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发动机气缸罩盖的制造工艺摘要：发动机气缸罩盖的塑料化已成为一种趋势，选择合适的材料、设计合理的模具及采用恰当的注塑工艺是保证发动机气缸罩盖满足产品定义的关键。从材料选择、模具设计及优化、注塑工 艺参数的设置等几方面详细介绍了发动机气缸罩盖的成型工艺。关键词：发动机 气缸罩盖 注塑成型 浇口冷却系统中图分类号：U465.4文献标识码：A东风汽车公司技术中心黄少文王伟振孙凤梅1 发动机气缸罩盖材料的性能项目性能指标发 动 机 气 缸 罩 盖 的 正 常 工 作 温 度 范 围 为 -30150 ，要求制造发动机气缸罩盖所使用的材 料在这个温度范围内能保持较高的强度和刚度，同时 化学稳定性好（尤其耐油性极佳），而且材料应属于 自熄性材料。经过对多种材料进行性能测试和对比， PA66+GF35材料的性能指标（表1）能够满足上述要 求。因此，目前国内外一般均采用PA66+GF35材料 制造发动机气缸罩盖。2 发动机气缸罩盖的模具设计机气缸罩盖质量的重要措施之一。大型零件的模具设计一般都采用多个浇口。但 是，当两股或多股熔体相遇时，将会在制品中形成 熔接痕。这不但影响制品的外观质量，而且因在熔 接痕处容易产生应力集中而削弱制品的机械强度，对 PA66+GF35这种多相材料而言，上述不良影响更为 明显，熔接痕影响区的强度只能达到10%90%的原 始强度。从图1可以看出不同浇口设计方案形成熔接2.1 模具浇注系统的设计模具设计方案一旦确定后通常是不能进行修改 的，但通过改变浇口位置、浇口数量、浇口尺寸大小 和浇道大小（浇道的长度和宽度），可以在一定程度 上弥补模具设计方案的不足，从而改善产品质量。因 此，根据发动机气缸罩盖的外形和所用材料的性能来 设计合理的发动机气缸罩盖模具浇注系统是保证发动2012年第1期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M27密度/gcm-31.351.45燃烧性氧指数/% 28 无缺口简支梁冲击强度（23 ）/kJm-270 无缺口简支梁冲击强度（-30 ）/kJm-2 65 拉伸强度/MPa95断裂应力/MPa120160 断裂伸长率/%34热变形温度（1.80 MPa）/250 熔融温度/260 收缩率/%1.1表1 PA66+GF35材料性能指标生产S现场SHOPOLUTION（a）相对位置的浇口（b）并排位置的浇口（c）一般位置的浇口图1 3种不同浇口设计方案形成熔接痕的过程痕的过程。经分析，图1b所示的并排位置浇口是理想的发动机气缸罩盖的浇口设计方案。浇口位置的设计是否合理直接影响熔体在模具 型腔内的填充和保压补料过程的进行，即影响着熔体 填充流动过程的平衡、流动过程中的材料取向和保压 过程中的材料补偿。熔体充填不平衡时，会在流动过 程中产生较大的正应力和剪应力，而且充填结束后熔 体在型腔中的密度、压力和温度的分布也不均匀。因 此，浇口位置的选择将直接影响发动机气缸罩盖残余 应力的大小和分布，从而直接影响发动机气缸罩盖成 型、脱模后的变形量。从发动机气缸罩盖的模流分析 变形图（图2）看，图2a发动机气缸罩盖模流分析的 变形范围为-1.3682.063 mm，而图2b发动机气缸 罩盖模流分析的变形范围为-1.4700.922 5 mm。 可见，采用图2b所示的浇口位置的变形明显好于图2a所示的浇口位置的变形。2.2 模具冷却系统设计（a）发动机气缸罩盖模流分析（左边进料）（b）发动机气缸罩盖模流分析（右边进料）图2 两种不同浇口的模流分析温度进行有效的调节是十分必要的。由于冷却时间占成型周期的80%左右，因此注塑模具冷却系统设计方 案的优劣不但对制品的精度、变形性、耐应力开裂性 和表面质量等有较大的影响，而且还直接关系到发动 机气缸罩盖的生产效率。在设计注塑模具冷却系统时 要注意以下几点。a.