發(fā)動機缸蓋罩殼注塑模調試對策的分析與應用*

劉金鐵，羅繼剛

（1.武漢軟件工程職業(yè)學院機械工程學院，武漢 430205； 2.武漢汽車齒輪廠，武漢 430050）

發(fā)動機缸蓋罩殼注塑模調試對策的分析與應用*

劉金鐵1，羅繼剛2

（1.武漢軟件工程職業(yè)學院機械工程學院，武漢 430205； 2.武漢汽車齒輪廠，武漢 430050）

為了提高注塑模具修正與調試效率，擴大調試工藝方案的使用范圍，結合工程實際經驗建立了層次分析法，使用專用夾具對塑料件的重要尺寸進行測量并分析，縮短了模具的生產周期，強化了注塑模具設計過程中修正對策的快速響應效率。

缸蓋罩殼；注塑模；調試修正；測量分析

現在越來越多的汽車金屬零部件已經逐漸被高性能新型工程塑料替代，這樣不僅降低了汽車零部件和整機的質量，也在發(fā)動機的節(jié)能和降低油耗等方面發(fā)揮了較大的作用［1-2］。工程塑料的應用使得汽車兼具良好的動力性與燃油經濟性，研發(fā)輕質高性能的新型材料來代替部分金屬部件已成為實現汽車輕量化的一項重要途徑［3-5］。汽車發(fā)動機缸蓋罩殼包含了凸輪軸相位傳感器、油氣分離器和各種線束的固定裝置，結構相對復雜，若要實現集成設計，往往需要一些后續(xù)加工才能夠滿足精度的要求，這對鋁制缸蓋罩殼難以實現，然而塑料缸蓋罩殼具備較好的適用性，注塑出來的罩殼無需進行后期的處理和加工，在實現輕量化的同時還降低了生產費用，并滿足了高精度和結構強度要求［6］。注塑模內部凹凸不平，塑料件成型的方式多變，所以很難保證注塑模具的制造一次性成功，因此要根據罩殼的技術要求對注塑模進行修正和調試［7-8］。以科學合理的調試方案來提高模具的成型質量成為了塑料件成型之前的核心工作，許多工程設計和研究人員都有著豐富的經驗，但缺乏統(tǒng)一的調試和修正標準。為加強調試工藝方案的使用范圍，結合工程實際經驗，特建立了層次分析調試法，并對汽車發(fā)動機缸蓋罩殼典型部位進行了測量調試分析，以期在模具優(yōu)化設計的過程中根據特定的情況快速建立調試的響應對策。

1　塑料缸蓋罩殼實體

缸蓋罩殼是汽車發(fā)動機上的重要零部件，而且結構復雜，它需要承受發(fā)動機在運行過程中的惡劣環(huán)境條件。塑料缸蓋罩殼集成了油霧分離裝置和曲軸箱通風系統(tǒng)，需要具有良好的密封性和可制造性。由于汽車發(fā)動機缸蓋罩殼是一種結構較大的塑料件，并且有許多的大平面，而這種大平面是有效的噪聲輻射源，因此在設計時需要避免此缺點。塑料缸蓋罩殼選用尼龍（PA）66/玻璃纖維（GF）復合材料，該復合材料優(yōu)異的耐熱性和力學性能有利于承受較大載荷，其性能在190℃環(huán)境中可保持長期穩(wěn)定，而且在復合材料熱老化后仍具有高壽命周期，這些特點使該復合材料可以很好地適應發(fā)動機周圍高溫、振動、高負荷的嚴苛工作環(huán)境。根據汽車發(fā)動機缸蓋罩殼的使用環(huán)境和工況要求，結合發(fā)動機缸蓋罩殼苛刻的公差標準，塑料件外形圖如圖1所示。長475.9 mm，寬242.6 mm，高89.4 mm，塑料件的體積為792 cm3，屬于長形件。塑料件中間有個火花塞孔，位置度要求為0.5 mm，罩殼周圈和中間4個火花塞孔排布密封圈槽，密封圈槽輪廓度要求1.0 mm，同時平面度要求裝夾狀態(tài)時在0.5 mm以內，塑料件的周圈和中間還排布15個螺栓孔，螺栓孔的位置要求1.0 mm以內。為了進一步降低罩殼質量，降低原材料成本，結構主體采用2 mm壁厚設計。

