汽车进气歧管原料工艺及应用市场.docx

汽车进气歧管原料、工艺及应用市场进气歧管是发动机周边的重要零件，国外早在20世纪70年代就开始研究树脂基复合材料汽车进气歧管。与传统的金属进气歧管相比，树脂基复合材料进气歧管的优点为：轻量化，可以减轻40-60；零件数量减少，易于实现多零件的集成和整体成型；提高发动机性能，由于复合材料管内表面的平滑性和低的传热系数而使吸人空气的温度降低。因此用树脂基复合材料进气歧管代替传统的金属进气歧管已成为新的发展趋势。在欧洲、美国和日本等国已经基本实现普通用车(主要是轿车)采用塑料进气歧管。目前国外轿车用汽油机90都采用塑料进气歧管。我国的汽车进气歧管仍然以传统的铸铁或铸铝材料为主，部分汽车使用的塑料进气歧管也主要依靠进口。因此，发展生产具有自主知识产权的塑料进气歧管及其生产工艺具有重要产业价值和广阔的市场前景。1 塑料进气歧管的成型材料1.1 塑料进气歧管的常用材料塑料进气歧管的材料，不论用那种材料都必须能承受住现代发动机室内的苛刻环境。因此，为了保证塑料进气歧管能长期正常工作，材料的耐热、耐老化、抗拉强度、刚性和抗蠕变性能非常重要。目前塑料进气歧管的材料主要使用尼龙(PA)玻璃纤维(GF)复合材料。这种材料不仅具有较好的机械性能、更轻质、韧性好、耐水，耐酸碱性、生产周期短、适合大批量工业生产、为环境友好型材料等优点。尼龙中加入玻璃纤维可以增加塑料的拉伸强度和弯曲强度及弹性，提高产品的抗冲击和抗拉伸能力，同时也能提高产品的工艺尺寸稳定性：缺点就是注塑时容易出现玻璃纤维外露，质量难以保证。尼龙品种中有尼龙6和尼龙66，在常温状态下，玻纤增强的尼龙66与尼龙6的各项性能均十分优异，但玻纤增强尼龙66的抗拉强度、熔点和抗蠕变性均高于玻纤增强尼龙6，而尼龙6的抗冲强度高于尼龙66。在长时间高温状态下，尼龙66各项性能的下降程度均比尼龙6低，性能保持较好。在塑料进气歧管材料的选择上，可按成型工艺来选择。近年来，已开发出专门应用于振动摩擦焊的尼龙66，可适用于激光焊接玻纤增强尼龙6、尼龙66等并已应用于生产。2005年塑料进气歧管已经占了进气歧管市场份额的一半以上。至今，全球塑料进气歧管已达到75。1.2 塑料进气歧管的新型材料(1)聚邻苯二酞胺目前国外已使用聚邻苯二酞胺(PPA)制造进气歧管，并己应用到克尔维特、卡麦罗、火鸟车型的LSl和L56发动机用进气歧管。此种类型的进气歧管通常设计成三个部分，通过螺栓一起固定到发动机上。在高温高湿状态下，PPA的拉伸强度比PA6增加20，也比PA66更高。此外在低速低负荷时，其功率、扭矩提高幅度可达10以上。比利时的Solvay公司推出的35%玻纤增强的PPA(聚邻苯二酰胺)已用于LSX的进气歧管，与现有尼龙进气歧管相比，质量减轻25%，各项性能优异，且提高发动机功率。(2)酚醛树脂德国宝马公司生产的BMW735i和745i新系列轿车的AIM采用热固性酚醛树脂为材料，宝马公司、德国鲍姆加藤的模具体系生产厂(Pierburg公司)和材料供应厂(比利时Vyncolit N.Y公司)共同开发完成了这个项目。新材料 VyncolitX 7250是玻纤和玻璃微珠增强酚醛树脂，在140摄氏度下仍具有高刚性，制品平均壁厚仅3mm。(3)尼龙/SPS共混物俄罗斯最大的汽车生产厂Avtovaz公司在俄罗斯的汽车也采用了塑料进气歧管，材料是美国Dow公司的35玻璃纤维增强间规聚苯乙烯(SPS)和尼龙(PA)共混物Qustra N，用于其3个Lada发动机(SOHV 1.5SoHV 1.6和DOHC 1.6)。Qustra N以尼龙6、尼龙66或尼龙6/尼龙66共混物为连续相，因此仍保持尼龙良好的加工性和表面外观。分散相SPS降低材料的吸湿性、提高尺寸稳定性和抗翘曲性，SPS在汽车发动机罩下温度环境中仍基本保持原有的力学性能。AIM用材料的牌号为Qustra N WA 9735-01。