Применение армированного PA6 в автомобильных крышках двигателя
Автомобильные крышки двигателя (Engine Cover или Cylinder Head Cover) являются важными конструктивными и декоративными элементами силовой передачи. Традиционно эти детали в основном изготавливались из алюминиевого сплава или материала PA66GF30. В последние годы, в условиях оптимизации затрат и растущего спроса на облегчение конструкции, армированный PA6 (PA6+GF30) благодаря конкурентоспособному соотношению цены и качества, а также зрелым технологиям модификации, быстро замещает алюминиевый сплав и PA66GF30 в этой высококлассной области применения. В данной статье подробно рассматриваются требования к выбору материала и типичные案例 применения армированного PA6 в крышках двигателя.
Требования к материалу для крышек двигателя
Крышка двигателя работает в верхней части двигателя и подвергается жёстким условиям эксплуатации: требования к длительной термостойкости (сохранение стабильных характеристик в диапазоне от -40°C до 150°C); устойчивость к коррозии от моторного масла и химических сред (длительный контакт с моторным маслом, парами бензина, охлаждающей жидкостью и т.д.); хорошая вибрационная усталостная прочность (работа в условиях постоянной вибрации при работе двигателя); стабильность размеров (высокие требования к точности сопряжения с уплотнительной поверхностью головки блока цилиндров, деформация не допускается); характеристики NVH (хорошее демпфирование и шумоподавление); требования к огнестойкости (класс UL94 HB или V-2).
Армированный PA6 (PA6+GF30) демонстрирует удовлетворительные комплексные характеристики по вышеуказанным требованиям, особенно его термическая стабильность с добавками стабилизатора на основе медных солей может удовлетворять требованиям долгосрочного использования при 150°C.
Армированный PA6 vs Алюминиевый сплав vs PA66GF30
Армированный PA6 обеспечивает значительное снижение массы по сравнению с алюминиевым сплавом — плотность алюминиевого сплава составляет 2,7 г/см³, тогда как плотность PA6GF30 составляет всего 1,36 г/см³, что позволяет снизить массу на 40%-50% при эквивалентной конструкции. По сравнению с PA66GF30 армированный PA6 имеет явное преимущество в цене (примерно на 15%-20% ниже). Однако кратковременная термостойкость PA6GF30 ниже, чем у PA66GF30 — HDT PA6GF30 (1,82 МПа) составляет около 195°C, тогда как у PA66GF30 около 250°C. Для высокотемпературных зон вблизи выпускного коллектора рекомендуется предусмотреть тепловой экран на задней стороне крышки или использовать PA66GF30.
Типичный案例: крышка двигателя 1,5T известной марки
Один известный отечественный автопроизводитель в проекте 1,5-литрового турбированного двигателя заменил крышку двигателя из PA66GF30 на материал армированный PA6GF30. После всесторонних стендовых испытаний и дорожных испытаний автомобиля была окончательно подтверждена схема PA6+GF30 с термостабилизатором на основе медных солей. После стендовых испытаний на термическое старение (150°C × 1000 ч) коэффициент сохранения прочности на разрыв превысил 80%, что превышает критерий приёмки автопроизводителя в 70%. После испытания на погружение в моторное масло (500 ч в масле при 125°C) на поверхности не обнаружено вздутий, растворения или трещин. После 100 000 км дорожных испытаний на долговечность крышка двигателя сохранила хорошую герметичность без утечек масла.
В отношении затрат стоимость материала одной крышки двигателя снижена примерно на 18% по сравнению с вариантом PA66GF30 и более чем на 40% по сравнению с вариантом из алюминиевого сплава. Масса одной детали снижена примерно на 0,8 кг по сравнению с вариантом из алюминиевого сплава, что способствует общему облегчению автомобиля.
Ключевые моменты проектирования и выбора материала крышки двигателя
При проектировании крышек двигателя из армированного PA6 следует обратить внимание на следующие технические детали: выбор термостабилизирующей системы имеет решающее значение — рекомендуется использовать стабилизаторы на основе медных солей вместо простых фенольных антиоксидантов для обеспечения долгосрочной термостойкости выше 150°C; в зоне уплотнительной кромки следует предусмотреть гибкую конструкцию для обеспечения хорошего уплотнительного контакта между крышкой и головкой блока цилиндров; толщина крышки обычно составляет 2,0-2,5 мм, в зонах крепления болтов предусматривается локальное утолщение; рекомендуется интегрировать лабиринтную структуру сепарации масла и газа для уменьшения прямого выброса; материалы должны пройти сертификацию OEM по VOC и запаху; содержание стекловолокна 30% является типичной конфигурацией, для более высоких требований к NVH можно использовать схему с длинным волокном.
Рыночные тенденции и перспективы
С распространением новых энергетических транспортных средств использование крышек двигателя в традиционных автомобилях с двигателем внутреннего сгорания снижается, однако гибридные автомобили (HEV/PHEV) по-прежнему широко используют двигатели внутреннего сгорания. Более того, крышки двигателя развиваются в направлении модульности и интеграции — интеграция впускного коллектора, электрических разъёмов, кронштейнов датчиков и т.д. Преимущество армированного PA6 в стоимости и баланс характеристик делают его одним из основных вариантов материалов для крышек двигателя в обозримом будущем.
