1 塑料進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的類型、布置形式以及其他些因素所決定的。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)：功率、扭矩等，缸蓋詳細(xì)2D/3D圖以及歧管周圍空間布局，建模塑料進(jìn)氣歧管3D模型。針對(duì)進(jìn)氣歧管型腔，利用CFD軟件進(jìn)行三維流場(chǎng)模擬，分析歧管中壓力損失和流場(chǎng)分布，優(yōu)化歧管型腔各設(shè)計(jì)參數(shù)。在進(jìn)氣歧管型腔設(shè)計(jì)中，合理歧管長(zhǎng)度、圓滑過(guò)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(jìn)氣歧管間過(guò)渡圓角盡可能大，以形成喇叭口結(jié)構(gòu)。

2 快速成型及性能試驗(yàn)

    塑料進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)過(guò)程中，在通過(guò)維仿真和三維模擬對(duì)歧管型腔優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)氣歧管進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)造型，為完成穩(wěn)態(tài)流量測(cè)試、空間安裝驗(yàn)證和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)測(cè)試等測(cè)試，利用快速原型技術(shù)(RAPIDPROTOTYPING，簡(jiǎn)稱RP技術(shù)）制作塑料進(jìn)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(fù)雜的實(shí)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(jìn)氣歧管的造型設(shè)計(jì)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(jìn)行模型切片，快速成型機(jī)按照軟件中每切片的形狀固化層ABS材料，每層的疊加即可完成實(shí)物樣件，然后進(jìn)行后期固化處理，增加其強(qiáng)度，完成實(shí)物樣件的制作。

    塑料進(jìn)氣歧管快速樣件進(jìn)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(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，有助于評(píng)價(jià)進(jìn)氣歧管的流通能力和多種設(shè)計(jì)方案的對(duì)比。同時(shí)，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果為維計(jì)算提供初始化參數(shù)，還可用來(lái)驗(yàn)證三維流場(chǎng)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

    塑料進(jìn)氣歧管性能要求，以及與發(fā)動(dòng)機(jī)物理搭載，可利用臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。

3 塑料進(jìn)氣歧管生產(chǎn)工藝研究

    3.1 生產(chǎn)工藝路線

    發(fā)動(dòng)機(jī)附件的塑料化開始自20世紀(jì)70年代。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的熱經(jīng)過(guò)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流以及受大氣環(huán)境影響，發(fā)動(dòng)機(jī)周邊的溫差范圍是-40 ～ 140℃。對(duì)于4G15發(fā)動(dòng)機(jī)塑料進(jìn)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(cè)試：將進(jìn)氣管和軟管接頭封閉，在進(jìn)氣管內(nèi)部施0.06MPa的氣壓，當(dāng)漏氣量≤60ml/min為合格。

    (c)制成品外表面應(yīng)光滑，無(wú)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(wú)毛刺，內(nèi)表面焊接線溢料≤1mm，內(nèi)部清潔度≤lOmg。

    (d)密封圈安裝平整，無(wú)起鼓、凹凸不平等現(xiàn)象。

    (e)所有熱嵌螺母周圍無(wú)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(dòng)摩擦焊、熱板焊成為塑料進(jìn)氣歧管制造主要工藝方法，近還出現(xiàn)了高溫誘導(dǎo)焊和熱電阻焊。目前，多片振動(dòng)摩擦焊是塑料進(jìn)氣歧管成熟的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)效率高，成本低。

    本項(xiàng)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(cè)。

    3.2 設(shè)備選型

    摩擦焊機(jī)，熱插機(jī)，冷插機(jī)，位置檢測(cè)機(jī)，密封試驗(yàn)機(jī)，爆破試驗(yàn)機(jī)。

    3.3 工藝參數(shù)設(shè)定

    對(duì)由連接法蘭、支管和總管組成的進(jìn)氣歧管試樣進(jìn)行試驗(yàn)和分析。振動(dòng)焊接分兩次進(jìn)行，先將連接法蘭與支管焊接在起，然后再將總管焊在上述組件上。總管比支管有效直徑稍大，因而所承受的應(yīng)力大，對(duì)總管進(jìn)行工藝參數(shù)的試驗(yàn)研究意義重大。通過(guò)靜壓破裂試驗(yàn)，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(qiáng)度以歧管破裂時(shí)施加的壓力為參考數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，夾緊壓力是影響歧管的破裂強(qiáng)度（即焊接強(qiáng)度）的大因素，其次是焊縫的熔化寬度，小影響是振動(dòng)振幅。

    綜上所述，合理選擇焊接工藝參數(shù)，有效提高歧管的振動(dòng)焊接強(qiáng)度；降低夾緊壓力可提高歧管焊接強(qiáng)度；優(yōu)化焊縫熔化寬度，可使歧管獲得大焊接強(qiáng)度，焊機(jī)上位夾具的振幅對(duì)歧管的焊接強(qiáng)度的影響不大。