3.1.3 模具加熱系統(tǒng)設計

 

　　模具溫度場的均勻性、可靠性以及加熱效率等 在葉片生產(chǎn)中起著至關重要的作用，最普遍的做法 是在模具結構層中分區(qū)預埋加熱系統(tǒng)， 通過溫度控制系統(tǒng)、導熱層等措施實現(xiàn)精確控溫，保證模具溫度 場的均勻性。進行加熱系統(tǒng)設計之前首先應根據(jù)模具加熱區(qū)域的面積進行局部加熱試驗， 確保加熱能達到工藝設計要求。加熱系統(tǒng)設計應考慮模具大小和加熱功率，單個回路加熱區(qū)域的大小，管路的排布 密度和導熱方式等因素。

 

　　目前風電葉片模具最有效且最流行的加熱方式如圖10所示，為水加熱和電加熱。圖10（a）為水加熱示意圖， 水循環(huán)加熱方式是利用銅管作為加熱管路布滿模具產(chǎn)品區(qū)以及分模面上形成模具加熱的框架，并在銅管之間填充傳熱介質(zhì)來實現(xiàn)模具加熱后 的熱傳遞，外接大功率的水加熱器，直接把熱水注入 到模具的銅管中， 并實現(xiàn)熱水循環(huán)。圖10（b）為電加熱示意圖。電加熱易于監(jiān)控、 操作方便、加熱效率高且能大大減輕模具的重量，但是易于發(fā)生故障，使用壽命也不及水加熱方式的長。

 

 

　　3.1.4模具翻轉(zhuǎn)定位設計

 

　　大型風電葉片模具的翻轉(zhuǎn)定位是比較困難的， 模具的開模與合模需要將上模進行180°翻轉(zhuǎn)，這一過程可以通過機械行車提吊與液壓翻轉(zhuǎn)兩種方式來實現(xiàn)。前者是將前后兩臺行車通過吊鉤連接在模具的上模結構上，利用行車的動力，驅(qū)動上模繞著輔助翻轉(zhuǎn)鉸鏈的中心翻轉(zhuǎn)。由于機械行車的特性，翻轉(zhuǎn)運動不連續(xù)， 尤其當上模重心越過回轉(zhuǎn)中心線時，會發(fā)生“突變”現(xiàn)象，產(chǎn)生較大的振動和沖擊，易出現(xiàn)重大安全事故，同時對行車損傷特別大，縮短了行車的使用壽命。這種方式要求行車操作人員的實際操作經(jīng)驗特別豐富，同時要求行車的承載力和安全系 數(shù)特別大 。在行車提吊方式基礎上，中材葉片項 目組設計了一種適合大型模具開閉模系統(tǒng)的門軸，通過液壓伸縮吊鉤的使用實現(xiàn)了同步翻轉(zhuǎn)，在兩個吊桿右端分別安裝一個位移液壓缸，在接近發(fā)生 “突變”之前行車停止動作，位移液壓缸起作用，產(chǎn)生小位移的推力，使重心平穩(wěn)地越過回轉(zhuǎn)中心，保證了模具在翻轉(zhuǎn)時的平穩(wěn)性。同時項目組還設計了多步定位的合模方法，即首先采用液壓平衡半球定位系統(tǒng)，使模具在進入定位階段已基本實現(xiàn)粗定位，然后用一種活動的定位銷進行精確定位，“丁”字螺栓和液壓鎖模系統(tǒng)的組合實現(xiàn)了快速鎖模。

 

　　液壓翻轉(zhuǎn)是目前國外比較流行的翻轉(zhuǎn)方法。全自動液壓翻轉(zhuǎn)設備由翻轉(zhuǎn)架、液壓系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)3部分組成，不僅可以實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)過程的自動化，提高翻轉(zhuǎn)效率，使翻轉(zhuǎn)過程平穩(wěn)，而且還能更好地保證模具精度和壽命， 提高葉片生產(chǎn)的質(zhì)量，其液壓翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)原理如圖11所示。

 

 