圖1　塑料缸蓋罩殼

2　注塑模調試方案與缺陷位置層次分析

模具在設計與加工時可能會存在誤差，這樣就會導致注塑模具內部結構不合理以及存在缺陷等問題，所以提高模具的生產能力和適應能力必須要經過試模這一環(huán)節(jié)，試?？梢愿鶕謿さ馁|量找出模具存在的問題并修正模具和優(yōu)化模具［9］。由于汽車發(fā)動機缸蓋罩殼注塑模零部件繁多，型腔尺寸多變，所以可以將模具調試的工藝方案分解成：調試問題、誤差原因、調試方法和輔助方式。調試問題需要在試模結束后對模具或塑料件缺陷位置進行標定，并闡述問題的重要性等，此時也可以在模具圖紙上對工藝位置進行標明敘述；誤差原因的記載為進一步的解決問題提供了可能性；解決方法的內容包括針對具體零部件的工藝方法和調試參數；輔助信息的內容包含模具的幾何結構和公差級數等對調試方案的影響因素［10-11］。根據方案特征層的表述內容，可以將這4大要素更加具體化，這樣有利于調試方案的規(guī)范化，提高工作的響應效率，如圖2所示模具調試方案層次分析。

在調試的過程中除了要注意調試的方案以外，還需要對實際生產過程中存在的問題進行工況分析。為了更加精準的進行點對點的調試工作，筆者根據注塑模具的實際使用情況進行了數理統(tǒng)計，并根據修模難易程度將問題進行了分類。圖3為注塑模具問題分層。對存在問題的分類，在第一層中塑料件的位置和流道的位置成為分析的主要工作，其次就是隨著具體的成型方案進行展開。如果缺陷位置在試模的塑料件上，排除表面位置的缺陷后對特定位置進行考慮，進一步對紋路處、動作位、特征位置等進行判別，最后再判斷缺陷出現的詳細部位，如螺紋位、孔位、柱位等，這樣隨著判別記載層次的深人，問題位置特征就被明確描述了，使得解決方法的針對性更強、效率更高。以此類推，工程人員和研究人員的修模任務可以按照此規(guī)則進行分析研究。

圖2　模具調試方案層次分析

圖3　注塑模具問題分層

3　塑料缸蓋罩殼尺寸測量夾具

汽車發(fā)動機缸蓋罩殼的塑料件是一個多維的幾何結構件，必須使用專門的工裝夾具才能完成測量工作，圖4為缸蓋檢測夾具。檢測復雜工件的專用夾具主要包括基座、支撐機構、限位機構、鎖緊機構、測量機構以及其它輔助機構。該夾具的主要功能就是能夠對復雜幾何結構件進行幾何測量，但在工程應用中除了發(fā)揮它的測量作用以外，更大的是能夠將測得的數據進行分析，從而對模具的成型部件進行優(yōu)化和改進。因為被測量件幾何復雜，所以夾具的測量精度必須要保證，測量汽車零件的量具和夾具誤差都需要控制在15%以內，只有這樣才能更加精確地完成對模具的修復工作。

圖4　缸蓋檢測夾具

為了滿足設計需求，該汽車缸蓋的夾具有如下幾個特點：該檢測夾具與一般的量具使用沒有太大差別，工程人員通過便攜式檢測裝置就可以精確地完成對缸蓋的測量工作；該夾具設計全面，能夠滿足工程應用，并能夠對缸蓋內部的任何孔洞和曲面位置進行測量，并不造成對罩殼的損傷；能夠完成零件與夾具之間的合理性配合，在不影響測量結果的前提下完成配合與裝夾，圖5示出罩殼壓緊狀態(tài)的測量夾具。

