【速记】2017风电叶片复合材料——在叶片模具和机舱罩制造工艺上的新探索

　　各位老师、各位嘉宾大家好，我是来自山东双一科技的苏勇。今天我给大家介绍的内容就是我们公司在叶片模具和机舱罩这方面一些制造工艺方面的汇报。

　　我介绍的内容就是先把公司简单介绍一下，然后再对叶片模具做一个工艺简介，再对机舱罩做一个工艺简介。

　　我们公司成立于2000年，坐落于山东省德州市，主要从事复合材料的产品研发、设计、生产、销售和服务，我们公司有4个生产厂区，有双一科技总部、陵县分公司、武城分公司和美国子公司。复合材料产品涵概七大领域，非金属模具加工、风电、先进复合材料、工程和农用机械、公共与轨道交通、游艇及船舶、汽车等领域，今天主要介绍风电领域模具和机舱罩。

　　这是我们公司的一个外景图，上面是总公司，中间是武城分公司和美国子公司，武城公司生产风电叶片模具，美国子公司做机舱罩。

　　这是我们公司获得的很多认证证书，我们公司还获得了山东省颁发的企业技术中心和工业技术中心的荣誉称号。

　　这是我们公司的一些生产设备、检测设备。下面再介绍一下我们公司的叶片模具的生产工艺。制造模具的时候需要具备的主要设备，胎模制造、模具制造、钢架制造。检测仪器激光跟踪仪、DSC热分析仪、红外热像仪、附着力仪、真空表等。制造模具需要一个较大的厂房，厂房高度大于10米，最好配有四台20T行吊，用于模具的吊装和反转，厂房应具有采暖、制冷和通风等等。我们平时设计和分析工作主要以下几个方面，设计模具的铺层结构，选择树脂、纤维等主材型号。设计钢架结构，确定反转机构规格和安装位置，布置加热管、线的分区，对模具的反转和吊装进行有效的分析，根据结果优化钢架结构。模具制做胎膜可采用多种型式，一是钢底座+硬质泡沫+GRP气密层型式。二是现代流行的全钢粗胎结构加玻璃管气密层。三是单脂叶片来做代木。

　　这是代木的三种方式，有机涂、手涂、喷涂方式。代木铺覆完成之后需要加工处理，现在很多叶片模具越做越大，要求整体加工越来越多，现在对机床的要求也越来越高。国内目前最大的5轴加工中心长度现在达到60多米。胎膜表面进行一个处理，这时候注意保留型面上的各种标识，现在胎膜拼接一般为横向拼缝，但是为了满足运输要求就要纵向拼缝。模具的表面现在有胶衣和不带胶衣两种方式。胶衣用的环氧胶衣粘度比较大，涂覆要点保持厚度均匀，胶衣固化前必须铺上下一层纤维，以保障胶衣附着力达标。铺纤维的时候需要错缝，不能有接缝重合的情况。沟槽内拐角处重点压实。

　　这是真空辅材的铺设。灌注，灌注前做样块的式样，验证在当前环境条件下树脂的流速和凝胶时间。控制环境温度非常重要，特别是现在比较大的模具，注意不同的部位环境温度会相差比较大，需要提前准备应对措施。树脂在凝结过程中，树脂流到沟槽等部位温度可能会很高，要安排人员专门处理。这是水加热层的一种，水加热模具温度可靠，温度均匀，当然也可以通过增加模温机来实现分区控制。影响模具温差大小的因素为铜管艰巨要布设均匀，铝粉导热层铺覆要加密。电加热升温快、控稳灵活，但是温差大、稳定性稍差。需设计合理的电热丝布置方案，还应考验模具热胀冷缩对线的损伤。电热丝布置时需要特别注意避免线的扭曲、架桥、过紧情况。这是新进出现的一种电热毡的加热方式，由铜带、玻纤毡和导热添加材料组成。电热毡是块状化的加热功率单元，更适用于大型平整化模具。环氧树脂对电热毡较好的浸润性，可作为纤维结构的一层铺在模具中，直接进行灌注。电热毡故障率更低一些，电热毡的延展性大大由于电热丝，电热毡的温度均匀性要优于电热丝，电热毡的块状化结构降低了人工操作对功率分配均匀性的影响，从而使温度在功率单元部分得到有效控制，温差控制在可以达到正负3以内。这是一个钢架的制作，需要考虑防变形措施，钢架与玻璃钢之间一般要设置调节装置。现在很多都是用的预埋的叶片，根部一般需要法兰，根部的法兰都是运用翻转系统液压站进行全自动定位锁紧。这是我们在自动控制方面做的一些尝试，就是在模具合模时可以进行间隙错位的激光自动检测，模具壳体加热的PLC自动反馈，可根据需要自动调节模温机工作状态，更好的控制壳体温度，防止突然事故的发生。

