CN102501337A

CN102501337A - 一种风电叶片主模型的制作工艺

Info

Publication number: CN102501337A
Application number: CN2011103553807A
Authority: CN
Inventors: 李义全; 罗晓军; 逄增凯; 陈万康
Original assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Current assignee: North Boyuan (Tengzhou) Composite Material Co.,Ltd.
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN102501337B

Abstract

本发明公开了一种风电叶片主模型的制作工艺，属风电叶片成型技术领域。其步骤如下：1）制作底部的金属钢架平台；2）铺放木质板材；3）在木质板材的表面涂覆环氧树脂白炭黑腻子，按照设计的主模型形状层叠摆放多块EPS聚苯乙烯固态泡沫粘接固定；4）对EPS聚苯乙烯固态泡沫型面进行加工；5）在步骤4）加工后的型面上糊制玻璃钢气密层；6）检测玻璃钢气密层的真空度；7）在满足真空度要求的玻璃钢气密层层面上均匀地铺覆环氧树脂代木层，铺覆厚度控制在15-35㎜左右，常温下固化；8）环氧树脂代木层表面加工；后涂胶衣层固化成型为主模型。该方法制作出的主模型的型面精度准确,易于施工操作；制作成本低；有益于推广应用。

Description

一种风电叶片主模型的制作工艺

技术领域

本发明涉及一种主模型的制作工艺，具体讲是涉及一种风电叶片主模型的制作工艺。属风电叶片成型技术领域。

背景技术

风电叶片模具的主模型长度尺寸均在40米以上,现有的制作方法主要有两种:方法一是采用木头截面板的方式,即按长度方向将叶片主模型分割成多个截面，将各个截面板依顺序摆放好,在截面板上铺放木条或木板,之后糊制玻璃钢气密层,最后通过刮汽车腻子修型达到所需要的模具主模型；此种制作方法便于操作,但最大的缺陷是型面精度不准确,同时不能分段制作，不利于运输。方法二是在金属框架上按长度方向设置竖向钢截面板，然后在钢制截面板上整体焊接20×20×2㎜的金属小方管，之后在其上糊制玻璃钢气密层，在表面铺覆环氧树脂代木，待环氧树脂代木固化后进行CNC数控加工，达到最终的叶片模具主模型。第二种方法的加工型面精度准确，可以分段，便于运输，但成本相对较高，耗用大量的钢材，且制作过程中特别是焊接金属小方管多，对员工素质要求太高，此外制作生产周期较长。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种型面精度准确,可分段制作，便于运输且成本低，易加工的叶片模具主模型的成型方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种风电叶片主模型的制作工艺，包括步骤如下：

1）利用水平投影方式制作底部的金属钢架平台，该平台为空间网格状，其表面的平整度≤3mm；

2）在步骤1）的平台台面上平铺且固定有一层木质板材，其厚度为15-20㎜；该木质板材的外边缘超出所述金属钢架周边至少50mm；将该木质板材的表面清理干净；

3）在清理干净的木质板材表面上涂覆厚度为1-3㎜的环氧树脂白炭黑腻子，以预设计的主模型形状层叠摆放多块EPS聚苯乙烯固态泡沫，并在相邻2块EPS聚苯乙烯固态泡沫之间涂抹所述环氧树脂白炭黑腻子将其粘接固定，形成一EPS聚苯乙烯固态泡沫摆放体；其摆放的高度比预设计的主模型高度高出5～50mm，EPS聚苯乙烯固态泡沫摆放体周边的外形尺寸与所述木质板材的表面积相同；然后固化，成型为EPS聚苯乙烯固态泡沫型面；

4）通过内存有所述叶片外形数据的CNC数控机床对步骤3）形成的EPS聚苯乙烯固态泡沫型面进行加工，其型面的偏移量为15～40mm；

5）在步骤4）的型面上糊制玻璃钢气密层，不断将糊制过程中产生的气泡清除；该玻璃钢气密层的外边缘将所述EPS聚苯乙烯固态泡沫型面和与其粘接的木质板材以及底部金属钢架全部包覆于其中；