圖5　罩殼壓緊狀態(tài)的測量夾具

4　塑料缸蓋罩殼典型部位修正與調試

由于模具的偏差可能會導致制品產生不同類型的凹凸邊、特別是有的地方產生氣泡，更嚴重的是產生尺寸的變化，這些缺陷主要還是與模具的設計有關，也有可能受工程人員的操作技術和環(huán)境條件所限制。在注塑的過程中，模具的精度一次難以達到，可能會存在各種各樣的缺陷，所以在試模后一般都會根據制品的偏差對模具的關鍵位置或者是關鍵點進行加工修正，從而滿足產品的設計要求［12-14］。應用模具調試方案層次法對模具缺陷和問題部位進行分析并做好記錄，根據測量結果找出特征位置后調試修正。

4.1孔位置度測量與分析

螺紋副連接是汽車、內燃機、壓縮機等眾多機械行業(yè)裝配作業(yè)所廣泛采用的一種方法，為確保裝配的質量，必須對螺紋孔位置度和平面度進行控制［15］。圖6為塑料缸蓋罩殼內螺紋孔和火花塞孔的位置分布圖。編號1～15為塑料缸蓋罩殼上用于鎖緊的螺紋孔，SP1～SP4為火花塞孔，根據工藝要求，螺紋孔的位置要求在1.0 mm以內，火花塞孔位置要求在0.5 mm以內。由于塑料件上螺紋孔較多，所以選擇了較為典型的幾種誤差情況，圖7為部分標記孔的位置偏差分析，圖中還顯示了各測量孔測量值與基準的相對偏差，其中菱形表示塑料件在自由狀態(tài)下的測量結果，方框表示在裝夾狀態(tài)下的測量結果，圓點表示基準孔。對每一位置進行兩次測量，結果取平均值，孔1需要向Y軸方向移動0.5 mm；孔2需要向X軸方向移動0.3 mm；孔6需要向X軸方向移動0.4 mm、向Y軸方向移動0.5 mm；孔13位置尺寸無需調試。圖8為火花塞孔的SP1號孔、SP2號孔、SP3號孔、SP4號孔的偏差均在允許范圍之內，其余孔位皆須要進行適當的調整。

圖6　螺紋安裝孔的位置

圖7　部分螺紋孔位置分析

解決塑料成型性能與缺陷中的尺寸穩(wěn)定性問題主要方法是對保壓壓力、注射時間、熔體溫度、保壓時間和模具溫度的工藝參數進行調整。根據模具調試方案層次分析法，將孔位置度的測量結果進行誤差分析，依次考慮供料量→模具溫度→注射時間→注塑壓力→物料溫度→注射速度→澆道與澆口的尺寸，最后對解決缺陷的方法進行總結，缺陷的原因是罩殼在模具中的冷卻時間不長，需要在不影響成本的情況下增加冷卻時間。

圖8　火花塞孔的位置分析

4.2平面度測量與分析

塑料缸蓋罩殼端面關鍵位置的平面度關系到安裝的密封性，而罩殼在自由狀態(tài)下的平面度和裝機模擬狀態(tài)的平面度是不同的，為更加契合實際工況和安裝工藝，筆者對試模得到的塑料缸蓋罩殼進行了兩種工況下的平面度分析，圖9為缸蓋罩殼平面度上監(jiān)測點分布情況。表1為以1，13，21作為基準點全體平面度位移偏差數據，技術要求兩種狀態(tài)下的全體平面度均在1.0 mm以內，數據表明全體平面度滿足要求。

圖9　平面度測量點

表2為以1，13，21，33作為基準點各邊平面度位移偏差數據，技術要求長邊平面度在1.0 mm以內，短邊平面度在0.7 mm以內。將檢測數據分為4段，第1段為1號檢測點至13號檢測點內的長邊平面度，偏差最大時為0.8 mm；第2段為13號檢測點至21號檢測點內的短邊平面度數據，可以看出塑料件在裝夾狀態(tài)下的偏差與自由狀態(tài)下的偏差明顯不同，但仍在偏差允許范圍內；第3段為21號檢測點至33號檢測點內的長邊平面度數據，雖然檢測點分布與對邊對稱，但偏差波動更??；第4段為33號檢測點至40號檢測點內的短邊平面度數據，偏差在允許范圍內。

