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风机叶片RTM工艺模拟分析及其优化

2009-03-12 来源:北京航空航天大学材料科学与工程学院 浏览数:2800


    在风机叶片侧面x=125、250、375、500、625、750、875、1000mm等8个不同位置设置线注口,其中x是从叶片根部到注口前端的距离,且注射线长度均为125mm,注口位置见图7。模拟过程中其它工艺条件与上例相同,得到不同注口位置的树脂流动前峰位置如图8所示,充模结束后模腔内压力分布情况见图9。

    从图10中可以看出,当x=500mm时,充模时间最短。观察图8可知,这是由于此时注口位于模具中心,注口到最后填充点之间的距离最短,树脂的流程短,因此充模效率最高。如果工艺实施过程中希望提高生产效率,应该考虑用侧面线注射且最佳注口位置是x=500mm。
    2.2.2 溢料口的选定
    另外,在RTM工艺,确定溢料口也是十分关键的。为了保证树脂在模腔内顺畅流动,并完全排出模腔内的空气,避免制品中形成干斑缺陷,应该在模腔内树脂最后填充的位置及模腔中被树脂包围的边角位置设置溢料口。传统工艺中,通过实验和经验确定溢料口位置,既耗时成本又高。通过分析计算机模拟结果,即树脂流畅分布情况,很容易找出树脂的最后填充点的位置与流动前锋发生融合的位置,为确定溢料口位置提借的科学直观的手段。从图8还可以看出,采用一系列不同位置的线注口,树脂最后填充的位置及模腔内被树脂包围的边角位置位于1、2、3、三点处(1、2、3点的位置参见图2)。图9中显示,充模结束时模腔内压力较低的区域也位于这几处。为了保证树脂在模腔内顺畅的流动,完全排出模腔内的空气,避免制品中形成于斑缺陷,应该在这3个位置设置溢料口。
    2.2.2工艺优化结果及实际操作
    经分析确定最佳工艺方案为:注射形式为侧面线注射;注口位置为x=500mm处;溢料口位置在图2所示的1、2、3三点处。采用优化的工艺方案进行了风机叶片的实际充模制造,得到了满意的制件,且实际充模时间为2min左右,与模拟结果吻合得较好。此风机叶片制件已经用于风力涡轮发电机上,目前性能良好。

    3     结  论
    通过RTM工艺计算机模拟系统,对风力发电机叶片的RTM工艺进行模拟分析。对叶片根部线注射以及侧面线注射8个注口位置的充模过程进行了模拟,比较了充模时间、分析了树脂流动形态和模腔内压力分布以及溢料口位置,优化出风机叶片的最佳注射位置在侧面距离叶片根部和尖部的工艺方案,并进行了实际生产,取得了良好的效果。通过RTM工艺模拟优化,快速确定工艺方案,降低了研制周期以及研制成本,为成功制造风机叶片奠定了基础。

【延伸阅读】

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