CN115592931B - 一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具及制造方法；制造模具包括套管，两端开口的管状结构；套管的侧面设置八个槽组，每个槽组有多个沿套管长度方向分布的插接槽；芯棒，设置在套管内；八个支撑板，每个支撑板均沿套管的长度方向延伸；每个支撑板上设置板组，每个板组有多个沿支撑板长度方向分布的插接板；每个插接板插入对应的插接槽，且抵住芯棒的侧面；每个支撑板上远离芯棒的一侧设置有定型段；定型段的宽度大于支撑板的厚度，并贴合厢式大梁的内壁；制作厢式大梁时，八个支撑板远离芯棒的一侧分别抵住厢式大梁内部的四个拐角处和四个侧壁的中心处。本发明能够提升模具拆除效率，并保护大梁和模具。

Description

一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具及制造方法

技术领域

本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具及制造方法。

背景技术

风能作为一种绿色清洁的能源，是可再生能源发展的重要领域。我国岛屿、草原牧区、山区和高原地带众多，风能资源丰富，加快风电项目的建设，对于我国的调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。

为了能够充分的利用风能，风电叶片的设计长度也在不断增加，如果继续沿用传统的金属结构，最终风电叶片的重量就会大大增加，过重的叶片不仅会导致风电能的转化效率大大降低，还容易产生较大的安全隐患。因此，风电叶片逐渐采用强度大但重量轻的复合材料来进行制作。

复合材料的生产加工方式与传统的金属材料有较大的不同，复合材料风电叶片中大梁的制作时，由于大梁具有特殊的形状，因此现有技术中通常会先制作一个模具，之后将复合材料织物在模具上缠绕形成大梁的形状，之后再通过浸润树脂、固化成型工艺等多个步骤得到最终坚硬的大梁成品。由于模具需要在大梁的制作过程中始终支撑着复合材料，因此模具会和大梁成品一起成型，大梁成型后模具就会很难取下，导致大梁的生产效率低下；并且在使用工具强行拆分大梁和模具的过程中还容易损坏大梁或者模具。

因此，需要一种能够提升模具拆除效率，并且能够保护大梁成品的制造模具及大梁制造方法。

发明内容

本发明提供了一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，可以有效地解决背景技术中的问题，提升模具拆除效率，并且有效防止大梁或者模具损坏。本发明还提供了一种复合材料风电叶片厢式大梁制造方法，可以起到同样的技术效果。

本发明提供的一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其用于加工厢式大梁，所述厢式大梁呈两端开口的厢体结构，且在厢体结构的内部顶面和内部底面设置碳板；

所述复合材料风电叶片厢式大梁制造模具包括：

套管，两端开口的管状结构；所述套管的侧面设置八个槽组，每个所述槽组均包括多个沿所述套管长度方向分布的插接槽；

芯棒，设置在所述套管内；

八个支撑板，每个所述支撑板均沿所述套管的长度方向延伸；每个所述支撑板上设置板组，每个所述板组包括多个沿所述支撑板长度方向分布的插接板；每个所述插接板插入对应的所述插接槽，且抵住所述芯棒的侧面；每个所述支撑板上远离所述芯棒的一侧设置有定型段；所述定型段的宽度大于所述支撑板的厚度，并贴合所述厢式大梁的内壁；

制作所述厢式大梁时，八个所述支撑板远离所述芯棒的一侧分别抵住所述厢式大梁内部的四个拐角处和四个侧壁的中心处。

进一步地，每个所述支撑板的两侧均设置有所述定型段。

进一步地，每个所述槽组中，位于所述套管同一端的多个所述插接槽形成第一防呆结构；八个所述槽组中的所述第一防呆结构的形状各不相同；每个所述板组中，位于所述支撑板筒一端的多个所述插接板形成第二防呆结构，每个所述第二防呆结构与对应的一个所述第一防呆结构的形状相同。