　　下面再对机舱罩产品做一下简单介绍。机舱罩的生产车间一般需要满足机舱罩组装、搬运和存放的要求，高度应该满足机舱罩脱模、组装、装车等需求。设备尽量按照生产过程的流向和工艺顺序布置设备，尽量保持产品和模具在加工过程成直线流动，流动路线应当最短。机舱罩现在生产工艺主要有这么几种形式，一个是手糊成型工艺、真空袋成型工艺、LRTM成型工艺和喷射成型工艺等。选择这几种工艺要考虑几个方面：一是产品的形状、构造及尺寸大小；二是满足产品性能和质量要求；三是产品生产质量大小、批货时间、批货效率；四是工厂设备、设施条件、资金状况和技术水平。成本能够被市场所接受，这是我们公司对三种生产工艺做的一个比较，后面可能还会有详细的介绍。这是手糊工艺的场景，这种手糊工艺需要的操作人员比较多，对操作人员技术水平和熟练程度有比较高的要求。机舱罩大多数为大型部件，手糊工艺是目前采用的比较多的方法。

　　这是真空袋工艺，也是我们风电行业比较常用的一种工艺，它的优点是纤维含量高、力学性能好，二是均匀加压，三是有效控制树脂含量，四是可制作复杂的大型制品，五是减少有害气体挥发对人体的危害，缺点是铺设真空袋膜的工作量大，工艺存在风险。真空袋工艺材料准备前要进行仔细检查和清洁，这是真空袋的铺设情况，这是铺设纤维和夹芯材料，要求不能有褶皱，特别是拐角处要压实，夹芯材料的位置要安装准确。这是在铺设真空辅材，灌注前要进行保压检测，如果真空度下降，要用检漏仪查找漏气点。

　　这是LRTM工艺，它的上模是钢性加强的模具，下膜是半加强的模具。LRTM工艺也有一些优点和缺点。油品是制品尺寸精度高，内表面光滑，质量稳定性好，生产效率高，操作环境好。缺点是模具结构设计复杂，成本比较高，对纤维和夹芯的铺设质量要求严格，灌注过程不可见，导致工艺控制比较困难。LRTM工艺控制产品质量的主要因素，一个是合理模具结构设计，保持均匀的模腔间隙，选择合适的树脂和纤维，选择合理的纤维铺层结构和尺寸准确的铺层，保持良好的气密性。这是在喷涂胶衣，然后是铺放夹芯材料，这个纤维和夹芯材料铺放要比真空袋更加严格一些。这是在合模，合模时要对正，不要碰动已铺好的纤维，灌注前必须进行保压测试。当产品固化到脱模强度时间要求进行脱模。这是我们也是在自动化方面的一些应用，我们是用了裁布机，还有自动化喷涂，自动化喷涂还可避免恶劣环境对人体造成的伤害，降低劳动抢地。自动化的喷涂过程也减少了很多浪费。这是我们在自动化切割上面的一个引用。自动化切割使成型产品的制做效率和质量稳定性有了极大的提高，改善了操作环境。

　　最后我说的是复合材料产品的设计制作涉及到载荷、技术要求、材料选材、成型方法及工艺、力学分析、检验测试、维护与修补、安全性、可靠性等成本等诸多因素，需要我们进行大量系统的实验工作，这些离不开我们广大用户和供应商的支持，还有同行们的帮助和指导，在这里我向帮助过我们的人表示感谢，谢谢。