　　液壓裝置分為兩個部分：液壓頂升裝置與液壓 閉模鎖緊裝置，安裝在下模鋼結構上。液壓頂升裝置通過在下模具的兩側均布頂升油缸來實現(xiàn)支撐和頂升上模；液壓閉模鎖緊裝置通過兩側適當間隔布置的張緊油缸來實現(xiàn)另一要求，即合模后液壓缸張 緊上、下模具。圖12為液壓翻轉(zhuǎn)示意圖。

 

 

　　3.2 模具制造技術

 

　　3.2.1 模具制造工藝

 

　　復合材料模具制造工藝流程如圖13所示。

 

 

　　（1）高氣密性模具制造技術

 

　　模具的氣密性是葉片成型過程中最為關鍵的技術，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，一旦出現(xiàn)問題可能會導致產(chǎn)品報廢。模具的氣密性要靠表面層來保證。模具表面層分為膠衣和方格布層，膠衣又分為面層膠衣和過渡層膠衣。面層膠衣有很強的抗劃傷、傳熱和耐熱性能，過渡層膠衣用來提高面層膠衣和玻璃鋼的粘接性能。膠衣涂覆完畢后間隔1h左右即可糊制方格布層，然后貼上脫模布固化后即可進行下一步的內(nèi)結構層工序。整個工序中應注意膠衣的脫泡。由于膠衣較稠，只能采用手工打膠鉆進行混合，在混合的過程中不可避免地會混入空氣，若不進行脫泡處理，涂覆膠衣層的時候?qū)芽諝饣烊肫渲幸灾伦龀龅哪＞弑砻鏁嗅樋祝瑢乐赜绊懕砻尜|(zhì)量；

 

　　（2）ＲIM工藝模具制造技術

 

　　模具制造采用真空導入工藝，在對模具的結構、 受力和功能充分考慮的基礎上，需要對導流管路、連續(xù)氈和泡沫芯材、注膠口、溢膠口等真空導入技術的關鍵點進行科學合理的設置，并利用PAM等軟件進行優(yōu)化設計，對實施過程進行仿真模擬，極大地降低大型模具制備過程用ＲIM工藝成型時缺陷產(chǎn)生的可能性。

 

　　3.2.2 模具制造過程中需要注意的幾個問題

 

　　（1）膠衣分層 膠衣分層主要是表面層與內(nèi)結構層的分層，可能的原因是在進行內(nèi)結構層鋪層的時候沒有將表面 層的界面處理好，一般要求表面粗糙，無粉塵顆粒。其次的原因是，模具的整體固化度不夠，樹脂體系還沒有反應完全；

 

　　（2）模具基圓收縮變形 目前大型模具制造一般采用環(huán)氧樹脂作為基體材料，固化時存在一定的收縮，在模具后固化前，必須用鋼板將模具基圓進行加固，否則基圓失效將會 影響葉片基圓的圓度，情況嚴重時將影響葉片圓螺母及法蘭的安裝；

 

　　（3）銅管凍裂 在北方及零度以下的地區(qū)， 當模具不經(jīng)常使用時，必須將模具里的水用空氣壓縮泵完全吹出后方 可進行室外放置及轉(zhuǎn)運，否則銅管里的水易結冰，冰的密度比水小，銅管體積不變，在嚴重時撐爆銅管，造成極大的維修難度。

 

　　4結束語 大力開發(fā)風電能源對于緩解我國將來的能源危機具有戰(zhàn)略意義。國家對可再生清潔能源的支持，加快了風力發(fā)電的發(fā)展速度，也為我國的大型復合材料葉片開發(fā)提供了一個不可多得的發(fā)展機遇。葉片質(zhì)量的好壞絕大部分取決于模具質(zhì)量的優(yōu)劣，目前我國大型、 復雜、高精度的復合材料模具設計、制造和加工技術還很缺乏，核心技術還不具備，模具設計、校核及工藝技術人員的經(jīng)驗尚不足。葉片行業(yè) 的可持續(xù)發(fā)展，急需形成自主高質(zhì)量的模具設計制造技術。