进一步地，每个所述槽组中，远离所述第一防呆结构的一端设置长槽；每个所述板组中，远离所述第二防呆结构的一端设置长板，且所述长板插入所述长槽中。

进一步地，所述芯棒呈从一端向另一端截面逐渐缩小的结构。

进一步地，所述芯棒的侧面设置八个抵接平面，八个所述板组中的所述插接板分别抵住八个所述抵接平面。

进一步地，还包括两个定芯结构，分别可拆卸地安装在所述芯棒的两端；所述定芯结构的侧面与所述套管内壁贴合。

进一步地，每个所述定芯结构均设置延伸至所述套管外侧的延伸段。

本发明提供的一种复合材料风电叶片厢式大梁制造方法，使用前述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，步骤包括：

S10：将芯棒塞入套管内；之后将八个支撑板的插接板分别插入套管上八个槽组的插接槽内，并其使插接板抵住芯棒侧面；

S20：在复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的顶部和底部均铺设碳板；之后使用复合材料沿着八个支撑板的定型段组合成的矩形形状的周向缠绕多圈，形成厢式大梁；

S30：将形成厢式大梁的复合材料通过热固化成型工艺使复合材料固化成型，形成最终的厢式大梁产品；

S40：将芯棒从套管内抽出；之后将八个支撑板再向套管内推动，使定型段和厢式大梁产品分离；之后抽出套管和八个支撑板，完成复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的拆除。

进一步的，在步骤S20中：

铺设碳板和缠绕复合材料前，在八个支撑板的定型段的表面涂上隔离粉。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本模具先通过芯棒限制八个支撑板在套管中的插入深度，然后将复合材料缠绕在支撑板上，在复合材料固化成型形成大梁产品后抽出芯棒，即可使八个支撑板向套管中插入地更深，使支撑板能够便捷地与大梁分离，并且模具整体也可以变得更小，从而能够便捷地从大梁端部的开口中取出，从而有效地保护大梁和模具、尤其是两者接触面不会产生损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中复合材料风电叶片的截面结构示意图；

图2为本发明中复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的结构示意图；

图3为本发明中套管的结构示意图；

图4为本发明中支撑板的结构示意图；

图5为本发明中定芯结构的使用示意图；

图6为本发明中另一形式的定芯结构的使用示意图；

图7为本发明中另一形式的芯棒的结构示意图；

图8为本发明中复合材料风电叶片厢式大梁制造方法的步骤S10的操作示意图；

图9为本发明中复合材料风电叶片厢式大梁制造方法的步骤S20的操作示意图；

图10为本发明中复合材料风电叶片厢式大梁制造方法的步骤S40的操作示意图；

附图标记：

01、厢式大梁；02、碳板；1、套管；11、插接槽；2、芯棒；21、抵接平面；3、支撑板；31、插接板；32、定型段；4、定芯结构；41、延伸段；411、环槽；412、定位法兰；42、固定环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其用于加工复合材料风电叶片中的厢式大梁01；厢式大梁01的具体结构如图1所示，呈两端开口的厢体结构，且在厢体结构的内部顶面和内部底面设置碳板02；厢式大梁01位于风电叶片的中心处，其上、下两个底面分别贴合风电叶片外壳的上、下两个内壁，因此厢式大梁01的顶面和底面的形状是与叶片对应部分相匹配的、复杂的曲面结构。

复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的具体结构如图2~7所示，包括：

套管1，两端开口的管状结构，如图3所示；套管1的侧面设置沿套管1周向分布的八个槽组，每个槽组均包括多个沿套管1长度方向分布的插接槽11；

芯棒2，设置在套管1内部的中心处；

八个支撑板3，每个支撑板3均沿套管1的长度方向延伸，如图4所示；每个支撑板3上设置板组，每个板组均包括多个沿支撑板3长度方向分布的插接板31；八个支撑板3的板组对应八个槽组，对应的板组和槽组中插接板31和插接槽11的数量相等，并且对应的板组和槽组中对应的插接板31和插接槽11的截面形状相同，使每个插接板31能够插入对应的插接槽11中，并且插接板31会伸入到套管1中心直至抵住芯棒2的侧面；每个支撑板3上远离芯棒2的一侧还设置有定型段32，定型段32的宽度大于支撑板3的厚度，在复合材料缠绕成厢式大梁01后，定型段32的外侧面贴合厢式大梁01的内壁维持住厢式大梁01的形状；

