高效的吸入式吹塑成型工藝

提升發動機功率的同時降低燃料消耗和排放值往往涉及發動機的輕量化，而這通常通過渦輪增壓器來實現。通過壓縮助燃空氣，它們確保了更佳的氣缸填充效率。由于工作原理不同，渦輪增壓發動機需要更多的風管，而這些風管也必須滿足眾多要求。連接空氣濾清器和渦輪增壓器的清潔進氣管道必須對底盤和發動機之間的相對運動進行補償，同時還必須承受高達約140 ℃的溫度和負壓。

在加壓側，增壓空氣通過中冷器回到進氣區域，高溫和內部壓力作用在風管上。具體而言，渦輪增壓器和中冷器（熱側）之間的管道將承受200 ℃以上溫度的影響。由于傳統的塑料管道無法承受高溫，因此鋁制風管被預裝在渦輪增壓器的（熱）排放側。但是，熱塑性塑料的進一步發展將為塑料管道在這一領域的應用鋪平道路。

塑料風管相較于鋁制風管的優勢

值得注意的是，耐熱塑料的開發在最近幾年取得了重大進展。目前，熱塑性塑料也可經濟地承受高達220 ℃的持續工作溫度和240 ℃的峰值溫度。熱塑性塑料的典型連續工作溫度為：

◆ 熱塑性共聚酯（TPC）：130 ℃

◆聚酰胺PA6+15%玻璃纖維：150 ℃

◆聚酰胺PA66+20%玻璃纖維：210 ℃

◆聚苯硫醚（PPS）：220 ℃

與鋁制風管相比，耐熱塑料風管具有生產周期短、能耗少和重量輕的特點。為了充分開發材料的功能和成本優勢，還需善加利用機器制造商的專業知識?？蛻舨粌H需要在更短的周期時間內進行優化生產，還希望使用更緊湊的機器來有效利用可用的生產空間。此外，為了搶占市場領先地位，還需要提高生產效率、降低能耗和入門級價格。

低廢料吹塑成型

自1999年以來，考特斯KBS系列機器已被用于生產汽車行業的各種3D成型零件，例如：加油管以及現代內燃機中的進氣管和增壓空氣管（圖1）。3D吹塑成型是一種低廢料生產方法。因為型坯被置于模腔內，材料損失僅在末端發生（標題圖）。根據形狀不同，該工藝可節省50%以上的材料。

圖1 具有兩個吹塑安裝接頭的PPS空氣管道通過吸入式吹塑成型工藝制造而成

3D吹塑成型工藝可分為三類：

◆ 具有型坯控制功能的3D吹塑成型工藝利用夾具或機器人控制型坯來獲得所需的形狀（圖2）。通過這一方式，復雜的管道形狀和急彎均可實現，也可以生產雙管道（圖3）和共擠管道。該方法還可與連續擠出（多達七層共擠）和不連續擠出（儲料缸式吹塑機頭）工藝相結合。

圖2 具有型坯控制功能的3D吹塑成型工藝利用夾具或機器人控制型坯來獲得所需的形狀

◆ 分型線的位置與水平3D吹塑成型相同。通過機器人將型坯放置在水平模具中，然后在型坯通過吹針成型之前關閉。該方法的優勢是可以形成急彎、橢圓形管段和大連接直徑（相對于管道直徑）。為了增加后續焊接到塑料管的壁厚，其中一個連接處可能會不平。此外，連接處可進行校準，內部結構也可成型。但是，過早接觸模具使該方法僅適用于緩慢結晶材料，例如：HDPE和PE。如今，它主要與7層共擠出工藝相結合應用于加油管。

◆ 在吸入式吹塑成型過程中，型坯早在實際吹塑成型工藝開始之前被真空吸入封閉的模腔中，隨后進行吹制。由于型坯噴射時間短，模具預接觸少，該工藝甚至還適用于熱塑性塑料。

吸入式吹塑成型的特性

通過吸入式吹塑成型工藝制造的3D風管和其他部件均無夾縫，并且壁厚分布均勻。該工藝最吸引人的地方在于模具早期接觸少，并且比其他吹塑成型方法所需的夾緊力更小。而且，模具不太復雜，因此更加經濟。模具接觸少和快速吸入的特性（有時不到兩秒）使其適用于加工快速結晶材料，特別是PPS等耐高溫熱塑性塑料。因此，吸入式吹塑成型是這些材料唯一適用的成型方法。

圖3 通過具有型坯控制功能的3D吹塑成型工藝生產的雙管道

由于該工藝目前幾乎僅用儲料缸式吹塑機頭進行，管道和風管也可由熱塑性塑料制成。但是，與其他兩種方法相比，該方法剖面部分的自由度更受限制。

換模時間短

考特斯新型機器KSB10專為吸入式吹塑成型而設計和優化（圖4）。改良的驅動技術、伺服液壓系統和側通道風機可降低能耗，從而顯著減少二氧化碳排放量。無皮帶驅動和BlowCommand 5控制器確保了機器操作方便高效。為了適應日益多樣化的進氣管道并減少批次規模，考特斯極度重視機器的快速換模功能。因此，模具和擠出模頭均可在十分鐘之內完成更換（圖5）。此外，該機器還可配備快速換模系統。

圖4 新型吸入式吹塑成型機：節省空間的設計以及緊湊的擠出機平臺和夾緊裝置實現了更低的價格和更短的交貨時間（? 考特斯）

除了KSB10，考特斯還提供通用機型KBS20 SB，尤其適用于通過吸入式吹塑成型工藝生產大型部件以及通過2D工藝生產過度擠壓的工件，例如：儀表板風管。K3D SB20雙工位機器則用于生產大量類似工件。

圖5 快速換模：由兩個部件組成的擠出模頭使換模時間少于十分鐘（? 考特斯）

去年，考特斯為Toray Industries提供了一臺KBS20 SB擠出吹塑成型機用于研發。在該公司名古屋工廠的技術中心里，這家日本原材料生產商通過吸入式吹塑成型工藝測試了不同材料風管的制造。結果證明，PPS風管的進一步發展值得關注，因為其具有高達220 ℃的永久耐熱性和高耐化學性。其目的是利用這種高性能塑料來開發更多的應用領域并證實其替代可能性。