2 塑料进气歧管的成型工艺塑料进气歧管的成型工艺较为复杂，这是因为一般的注射成型技术难以加工如此形状复杂的较大型中空部件。国外在这方面进行了大量的研究工作已开发出熔模型芯法、模具滑合注射成型法、模具旋转注射成型法、振动焊接法，以及注射-模塑复合成型法等成型加工方法，但目前主要采用熔模型芯工艺和振动焊接工艺。2.1 熔模型芯法熔模型芯法也称熔芯注塑成型技术，其工艺示意图见图1。该工艺是用低熔点的金属(多用锡铋合金)制作注塑模具的型芯，作为嵌件安放在模腔中，经注射成型、脱模后，再把制品放人特殊的热浴中，使型芯熔化回收再利用。该技术的优点是较快的整体成型与生产率、较高的成品率，能成型形状非常复杂的中空零件，且产品质量稳定可靠。与振动焊接工艺比较，熔模型芯成型工艺具有操作简单、产品质量稳定可靠等优点，故得到了广泛的应用。注塑成型要求使用精密注塑机，克重要求为l0000.05g。因注塑克重不足，易使产品产生微孔，当受到振动和回火压力冲击时，易使塑料进气歧管破裂，中国第一汽车集团公司采用了德国Demag公司的Closed LoopControi式注塑机。2.2 振动焊接工艺振动焊接工艺基本上是一种简单的摩擦焊，将两种分开的热塑性零件压合后沿同一轴线以一定振频率做相对运动，使接触部分摩擦受热并熔化，振动停止后形成焊缝，将两个零件焊接在一起。振动焊接工艺投资少、成本低，但由于存在气道部分内壁未焊透等问题，焊缝仍为薄弱点，现阶段仅在柴油机的进气歧管上得到应用。在焊接成型时，焊接缝上增强材料的玻璃纤维排列发生了变化，起不到增强作用，焊接缝的焊接强度对抗爆破压力影响很大，焊接缝处得不到玻璃纤维增强，其抗爆破压力强度决定于基础材料。在静态压力测试中，尼龙6的焊接强度性能高于尼龙66，这是尼龙6适用于振动摩擦焊接成型方法的原因。CA4GE发动机塑料进气歧管的成型方法选择了振动摩擦焊成型工艺，确定使用BASF公司的BASF 8233GWHS BK102 尼龙6玻璃纤维增强材料。3塑料进气歧管的应用市场3.1 柴油机塑料进气歧管的研究与应用目前，国内外生产的塑料进气歧管大多是应用于汽油机的。国外已有多家公司掌握了柴油机塑料进气歧管开发的核心技术，并已经有几款成熟的柴油机车型采用了塑料进气歧管。德国保时捷公司联合马勒公司和杜邦公司联合开发的塑料进气歧管采用30玻璃纤维(GF)增强的尼龙(PA)，应用于卡宴柴油车型的4.5LV8引擎。德国Montaplast(梦达驰)汽车公司联合美国杜邦公司开发的柴油机塑料进气歧管采用Ultramid作为原材料(Ultramid是一种经玻璃纤维强化的尼龙)，已经成功的应用于英菲尼迪的QX56全尺寸SUV和泰坦轻卡。德国公司曼-胡默尔采用杜邦公司的HTN-52G35HSL加35玻璃纤维增强PPA制造的塑料进气歧管已经应用于奥迪车型的奥迪A84.2L TDI柴油发动机，这一塑料进气歧管承受温度可达250摄氏度。韩国现代发布的新柴油发动机排量“R系列设有2.0L和2.2L两种。将于2009年下旬开始生产，预定配备在SUV“途胜”和轿车“御翔”上。为实现轻量化，采用了铝合金缸体、树脂材料气缸盖罩、进气歧管以及滤油器。此外罗孚公司与巴斯夫、宝马公司等联合开发的2L 4缸涡轮柴油发动机进气歧管组件(由进气歧管、发动机外壳和空气净化器罩组成)的所有部件都由尼龙制成，这种进气歧管组件采用注射成型工艺和振动焊接制造，每件仅重6kg。进气歧管使用由30玻璃纤维增强的尼龙制造，这种材料能承受很高的发动机温度，所用材料是巴斯夫UltramidB3GM24(10玻璃纤维和20矿物纤维增强尼龙66)。福特公司和Mard IV公司采用杜邦公司牌号为zykl的33玻璃纤维增强尼龙66生产进气歧管，该进气歧管较铝质进气歧管轻30。宝马公司的RoverV6车和福特公司的F-130/350卡车都使用了这种进气歧管。3.2 国内塑料进气歧管的应用公司名称企业简介塑料进气歧管生产中国一汽集团一汽集团与BASF公司合作开展了6d93柴油发动机的塑料进气歧管开发工作。