大型復合材料風(fēng)電葉片模具整體設計與制造技術(shù)
/ 2021/6/5 23:40:32
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引言復合材料風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機組中能量轉化的關(guān)鍵部件，其設計制造的好壞直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機的效率和使用壽命，影響著(zhù)整個(gè)系統的性能。葉片成型質(zhì)量的好壞又取決于
模具質(zhì)量的好壞，高精度的模具設計與制造技術(shù)是葉片氣動(dòng)外形的重要保證，對產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、最終質(zhì)量和性能起著(zhù)決定性作用。
隨著(zhù)風(fēng)電機組不斷朝大型化方向發(fā)展，風(fēng)電葉片的尺寸逐漸增大，成型時(shí)對模具強度和剛度的要求也越高，相應的，模具的重量和成本將大幅提高。為了減輕模具重量，降低模具成本，大型復合材料葉片的模具也逐漸由早期的金屬模具向著(zhù)復合材料模具轉變。復合材料模具基本上是由聚酯樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂等熱固性基體樹(shù)脂與E玻璃纖維、S玻璃纖維等增強材料以及鋼結構、翻轉機構、加熱系統等重要部分組成。復合材料模具的使用意味著(zhù)復合材料葉片可以做得更大、更長(cháng)；同時(shí)，由于模具和葉片采用了相同的材料，熱膨脹系數基本一致，使得制造出的復合材料葉片的精確度和尺寸穩定性均優(yōu)于金屬模具制造的葉片產(chǎn)品。目前真空導入成型工藝已成為復合材料風(fēng)電葉片制造的主流工藝，相應的葉片模具應具備以下基本要求：
（1）表面光滑、平整、密實(shí)：為保證葉片產(chǎn)品表面優(yōu)良，模具表面應無(wú)裂紋、針孔，表面光澤度應達到90以上，表面粗糙度＜10pLm；
（2）氣密性好：因為采用真空導入成型工藝制造葉片，對模具的氣密性要求就比較高，通常情況下要求15min內真空降小于10mbar；
（3）尺寸精度高、結構穩定性好：模具尺寸應實(shí)現長(cháng)度方向平均每米偏差小于0.5mm；
（4）溫度場(chǎng)均勻，加熱可靠，溫度場(chǎng)應能夠實(shí)現實(shí)時(shí)監測，保證每平米表面溫差小于0.5℃；
（5）合模定位、鎖緊方便，翻轉精度高；
（6）表面硬度高、使用壽命長(cháng)：模具表面巴氏硬度應達到40以上，以減小脫模時(shí)對模具造成的損傷，使其壽命大于400支葉片；
（7）運行安全、運輸便利。
2風(fēng)電葉片陽(yáng)模設計與制造技術(shù)
為了順利制造模具，必須先進(jìn)行陽(yáng)模的設計制造。對于小型葉片，往往可以采用石膏、水泥、石蠟作為基材來(lái)制作整個(gè)葉片的模型，這樣制作出來(lái)的葉片陽(yáng)模往往尺寸精度較低，表面粗糙，容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，平整度較差，適合那些精度要求較低、表面質(zhì)量要求不高的模具制作。對于大型葉片，要將葉片整體制作成陽(yáng)模難度比較大，故常將陽(yáng)模分成上、下兩個(gè)半模來(lái)制作，如圖1所示。陽(yáng)模主要由三部分組成：
（1）陽(yáng)模平臺：用于承載整個(gè)陽(yáng)模重量，一般采用支撐鋼結構做成；
（2）肋板：用于支撐陽(yáng)模表面，肋板的形狀與半個(gè)葉片截面形狀相符合；
（3）陽(yáng)模表面：用以翻制陰模模具殼板。
目前陽(yáng)模的制作加工主要有以下兩種技術(shù)路線(xiàn)。一種是鋼構代木型，其肋板由按一定間距規律排列的鋼板構成，在鋼板上將一系列鋼管按事先設定的順序焊接成與葉片截面相符的形狀，然后再涂上代木。所謂代木其實(shí)是一種可加工的雙組分糊狀樹(shù)脂，通過(guò)兩根管子導出，在前段混合均勻后涂覆于陽(yáng)模表面，固化后機械加工性能好，有時(shí)甚至不用打磨就很光滑。國外包括在國內生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)做葉片模具的紅楓公司多數都是采用這種方式來(lái)制作加工葉片陽(yáng)模。為了節省成本，也可用苯乙烯泡沫代替鋼板，再在表面涂上糊狀代木，完成這步后，再把固化后的模型在五軸聯(lián)動(dòng)的CNC加工機器上按事先輸入的數據進(jìn)行銑削即可得到與葉片外形一致的陽(yáng)模表面。另外一種是木質(zhì)結構型，其肋板由按一定間距規律排列的木質(zhì)截面板構成，表面由按正交方式鋪放的三合板蒙制而成。
鋼構代木陽(yáng)模的優(yōu)點(diǎn)是模具型面質(zhì)量高，缺點(diǎn)是加工周期長(cháng)、價(jià)格高；木質(zhì)陽(yáng)模的優(yōu)點(diǎn)是加工周期短、成本低，缺點(diǎn)是模具型面質(zhì)量較差。下面以木質(zhì)陽(yáng)模為例，講述陽(yáng)模的制造工藝技術(shù)，圖2為木質(zhì)陽(yáng)模制作工藝流程。
