3.1.3 模具加熱系統設計

 

　　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預埋加熱系統， 通過溫度控制系統、導熱層等措施實現精確控溫，保證模具溫度 場的均勻性。進行加熱系統設計之前首先應根據模具加熱區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。加熱系統設計應考慮模具大小和加熱功率，單個回路加熱區域的大小，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， 水循環加熱方式是利用銅管作為加熱管路布滿模具產品區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來實現模具加熱后 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， 并實現熱水循環。圖10（b）為電加熱示意圖。電加熱易于監控、 操作方便、加熱效率高且能大大減輕模具的重量，但是易于發生故障，使用壽命也不及水加熱方式的長。

 

 

　　3.1.4模具翻轉定位設計

 

　　大型風電葉片模具的翻轉定位是比較困難的， 模具的開模與合模需要將上模進行180°翻轉，這一過程可以通過機械行車提吊與液壓翻轉兩種方式來實現。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，驅動上模繞著輔助翻轉鉸鏈的中心翻轉。由于機械行車的特性，翻轉運動不連續， 尤其當上模重心越過回轉中心線時，會發生“突變”現象，產生較大的振動和沖擊，易出現重大安全事故，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驗特別豐富，同時要求行車的承載力和安全系 數特別大 。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的門軸，通過液壓伸縮吊鉤的使用實現了同步翻轉，在兩個吊桿右端分別安裝一個位移液壓缸，在接近發生 “突變”之前行車停止動作，位移液壓缸起作用，產生小位移的推力，使重心平穩地越過回轉中心，保證了模具在翻轉時的平穩性。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，使模具在進入定位階段已基本實現粗定位，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的組合實現了快速鎖模。

 

　　液壓翻轉是目前國外比較流行的翻轉方法。全自動液壓翻轉設備由翻轉架、液壓系統以及電控系統3部分組成，不僅可以實現翻轉過程的自動化，提高翻轉效率，使翻轉過程平穩，而且還能更好地保證模具精度和壽命， 提高葉片生產的質量，其液壓翻轉系統原理如圖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另一要求，即合模后液壓缸張 緊上、下模具。圖12為液壓翻轉示意圖。

 

 

　　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，直接影響產品質量，一旦出現問題可能會導致產品報廢。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，涂覆膠衣層的時候將會把空氣混入其中以致做出的模具表面會有針孔，將嚴重影響表面質量；

 

　　（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結構層的分層，可能的原因是在進行內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， 當模具不經常使用時，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 大力開發風電能源對于緩解我國將來的能源危機具有戰略意義。國家對可再生清潔能源的支持，加快了風力發電的發展速度，也為我國的大型復合材料葉片開發提供了一個不可多得的發展機遇。葉片質量的好壞絕大部分取決于模具質量的優劣，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驗尚不足。葉片行業 的可持續發展，急需形成自主高質量的模具設計制造技術。