2004年春季开始下线，用于红旗ca7180-49e型轿车。这是我国开发成功的第一个柴油机塑料进气歧管，但产量不大，未能大规模应用。波宁神通汽车饰件有限公司一专业生产汽车塑料部件的民营企业，是国内汽车塑料零部件主要生产厂家和国内外大型汽车制造公司主要定点配套成员厂之一，公司现有资产20502万元，其中固定资产10082万元。采用振动磨擦焊接法生产的汽车发动机塑料进气歧管为一汽集团提供配套。目前与宁波吉利、天津夏利、海南马自达、吉林轻型车及天津内燃机厂企业签订协议，已签约2008年供货50万只，其建设规模为100万/只。中国航天科工集团公司2012年，航天汽车沈阳零部件公司与天津大学联合设计的4A9发动机塑料进气歧管（MA860257型进气歧管）快速成型样件通过了三菱发动机外特性试验以及装配试验。标志着4A9发动机塑料进气歧管的设计进入锁定状态，即将提交工装样件生产阶段。接下来，工装样件在满足发动机性能及装配要求后，即可进入量产阶段。4A9发动机年产量已经接近20万台。东南V3菱悦、华晨骏捷FRV、华晨H530、一汽海马M2等都装备该系列发动机，市场前景广阔。重庆宗申集团重庆宗申汽车进气系统制造有限公司系宗申产业集团下属子公司，成立于2002年3月，位于重庆市巴南区宗申工业园。公司主要生产销售汽车塑料进气歧管、摩托车塑料进气管、摩托车塑料覆盖件、摩托车空气滤清器、通机功能件等工程塑料件产品。公司2002年从韩国引进具有国际先进水平的“融芯法”、“摩擦焊”两条汽车塑料管自动化生产线，运用“铸芯、注塑、融芯、振动焊接、超音波焊接”等工艺在中国首家开发、生产汽车塑料进气歧管，具备年产40万件汽车塑料进气歧管的能力。产品技术达到国际先进水平，受到社会各界和行业权威机构的认可，公司成为韩国现代集团、浙江吉利公司、上汽集团、南汽集团等中国内外知名汽车生产企业认可配套供应商。其产品3AIM塑料进气歧管全部销往韩国，为现代汽车集团Accentl.3升排量的车配套。 465QE型汽车发动机进气塑料歧管是由重庆宗申集团研发中心与天津大学合作开发、由重庆宗申进气系统制造有限公司生产的。465QE型汽车进气塑料歧管适用于国产五菱之光、哈飞中意、昌铃王等车型。上海奥萨特实业有限公司生产汽车发动机零部件的民营高新技术企业，专业生产发动机塑料进气歧管、气缸罩盖，具备年产100万套进气歧管的生产能力，是比亚迪汽车股份有限公司、上汽集团股份有限公司、长丰汽车股份有限公司、奇瑞汽车有限公司、浙江吉利控股集团有限公司等国内多家著名汽车厂家的零部件定点配套供应商。拥有一条完善而高效的柔性化塑料进气歧管生产线，配备了大型海天Demag注塑机、BRANSON振动摩擦焊接机, 超声波焊接机、气密检测机、耐压测试机以及全套自主研发设计的全自动热、冷压入机、清洁度检测仪等先进加工、试验、检测设备。合肥恒信汽车发动机部件制造有限公司合肥恒信汽车发动机部件制造有限公司隶属安徽恒信投资发展有限公司，是一家专业制造发动机塑料进气歧管和气门室罩盖的民营股份制公司，安徽省高新技术企业。2005年开始从事塑料歧管的研发工作，公司技术工作由海外归来的副总经理陈仰帆博士直接负责，吸纳国内外一批具有创新精神的博士、硕士作为技术骨干，同时国内与多家大学相关院系（所）和实验室建立了稳定的技术交流与合作关系；在国外与美国MPI和德国巴斯夫公司分别建立了战略合作伙伴关系，就技术和市场开发实现全面合作，共享和使用世界先进技术以及他们的市场资源。已建成投产的有一条年产25万套塑料歧管、气门室罩盖的生产线。第二、三条生产线正在建设之中。公司的首个产品是受江淮汽车公司的委托，为其开发4GA3/4GA1发动机塑料进气歧管。在吸收国外成熟技术的基础上，开发出振动摩擦焊法塑料进气歧管产业化全套关键技术，各项性能指标均达到国际先进水平，已批量投入生产。公司主导产品为汽车发动机塑料进气歧管、塑料气门室罩盖、油底壳等。配套客户：美国水星、奇