6）检测步骤5）玻璃钢气密层的真空度；

7）在满足真空度要求的玻璃钢气密层层面上，均匀铺覆有环氧树脂代木层，其铺覆厚度为15-35㎜，常温下固化；

8）利用步骤4）所述CNC数控机床对固化后的环氧树脂代木层表面进行加工，去除5-15㎜厚的环氧树脂代木层，成型为与所述风电叶片外型一致的环氧树脂代木型面；

9）将步骤8）的环氧树脂代木型面打磨后，在其上均匀喷涂有胶衣层；再经固化、打磨和抛光处理后得到所述主模型。

步骤1）所述的金属钢架为分段设置，每段金属钢架的宽度≤4.5m，长度≤20m；所述空间网格状的平台由多根方管以≤1200×1200mm的间隙垂直交叉，间隔焊接而成；其中，方管的规格为60×60×4mm，高度为400～600mm。

步骤2）所述的木质板材为整块或拼接块；该整块或拼接块通过螺栓固定在所述金属钢架上，所述螺栓的头部嵌装于所述木质板材的上平面且低于该木质板材表面的高度，相邻两个螺栓之间的间距为200～300mm；相邻两块木质板材的拼接处留有2～3mm缝隙。

上述的木质板材为木质多层层压板、密度板或纯木板中任一种。

步骤3）所述的环氧树脂白炭黑腻子由环氧树脂、树脂固化剂与白炭黑以100∶25∶12的质量比混合均匀搅拌而成。

步骤5）所述玻璃钢气密层厚度为5～10mm；其玻璃钢气密层的外边缘大于所述底部金属钢架台面的周边至少50mm；所述玻璃钢气密层糊制过程中采用滚子加手糊的方式将其内产生的气泡清除。

步骤6）检测真空度的步骤为：A）在玻璃钢气密层的四周铺有一圈密封胶条；B）在密封胶条的圈内铺有一层真空导流网；C）在密封胶条和真空导流网的上方铺覆有一真空袋，该真空袋的四周与密封胶条粘接；由真空袋、密封胶条和真空导流网构成一密闭的容腔；D）将真空泵的吸气管插入其密闭的容腔内，将该密闭容腔内的空气全部抽空，形成负压状；E）关掉真空泵，保压30分钟后，压力表显示的压力降值≤20mbar为合格。

步骤7）所述环氧树脂代木层的铺覆由环氧树脂代木和环氧树脂代木固化剂以质量比为1∶1的比例组合而成。

步骤9）所述的胶衣层为亚什兰玻璃钢环氧树脂模具胶衣；其厚度为0.5～0.8㎜。

上述的胶衣层由直径为1.5㎜口径的喷枪喷涂而成。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果如下：1、降低生产成本。用价格低廉的EPS聚苯乙烯固态泡沫进行粘接成型后加工的成本远低于金属钢架的制造成本，且EPS聚苯乙烯固态泡沫密度小重量轻易于施工操作，另外可以尽可能低地铺设环氧树脂代木的厚度以此减少环氧树脂代木的成本及数控加工环氧树脂代木切削高度的成本；2、主模型型面精度易于控制。型面精度经过二次加工，首先泡沫经过加工可保证型面的准确，然后通过环氧树脂代木的数控加工，可让最终形成的主模具型面精度更精准；3、主模型的真空气密性得到有效保证。因糊制玻璃钢气密层之前对型面已经经过加工，可以减少后续加工环氧树脂代木时而局部加工出玻璃钢气密层的风险；4、有利于后续在主模型上制作完玻璃钢模具后使玻璃钢模具与主模型的分离。因糊制玻璃钢气密层时玻璃钢层将EPS聚苯乙烯固态泡沫整个包裹住且玻璃钢层与金属钢架相连这样就易于玻璃钢模具与主模型的分离；5、便于金属钢架的重复利用。以后只要将与金属钢架相连处的玻璃钢去除掉，此金属钢架就可以再次重复利用。6、该方法设计合理，可操作性强，不会增加生产周期；金属钢架可以分段设置，便于运输；有益于推广应用。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为主模型剖面示意图。

