风电叶片模具制造及工艺控制---崔海军技术总工

　　【崔海军】：大家好，我给大家介绍一下风电叶片模具制造机工艺控制。风电叶片模具是风电叶片制造的主要装备，模具的结构设计和制造工艺的控制对模具的性能起着决定性的作用。叶片模具有玻璃钢部分、钢结构、加热系统、翻转系统、真空系统等组成。主要对叶片模具玻璃钢部分制造的工艺过程做一个简单的介绍。制造叶片模具首先需要以下的主要的设备：第一个是胎模的制造，胎模的制造大型五轴加工中心，模具制造需要真空系统、混胶机之类的系统，还有钢支架的制造，一般需要数控裁板机，二氧化碳焊机、振动时效仪等。制造叶片模具所需要的检测仪器：一个是检测型面的激光跟踪仪；检测Tg值的DSC热分析仪；检测表面温度的红外热像仪，还有检测其他辅助力仪、粗糙度仪真空表等之类的仪器。制造叶片模具需要较大的厂房面积，比如说制造一套54米的模具所需要的生产面积为2000平米左右，包括阳模和阴模，厂房净高应大于10m。厂房内最好配有比较大功率的吊车四台用于模具的吊装和翻转，厂房还应该有采暖、制冷、通风的设备。
模具的制造一部分工具需要控制温度，一般控制在20到30摄氏度之间，湿度少于60%。模具的设计和分析主要是以下几个方面：一个是模具的不同结构选择树脂、纤维、夹芯等主材的型号。
第二个是设计钢架的结构，翻转系统的规格和安装的位置。布置加热管、加热管线还有分区。对模具的翻转和吊装进行有限元分析，根据计算的结果优化钢架的结构。
第三个是制作胎模的部分，制作胎模有好多种方式，一般现在是三种方式，第一种是钢底座、硬质泡沫再加玻璃钢气密层型式，这种可以得到精确的初步的型面，它减少了后续加工时破坏气密层的风险，但是它占用了CNC机床的时间，延长周期。
再一个是全钢结构粗胎加玻璃钢气密层型式，对钢体粗胎的制造精度和焊接变形控制有比较高的要求，得到初步的形面，在上代工之前的型面相对于前一个用硬指泡沫加工的相对的要差一些，铺代木的需要厚度厚一些；还有一个就是采用半片叶片产品做胎模，通常型面会偏差较大，法兰宽度也不会够，需要根据3D测量的结果修补型面，接宽法兰，最终得到的型面精度也不是非常理想，但是因为工期短，成本低，再做同型号的模具的时候还是有很多厂家采用。不管采用什么方式一个是精度，再一个是气密性这个胎模必须是要保证的。　　下面是铺设代木：也是三种方式，第一种是机涂代木，用混胶机来混合，通过管道涂覆，机涂代木铺设的时候需要分段来铺设，防止固化的时候变形、裂纹，还有就是施工的时候代木的厚度变化比较大，由于铺设的时候不是很好掌握，但是它的好处就是加工之后表面的涂层非常好，可以得到比较好的型面，便于以后的加工。再一个就是手涂的代木，利用搅拌机来混合，压成一个方板，用手工铺设，这和铺地板砖一样可以精确控制代木的厚度，但是铣削加工之后表面气孔相较比较多，表面的处理工作量比较大。还有一种是喷涂的代木法：用喷射机喷涂在胎模表面，它加工完之后气孔非常少，表面的质量非常好，但是它需要喷涂很多次才能达到要求的厚度。另外就是施工环境比较差，应用较少。
这是代木铺设过程中的三种图片，一个是喷涂，一个是机涂，还有一个是手涂。代木铺设之后需要固化处理，固化P值达到之后再进行加工。代木加工是使用大型五轴数控加工中心进行铣削，随着叶片模具尺寸的越来越大，尽量减少胎模的拼接，对CNC机床的加工行程要求也在越来越大，现在国内最大的辅助加工中心是60多米长。
