CN102555115A - 用于调节空气动力学几何形状的模具的底板变形的装置及使用该装置的模制方法 - Google Patents

用于调节空气动力学几何形状的模具的底板变形的装置及使用该装置的模制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于调节空气动力学几何形状的模具的底板变形的装置及使用该装置的模制方法。本发明描述了一种调节装置，其适用于由复合材料制成的空气动力学形状的模具底板，用于抵消所述模具底板中出现的偏差。所述装置包括支撑在所述模具底板(10)的表面上的一些增强筋(20)，并且配备有调节器(21)，其修改所述模具底板(10)的曲率。

Description

用于调节空气动力学几何形状的模具的底板变形的装置及使用该装置的模制方法
技术领域
本发明涉及使用也是由复合材料制造的模具来制备复合材料部件，更具体地，涉及调节装置，其允许在由复合材料制造的模具底板中校正随着凝固周期发生的变形，以最小化从所述模具获得的产品的形状误差。同样，本发明涉及使用本发明的调节装置模制部件的方法。 
背景技术
在由复合材料制成的模具的制造过程中，材料经受预固化和最终的后固化，二者构成允许树脂聚合并且因而在模具中获得所需机械性能的高温热处理工艺周期。 
之后，在使用该模具进行由复合材料制成的部件的生产过程中，通常经受来自材料的膨胀和收缩现象，即回弹(材料弹性的回复)和化学收缩(在固化过程中提高材料的密度)。 
这些由热处理工艺周期导致的结果在模具底板中产生永久几何变形，该变形将在后面传递给模具中制造的产品。 
这些结果随着模具表面和几何复杂性的增加(双曲率和锐角)而增强。 
大尺寸部件的表现缺乏重复性使得这些变形的校正利用适用于获得该模具的模型几何形状的几何因子不可行。因而，这些结果需要通过其他方式缓解，其目的是防止模具的模型改变在模具自身上制造的部件的几何形状。 
这些技术方案中的一些基于使用由玻璃纤维交织的织物制成并且使用低浓度树脂预浸的薄片，按照均衡的层合顺序(以纤维的％衡量)，并且沿纤维方向对称来层合模具底板。同样，为了减小这些变形，模具在具有相同或相似热膨胀系数(CTE)的模型上制造。尽管如上所述，这种技术方案仍不能消除所有提到的偏差。 
在该方面中，已知由本发明相同的申请人持有的西班牙专利ES2208028解决了该问题，并且描述了风力涡轮叶片壳体模具的制备，所述模具包括两部件，上部件和下部件，其通过允许达到制造叶片的所有需要位置的枢转机构结合在一起。所述模具的每一个部件，即模具半体，包括复合材料模具底板或支承座，其搁置在抵靠沿所述模具底板分布的筋支撑的结构上。 
所述模具底板是赋予最终产品其空气动力学几何形状的部分，而且用作用于其制备的底座。在所引用的专利中，该模具底板由具有复合材料外皮(预浸)和用作热隔室的铝蜂窝芯的层状结构形成，所述热隔室通过沿模具底板设置的管道引入热空气。 
所述管道通过一些筋结合到模具底板的表面，所述筋设计用于通过固定到枢转系统的一些热流道和模具结构的腿上的一些铰吸收模具的偏差。 
但是，当前面提到的变形已经发生在模具底板中时，其不可能通过该专利中提到的筋来校正，并且所述变形可能最终超过模具底板要求的表面公差，并且因此所得的最终产品最终超过模具底板要求的公差。 
本领域状态中其他技术方案已知试图解决模具底板中的变形，特别是国际专利WO2010103493，其描述了包括纵向层合管和一些垂直于模具表面安装在各个部分中的调节器的模具技术方案。这些部分依次通过筋增强，所述筋在一个部分中与不同的调节器结合。然而，该技术方案获得了提高的纵向刚度和很小的横向刚度，因而所述模具部分的调节或校正沿长度方向进行。另一方面，该技术方案没有配备有膨胀系统，并且因此不仅不能解决前述问题，而且仅适用于用于注射成型叶片的低温模具。 
发明内容
本发明涉及一种调节装置，其适于复合材料模具底板的空气动力学外形，并且抵消其中产生的几何偏差。 
本发明的目的是将所述复合材料模具的所述调节装置和增强筋结合为单个元件。 
本发明的另一目的在于使每一个调节装置作用在所述筋的宽度方向刚度， 以通过所述筋传递使所述模具底板的部分根据限定的方案弯曲的载荷。 
本发明的另一个目的是，每一个调节装置包括不同的手动驱动施加点，并且施加点的数量应随着模具宽度的增大而增多，因此允许覆盖整个模具底板的横向部分的表面。 