图3为图2中A点的局部结构放大图。

图4为图2中B点的局部结构放大图。

图5为EPS聚苯乙烯固态泡沫粘接摆放结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的风电叶片主模型的制作工艺，包括步骤如下：

1）底部金属钢架的制备：

将专业的设计公司设计的叶片3D外型在电脑中进行分段，分段原则以一方面能够便于汽车公路运输，宽度不超过4.5米，另一方面以每段长度不超过20米，同时以每段长度基本接近的原则进行；目前CNC机床的加工最大长度为20米，对设计的3D叶片的外型轮廓进行水平投影根据其绘制的水平投影图制作底部金属平台，钢架平台通常采用外形尺寸为长60㎜×宽60㎜×壁厚4㎜的方管通过焊接方式加工制作，高度一般控制在400-600㎜，平台焊接成空间网格状，网格的最大间距以不超过1200㎜×1200㎜为宜。焊接完成后需保证钢架的上表面平整度控制在3㎜以内。

2）铺放木质板材：

准备好15-20㎜厚的整块木质板材，木质板材可使用密度板、纯木板或木质多层层压板。

本实例中以选用木质多层层压板为例进行说明；

将15-20㎜厚的木质多层层压板通过M5或M6的螺栓固定在金属钢架平台的表面上，通过用水准仪测量标高的方式将该木质多层层压板表面修理平整；所用的木质多层层压板通常为整块，不够整块的地方可以拼接，但要保证拼接处均搭接在金属钢架之上，将木质多层层压板通过M5或M6的螺栓固定在金属钢架上，保证螺栓头不超过木质多层层压板的上平面，螺栓间距以200-300㎜为宜，木质多层层压板拼接处留2-3㎜缝隙，木质多层层压板拼接处须保证该层压板下方有钢材支撑，四周木质多层层压板的尺寸须比金属钢架的外围尺寸大50㎜以上。

3）EPS聚苯乙烯固态泡沫的粘接与固定：

准备好EPS聚苯乙烯固态泡沫，清理木质多层层压板的上表面，配制环氧树脂白炭黑腻子，环氧树脂采用德国汉森公司生产的汉森L135环氧树脂，型号为汉森H936的树脂固化剂，白炭黑采用由德国赢创德固赛生产的AEROSIL气相二氧化硅，配比为质量比：环氧树脂∶环氧固化剂∶白炭黑＝100∶25∶12，环氧树脂白炭黑腻子需用刷子搅拌均匀后，均匀涂沫于粘接的木质多层层压板上表面，涂层厚度为1-3㎜，之后将若干块EPS聚苯乙烯固态泡沫铺放到木质多层层压板上，EPS聚苯乙烯固态泡沫摆放类似于搭积木的方式，将成型的每块长方体EPS聚苯乙烯固态泡沫叠放到一起，将EPS聚苯乙烯固态泡沫通过环氧树脂白炭黑腻子与层压板粘接，且每块EPS聚苯乙烯固态泡沫之间均采用环氧树脂白炭黑腻子粘接，保证EPS聚苯乙烯固态泡沫的外形尺寸与四周木质多层层压板的尺寸一致，EPS聚苯乙烯固态泡沫的高度应高于CNC机床加工后的最终型面即加工完EPS聚苯乙烯固态泡沫型面高度的5-50㎜为宜。

4）泡沫型面加工：

通过CNC数控机床对泡沫型面进行加工，即利用数控加工的计算机图形编程软件如UG或CATIA软件对3D叶片偏移的外型进行编程，偏移的外型为以设计的叶片外型减去后续糊制的玻璃钢气密层的厚度与设计的环氧树脂代木层厚度即为偏移的型面，也就是加工完泡沫的型面，此偏移数据可根据设计要求变化，一般以主模型型面偏移15-40㎜为宜，然后将利用UG或CATIA软件编好的控制程序输入数控机床，利用控制程序指令机床通过铣刀铣掉多余的EPS聚苯乙烯固态泡沫从而得到所需的泡沫外型。