制作厢式大梁01时，八个支撑板3远离芯棒2的一侧分别抵住厢式大梁01内部的四个拐角处和四个侧壁的中心处，保证厢式大梁01关键的八处位置的尺寸。

具体的，本模具先通过芯棒2来限制八个支撑板3的插接板31在套管1中的插入深度，然后将复合材料缠绕在支撑板3的定型段32上，定型段32可以增大复合材料与支撑板3的接触面积，并且可以通过将定型段32加工成与风电叶片相匹配的形状，使复合材料形成的厢式大梁01的形状尺寸更加准确。厢式大梁01的形状可能会形成两端小、中间大的结构，现有相关技术在拆卸模具时通常需要使用工具将厢式大梁01和模具的接触面分离、并且撑大厢式大梁01的一端才能够拆卸模具，容易损坏厢式大梁01和模具；而本模具在复合材料固化成型形成厢式大梁01产品后，可以将芯棒2抽出，之后即可将八个支撑板3向套管1中插入地更深，使每个支撑板3都能够便捷地与大梁分离，并且模具整体也可以变得更小，从而能够便捷地从大梁端部的开口中取出，从而有效地保护大梁和模具、尤其是两者接触面不会产生损伤。复合材料在固化成型之前需要浸润树脂，树脂的多少是影响最终复合材料产品重量大小的关键因素之一，本模具通过采用多个支撑板3来顶住厢式大梁01关键的八处位置，使厢式大梁01的其余位置均保持在悬空状态，当复合材料浸润的树脂过多时，树脂就可以从悬空处流走，避免复合材料上残留的树脂过多，进而减轻最终厢式大梁01的重量。

优选在每个支撑板3的两侧均设置有定型段32，保证支撑板3两侧在缠绕上复合材料后能够均匀受力，避免支撑板3单侧受力导致支撑板3弯折影响厢式大梁01的形状尺寸的准确性。

为了避免现场操作人员将八个支撑板3的位置搞错导致厢式大梁01的形状尺寸出错，优选地，在每个槽组中，位于套管1同一端的多个插接槽11形成第一防呆结构，八个槽组中的第一防呆结构的形状各不相同；在每个板组中，位于支撑板3筒一端的多个插接板31形成第二防呆结构，每个第二防呆结构的形状与对应的一个第一防呆结构形状相同。八个第一防呆结构中插接槽11和八个第二防呆结构中插接板31的具体设置方式可以是如下形式：

形式一，八个第一防呆结构中的插接槽11的数量均不相同，每个第二防呆结构中的插接板31的数量与对应的一个第一防呆结构中插接槽11的数量相同；比如：八个第一防呆结构中分别有1、2、3……8个插接槽11，八个第二防呆结构对应也分别有1、2、3……8个插接板31；

形式二，八个第一防呆结构中的部分或者全部插接槽11的截面形状均不相同，每个第二防呆结构中的插接板31的截面形状与对应的一个第一防呆结构中插接槽11的截面形状对应相同；比如：八个第一防呆结构的插接槽11分别有一个或数个插接槽11的截面形状是三角形、矩形、圆形、椭圆形等8种不同的形状，八个第二防呆结构的插接板31对应也分别有一个或数个插接板31的截面形状是三角形、矩形、圆形、椭圆形等8种不同的形状；

形式三，八个第一防呆结构中的部分或者全部插接槽11的宽度均不相同，每个第二防呆结构中的插接板31的宽度与对应的一个第一防呆结构中插接槽11的宽度对应相同；比如：八个第一防呆结构的插接槽11分别有一个或数个插接槽11的宽度是50、55、60……85mm，八个第二防呆结构的插接板31对应也分别有一个或数个插接板31的宽度是50、55、60……85mm；