模具水路一定要单进、单出，不能循环，因为在注塑成型过程中，通过合理的冷却系统对模具28汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2012年第1期 生产S现O场SHOPLUTION单组独立水路可以更好地调节模具的局部温度。b.将水道的运水直径设计为1415 mm，点冷水路 直径是与其相连的直通水路直径的1.45倍（20 mm）左 右较为合适。c.水路距制品壁不能太远，否则起不到很好的冷 却作用；但也不能太近，一般不小于水路直径的2倍 左右，否则由于塑料熔体对冷却过于敏感，导致发动 机气缸罩盖内、外壁处高分子的松弛程度不同，从而 容易引起制品出现开裂和变形等缺陷。图3是发动机 气缸罩盖的冷却水道设计方案。2.3 模具设计反变形补偿像发动机气缸罩盖这样大且结构复杂的零件， 在其模具加工中做反变形补偿是非常有必要的。要 根据发动机气缸罩盖的模流分析和所用材料的一些 可行性流动分析报告来对模具做反变形补偿，在做 反变形补偿时一定要满足发动机气缸罩盖2D图纸的 公差尺寸要求。通过评估对模流进行分析得出的变 形量，并结合实际工作经验得到一个安全可靠的补 偿量。初期补偿一般取总变形量的70%75%左右， 剩下的变形量需要在模具的各方面功能比较稳定后 再来做加料补偿。2.4 发动机气缸罩盖设计的其他事项a.发动机气缸罩盖与发动机缸体之间的装配孔位 多，在分型时对于所有的装配孔位都要安排多做1套 备用的面镶镶件，在模具加工时要将备用的镶件配 好，上面孔的料位先不加工，等试模后由发动机气缸 罩盖产品测数结果确定孔位要移偏的数值是多少，据 此直接修改模具的3D数据后再加工，会大大节省改 模、试模的时间。b.将发动机气缸罩盖的材料厚度控制在2.53.0 mm 最为合适。料厚太薄会导致发动机气缸罩盖的强度 和刚度不足，脱模后受力时容易发生翘曲变形；注 塑成型时流动阻力大，甚至会因此出现缺料和冷隔 等缺陷。料太厚又浪费材料，增加生产周期，也容 易产生气泡、凹陷和翘曲等缺陷，同时还增加了生产成本。（a）发动机气缸罩盖模具实物图（b）发动机气缸罩盖冷却水道剖面图图3 发动机气缸罩盖的冷却水道设计方案示意图3 发动机气缸罩盖的注塑工艺发动机气缸罩盖使用的PA66+GF35复合材料的特殊性体现在以下几方面。a.PA66+GF35材料的吸水性很强，在使用前必 须做循环干燥处理。b.模具温度影响PA66+GF35材料的结晶度，而（下转第35页）2012年第1期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M29生产S现场SHOPOLUTION重磨次数/次每次重磨加工件数（按照表面质量保证情况确定）/件单件成本/元b.无需冷却液，辅助成本减少，有利于环保。c.切削速度高，生产效率大幅度提升。d.合理选择刀具材料、表面涂层及优化设计可以 提高刀具寿命，降低单件成本。e.加工过程零件精度保证稳定，表面质量大幅度4 结论通过合理控制材料、工艺计算、刀具设计参数、刀具刃磨质量控制、机床调整参数和切削用量优化， 可以稳定实现中重型载货车后桥齿轮的干切加工。a.生产投资少，机床占地面积减少50%以上。改善。&M（上接第29页）结晶度直接关系到发动机气缸罩盖的物理特性。因 此，在注塑成型制品的过程中必须使模具保持在恒定 的温度。c.PA66+GF35的流动性差、熔融温度高，因 此，在注塑成型发动机气缸罩盖产品的过程中，其加 热温度和注射压力都要高。鉴于PA66+GF35材料上述的一些特殊性，该材 料对注塑工艺有很高的要求。具体的注塑工艺参数指标见表2表6。区段压力/bar注射压力保压段5010注：1 bar=105 Pa。区段时间/s干燥方式时间/h温度/区段温度/区段比例/%段段 段295102901028010注塑机注射阶段模具保压阶段段510&M2012年第1期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M35AT 定模10010 型芯10010段 3010 段 10010 段 7010 段 3010喷嘴30010表6 注塑机速度（流量）控制表3 温度控制循环81305表2 PA66+GF35的干燥条件注射 102