5）糊制玻璃钢气密层：

在加工完的泡沫表面，进行玻璃钢气密层的糊制，以糊制5-10㎜厚玻璃钢气密层为宜，糊制过程中用滚子加手糊的常规方式尽可能赶尽其中产生的气泡，滚子可选用猪棕滚、羊毛滚或其它材质的滚子；同时要求糊制四周的玻璃钢气密层时，保证玻璃钢气密层将所有EPS聚苯乙烯固态泡沫全部包住，并在四周处包住底部比钢架宽出至少50㎜的多层木质层压板而与金属钢架相连接，保证玻璃钢气密层的外缘超出金属钢架外缘在50㎜以上，将该金属钢架外缘完全包住。

6）检测玻璃钢型面的真空度：

糊制完成的玻璃钢气密层固化后，以玻璃钢气密层固化度TG值超过60度为最佳；之后进行玻璃钢气密层真空度检测，具体步骤为：A）在玻璃钢气密层的四周铺有一圈密封胶条；B）在密封胶条的圈内铺有一层真空导流网；C）在密封胶条和真空导流网的上方铺覆有一真空袋，该真空袋的四周与密封胶条粘接；由真空袋、密封胶条和真空导流网构成一密闭的容腔；D）将真空泵的吸气管插入其密闭的容腔内，将该密闭容腔内的空气全部抽空，形成负压状；E）关掉真空泵，保压30分钟后，压力表显示的压力降值≤20mbar为合格。

7）铺覆环氧树脂代木层：

在满足真空度要求的玻璃钢气密层表面上均匀地铺覆环氧树脂代木层，一般利用常规的环氧树脂代木层铺覆机器，将由环氧树脂代木和环氧树脂代木固化剂两种组份放入设备的指定位置，开动机器，通过塑料管子的出料口将环氧树脂代木组份铺到玻璃钢型面上，不断地移动塑料管子出料口使环氧树脂代木组份最终铺覆整个玻璃钢型面，环氧树脂与环氧树脂固化剂的配比为质量比1：1，尽量保证铺覆环氧树脂代木层的厚度均匀，在铺覆过程中用钢卷尺测量其高度或用针插入刚铺覆的代木层内部测量其插入的深度，以此保证环氧树脂代木层铺覆厚度控制在15-35㎜左右，使其固化，保证环氧树脂代木层的固化度，以其固化度TG值达到50度以上为宜。

8）利用CNC数控机床加工环氧树脂代木型面：

通过CNC数控机床，机床为意大利CMS公司产的五轴数控加工中心即铣床，将采用UG或CATIA三维软件对加工型面编制好程序，然后将编好的程序输入到数控加工中心铣床的电脑设备中，铣床的电脑对其程序转化为生产指令，用铣床加工环氧树脂代木层的型面，以加工掉5-15㎜的环氧树脂代木层为宜，得到加工完环氧树脂代木层的型面；然后再在该环氧树脂代木层表面用0＃粗砂布打磨一遍消除铣刀的痕迹，清理表面粉尘后用直径1.5㎜口径的喷枪在环氧树脂代木层表面均匀喷涂一层由江苏亚什兰公司生产的亚什兰玻璃钢环氧树脂模具胶衣，胶衣层喷涂厚度为0.5～0.8㎜，采用常规的玻璃钢模具表面处理工艺，在胶衣层表面用400＃、600＃、800＃、1000＃、1200＃、1500＃水砂纸打磨，打磨后抛光处理最后得到所需要的主模型表面。

如图2所示，金属钢架2为本发明主模型制作工艺所用的底部基座；在该底部基座的上表面由EPS聚苯乙烯固态泡沫1为主体，制作而成的主模型。

如图3所示，为图2A处的局部放大结构，其中，下部为EPS聚苯乙烯固态泡沫1，与EPS聚苯乙烯固态泡沫1型面紧密铺设有玻璃钢气密层3，厚度为5～10㎜；在玻璃钢气密层3的上表面铺覆有环氧树脂代木层4，其厚度为15～35㎜；在该环氧树脂代木层4的表面均匀喷涂一层亚什兰玻璃钢环氧树脂的胶衣层5，胶衣层5喷涂厚度为0.5～0.8㎜；最后采用常规的玻璃钢模具表面处理工艺，在胶衣层表面用400＃、600＃、800＃、1000＃、1200＃、1500＃水砂纸打磨，打磨后抛光处理形成该主模型的表面层。

