劉俊鋒　周黎明　方林　王斌

摘 要：在產(chǎn)品研發(fā)鏈中試制驗(yàn)證是承上啟下的重要一環(huán)，為后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證提供實(shí)物產(chǎn)品的同時(shí)，可以快速校正設(shè)計(jì)方案。結(jié)合東風(fēng)公司自主品牌發(fā)動(dòng)機(jī)管類零件的開發(fā)和試制過程，系統(tǒng)地研究了發(fā)動(dòng)機(jī)管類零件常用迂回工

藝。對(duì)今后新機(jī)型開發(fā)中管類零件試制工藝設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞：試制驗(yàn)證；管類零件；迂回工藝；內(nèi)高壓成形；快速成型；機(jī)械加工

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和質(zhì)量很大程度上直接影響整車性能和品質(zhì)。隨著國家排放和油耗法規(guī)要求越來越嚴(yán)格，為了應(yīng)對(duì)法規(guī)，開展小排量發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)工作越來越緊迫。發(fā)動(dòng)機(jī)是集眾多精密部件于一體的關(guān)鍵動(dòng)力總成，管類零件開發(fā)是發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的重要組成部分，管類零件廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等。汽車市場競爭日趨激烈，發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)周期直接影響整車的開發(fā)周期，這樣就要求產(chǎn)品試制驗(yàn)證工作必須在較短的周期內(nèi)花費(fèi)較低試制費(fèi)用成本制造出具備代表性的實(shí)物樣件，對(duì)上游充分驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)，對(duì)下游支撐試驗(yàn)驗(yàn)證。

管類零件涉及常規(guī)制造工藝種類較多，比如彎管成型、注塑成型、冷鐓、焊接等。在短周期、低費(fèi)用、代表性的要求下制造出滿足試制目的的實(shí)物樣件，很多時(shí)候在試制驗(yàn)證階段采用迂回工藝方式制造驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。迂回工藝種類較多，例如內(nèi)高壓成形、快速成型技術(shù)、機(jī)械加工等，下面分別介紹幾種常用管件迂回工藝。

1 內(nèi)高壓成形工藝

1.1 工藝原理

內(nèi)高壓成形，即利用液體作為傳力介質(zhì)，通過控制壓力和材料流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)成形中空零件的材料成形工藝方法?；驹硎峭ㄟ^內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具內(nèi)腔使其成形為所設(shè)計(jì)的零件。部分零件的軸線為曲線，在成形前須把管坯預(yù)彎，然后放入模具中加壓成形 [1]。

1.2 工藝優(yōu)點(diǎn)

內(nèi)高壓成形以管料為加工對(duì)象，液體作為穿力介質(zhì)，該工藝有如下幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：

內(nèi)高壓成形的零件質(zhì)量相對(duì)傳統(tǒng)沖壓成型工藝較輕，且成型性好，不受傳統(tǒng)沖壓成形工藝性限制，產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以更加靈活，工藝過程更簡單，幾乎接近凈成形，在汽車輕量化方面得到了比較廣泛的應(yīng)用。通過合理的截面、壁厚設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)管類零件較多能用標(biāo)準(zhǔn)管材，通過內(nèi)高壓成形實(shí)現(xiàn)試制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的整體構(gòu)件。一般情況下液壓成形只需一個(gè)與零件形狀吻合的凸模（或液壓成形沖頭），成形機(jī)上的橡膠隔膜充當(dāng)凹模的作用，所以模具成本比傳統(tǒng)彎管成形模具少減少約 50%。與傳統(tǒng)多道工序彎管成形相比，液壓成形只需一步即可制取所需產(chǎn)品。

與普通彎管成型件、拼焊件相比，管材液壓成形的零件質(zhì)量減輕，結(jié)構(gòu)件一般可減重約 25%，并且減少了后續(xù)機(jī)加工和組焊等工作量，降低了產(chǎn)品的制造成本；還可以實(shí)現(xiàn)提高構(gòu)件強(qiáng)度、剛度，由于焊點(diǎn)減少而提高疲勞強(qiáng)度，材料利用率約為 95% [4]。

1.3 典型應(yīng)用

多應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)鋼管零件、排氣歧管等空間形狀復(fù)雜，普通彎管成型難度較大且試制周期無法滿足項(xiàng)目開發(fā)需要（如下圖）。以管材為加工對(duì)象通過內(nèi)高壓成形工藝，以成型模具的內(nèi)腔表面作為產(chǎn)品外輪廓，以軸向進(jìn)給補(bǔ)料方式增加變形量，制造排氣管、冷卻鋼管等異型管件 [3]。

2 快速成型技術(shù)

快速成型技術(shù)和傳統(tǒng)采用去除材料方式制作產(chǎn)品的方法不同，通過積累材料的方式制作零件模型，大致工藝過程可分為預(yù)處理、疊層制作和后處理等三個(gè)工序。

