吹塑成型助力发动机进气管和增压管的轻量化

1. 全体参会代表在EMS苏州工厂合影留念
2. EMS工厂参观环节-请淡化工厂背景
3. 会议现场

11月28-29日，第一届挤出吹塑成型研讨会在苏州诺富特酒店隆重召开，吸引了150位来自亚太的汽车主机厂和一级供应商参加。本届研讨会由艾曼斯（苏州）工程塑料有限公司（简称EMS-GRIVORY）主办，从多个技术环节打造了一场发动机进气和涡轮增压管路系统的最新轻量化技术盛宴。

涡轮增压器可以使一个更小排量的发动机实现一台更大排量的自然吸气发动机所能达到的功率输出，相较于较大排量自然吸气发动机，其燃油经济性可提高20%-40%。通过油耗降低，小排量涡轮增压发动机能减少有害气体的排放，与此同时能提高功率和加速性能。

面对中国市场对涡轮增压器日益增长的需求，为期两个半天的挤出吹塑成型研讨会几乎覆盖了汽车发动机进气和涡轮增压管路系统的全产业链，内容包括主机厂在进气系统方面的机遇、如何选择合适的涡轮增压管材料、挤出吹塑成型（EBM）工艺及其模具设计、顺序共挤技术对设备和材料的要求、中冷器管路的快插连接技术、尼龙材料的最佳干燥方式、计算机辅助技术如何帮助设计涡轮增压管路、塑料焊接技术在三维吹塑领域的应用等内容。本文将选取部分内容集中报道，以飨读者。

主机厂的使用要求

随着亚洲汽车市场的持续发展，更多的主机厂和一级供应商开始考虑如何在保持汽车性能的同时，满足严格的二氧化碳排放规定、更高的温度和轻量化要求。来自浙江吉利汽车研究院有限公司的总工程师熊飞先生在演讲中介绍，进气系统未来的发展需求主要受到以下几个方面的驱动：首先，国家最新排放法规对进气系统提出了更高的减重要求；其次，对传统工艺也提出了更高的经济化要求；然后是发动机小型化带来的更紧凑、耐高温等要求；最后是NVH带来的需求。熊飞坦言，这些需求需要主机厂、零部件供应商和材料厂商一起合作，比如由主机厂提出使用需求，零部件供应商提供完整的验证体系，材料供应商提供新材料和新技术。

熊飞认为，尼龙吹塑成型是增压管轻量化设计的方向，这是由这项技术的相关特点决定的：第一，采用吹塑级PA6-GF15或PA66-GF（15-25）材料生产的涡轮增压汽车发动机进气管可一次性成型，并且可以长期在150-200℃环境下工作；第二，尼龙吹塑涡轮增压进气管比金属管橡胶复合管、热塑性橡胶管降成本20%，减重30%以上；第三，尼龙材料可以完全回收，具有很强的环保意义。不过，他也提到了塑料代替传统金属橡胶复合管可能存在的一些挑战，比如零部件供应商可能对金属管的加工更为熟悉，市场上金属加工设备也有更多可选等。

“吹塑产品在汽车上应用越来越广泛。目前一台车大约会使用10kg的吹塑制件，而且它的应用范围还在进一步扩大中。”熊飞说道。

其实，吉利汽车已经和EMS有过一场以塑代“铝”的合作。为了实现汽车仪表盘横梁（CCB）的轻量化，现在主流的解决措施是采用镁合金/铝合金材料设计，可以得到较好的轻量化效果，同时成本提升明显。其实，用塑料代替铝材还可以进一步减轻25%的重量，同时降低成本。吉利轻量化团队整合了包括一级供应商和EMS在内的各方资源，共同开发出CCB的塑料技术，共同推进了塑料CCB的产业化可行性。

大众汽车也作为主机厂代表出席了本次论坛。来自大众汽车（中国）投资有限公司中国材料技术实验室的赵彬先生，重点分享了汽车进气管和增压管路对于材料的选择。据他介绍，进气管在选择材料时要考虑到其耐热性、耐化学环境、管道的轴向刚度等特性。对于增压管道而言，大众目前的车型在热端基本采用吹塑成型，再根据不同的温度选择材料，在冷端则主要采用注塑+焊接的方式，这里主要是出于成本的考虑。