如图4所示，为风电叶片主模型B点位置的局部放大结构，其中在EPS聚苯乙烯固态泡沫1拐角处的型面上紧密铺设有玻璃钢气密层3，在玻璃钢气密层3的垂直面外表面铺覆有环氧树脂代木层4，其厚度为15～35㎜；在该环氧树脂代木层4的表面均匀喷涂一层亚什兰玻璃钢环氧树脂的胶衣层5，胶衣层5喷涂厚度为0.5～0.8㎜；最后采用常规的玻璃钢模具表面处理工艺，在胶衣层表面用400＃、600＃、800＃、1000＃、1200＃、1500＃水砂纸打磨，打磨后抛光处理后形成该主模型的表面层。

如图5所示,按照设计的主模型形状在金属钢架1的平台上，层叠摆放多块EPS聚苯乙烯固态泡沫1，并在相邻2块EPS聚苯乙烯固态泡沫之间涂抹环氧树脂白炭黑腻子将其粘接固定，形成一EPS聚苯乙烯固态泡沫摆放体；其摆放高度高出设计的主模型高度5～50mm，底边的外形尺寸与所述多层层压板的表面积相同；经固化成型为EPS聚苯乙烯固态泡沫型面。

Claims

1.一种风电叶片主模型的制作工艺，包括步骤如下：

6）检测步骤5）玻璃钢气密层的真空度；

2.根据权利要求1所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：步骤1）所述的金属钢架为分段设置，每段金属钢架的宽度≤4.5m，长度≤20m；所述空间网格状的平台由多根方管以≤1200×1200mm的间隙垂直交叉，间隔焊接而成；其中，方管的规格为60×60×4mm，高度为400～600mm。

3.根据权利要求2所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：步骤2）所述的木质板材为整块或拼接块；该整块或拼接块通过螺栓固定在所述金属钢架上，所述螺栓的头部嵌装于所述木质板材的上平面且低于该木质板材表面的高度，相邻两个螺栓之间的间距为200～300mm；相邻两块木质板材的拼接处留有2～3mm缝隙。

4.根据权利要求3所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：所述木质板材为木质多层层压板、密度板或纯木板中任一种。

5.根据权利要求1所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：步骤3）所述的环氧树脂白炭黑腻子由环氧树脂、树脂固化剂与白炭黑以100∶25∶12的质量比混合均匀搅拌而成。

6.根据权利要求1所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：步骤5）所述玻璃钢气密层厚度为5～10mm；其玻璃钢气密层的外边缘大于所述底部金属钢架台面的周边至少50mm；所述玻璃钢气密层糊制过程中采用滚子加手糊的方式将其内产生的气泡清除。

7.根据权利要求1所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：步骤6）检测真空度的步骤为：A）在玻璃钢气密层的四周铺有一圈密封胶条；B）在密封胶条的圈内铺有一层真空导流网；C）在密封胶条和真空导流网的上方铺覆有一真空袋，该真空袋的四周与密封胶条粘接；由真空袋、密封胶条和真空导流网构成一密闭的容腔；D）将真空泵的吸气管插入其密闭的容腔内，将该密闭容腔内的空气全部抽空，形成负压状；E）关掉真空泵，保压30分钟后，压力表显示的压力降值≤20mbar为合格。

8.根据权利要求1所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：步骤7）所述环氧树脂代木层的铺覆由环氧树脂代木和环氧树脂代木固化剂以质量比为1∶1的比例组合而成。

9.根据权利要求1-8任一项所述风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：步骤9）所述的胶衣层为亚什兰玻璃钢环氧树脂模具胶衣；其厚度为0.5～0.8㎜。

10.根据权利要求9所述的风电叶片主模型的制作工艺，其特征在于：所述胶衣层由直径为1.5㎜口径的喷枪喷涂而成。