依據(jù)快速成型來制造原型樣模，然后采用復(fù)制方式（如噴涂、復(fù)合材料澆注等）快速制造模具的凸模、凹模等主要工作部件，再利用模具生產(chǎn)出試制樣品的方法?？焖倌＞叩闹圃熘芷诩s為傳統(tǒng)數(shù)控加工方法的 1/5︿ 1/10，而模具費(fèi)用成本僅為傳統(tǒng)模具的 1/3﹀ 1/5[2]。

根據(jù)快速模具制作方式和零件成型工藝不同，以硅膠模為例介紹快速模具制造技術(shù)：

2.1 硅膠模

在快速成型樣模外以涂刷或灌注的方式制作硅膠型殼而成型的模具；產(chǎn)品成型工藝大都采用真空注射成型，即在真空條件下向模具型腔內(nèi)注射液體材料，固化后得到所需求的產(chǎn)品；產(chǎn)品成型材料大部分是樹脂 [2]。

硅膠模試制產(chǎn)品大致工藝流程如下：母型加工——預(yù)處理——確定分型面——構(gòu)建框架——配制與澆注硅膠——固化——分模——澆注預(yù)處理——噴脫模劑——合?！?jì)量樹脂——真空注型——恒溫固化——后處理——噴漆。

硅膠?，F(xiàn)的運(yùn)用已經(jīng)很成熟，用于快速制造單件或少量塑料件，優(yōu)點(diǎn)是模具成本與傳統(tǒng)注塑模具相對(duì)較低，制造工藝相比傳統(tǒng)注塑成型而言更簡單一些，另外硅膠模具有一定彈性，相對(duì)注塑模具更容易脫模。局限性主要是模具精度受原型影響比較大，且模具壽命較低一般為 15-30件，且保存期限較短（一般最長不超過 6個(gè)月）。

2.2 典型應(yīng)用

進(jìn)氣歧管是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的主要零部件，由形狀較為復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成，產(chǎn)品性能對(duì)整機(jī)試驗(yàn)和整車性能均有比較大的影響。在進(jìn)氣歧管的試制驗(yàn)證過程中，需要保證試制樣件和設(shè)計(jì)圖紙的符合性，以滿足整機(jī)及整車搭載試驗(yàn)?zāi)康?。通過硅膠模試制的樣件基本滿足進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)過程中沒有發(fā)生泄漏、關(guān)鍵部位開裂等質(zhì)量問題。

3 機(jī)械加工

機(jī)械加工工藝是利用機(jī)械力對(duì)各種工件進(jìn)行加工的方法。機(jī)械加工的方法很多，常用的主要有 ：車、銑、刨、磨、鉆、鏜、數(shù)控、剪切、折彎等。

管類零件開發(fā)和試制驗(yàn)證過程中，尺寸驗(yàn)證是非常重要的一部分。以東風(fēng)某機(jī)型管接頭零件為例，管口與缸體采用過盈配合方式實(shí)現(xiàn)裝配并保證密封性。管接頭的管口零件尺寸設(shè)計(jì)要求精度較高（公差要求為 +0.085～ +0.060㎜），為了快速驗(yàn)證這種裝配方式能否保證冷卻液密封要求，管端及鼓包暫時(shí)不采用模具擠壓成型實(shí)現(xiàn)，而是采用在原管材（厚壁鋼管）基礎(chǔ)上車削、磨削等機(jī)械加工工藝來實(shí)現(xiàn)鼓包及設(shè)計(jì)要求管口尺寸值，試制費(fèi)用成本比傳統(tǒng)模具降低約 70%，試制周期比傳統(tǒng)方式縮短約 60%。通過第一輪試制驗(yàn)證，管接頭和缸體采取過盈配合方式，冷卻液未發(fā)生泄漏現(xiàn)象。

以厚壁毛坯管為原材，通過普通機(jī)加工方式制造產(chǎn)品，能夠在較短的試制周期內(nèi)，用較低的試制費(fèi)用成本，獲得符合設(shè)計(jì)要求的實(shí)物樣件，驗(yàn)證產(chǎn)品方案通過后，再通過傳統(tǒng)模具加工制取零件，以便開展進(jìn)一步可靠性、耐久性驗(yàn)證。

4 結(jié)語

試制驗(yàn)證過程中，采用迂回工藝試制的發(fā)動(dòng)機(jī)管類零件基本可以滿足尺寸驗(yàn)證、臺(tái)架試驗(yàn)、搭載試驗(yàn)等試制目的。迂回工藝相對(duì)傳統(tǒng)制造工藝，試制周期較短，試制費(fèi)用成本較低，對(duì)降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)有較大幫助，適合于發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)過程中管類零件的試制及小批量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]郭永生，周豐松，張軼斌 .快速成型和快速模具在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管開發(fā)試制中的應(yīng)用 .新技術(shù)新工藝J. 2010（4）.

[3]李洪洋，劉海軍，呂海源，謝望，陸懿琛 .管材內(nèi)高壓成型國內(nèi)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢 .中國機(jī)械工程 .2016-12-30.

[4]袁華，孫友松，肖小亭 .汽車制造與塑性加工技術(shù) .鍛壓裝備與制造技術(shù) .2005-6-30.