渦輪增壓器擴壓器模具制作方法的優(yōu)化研究

丁月鋼，侯婷婷

（大同北方天力增壓技術(shù)有限公司，山西 大同 037036）

渦輪增壓器是現(xiàn)代發(fā)動機中的一個重要部件，它是利用發(fā)動排放的廢氣能量，通過壓氣機為發(fā)動機提供過量空氣來提高發(fā)動機功率的指標，同時達到節(jié)油和改善排放性能的一種有效機械。而擴壓器作為壓氣機上的組成元件，對其氣動性能產(chǎn)生重要影響，主要分為無葉和有葉兩種擴壓器類型。大型渦輪增壓器一般采用有葉擴壓器，這種擴壓器的流動阻力小、效率高。有葉擴壓器的型式有平板式、三角形、薄壁圓弧型、拋物線鍥性等。目前有葉擴壓器模具的制作方法有：（1）數(shù)控銑削金屬模具。首先，建立擴壓器模具CAD模型，然后通過五軸數(shù)控進行編程、仿真加工。由于擴壓器葉片眾多，金屬陰模盲孔加工難度大，導致加工費時費工，制造成本很高，難以適用于批量生產(chǎn)。（2）制作整體樹脂模具。首先銑削一個擴壓器實物模型，使用某樹脂材料對擴壓器實物模型進行包裹，再通過某種化學方法腐蝕掉擴壓器實物做出樹脂陰模模具。但使用這種方法制備的擴壓器實物模型不僅體積較大、腐蝕過程復雜、周期漫長，而且在腐蝕過程中放出的熱量會使樹脂模具發(fā)生不可逆的變形，從而導致模具報廢。

針對傳統(tǒng)擴壓器模具制作方法中產(chǎn)生的問題，在滿足使用需求及技術(shù)標準的前提下，本文對大型渦輪增壓器擴壓器模具的制作工藝進行優(yōu)化改進，由樹脂陰模代替原有的金屬陰模，涂抹脫模劑，加裝頂出工裝，有效地解決了模具的制作周期和成本問題，進一步實現(xiàn)了擴壓器的批量生產(chǎn)。

1 渦輪增壓器擴壓器模具的制作工藝

擴壓器作為渦輪增壓器上的重要部件，其在精度尺寸以及表面光潔度上的要求是比較高的。因此，擴壓器模具的合理設(shè)計是非常重要的工藝條件。由于擴壓器具有復雜的結(jié)構(gòu)，我們從以下幾個方面對模具的設(shè)計進行了分析：（1）可成形形狀復雜的制品，結(jié)構(gòu)簡單，降低生產(chǎn)成本；（2）設(shè)計分型面類型，盡量避免通過重要面，在保證制品精度的同時能夠快速脫模，減少生產(chǎn)周期，提高成型效率；（3）模具的型腔不要過深，要充分考慮頂出機構(gòu)的設(shè)置，保證型腔不產(chǎn)生溢料和飛邊。

基于以上擴壓器模具的分析設(shè)計，研究人員對模具的制作方法進行了優(yōu)化，具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 渦輪增壓器擴壓器模具的制作流程

（1）銑削擴壓器陽模：建立擴壓器計算機三維模型，設(shè)計模型時，需設(shè)計與后期脫模工裝配合的螺紋孔；使用高速五軸聯(lián)動機床，加工一個鋁合金擴壓器實物模型，保證高速點銑的完成，得到的擴壓器實物模型需達到表面光潔，加工精度高。

（2）涂抹脫模劑：在擴壓器陽模及灌制模具所使用的套圈、底盤上涂抹環(huán)氧樹脂專用脫模劑，保證擴壓器陽模被脫模劑完全包裹。

（3）灌制樹脂模具：使用樹脂將擴壓器實物模型包裹，灌制過程中要求平穩(wěn)；使用兩臺風扇進行連續(xù)降溫處理，避免樹脂灌制凝固過程放熱使樹脂發(fā)生變形。

（4）脫模過程：模具上的頂出工裝與擴壓器陽模之間采用螺紋的方式連接，頂出工裝的周圍分布有若干頂絲。使用時，通過連接螺栓將連接板與擴壓器陽模實物連接，頂絲的下端與樹枝陰模相抵，通過轉(zhuǎn)動頂絲推動樹脂陰模移動，實現(xiàn)樹脂陰模與擴壓器陽模分離；脫模的過程中使用力矩扳手，保證各個方向的受力均勻，待脫模完成后，對擴壓器陰模根據(jù)使用要求進行必要的外圍加工裝配，進一步完成渦輪增壓器擴壓器模具的制作。

2 實例分析

根據(jù)本文優(yōu)化后的渦輪增壓器擴壓器的制備方法，以15801的型號為例，對灌制硅橡膠模具后的產(chǎn)品進行首批產(chǎn)品試驗，產(chǎn)品投入100件，經(jīng)檢驗合格數(shù)100件，成品率為100%，達到了擴壓器的使用要求，并通過了實際應(yīng)用，工藝可行。

此外，我們對不同方法制備的擴壓器陰模所需要的生產(chǎn)周期及成本進行了統(tǒng)計對比，如表1所示。

表1 擴壓器陰模不同制作方法的生產(chǎn)周期及成本統(tǒng)計表

從表1中可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用直接脫模方法制備的擴壓器所需的生產(chǎn)周期大大縮短，生產(chǎn)成本也有所降低，達到了預期效果。

為了更直觀地統(tǒng)計直接脫模方法在實際應(yīng)用中帶來的經(jīng)濟效益，我們試開發(fā)了12套不同型號的擴壓器模具，分別為15001、15004、15801、16021、21052、26001、26002、26003、16035、16065、16071、20007，并對其進行了計算驗證。采用直接脫模方法制作的12套模具實驗費用約為0.1萬。

注：實際經(jīng)濟效益=（活動后模具制作成本－活動前模具制作成本）×試開發(fā)模具數(shù)量－實驗費用根據(jù)表1中不同模具制作方法的成本統(tǒng)計，計算結(jié)果如下：與銑削金屬陰膜相比：（5－0.2）×12－0.1=57.5萬元與堿腐蝕相比：（1－0.2）×12－0.1=9.5萬元

由此可知，直接脫模的方法制備擴壓器可以極大地節(jié)約制作成本，有效地提高了公司的經(jīng)濟效益。目前，這種方法在生產(chǎn)中已批量使用。

3 結(jié)語

本文通過對渦輪增壓器擴壓器模具的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，在模具上涂抹脫模劑并采用頂出工裝，優(yōu)化了模具的制作方法。與原有的技術(shù)相比，裝有頂出工裝的擴壓器模具制作方法簡單、一致性好，尺寸精度高，同時也縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，有效提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，成功地實現(xiàn)了量化生產(chǎn)。