[发明专利]一种汽车发动机油底壳专用复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车发动机油底壳领域，具体地，涉及一种汽车发动机油底壳专用复合材料及其制备方法。

背景技术

车辆发动机的油底壳安装在发动机的底部，用于储存机油并封闭曲轴箱、防止杂质进入，收集和储存由发动机各摩擦表面流回的润滑油、散去部分热量，防止润滑油氧化等。

汽车发动机油底壳材料和相应的工艺的发展历程是：铸铁或铸铝件——单层薄钢板冲压件——压铸铝合金件——(金属/塑料/金属)夹层复合件——SMC热固性塑料模塑件——(尼龙)热塑性塑料注塑件。

采用铝合金压铸而成的油底壳，具有较好的质量指标和优异的结构刚度，然而产品压铸成型后，还需机械加工，生产成本较高，另一方面，铝合金材料密度较大，也不利于汽车轻量化发展。采用(金属/塑料/金属)夹层复合件虽然降低了油底壳的材料成本，然而产品质量指标较差。采用SMC热固性塑料模塑件不仅降低了油底壳的材料成本和加工成本，也提高了质量指标，然而却降低了产品的结构刚度。

热塑性塑料材料由于造型容易、质量轻、成本低，受到汽车发动机油底壳制造业的青睐和关注。尤其塑料材料制成的油底壳具有能够集成油道、吸油管、机油过滤器、单独的备用油口和防溅板等优点，使其成为兼顾耐热性和高刚度的一体化的功能零部件材料。

2003年，德国萨克森技术公司(KTSN)成功研发了世界首例载货汽车发动机热塑性塑料油底壳，这种轻量化新材料油底壳的机油容量较传统材料油底壳增加了30％，达到39L；新材料油底壳部件总质量较传统材料油底壳减轻40％，达到7.4kg；它的生产成本较传统材料降低了20％～30％。这种塑料材料油底壳的材料被命名为“6.6型超级尼龙”，其中35％为增强玻璃纤维。

与传统材料相比，热塑性塑料即玻璃纤维增强尼龙制成的汽车发动机油底壳具有下列优势：

1、突出的轻量化优势。对同一汽车发动机而言，热塑性塑料件和传统材料件在强度、刚度相近的条件下，油底壳部件本身自质量指标，尼龙塑料注塑件比单层钢板材料冲压件减轻了50％；比铝合金压铸件减轻了30％～40％；比较的前提条件是已考虑并计入为补偿尼龙塑料新材料刚度和强度而增大的壁厚及设计上增加的局部加强筋等结构措施对自质量的影响。因此，轻量化优势使新材料油底壳应用前景十分广阔。

2、设计自由度高。部件壁厚变化、局部加强筋设计、倒扣结构、多重法兰、与其他部件集成为一体化的可能性大大增强。例如某公司设计的新材料油底壳，其结构或构造上，已集成了油道、吸油管、机油过滤器、单独的备用油口和防溅板等，不但保持了整个部件外廓尺寸不变(与铝合金材料压铸件相同)，而且整个油底壳部件的储油容积扩大了30％，由于机油容量的增加，汽车发动机的机油更换周期和保养间隔可延长50％。

3、加工成本低。功能良好的新材料油底壳部件，不但能提高生产效率，同时也能降低生产成本。仅尼龙塑料注塑模具一项，可以节省的费用就已相当可观。尼龙塑料注塑模具的使用寿命是铝合金压铸模具使用寿命的10倍；并且能超过薄钢板冷冲压模具的使用寿命。由于轻量化新材料的油底壳在结构设计上能集成多个相关部件，因此具有多个相关部件的功能。而在传统薄钢板冲压件和铝合金压铸件，这些特定功能是由各单独或独立的零部件完成。所以，新材料油底壳不仅减小占用空间，而且大大减少生产制造费用和装配费用。不仅新材料的模具制造费用比传统材料低，而且还能省去薄钢板冲压后的整形、切边和铝合金毛坯压铸后的机械加工工序。大量统计资料表明，轻量化新材料油底壳的生产成本要比压铸铝合金材料油底壳低30％～40％。

4、生产废品率低。这是由于注塑制造工艺比薄钢板冷冲压工艺和铝合金压铸工艺的制造不良率低。因为轻量化新材料油底壳能与其他相关部件集成为统一的整体，原来传统材料所必需的与单独制造的其他相关部件联接、紧固用螺栓便可省去或大大减少。整个系统的质量降低，消耗材料减少，因生产废品率降低导致的相对生产率提高，同时系统成本大大降低。

5、减震、降噪能力强于传统材料，使汽车发动机NVH性能提高。试验结果表明，采用轻量化新材料油底壳的汽车发动机，工作时产生的噪声低于95dB(分贝)。这一噪音水平在载货汽车发动机领域处于世界先进水平。

6、工作可靠性、使用耐久性及低温下工作适应能力高。按照载货汽车最低10年的使用寿命(或累计行驶100万km)的要求，轻量化新材料油底壳试验样品在注入120℃高温机油的条件下，通过了耐久试验(试验中机油的最高温度曾达到150℃)。轻量化新材料油底壳还通过了-30℃的低温寒冷环境的使用试验。