本发明的另一个目的是，所述筋确定一些结合所述施加点的开口，所述施加点用于沿切向将力施加到模具底板表面，并且修改筋本身的曲率，并且因此修改模具底板部分的曲率。 
本发明的另一个目的是使根据本发明的筋在模具底板上用作铰。 
本发明的另一个目的是用于布置增强筋的方法，所述筋不仅是模具底板自身稳定的因素，而且从减少每一个模具部分的总调节器总数角度来看，是筋调节系统的调节范围的因素。 
本发明的另一个目的是用于部件的模制方法，其中筋在校正模具底板中的变形并且固定调节系统之后，用作刚性和永久结构元件。 
将在附图的辅助下进一步详细描述本发明的这些和其他方面，所述附图描述如下。 
附图说明
图1显示了配备有传统筋的壳体模具的剖视图。 
图2是安装有根据本发明的调节系统的筋的原理图。 
图3显示了根据本发明的调节系统的示意性视图。 
图4A和4B显示了根据本发明的调节系统调节器的立体视图。 
图5显示了根据本发明的筋设置方法的立体视图。 
具体实施方式
风力涡轮叶片的制备利用由两个模具半体，即上下模具和下模具半体形成的壳体模具制备，所述两个模具半体通过枢转结构结合在一起，所述枢转机构使得可能达到任何叶片制备中所需的位置。每一个模具半体包括由复合材料制 成的模具底板1，并且设置在支撑结构3上，所述支撑结构3支撑沿模具底板1分布的一些筋2。筋2给模具底板1增加横向刚度，使其几何稳定，并且允许在模具内部引入管道(未示出)，通过所述管道，引入到模具底板1中的空气沿叶片的空气动力外形循环。 
图1显示了传统的加强筋2，其沿着模具半体的复合材料模具底板1的几何形状，并且通过粘合结合和湿层合结合到复合材料模具底板1。金属框架3支撑在该传统筋2上，并且与一些滑块4结合。 
但是，由传统的增强筋2提供的刚度不足以防止由于材料的膨胀和收缩现象出现在模具底板1中并且因此传递给在模具底板1上制备的叶片的几何变形。 
本发明包括调节系统，其决定一系列金属筋20的沿着所述模具半体的模具底板表面的，完全支撑在所述模具半体的模具底板表面上的分布，这些金属筋20在层合或粘合到所述模具半体的模具底板表面上的位置处，并且在结合有一些调节器21的位置处完全支撑在所述模具半体的模具底板表面上，所述调节器21允许校正或最小化在模具半体的模具底板10中产生的几何偏差(参见图5)。 
每一个筋20包括不同的调节器21，其手动驱动，并且结合在筋20的一些部分中，允许通过改变曲率修改模具半体的模具底板10的外形(参见图3)。 
为了完成这些操作，旨在进行配合的调节元件21的数量应在模具的动力学外形上不定。换句话说，当模具变得更宽时，应安装更多数量的调节器21。 
如图2中所示，每一个调节器21在与其结合的筋20的各个部分之间产生力F。该施加的力F用于在筋20与模具底板10结合的位置处产生力矩M。调节器21在模具底板10中产生与所施加的力矩M成比例的曲率c。 
为了使曲率c的变化保持渐变，并且防止其在模具底板10的外形中反应出来，筋20中形成沿着允许控制筋20的曲率的某个曲率的切除部22，并且在筋20的部分中不能控制的切除部22用作铰。 
如图4A和4B中所示的调节器21是张量式，并且由U形连接部23形成， U形连接部23在筋20的切除部22之间传递应力。 
在本实施例中，调节器21具有两个螺栓24，所述螺栓24在右侧和左侧具有螺纹驱动部，用于提高对筋20的曲率c的控制，所述螺栓24插入形成在筋20的切除部22中的一些孔中，并且使用外部锁定元件27以及垫圈固定，以允许筋20的壁倾斜。螺栓24中的每一个具有一些锁定螺母25和调节部26，以根据调节螺栓24的插入将外部锁定元件27分隔开期望距离。 
同样地，本发明包括结合调节系统的配合的模制方法，包括以下步骤： 
将安装有调节器21的筋20在调节器张紧的情况下沿所述模具半体的整个模具底板垂直于模具半体的模具底板10设置，因而给所述装置提供刚度， 
将筋固定或层合在模具底板上，并且继续模具的重复制造过程， 
包括模具的后固化，测量模具表面，以确定模具底板10上的偏差， 
驱动每一个筋20上的调节器21，进行开或关运动，以校正在模具底板10中检测到的变形或偏差， 
模制叶片自身。 
模具底板10中偏差的测量通过传统方法，例如激光跟踪仪，沿其表面整个长度扫描模具的部分，和最佳拟合法进行，以确定存在的偏差。 
虽然本发明已经结合优选实施例进行了全面描述，但是显然，可在该范围内进行修改，所述修改不应被认为是限制之前的实施例，而是用于下面权利要求的内容。 