代木加工之后需要对胎模进行表面处理，依次为补针孔、打磨、喷底胶、喷面胶、抛光等等工序。在此过程中，需注意保留型面上的各种标识保留好；胎模的拼接一般为横向拼缝，对于叶片宽度太大的胎模，为了满足运输的要求，也会出现局部纵向的拼接，这就需要更精心的操作和尺寸控制，以满足精度和气密要求。但是纵向的空间对于拼装起来可能需要更精心的操作和尺寸控制，满足精度和精密性的要求；在制造模具之前，需要在胎模表面依次涂多遍洁模剂、封孔剂和脱模剂。　　模具阴模表面现在有带胶衣和不带胶衣的两种方式各有优缺点，由于环氧胶衣粘度比较大，通常采用刮涂或滚涂。涂覆要点是保证胶衣厚度均匀，尤其要随时检查防止前后缘沟槽内胶衣由于流挂而厚度超标。或者说是要安排人员及时检查厚度，发现厚了就要刮掉。在胶衣固化之前必须铺上下一层纤维，保证胶衣的附着力达标，所以要安排好工序的衔接，不要胶衣固了以后下一层纤维还没有铺设。铺设纤维的时候，各层纤维的拼缝一定要错开，不能有接缝重叠的情况。第二个是沟槽内拐角处重点压实，不能出现架桥。在抽真空开始时需要重点来安排专人来压实凹角处；对于无胶衣的模具，前几层纤维不能用喷胶，后面铺层也需尽量少用喷胶，避免出现浸润不良。
在铺设真空材料之前应该先对树脂进行样块进行灌注试验，根据当时灌注的环境条件，温度、湿度等，主要是温度，来做灌注试验确定布置管道的间距。凝胶时间等，铺设真空材料是很关键的一步，要求铺设真空材料的操作者具备非常认真负责的职业素质，严格按照作业文件操作，这一块减少灌注过程中出现瑕疵的关键因素，一旦铺上树脂的话发现有不到位的地方是比较难以解决。同时在抽真空之前对各种真空材料的布置是不是合格，要进行全面检查也是非常重要的两层袋膜铺设好之后，按照要求的时长进行气密性试验。在这个模具灌注之前做样块试验，做完是试验可以进行灌注，环境温度是灌注能否顺利进行的关键因素，由于模具很大，特别注意不同的地方，它的温差是很大的，比如说模具高的地方和低的地方，根部和间部不同的位置，温差是很大的，要提前准备应对的措施，一般模具比较高的地方环境温度也是比较高的。再一个是在树脂凝胶的过程中，树脂流道、沟槽这些部位温度很高，应该提前准备措施安排人员处理，如果出现温度过高的话，要提前处理。
下面说一下加热层，加热层分为两种：一种是水加热，水加热模具的优点就是安全可靠，温度均匀等最大优点，当然它也有升温慢，效率低，模具重等缺点。水加热也可以通过模温机来实现分区控温。水加热影响模具温差的大小的因素有下面几点：
一个是铜管间距要铺设均匀，尤其是铜管拐弯的地方要保证间距不能太大。
第二个是铝粉导热层铺覆要密实，尤其注意铜管下易出现空腔之处。
第三个是导热层铺完了之后，表面要处理平整，以利于下一步的灌注。
电加热的操作优点就是升温快，效率高，控温灵活。相对水加热呢，它的温差大、不如水加热稳定，电加热的操作要点设置合理的电热丝布置方案，还应考虑模具热胀冷缩对线的损伤，一个区不能铺设长度太长。电热丝布置时需要特别注意避免线的扭曲、架桥、过紧等情况。防止电热丝出现断丝的情况。还有就是温度探头的安放位置要正确。温度控制系统安全可靠，维持电路性能稳定也是安全的方式。　　另外一种电加热的方式是利用电热毡，一般由铜带、玻纤毡和导热添加材料组成。一般宽度大概是200到300，电热毡设计的时候就考虑到环氧树脂对电热毡的浸润性，它有很好的浸润性，它可以做为纤维一层一层铺在模具中，可以直接进行灌注内结构层的时候可以直接灌到里面。电热毡温度均匀性要好于电热丝，它铺设性可操作性好，在施工的过程中和模具使用过程中不容易出现损伤，因为它的强度是很好的，它能提高电加热模具的稳定性，当然这块儿在国内现在用的还比较少。但是这种电热毡是很成熟的一种加热方式。
最后就是钢架，钢架的焊接充分考虑防变形的措施，焊接之后进行实效处理。钢架和玻璃钢之间需要设置调整装置，用于调整型面的变形，根据根部的断面安装更加强有力，更加容易调整的装置。钢架安装时需要确保底框架面水平，钢架上设置定位标识，以方便在现场的轴线对中和调平。我的介绍就是这些，谢谢大家！