气门减震器的作用是在机舱门的开启和关闭过程中抑制门的运动[1]。操作杆伸长或收缩时，液压流体通过节流器，保证阻尼[2]。减震器和紧急操作钢瓶构成紧急执行机构，紧急情况下打开时，操作撞击杆允许氮气瓶压力作用在活塞上将其推出[3-5]。轻量化是飞机零部件设计长期研究的课题，主要是以塑代钢，采用比强度更高的塑料替代金属材料制造零件。玻纤增强PA6T材料因具有良好的高温稳定性、耐油耐腐蚀性能、刚强度和抗疲劳性能，应用于飞机气门减震器壳体结构[6]。基于塑料进行飞机气门减震器的设计，增大结构设计的自由度，使结构具有更高的集成度，提高产品成型制造的效率[7]。然而，塑料成型主要采用注塑方式，翘曲变形易导致结构的形状、尺寸不合格[8-9]。采用正交试验能够快速、准确地获取参数的影响规律，并得到优化结果[10-11]。液路孔圆柱度是影响飞机气门减震器工作性能稳定的关键因素，注塑成型产生较大的翘曲变形通常无法满足设计要求。本实验以某玻纤增强PA6T飞机气门减震器为研究对象，基于模流分析与正交试验设计探究其液路孔圆柱度的优化策略。1气门减震器模流分析模型1.1气门减震器结构图1为某客机气门减震器壳体结构，主要包括4个液体流通管路、中心流道及安装底座。通过调节中心液路孔的开度使液体介质速度和压力发生变化，从而调节系统阻尼，控制飞机门开启或关闭过程中的稳定性。为了保证气门减震器工作稳定，设计指标中要求该减震器壳体的中心液路孔圆柱度不大于0.3 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F001图1气门减震器构型Fig.1Structure of valve shock absorber1.2网格模型基于Moldflow中Fusion双面网格对该气门减震器进行网格划分。图2为经过网格质量修复的网格模型，单元总数为55 336，最大纵横比为5.2，平均纵横比为1.7，最小纵横比为1.2，匹配百分比为90.1%，相互匹配百分比为90.2%，满足网格质量要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F002图2气门减震器网格模型Fig.2Mesh model of valve shock absorber1.3材料工艺参数为了保证较好的高温刚性和尺寸稳定性，该减震器壳体采用35%玻纤增强PA6T材料进行注塑成型，表1为其主要工艺参数及性能参数。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.T001表1PA6T材料参数Tab.1PA6T material parameters参数数值参数数值顶出温度/℃255固体密度/（g·cm-3）1.47模具温度范围/℃130~150弹性模量E1/MPa9639.4模具表面温度/℃140弹性模量E2/MPa5393.9熔体温度范围/℃310~350泊松比v120.42剪切速率最大值/s-159000泊松比v230.47剪切应力最大值/MPa0.49剪切模量E1/MPa2364.3PA6T材料推荐的初始工艺参数为：熔体温度330 ℃、模具温度140 ℃、保压压力80%、保压时间10 s、冷却时间20 s。1.4流道系统设计根据该气门减震器的尺寸及材料流动性，采用单点进胶。图3为计算得到流体阻力指示器及浇口匹配性结果。蓝色区域表示流动阻力较小、匹配性较好的浇口位置，红色区域代表流动阻力较大、匹配性较差的浇口位置。从图3可以看出，在图示圆圈位置流动阻力较低、浇口匹配性较好，故浇口位置为红色圆圈位置。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F003图3浇口位置分析Fig.3Analysis of gate location图4为冷流道进胶系统。流道系统主要包括圆形冷浇口、圆形垂直冷流道、圆形水平冷流道及圆形冷主流道，对应横截面尺寸分别为：Ф1.5~Ф3 mm、Ф3~Ф5 mm、Ф5 mm和Ф5~Ф2.5 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F004图4进胶系统设计Fig.4Design of runner system1.5初始工艺模流分析图5为气门减震器的翘曲变形量。从图5可以看出，所有效应下在圆柱孔顶端区域翘曲变形较大，最大翘曲变形量为0.781 2 mm，液路孔区域圆柱度为0.355 mm，大于设计指标要求的0.3 mm，工艺参数需要进行优化。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F005图5初始工艺翘曲变形结果Fig.5Warpage deformation of initial parameters2正交试验设计与分析2.1正交试验设计根据气门减震器类零件实际注塑成型试模的经验，熔体温度(A)、模具温度(B)、保压压力(C)、保压时间(D)等工艺参数对其翘曲变形量及液路孔圆柱度的影响较大，基于35%玻纤增强PA6T材料的推荐工艺参数范围，设计L9(34)正交试验。表2为L9(34)正交试验因素水平设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.T002表2L9（34）正交试验因素水平设计Tab.2L9（34） orthogonal test factor level design水平因素熔体温度（A）/℃模具温度（B）/℃保压压力（C）/%保压时间（D）/s131013070823301408010335015090122.2正交试验结果表3为L9(34)正交试验结果。从表3可以看出，每组试验得到的液路孔圆柱度差异较大。