赵彬通过两个案例解释了他们对于材料的选择原则，除了要选对材料的牌号，还要充分考虑功能测试阶段对于壁厚和波纹段的要求。他强调，在中国，一级供应商对材料测试不太重视，很多时候都在依靠材料供应商提供支持，或者通过第三方实验室提供数据。这就带来了一个问题，由于第三方实验室和大众的联系不太紧密，一些测试的方法可能不太一致。比如，大众一般从产品上选取样条做力学性能的测试，而不仅仅依托于标准样条；再如，尼龙材料有干态和湿态之分，在评价材料的热老化性能时要清楚是基于什么样的形态，等等。

吹塑成型工艺潜力大

目前全球范围内的主要汽车市场都面临着二氧化碳排放的严苛法规，涡轮增压技术已经成为一个重要的选择方向。据统计，到2019年，每年将有490万辆汽车配备涡轮增压发动机。其中，中国将领先于全球涡轮增压的发展趋势，预计到2019年，中国市场对涡轮增压器的年需求量将达到1300万台。

如何通过先进的生产技术来成型发动机进气及增压塑料管道呢？来自德国考特斯机械制造有限公司的执行总裁Andreas Lichtenauer先生，隆重介绍了其最新一代的高产量双工位3D吸入式吹塑机及其先进工艺技术。Lichtenauer先生重点介绍了其KSB10 模块化吸入式吹塑成型设备的一些特点，该机型有单双工位可选，适用于广泛的原材料种类，占地面积减少了40%，伺服液压和无皮带挤出驱动带来了极低的能耗，直观的操作系统和快速方便的换模系统有利于提高机器的效率，同时使设备更易于操作。

同样来自考特斯的Torsten Schonauer先生重点分享了3D吸入式吹塑机的模具相关技术。他在讲解3D吹塑模具的设计原则时讲到，要根据不同材料的吹胀比、椭圆度、曲率、波纹段、焊接区域等来决定如何设计模具。以涡轮增压发动机的进气管为例，留给进气管的安装空间比较紧张，那么如何才能让进气管在这么狭窄的空间中承受剧烈变化的压力和振动就成为一个挑战。

EMS-GRIVORY的Ming Jiann Cheung 先生介绍了他们是如何应对这个挑战的：“普通的波纹管有一个缺点，那就是轴向的刚度太弱，在内部压力下轴向变形太大，而且这种轴向变形带来的疲劳应力会降低进气管的使用寿命。EMS开发了一个解决方案叫MOAX®。MOAX®代表单个轴向的意思，意味着这个管子可以在一个方向上表现得很柔韧，而在另一个方向上可以表现得很刚硬。这样，在同样的弯曲载荷下，MOAX®和普通的波纹管表现得一样柔韧。由于MOAX®在管子中间有两个光滑的表面，使得它在轴向具有一定的刚度，从而延长了进气管的使用寿命。”

选对材料很关键

成型一个顺序挤出吹塑的管道需要满足三个方面的要求：正确的顺序挤出吹塑成型机械、独特的管道设计和正确的软硬材料组合。在EMS-GRIVORY亚太区的应用开发经理Hans Kreil先生看来，传统技术生产出来的进气管多用金属+橡胶制成，重量比较重，而且由于管子上面的零件可能多达15个，仅组装费用就不容小觑，再加上库存和物流成本，及质量检测方面的费用，成本也是一大短板。而采用顺序共挤吹塑技术可以将其成本和重量降低30%。

EMS拥有广泛的挤出吹塑材料组合，包括各种非增强尼龙材料和增强尼龙材料，能满足长期工作时从130-210℃的高温应用，这也基本覆盖了汽车发动机进气和增压管路的使用温度区间。目前，EMS的尼龙材料已经通过注塑或挤出吹塑的方式走进了各大主机厂，在发动机进气管、增压管、消音器等领域扮演着重要角色。

