PA66材料的氣缸蓋罩蓋設(shè)計(jì)與制造工藝

氣缸蓋罩蓋最基本的功能是與缸蓋一起形成一個(gè)近似密閉空腔，遮蓋并密封氣缸蓋，同時(shí)還兼顧將機(jī)油與空氣隔離、曲軸箱通風(fēng)、充當(dāng)機(jī)油加注口、作為傳感器安裝支座等功能。

雖然氣缸蓋罩歷來都是由金屬所主導(dǎo)的應(yīng)用, 但尼龍PA66是一種具備許多優(yōu)點(diǎn)的可行替代材料。設(shè)計(jì)制造PA66材質(zhì)氣缸蓋罩時(shí)應(yīng)從制造工藝、材料特性以及行業(yè)趨勢(shì)等因素進(jìn)行綜合考慮。
 

1.材料相關(guān)的考慮因素

所選材料的特性是首要設(shè)計(jì)考慮因素。PA66是一種熱塑性塑料, 因此其特性會(huì)隨著環(huán)境變化，使用增強(qiáng)材料可以減弱環(huán)境變化的影響。PA66較之于它所取代的金屬具有更低的硬度和密度，因而會(huì)削弱降噪功能，解決的方法是將氣缸蓋罩隔離。通過使用帶肩螺栓和橡膠墊圈隔離搖臂罩，可以顯著減少噪聲傳遞。

▲隔離系統(tǒng)

2.氣缸蓋設(shè)計(jì)

在沖壓鋼搖臂罩時(shí)代，由于鋼的高模量，通常使用4到10個(gè)螺栓壓緊密封面。PA66也具有高模量，但它不能與鋼相提并論。有限元分析將有助于確定需要多少個(gè)螺栓才能獲得均勻的壓緊力。圖4中所示的氣缸蓋罩采用14個(gè)螺栓來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)拿芊?。另一個(gè)與螺栓布置相關(guān)的關(guān)鍵問題是需要圓角螺栓，可提供均勻的壓緊力并消除泄漏通道。

3.制造工藝

成型技術(shù)注塑成型是應(yīng)用最廣泛的氣缸蓋罩制造方法，材料出模后直接就是成品，但需要保證設(shè)備得到充分且均勻的冷卻，從而確保零件的成型應(yīng)力最低。

另一種方法即模壓成型通常很容易被忽視，但是對(duì)于盒狀氣缸蓋罩，模壓成型非常適合。雖然成型后精加工有時(shí)會(huì)使成本高于注塑成型零件，但是如果只需少許成型后精加工，此方法實(shí)際上可以降低零件總體成本。

傳遞成型是模壓成型的變異， 它也非常適合氣缸蓋罩應(yīng)用。此方法適用類似于注塑成型的封閉式模具，但具有壓模成型的較快成型周期。

4.單獨(dú)成型的零件

氣缸蓋罩有時(shí)具有內(nèi)部擋板，用于機(jī)油加注或曲軸箱通風(fēng)。由于存在模鎖，這些部件通常不可能在內(nèi)部成型。因此它們需要單獨(dú)成型并且通過以下三種方法之一連接到氣缸蓋罩。

最簡(jiǎn)單的方法是扣合件?？酆霞杀镜颓沂褂醚附?，但主要問題是失效后會(huì)導(dǎo)致功能不正?；虬l(fā)動(dòng)機(jī)損壞?？酆霞囊粋€(gè)替代方法是機(jī)械緊固件，由于較為復(fù)雜而不常用。另外，機(jī)械緊固件還在氣缸蓋罩內(nèi)占據(jù)相當(dāng)一部分空間。
 

最常用的方法是焊接。零件結(jié)構(gòu)將決定要使用的焊接方法：旋轉(zhuǎn)焊接、振動(dòng)焊接或感應(yīng)焊接。焊接不但為零件提供了良好的密封性, 而且顯著降低了復(fù)雜程度。由于實(shí)質(zhì)上是一件零件, 因此不存在與扣合部件相關(guān)的失效問題。焊接的一個(gè)缺點(diǎn)是必要設(shè)備和夾具的成本。
 

另一種可考慮的連接形式是粘接。新型環(huán)氧基粘合劑具備焊接的優(yōu)點(diǎn)且沒有附加成本。此方法存在一個(gè)時(shí)間問題， 因?yàn)槎鄶?shù)環(huán)氧基粘合劑需要一小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間固化。粘結(jié)連接法通常與扣合方法結(jié)合使用，形成一種夾固方法并提供額外的失效保護(hù)。

5.材料特性

有效的氣缸蓋罩設(shè)計(jì)需要各種材料特性共同作用。其中第一種特性是材料硬度。材料的硬度將壓緊力從緊固件傳遞到密封件。PA66在各種溫度下具有卓越的硬度， 使壓緊力得以傳遞。

要實(shí)現(xiàn)良好的壓緊力傳遞，另一個(gè)要考慮的問題是翹曲。如果零件由于翹曲而變形, 它將無法均勻地傳遞壓緊力。通?？梢圆捎眠m當(dāng)?shù)哪＞咴O(shè)計(jì)和澆口來解決該問題。對(duì)于某些長(zhǎng)氣缸蓋罩，則需要使用低翹曲材料。

零件不僅必須提供足夠的壓緊力，還必須長(zhǎng)期保持壓緊力。導(dǎo)致壓緊力下降的常見原因是蠕變（圖7）。如上所述，氣缸蓋罩中的大部分蠕變可以在設(shè)計(jì)階段處理，所選材料在這方面可以產(chǎn)生顯著影響。
 

6.零件集成與徑向密封

在汽車行業(yè)中, 近來出現(xiàn)的一個(gè)明顯趨勢(shì)是零件集成，氣缸蓋罩也不例外。通常這種集成包括氣缸蓋罩和空氣濾清器殼體或進(jìn)氣歧管的集成。在一些情況下，空氣濾清器殼體也適合集成到氣缸蓋罩內(nèi)。由于考慮到更大的組裝靈活性和更加簡(jiǎn)便的加工，空氣濾清器可以成為更好的集成選擇。圖8顯示了這種集成以及進(jìn)氣歧管與氣缸蓋罩的集成。

另一個(gè)新興趨勢(shì)是徑向密封概念，它最大限度地減少了氣缸蓋加工過程，還增強(qiáng)了密封系統(tǒng)的性能，下圖說明了這種密封的多個(gè)密封元件與僅有一個(gè)密封元件的傳統(tǒng)氣缸蓋罩的不同之處。

 

雖然氣缸蓋罩歷來都是由金屬所主宰的應(yīng)用，但PA66是一種具備許多優(yōu)點(diǎn)的可行替代材料。在考慮制造工藝、材料特性以及行業(yè)趨勢(shì)等相關(guān)因素后，設(shè)計(jì)性能、成本節(jié)約以及重量減輕等目標(biāo)均可實(shí)現(xiàn)。