塑料进气歧管开发介绍

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汽车工程研究院
FDM样件试验合格后，根据3D数模开塑料模 ，试制塑料进气歧管各分片，用粘接方法制 作塑料进气歧管样品；进行气道流动试验、 发动机性能试验、强化试验及检验试验等
摩擦焊夹具制造调试
设计制造摩擦焊夹具，并安装调试
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注 塑 机
HT2500注塑成型机
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图1.轨道式摩擦焊机
图2.热板式焊机 动摩擦焊机
图3.线性振
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超声波焊接原理：
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振动焊接原理：
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图1.超声波焊机
图2.轨道式振动摩擦焊机
图3.线性振动摩擦焊机
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根据修改后的3D 模型, 用FDM制作进气歧管样 件，装在样机上确定空 间安装布置是否合理， 而后安装在发动机缸盖 及发动机上进行气道试 验及性能试验，在震动 试验台上进行应力应变 试验。由FDM样件测试 结果确定设计方案的正 确性及工艺合理性
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汽车工程研究院 快速成型技术（Rapid Prototyping Technology ）是集成机械、电子、计算机、光学、新材料的 一种新型先进制造技术，与传统的去除材料加工 技术相比，它是通过逐层增加材料来制造零件的 。根据成型工艺的不同，可分为光固化快速成型 （SLA），熔融沉积成型（FDM），三维立体印刷 （3DP），选择性激光烧结（SLS），分层实体制 造（LOM）等。其制造原理都是采用分层累积成型 的制造方式，其中每一层的加工都是根据三维CAD 模型切片后得到的截面轮廓数据形成加工轨迹， 而快速成型系统加工时一般把STL文件作为输入接 口，STL文件是用许多空间的小三角面片对CAD模 型的逼近，其切片之后截面轮廓为一系列顺序连 接的线段所组成的封闭的多边形，数据量很大， 同时又要求快速、准确、自动进行。
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•进气歧管设计基本流程
CFD计算很重要
歧管的设计流程图，关键是CFD计算，合理的稳压腔、管长、管径来满 足主机厂要求的功率、扭矩、油耗目标值；
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进气歧管设计参数 •进气歧管设计参数
通过CFD计算，以及经验值得到以上相关的数据，结合实际机舱进行合 <#>/63 理布置。
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歧管爆破性能 分析
使用焊接强度经验参数，分析歧管在一定内压下能够承 受的最大爆破压力值，外壳面及焊缝处峰值应力分布及大小， 耐压水平判断，通过改善结构刚度，提高耐压水准；
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焊接断面分 析
分析歧管或罩盖焊接筋设计的合理性，分析焊接溢料空 间是否足够，是否满足稳定的工艺性。
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模流分析
分析产品模具结构设计的合理性，模流分析/冷却分 析/纤维取向和翘曲分析/浇口设计/流道平衡、提出优化方 案，改善设计； 通过分析结果,提出优化方案，改善设计、 降低注塑产品的变形量，判断注塑工艺带是否狭窄；
序号 (NO）
名称 ( analysis)
图片(graph)
用途(purpose)
一维性能仿真分析
1
计算进气歧管的轴线长度、稳压 腔体积，得到歧管瞬态入口压力和流 量，为三维瞬态CFD分析提高参数。
2
CFD分析
优化进气歧管的轴线走向、管截 面、稳压腔形状，判断并优化各管流 量均匀性，降低局部位置的压力损失； 同时可分析罩盖油气分离效率。
热震试验即温度交变试验，即使试件在高低温 下交替循环5次后，自然冷却至室温。
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低温冲击试验：
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将塑料进气歧管置于-40℃低温箱5h后，使一 个质量500g的钢球从1.2m的高处落到进气歧管稳压 箱顶部中央。检查进气歧管是否有裂纹及变形。
气密性检查：
在一定的压力下，检查水道及气道是否有泄漏。
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•进气歧管设计分析过程
序 号 名称(Analysis) 图片(Graph) 用途(Purpose)后不同温度下的各阶模态自 然频率,结构强度，分析产品的各阶模态，通过优化产品结构 避开发动机常速共振响应点；以期发现模态行为,按照要求修 改第一次模态频率,发现结构振动临界状态,确定在临界区域 的应力,提出优化方案；
进气歧管开发流程
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汽车工程研究院 塑料进气歧管原型设计 根据发动机的动力性要求计算进气歧管的稳压 腔容积、各歧管截面、长度、曲率等 塑料进气歧管三维结构设计