尼龙材料的干燥一直是业界最为关注的话题之一。摩丹卡勒多尼的吕先生基于多年的从业经验，提出了两点专业建议：除湿干燥机是干燥尼龙材料最佳的干燥设备，而持续稳定的露点则是维持干燥机干燥效率的最重要因素，此外，干燥风量、干燥温度和干燥时间共同作用，达到好的干燥效果。

据EMS-GRIVORY的潘先生介绍， EMS早在26年前就开始了以塑代钢的步伐；今天，它也成为中国首家配备专业挤出吹塑设备的材料厂商，这很符合EMS“做以塑代钢的专业团队”的定位。在第一半天结束后的工厂参观环节，150位参会代表被分成六组，不但参观了EMS-GRIVORY工厂尼龙改性生产线的布局，而且对其客户服务内容有了更深的了解：EMS不仅为客户提供合适的尼龙材料，还能为客户提供全流程的技术支持，如针对不同工艺的快速原型、材料测试、设计优化等，这些服务通过六个工作站得到了全面而直观的展示。六个工作站分别是尼龙改性生产线、新购入的考特斯KSB10挤出吹塑机、克劳斯玛菲注塑机、阿博格注塑机、材料测试实验室和计算机辅助技术服务（CATS），在EMS-GRIVORY技术人员热情专业的介绍中，参观队伍不断加深了对EMS的了解，不少人还对EMS-GRIVORY工厂的产线和设备配置表示了惊叹。本刊编辑印象最深刻的有两个地方：第一是EMS-GRIVORY工厂的改性尼龙生产线，只见挤出、切粒、干燥、传输、包装等工序的加工设备有序铺开，整个工艺过程几乎都是通过自动化完成，赢得了参观人群的衷心赞叹。第二是挤出吹塑机器搭配EMS的MOAX专利设计，可以一步成型发动机的进气管，随后通过嵌件成型技术减少二次加工和后续组装步骤。

最后，塑料焊接技术在三维吹塑领域的应用也不可不提。来自必能信的Jacky Liu重点介绍了目前主流的塑料焊接技术及其应用。以PA6+PA66制成的进气管为例，采用清洁红外焊接技术（CIT）可以打造复杂的进气管路，而且对产品外形限制小，不会产生材料附着现象，也不会损伤内部元件，能耗也更低。

研讨会结束之前的头脑风暴环节将整个会议推向高潮。EMS邀请了6位来自供应链不同环节的嘉宾，大家共聚一堂，讨论了涡轮增压管和挤出吹塑技术的发展空间。大部分嘉宾认为，新能源车的趋势不可逆转，但未来10-20年涡轮增压技术还将继续发展，这就意味着塑料进气管和增压管将继续拥有市场。

结论

经过100多年的发展，汽车行业面临的问题和挑战非常多，包括动力性能、经济性、油耗、环保等问题，而轻量化能够覆盖到汽车所有凸显的问题。可以说，现在是发展汽车轻量化的最佳时候，尤其是汽车发动机周边的轻量化技术。

以往，我们已经看到听到很多先进材料及工艺在汽车轻量化技术上的应用，但是很少有论坛将重点放在吹塑技术及其相关应用。因此，由EMS主办的第一届挤出吹塑成型研讨会吸引了来自亚洲多个国家的主机厂和零部件供应商参与，它以汽车进气管和涡轮增压管的轻量化技术为核心，全面介绍了主机厂的材料选择及测试要求，产业链相关环节的供应商也分别分享了最新的吹塑成型技术及设备、最佳性价比的尼龙材料解决方案及辅助设备的原理及应用。两个半天的技术研讨会辅以工厂参观，不但为主机厂和汽车零部件供应商带来了吹塑成型产业链上的丰富技术知识，同时也引起了整个产业链的深思考：汽车行业目前乃至未来10-20年需要什么样的解决方案，材料和工艺如何才能更好地结合，进一步推动汽车产业向前发展，等等。