Claims (10)

1.一种用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，包括两个模具半体，并且沿每一个模具半体的模具底板结合有增强筋，其特征在于，所述装置包括至少一个固定在模具底板(10)的表面上的筋(20)，所述筋(20)包括至少一个调节器(21)，其允许修改所述模具底板(10)的外形，因而吸收由于固化过程而存在的偏差。
2.根据权利要求1的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，每一个筋(20)垂直于所述模具半体的模具底板(10)设置，并且通过粘合或湿层合结合到所述模具半体的模具底板的表面。
3.根据权利要求1的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，每一个筋(20)包括至少一个在其表面处沿至少一个切除部(22)手动调节的调节器(21)。
4.根据权利要求1的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，每一个调节器(21)在驱动时在筋20的各个结合部分之间产生力(F)，所述力(F)在筋20的到模具底板(10)的结合表面上产生力矩(M)，并且所述每一个调节器(21)在所述模具底板(10)中产生与所述施加的力矩(M)成比例的曲率(c)。
5.根据权利要求1的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，每一个调节器(21)包括U形连接部(23)，其将应力传递到筋(20)的切除部(22)之间。
6.根据权利要求5的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，由于每一个调节器(21)具有通过向左侧和右侧螺纹调节来更好地控制筋(20)的曲率的两个调节螺栓(24)和垫圈，所述调节螺栓(24)和垫圈允许筋(20)的壁倾斜。
7.根据权利要求6的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，每一个驱动螺栓(24)插入在形成在筋(20)上的切除部(22)中的一些孔中，并且通过外部锁定元件(27)固定。
8.根据权利要求6的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，每一个螺栓(24)安装有锁定螺母(25)和调节部(26)，用于根据调节螺栓24的插入关系，将元件与外部锁定元件(27)分隔开期望距离。
9.根据权利要求1的用于调节空气动力学几何形状的模具底板中变形的装置，其特征在于，所述筋(20)由金属材料制成。
10.使用根据权利要求1中所述的调节装置的模制方法，其特征在于包括以下步骤：
将安装有调节器(21)的筋(20)在调节器张紧的情况下沿所述模具半体的整个模具底板垂直于模具半体的模具底板(10)设置，因而给所述装置提供刚度，
将筋固定或层合在模具底板上，并且继续模具的重复制造过程，
包括模具的后固化，测量模具表面，以确定模具底板(10)上的偏差，
驱动每一个筋(20)上的调节器(21)，进行开或关运动，以校正在模具底板(10)中检测到的变形或偏差，
模制叶片自身。
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