• 根据发动机进气歧管结构空间和传感器、执行器、
节气门及各配合面边界条件设计塑料进气歧管三 维结构
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一、轻量化： 目前国内、外轿车汽油机90%都采用塑料进气歧管，塑料进气 歧管的重量只是铝制进气歧管的40%，减轻了发动机整体重量；重量 的减轻就意味着能节省燃油和整车机动性能的提高。
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•项目的意义和必要性：
二、性能提高： 传统的进气歧管是铸件，铝合金材料制成，由于进气歧管结构 复杂，一般都采用金属模砂型铸造，其表面粗糙、充气阻力大 、质 量大，由于铝制进气歧管是由翻沙制成，管道内壁有大量小的凸凹 面，而这些凸凹面会使流进发动机的空气产生紊流现象，引起进气 不畅；塑料进气歧管由于是注塑成型，内壁十分光滑，对提高进气 充量很有帮助，由于塑料进气歧管的导热性低于铝进气歧管，使气 体受热膨胀率降低，提高了气体的密度，使气体进入燃烧室的温度 降低，这不仅改善了热起动性，还可以提高发动机的效率和扭矩。 三、成本降低： 塑料材质的产品其成本低于铝质产品，生产方式采用注塑成 型、振动摩 擦焊接的工艺，具有成型工序少、提高生产效率、 节省加工时间、降低装配时间的特点；塑料进气歧管生产效率和 产品合格率会比铝制进气歧管提高，塑料进气歧管与铝制进气 歧管相比，在大批量生产的前提下成本上也具有优势。
汽车工程研究院 一维流动计算
利用AVL-BOOST 一维发动机整 体性能模拟软 件对所设计的 发动机进气歧 管进行模拟， 并在此基础上 对3D模型进行 优化，修改
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图5.AVL-BOOST模拟结果（n=3000rpm,节气门全开）
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汽车工程研究院 三维流动计算
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●选区烧结法(SLS):材质有石蜡、塑
料、尼龙、陶瓷、包覆金属和裸金属 等，均为粉末状态。用50～100W的 CO2激光器作烧结工具，激光束作二 维选区扫描，使粉末“烧结”成型。 机床须具备送粉、铺粉、刮平及预热 等功能。这种方法价格便宜，精度较 高(±0.1mm)，可直接代替木模制砂 型。
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生产出来的塑料 进气歧管从外观 上看无缺陷即无 杂质、裂纹、弯 曲、收缩、焊瘤 等，外表平滑， 厚度均匀，肉眼 看不见明显的浮 面层
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汽车工程研究院
产品强度试验、 振动试验、冲击 试验、冷热冲击 试验、发动机台 架性能试验、发 动机台架耐久试 验
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•进气歧管分片设计
考虑到塑料进气歧管分片注塑成型，一般分成2、3、4片注塑，焊接组成； 1.分片注塑，充分考虑模具出模，注塑工艺等； 2.焊接筋设计，确定合适压力角、焊接深度、筋的配合等，从而保证产品 的强度。 3.歧管的相应部件设计：密封圈、衬套、铜螺母、支架、螺栓等。
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注塑成型过程仿真
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采用CAE技术，可以完 全代替试模，可以在模具 加工前，在计算机上对整 个注塑成型过程进行模拟 分析，准确预测熔体的填 充、保压、冷却情况，以 及制品中的应力分布、分 子和纤维取向分布、制品 的收缩和翘曲变形等情况， 有效地防止问题发生，大 大缩短了开发周期，降低 生产成本。
•进气歧管设计分析过程
序号
名称(Analysis) 图片(Graph) 用途(Purpose)
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噪音分析
分析歧管自身气流波动，不同频率下的表面速度和噪 声辐射类型,噪音功率,声场分布, 可能产生的噪音以及对 外部噪音辐射的响应，为优化产品结构提高参考；
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密封结构分析
分析罩盖密封结构设计的合理性，分析密封圈的压缩 强度是否在设定范围，以及密封圈反作用力对罩盖的影响, 法兰蠕变、热应力分析；
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汽车工程研究院 三维结构分析
对三维模型施 加各种载荷后 ，利用ANSYS有 限元软件分析 进气歧管强度 和变形，并指 导改进3D模型
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汽车工程研究院 制作快速成型（FDM）样件验证
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•进气歧管内壁和结构设计
主机厂提供相应的边界，技术参数，设计工程师进行歧管布置设计； 1.歧管的内壁、壁厚、安装法兰、油轨孔、支架孔、管接头等设计； 2.相关配合的部件如：密封圈、支架、真空助力管、pcv阀、传感器、碳 罐阀、节气门阀体、油轨，线束支架等；
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