压气机树脂叶片注塑成型翘曲变形控制参数设计

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1、RESEARCH学术论文压气机树脂叶片注塑成型翘曲变形控制参数设计WarpageParameterControlDesignofCompressorResignBladeInjectionMolding西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室骆金虎汪文虎冯炜王孝忠【摘要】针对航空发动机压气机低速试验台所用树脂叶片注塑成型翘曲变形问题，提出了基于正交试验的注塑参数优化方法，通过建立注塑翘曲的数学模型，数值注塑模拟仿真、正交试验优化注塑参数及仿真试验验证，可有效减小压气机用树脂试验叶片的翘曲变形量，达到控形的目的。关键词：树脂叶片翘曲变形正交试验参数优化【ABSTRACT】Focuse

2、donthewarpingdeformationofresinbladeininjectionmoldingofaeroengine’Slow—speedcompressortable，aparameteroptimizationmethodbasedontheorthogonalexperimentisproposedinthispa-per．Throughestablishingthemathematicalwarpagemod-el，numericalsimulation，injectionparametersoptimizedbyorthogonaltestsandsimulatio

3、nexperimentverification，theresultsshowthatthemethodcaneffectivelyreducethewarpingdeformationinresincompressorbladeandfurthercontrolthedeformation．Keywords：ResignbladeWarpageRthogonaltestParameteroptimization航空发动机压气机的设计质量直接影响航空发动机性能。为研究压气机的工作过程，国外在30多年前设计了低转速研究用压气机试验台(LSRC)，该试验台将真实的小尺寸高转速压气机按相似定律做成放

4、大的模型在较低的转速下进行试验，在低转速下离心力小，便可用树脂叶片代替金属叶片进行试验，通过试验，可以改进压气机的整体性能；同时这些大比例的模型是在低速的环境下测试的，故成本、制造复杂度和风险都优于高速试验台[1-2]o国外在这方面的研究已较成熟，而国内在此方面还是处于起步阶段。因此，开展低转速研究用压气机试验台所用树脂叶片的注塑成型研究对我国航空发动机的研发具有重要的意义。由于注塑工艺及材料自身的一些特性，注塑叶片成型过程会发生不均匀收缩、内应力等一些缺陷，导致树脂叶片不可避免的产生翘曲变形，针对此，本文通过正交参数试验设计，优化叶片注塑工艺参数，以减小其翘曲变形量，从而得到误差精度更高的

5、树脂试验叶片。1注塑翘曲的变形理论1．1注塑翘曲变形产生原因注塑件的翘曲变形是由不均匀收缩所产生的残余内应力引起的。对翘曲分析而言，收缩本身不重要，重要的是收缩上的差异。注塑过程中，一般收缩只引起注塑件体积上的变化，只有塑件局部不均匀的收缩才会产生翘曲。而导致收缩不均匀的因素主要有压力、结晶度、体积收缩、流动取向、应力松弛等【3】。1．2注塑翘曲的数学模型[4-51从力学研究角度讲，就是根据初应力、初应变、边界条件、工作载荷等求解静态(准静态)平衡方程，得到位移的结构分析过程。在注塑成型过程中产生的应变可完整地表示为如下的形式：Ei=《+si+《+《+⋯，(1)式中，s，为与应力相对应的真实

6、的应变分量；87为静水压力产生的应变；s；为因温度不均匀产生的应变，与热膨胀系数有关；s；为结晶收缩产生的应变；s?为化学反应产生的应变。为了便于研究，所考虑的各种应变常常被看成是时间或压力的函数，即：爿=厂(P)或爿=厂(T)，(2)式中，，表示前面所述的各种应变。在各向同性的条件下，各种应变的表达式为：rPr彳=一JfldP，E。7=JotdT，一J。，J“(3)p一E，c=fc,dC，《=Jc．dP，J^。J自式中，P、T分别表示压力和温度，f、入分别表示结晶度和化学反应式的一种转换系数且二者都是随时间变化的温度函数，∥、仅、C，、G、S分别表示可压缩性、热膨胀系数、与材料结晶相关的常

7、数、与化学反应相关的常数和固化时间。初应力，即注塑制品的残余应力，主要包括流动／保压过程的流动残余应力及温度不均匀引起的热残余应力，其应力一应变本构方程为：(orl=[D】{s)+{∥}+{cr。)+(ol}+{o广0)，(4)2013年第8期·航空制造技术83学术论文式中，㈣为应力向量；[DI为弹性矩阵；{s)为应变向量；∥}为出模后产生的热应变；慨}为流动过程中产生的流动残余应力；h}为模具内不均匀冷却过