第5组试验的液路孔圆柱度最小，为0.237 mm，第7组试验的液路孔圆柱度最大，为0.415 mm，两者相差较大，说明工艺参数组合对液路孔圆柱度的影响较大，工艺参数的选择较合理。第3、4、5和8组试验的液路孔圆柱度均小于0.3 mm，满足设计指标要求；第1、2、6、7和9组试验的液路孔圆柱度均大于0.3 mm，没有满足设计指标要求。各工艺参数的液路孔圆柱度的极差排序为：RDRARBRC，影响程度排序为：保压时间熔体温度模具温度保压压力。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.T003表3L9（34）正交试验结果Tab.3Results of L9（34） orthogonal test序号因素液路孔圆柱度/mmABCD111110.402212320.364313230.291421330.273522210.237623120.363731220.415832130.296933310.387k10.3520.3630.3540.342k20.2910.2990.3140.381k30.3660.3470.3410.287R0.0750.0640.0390.094图6为不同工艺参数下液路孔圆柱度随因素水平的变化曲线。从图6可以看出，液路孔圆柱度随熔体温度A的增大，呈现先降低后增大的趋势，当熔体温度为A2，液路孔圆柱度最小。液路孔圆柱度随模具温度B的增大，呈现先降低后增大的趋势，当模具温度为B2，液路孔圆柱度最小。液路孔圆柱度随保压压力C的增大，呈现先降低后增大的趋势，当保压压力为C2，液路孔圆柱度最小。液路孔圆柱度随保压时间D的增大，呈现先增大后减小的趋势，当保压时间为D3，液路孔圆柱度最小。综上所述，当工艺参数组合为A2B2C2D3，液路孔圆柱度为理论上最小值。A2B2C2D3为最优工艺参数组合，具体工艺参数分别为：熔体温度330 ℃、模具温度140 ℃、保压压力为80 MPa、保压时间12 s。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F006图6液路孔圆柱度与因素水平关系曲线Fig.6Cylindricity of liquid path hole vs factor level为了确定误差对试验结果的相对影响，分析工艺参数对液路孔圆柱度的影响显著性程度，对正交试验进行一次重复试验，并进行方差分析。表4为液路孔圆柱度的方差分析结果。从表4可以看出，误差的平均偏差平方和明显小于各因素的平均偏差平方和，即各因素的F值均大于1，故误差的影响较小，正交试验的结果具有可信度。各工艺参数F值排序为：DABC，故工艺参数对液路孔圆柱度的影响程度排序为：保压时间熔体温度模具温度保压压力。保压时间的F值F0.01，故保压时间对于液路孔圆柱度具有极显著影响。熔体温度及模具温度F0.05F值F0.01，故熔体温度和模具温度对于液路孔圆柱度具有显著影响。保压压力的F值F0.05，故保压压力对于液路孔圆柱度的影响不显著。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.T004表4液路孔圆柱度的方差分析Tab.4Variance analysis of cylindricity of liquid path hole离差来源偏差平方和/10-3自由度均方/10-3F值F临界值A4.7922.3906.63B3.3521.6804.65F0.05（2，9）=4.26C1.2120.6071.68F0.01（2，9）=8.02D6.7023.3509.27误差3.2590.361总和19.3173验证分析基于最终的优化工艺参数组合A2B2C2D3，利用Moldflow分析进行模拟计算，图7为优化后翘曲变形量。从图7a可以看出，所有效应下最大翘曲变形为0.430 2 mm，相比初始工艺降低44.9%，翘曲变形量下降幅度较大，圆柱孔区域的液路孔圆柱度为0.218 mm，相比初始工艺降低38.6%，优化效果显著，且小于0.3 mm，满足设计指标的要求。从图7b可以看出，充填等值线较均匀，无明显密集情况，说明料流填充顺畅、无滞留现象。从图7c可以看出，温度变化范围为330.3~334.5 ℃，温度变化较小，料流状态变化较小，发生温差线、潜流线及亮度差异的可能性较小。综上所述，基于优化工艺参数组合的模流分析结果显示，翘曲变形优化显著、充填状态良好。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F007图7优化工艺仿真结果Fig.7Simulation results of optimized parameters采用此优化工艺参数组合进行实际的注塑成型试模，图8为得到的实际样品。从图8可以看出，试模样品无欠注、烧焦及气痕等明显外观问题，外观状态满足要求。实测液路孔圆柱度满足设计指标要求，验证最优工艺参数具有可行性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.01.022.F008图8气门减震器实际试模样品Fig.8Mold trial sample of valve shock absorber4结论基于Moldflow软件对某玻纤增强PA6T材料的气门减震器的注塑成型过程进行仿真模拟。以液路孔圆柱度为优化目标，设计正交试验探究工艺参数的优化方案。各工艺参数对液路孔圆柱度的影响程度排序为保压时间熔体温度模具温度保压压力。当熔体温度为330 ℃，模具温度为140 ℃， 保压压力为80 MPa，保压时间为12 s，液路孔圆柱度获得最优值。优化工艺仿真得到液路孔圆柱度为0.218 mm，相比初始工艺降低38.6%，优化效果显著，且小于0.3 mm，满足设计指标的要求。基于优化工艺的实际试模样品外观状态良好，液路孔圆柱度满足要求。