鮑姆加藤的模具體系生產(chǎn)廠(Pierburg公司)和材料供應(yīng)廠(比利時(shí)Vyncolit N.Y公司)共同開(kāi)發(fā)完成了這個(gè)項(xiàng)目。新材料 VyncolitX 7250是玻纖和玻璃微珠增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂，在140攝氏度下仍具有高剛性，制品平均壁厚僅3mm。

(3)尼龍/SPS共混物

俄羅斯最大的汽車(chē)生產(chǎn)廠Avtovaz公司在俄羅斯的汽車(chē)也采用了塑料進(jìn)氣歧管，材料是美國(guó)Dow公司的35％玻璃纖維增強(qiáng)間規(guī)聚苯乙烯(SPS)和尼龍(PA)共混物Qustra N，用于其3個(gè)Lada發(fā)動(dòng)機(jī)(SOHV 1.5SoHV 1.6和DOHC 1.6)。Qustra N以尼龍6、尼龍66或尼龍6/尼龍66共混物為連續(xù)相，因此仍保持尼龍良好的加工性和表面外觀。

分散相SPS降低材料的吸濕性、提高尺寸穩(wěn)定性和抗翹曲性，SPS在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩下溫度環(huán)境中仍基本保持原有的力學(xué)性能。AIM用材料的牌號(hào)為Qustra N WA 9735-01。

塑料進(jìn)氣歧管的成型工藝

塑料進(jìn)氣歧管的成型工藝較為復(fù)雜，這是因?yàn)橐话愕淖⑸涑尚图夹g(shù)難以加工如此形狀復(fù)雜的較大型中空部件。國(guó)外在這方面進(jìn)行了大量的研究工作．已開(kāi)發(fā)出熔模型芯法、模具滑合注射成型法、模具旋轉(zhuǎn)注射成型法、振動(dòng)焊接法，以及注射模塑復(fù)合成型法等成型加工方法，但目前主要采用熔模型芯工藝和振動(dòng)焊接工藝。

熔模型芯法

熔模型芯法也稱(chēng)熔芯注塑成型技術(shù)，其工藝示意圖見(jiàn)圖1。該工藝是用低熔點(diǎn)的金屬(多用錫鉍合金)制作注塑模具的型芯，作為嵌件安放在模腔中，經(jīng)注射成型、脫模后，再把制品放人特殊的熱浴中，使型芯熔化回收再利用。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是較快的整體成型與生產(chǎn)率、較高的成品率，能成型形狀非常復(fù)雜的中空零件，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

與振動(dòng)焊接工藝比較，熔模型芯成型工藝具有操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，故得到了廣泛的應(yīng)用。

注塑成型要求使用精密注塑機(jī)，克重要求為l000~0.05g。因注塑克重不足，易使產(chǎn)品產(chǎn)生微孔，當(dāng)受到振動(dòng)和回火壓力沖擊時(shí)，易使塑料進(jìn)氣歧管破裂，中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司采用了德國(guó)Demag公司的Closed LoopControi式注塑機(jī)。

振動(dòng)焊接工藝

振動(dòng)焊接工藝基本上是一種簡(jiǎn)單的摩擦焊，將兩種分開(kāi)的熱塑性零件壓合后沿同一軸線以一定振頻率做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使接觸部分摩擦受熱并熔化，振動(dòng)停止后形成焊縫，將兩個(gè)零件焊接在一起。振動(dòng)焊接工藝投資少、成本低，但由于存在氣道部分內(nèi)壁未焊透等問(wèn)題，焊縫仍為薄弱點(diǎn)，現(xiàn)階段僅在柴油機(jī)的進(jìn)氣歧管上得到應(yīng)用。

在焊接成型時(shí)，焊接縫上增強(qiáng)材料的玻璃纖維排列發(fā)生了變化，起不到增強(qiáng)作用，焊接縫的焊接強(qiáng)度對(duì)抗爆破壓力影響很大，焊接縫處得不到玻璃纖維增強(qiáng)，其抗爆破壓力強(qiáng)度決定于基礎(chǔ)材料。在靜態(tài)壓力測(cè)試中，尼龍6的焊接強(qiáng)度性能高于尼龍66，這是尼龍6適用于振動(dòng)摩擦焊接成型方法的原因。

CA4GE發(fā)動(dòng)機(jī)塑料進(jìn)氣歧管的成型方法選擇了振動(dòng)摩擦焊成型工藝，確定使用BASF公司的BASF 8233GWHS BK102 尼龍6玻璃纖維增強(qiáng)材料。

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