表1　全體平面度位移偏差數據（基準點為1，13，21）

表2　各邊平面度位移偏差數據（基準點為1，13，21，33）

5　結論

以汽車發(fā)動機塑料缸蓋罩殼試模制件為例，針對注塑模具在開發(fā)過程中的調試修正這一重要環(huán)節(jié)，提出使用科學合理的調試方案來提高模具的成型質量，形成模具開發(fā)過程中的統(tǒng)一調試和修正標準。結合生產實際通過建立層次分析法，設計專用夾具對汽車發(fā)動機塑料缸蓋罩殼的典型部位的位置度和平面度進行測量與分析，根據罩殼的幾何誤差對模具成型工藝參數調試，強調在模具優(yōu)化設計的過程中根據特定的情況快速建立調試的響應對策，總結調試經驗，形成一套適用性較廣與針對性較強的調試工藝方法，減少勞動強度，提高生產效率。

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超低密度聚乙烯專用料指標在國內同行業(yè)樹立新標桿

2016年8月24日，52 t TJVL-084Z超低密度聚乙烯專用料在天津石化12萬t/a聚乙烯裝置成功下線。該產品以熔體流動速率（MFR）為3.5～4.4 g/10 min、密度小于0.91 g /cm3的指標在國內同行業(yè)樹立起新標桿。

烯烴部副經理吳文清介紹，這是目前國內低溫柔軟性最好的產品，完全能滿足下游企業(yè)增韌、摻混的需求。

超低密度聚乙烯產品主要應用于改性聚丙烯性能領域，并在汽車保險杠、儀表盤等方面有廣闊的應用前景，而受技術能力限制，國內大多依賴進口，且每噸售價高出通用料近1 000元。

天津石化烯烴部充分發(fā)揮自身技術優(yōu)勢，在超低密度聚乙烯產品研發(fā)方面大膽嘗試。近2年，先后成功開發(fā)生產出TJVL-1210，TJVL-0505兩種新產品。為滿足下游用戶提出的提高產品MFR指標的新要求，他們再次挑戰(zhàn)更高難度，著手高MFR、超低密度聚乙烯新產品的研發(fā)生產。

與此前生產的兩個超低密度聚乙烯產品相比，新產品MFR從1.0 g/10 min提高到3.5 g/10 min，峰值最高達4.4 g/10 min.由于產品黏度高，聚合過程中極易產生結塊，對工藝控制要求極為苛刻。在前期周密準備下，天津石化聚乙烯裝置試產過程中切換順暢、各系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

超低密度聚乙烯新產品TJVL-084Z試產成功，加快了天津石化超低密度產品系列化、高端化步伐，標志國內線型聚乙烯生產加工技術水平邁上新臺階。

（工程塑料網）

Analysis and Application of Engine Cylinder Head Cover Injection Mould Debugging Strategy

Liu Jintie1， Luo Jigang2
（1. Wuhan Vocational College of Software and Engineering， School of Mechanical Engineering， Wuhan 430205， China； 2. Wuhan Automobile Gear Factory， Wuhan 430050， China）

In order to improve the efficiency of injection mould modification and debugging，and expand the scope of application of the debugging technology scheme，the analytic hierarchy process method is established which combine with the practical engineering experience，the important dimension of plastic parts are measured and analyzed by special fixture，the mould production cycle is shorten and the correct countermeasure quick response efficiency of injection mold design is strengthened.

cylinder head cover；injection mould；debugging correction；measurement and analysis

TG76

A

1001-3539（2016）10-0081-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.10.017

*武漢市市屬高等學校教學研究項目（2015032）

聯系人：劉金鐵，工程師，從事注塑模具設計與開發(fā)研究工作

2016-07-27