汽车变速箱高性能油冷管路开发与应用

完成单位: 四川川环科技股份有限公司
参与研发人员: 文谟统、沈栋梁、文勇、李冰、李淑美、饶江荣、文琦超
评价机构: 达州市科兴技术转移中心
专家组成员: 冯学龙、张元华、孙波、王义财、古建国
评价完成时间: 2020年6月11日
成果类别: 应用技术
所属区县: 达州市大竹县
成果简介:
1、 任务来源
汽车变速箱高性能油冷管路是公司自主研制的汽车变速箱关键零部件。项目已列入2016年大竹县科技计划项目,立项文号为竹府定字【2017】290号。
2、立项背景
根据自动变速箱环境和使用要求,承受苛刻的温度、脉冲疲劳等需要开发高性能的管路,适应自动变速箱的配套需要。国外发达国家一直走在前列,已研制出具有特色的自动变速箱油冷管路总成,但作为该类产品的材料、工艺及技术诀窍等形成坚固的技术壁垒和市场垄断。
随着国内汽车工业快速发展,面对自动变速箱普遍应用,其管路主要依赖国外进口,价格高,供货周期长,汽车厂难以接受,因此,我们通过了广泛调查,查阅国内外大量资料,剖析了国外产品,进行产品升级和优化,克服现有技术缺陷,实施了高性能变速箱油冷管总成(TOC)的研发,以满足国内汽车配套的需求。
3、总体思路
根据汽车自动变速箱油冷系统(TOC)应用特性和要求,现有连接软管已不能满足自动变速箱油冷管路性能和使用要求,自动变速箱配套管路提出了新的挑战,零部件供应商应进行产品结构调整和升级换代。
使用软连接胶管,适应缓冲变速箱与冷凝器不同频率的震动和不断提高的环境和压力要求,防止造成连接处破裂漏油,损坏发动机与变速箱,尤其管路在苛刻环境中正常发挥,具有耐高温,耐臭氧,抗脉冲等综合性能。
我们针对国内外研究现状和发展趋势,进行广泛的市场调查和分析,收集了国内外大量的技术信息,通过深入的市场分析。对材料、配方及生产工艺做了大量的研究工作,根据自动变速箱油冷管的的特殊特性和工况,确定了研发技术方案,编制了工艺路线和项目研发采取的具体技术方法,从而确立了完整的技术研究体系。
4、主要研究内容
项目从材料配方、结构和加工工艺上攻克现有技术难题,提出满足汽车自动变速箱使用要求的产品技术解决方案。采用有限元分析,油冷管设计为三层复合结构,包括内层、增强层和外层,其特征在于,由内至外内层通过第一粘结层与增强层连接,增强层利用芳纶纤维再通过第二粘结层与外层连接,内层和外层都选用耐热老化、抗压缩永久变形以及耐液体、耐低温性能优越的AEM(乙烯-丙烯酸脂橡胶)高聚合物橡胶材料。内层、第一粘结层、增强层、第二粘结层、外层,经过特殊的多层共挤复合工艺一次性成型软管,采用新型扣压工艺形成管路总成化,模块化。将软管、护套、硬管、消声器、卡箍和定位卡片等进行组合装配形成油冷管路总成,实现单一零部件的集成化。
5、关键技术
项目产品从材料、配方、结构和工艺上攻克现有技术难题。技术的关键特征主要表现在:
a、软管的结构设计:通过三维数模设计,反复论证确定软管采用三层复合结构设计,如下图所示:包括内层、增强层和外层。
                                                                                                     
                                                                                                           Î         Î              Î
                                                                                                        内层  增强层    外层
图1: 典型三层复合结构示意图
b、材料配方设计:为更好的满足油冷管路耐高低温、耐臭氧、抗脉冲等综合性能。采用正交实验设计等多种方法,经过反复试验验证和技术参数的优化调整,形成AEM橡胶材料配方,使项目材料满足相关技术性能要求。
c、制造工艺设计:目前汽车的配件管路大多采用分段间歇生产方法,蒸汽硫化分两次完成,过程控制难度大,关键工艺参数设置难以控制,导致其波动范围大,影响产品稳定性及可靠性。
根据该产品结构复杂性及材料多样性特点,进行工艺优化设计和评审,确定了半成品和产品生产工艺流程,采用多层共挤复合工艺,胶管一次成型,使配方材料、结构和工艺设计有机结合,形成独特配方、工艺体系及制造方法,使产品性能更可靠更稳定。
d、总成设计: 根据项目产品的使用工况条件,通过认真剖析和对比国外相关产品,在总成设计中加入消声器这一重要部件,有效降低车辆运行、加速、停车等产生的环境噪声。并采用新型扣压工艺将软管、护套、硬管、消声器、卡箍和定位卡片等组合装配形成油冷管路总成,实现单一零部件的模块化、集成化。有效满足产品的承压能力,以及自动变速箱油冷管的使用特性和技术要求,实现产品完善的功能匹配。
6、技术路线
针对高性能变速箱油冷软管总成(TOC)的研发,形成如下技术路线:
管路整体结构的研究→各层材料优选→配方研制→多层共挤制造工艺设计→总成相关化研究→样品试制→全性能检测→产品应用试制→装车试验和验证→投入量产。
二、应用领域和技术原理
1.应用领域:产品主要用于汽车变速箱软连接胶管,适应变速箱的配套需要。主要用于缓冲变速箱与冷凝器不同频率的震动和不断提高的环境及压力要求,防止造成连接处破裂漏油,损坏发动机与变速箱的配套管路产品。还适用于工业、火车机车和海洋船船舶用发动机等领域。


图2  项目产品应用示意图
2.技术原理:根据变速箱环境和使用要求,承受苛刻的温度、脉冲疲劳等需要开发高性能的管路,适应汽车变速箱的配套需要。尤其要求管路部份在苛刻的环境中能正常使用,以及对管路还需具有耐高温,耐臭氧,抗脉冲等综合性能要求。从而确立独特材料配方、结构和加工工艺上攻克现有技术难题,提出满足汽车变速箱使用要求的产品技术解决方案。
采用有限元分析,油冷管设计为三层复合结构,包括内层、增强层和外层,其特征在于,由内至外内层通过第一粘结层与增强层连接,增强层利用芳纶纤维再通过第二粘结层与外层连接,内层和外层都选用耐热老化、抗压缩永久变形以及耐液体、耐低温性能优越的AEM(乙烯-丙烯酸脂橡胶)高聚合物橡胶材料。内层、第一粘结层、增强层、第二粘结层、外层,经过特殊的多层共挤复合工艺一次性成型软管。将软管、护套、硬管、消声器、卡箍和定位卡片等进行组合装配,采用新型扣压工艺形成管路总成化,模块化。产品具有耐高温、耐油老化、承压能力高,抗低温曲挠和机械疲劳等优越的综合性能,保证变速箱管路的安全运行,对汽车变速箱的长期稳定性提供坚实的保障。