形式四，八个第一防呆结构中的部分或者全部插接槽11的长度均不相同，每个第二防呆结构中的插接板31的长度与对应的一个第一防呆结构中插接槽11的长度对应相同；比如：八个第一防呆结构的插接槽11分别有一个或数个插接槽11的长度是250、255、260……285mm，八个第二防呆结构的插接板31对应也分别有一个或数个插接板31的宽度是250、255、260……285mm；

形式五，八个第一防呆结构中插接槽11之间的间隔不同，每个第二防呆结构中的插接板31之间的间隔与对应的一个第一防呆结构中插接槽11之间的间隔相同；比如：八个第一防呆结构的插接槽11之间的间隔分别是250、255、260……285mm，八个第二防呆结构的插接板31之间的间隔对应也分别是250、255、260……285mm；

需要说明的是，第一防呆结构和第二防呆结构可以只采用上述的形式一~形式五中的一种，也可以将多种形式混合使用。

由于第一防呆结构和第二防呆结构的形状都较为复杂，其不便承担支撑板3的受力，因此优选在每个槽组中远离第一防呆结构的一端设置长槽，并在每个板组中远离第二防呆结构的一端设置长板，将长板插入长槽中，长板和长槽的长度要远远大于其他插接槽11和插接板31的长度，通过长板来主要分担支撑板3的受力，避免第二防呆结构受力过大导致损坏。

为了便于芯棒2的取出，将芯棒2设置成从一端向另一端截面逐渐缩小的结构，使芯棒2的表面形成轻微的锥度。为了保证插接板31在抵住芯棒2时不会向两侧滑动，优选再在芯棒2的侧面设置八个抵接平面21，如图7所示，八个板组中的插接板31分别抵住八个抵接平面21。

为了保证芯棒2能够位于套管1的中心，本模具中优选还设置两个定芯结构4，分别可拆卸地安装在芯棒2的两端；定芯结构4的侧面与套管1内壁贴合，保证芯棒2在套管1内不会受力导致歪斜或者偏离。在需要取出芯棒2时，只需拆除一端的定芯结构4，即可将芯棒2从另一端取出。每个定芯结构4朝向芯棒2的一端还设置固定环42，固定环42套在芯棒2的端部，对芯棒2进行支撑和固定；定芯结构4的侧面优选与套管1过盈配合，从而进一步保证定芯结构4对芯棒2的固定效果。为了便于定芯结构4的拆除，每个定芯结构4均设置延伸至套管1外侧的延伸段41，人员可以通过夹持延伸段41来将定芯结构4从套管1上拆除。延伸段41的侧面可以设置环槽411，如图5所示，环槽411可以为人员提供施力点，进一步便于定芯结构4的拆除；延伸段41的侧面还可以设置定位法兰412，如图6所示，定位法兰412除了可以提供定芯结构4拆除时的施力点外，在定芯结构4安装时，还能够通过抵住套管1端面的方式来保证芯棒2在套管1中的轴向位置。

本发明还涉及一种复合材料风电叶片厢式大梁制造方法，使用前述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，步骤包括：

S10：如图8所示，将芯棒2塞入套管1内；之后将八个支撑板3的插接板31分别插入套管1上八个槽组的插接槽11内，并其使插接板31抵住芯棒2侧面；

S20：如图9所示，在复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的顶部和底部均铺设碳板02；之后使用复合材料沿着八个支撑板3的定型段32组合成的矩形形状的周向缠绕多圈，形成厢式大梁01；复合材料可以预先浸润完树脂后再进行缠绕，也可以先使用干的复合材料材料进行缠绕，之后再将复合材料浸润树脂；

S30：将形成厢式大梁01的复合材料通过热固化成型工艺使复合材料固化成型，形成最终的厢式大梁01产品；

S40：如图10所示，将芯棒2从套管1内抽出；之后将八个支撑板3再向套管1内推动，使定型段32和厢式大梁01产品分离；之后抽出套管1和八个支撑板3，完成复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的拆除。

为了进一步地便于支撑板3的脱模，优选在步骤S20中：

铺设碳板02和缠绕复合材料前，在八个支撑板3的定型段32的表面涂上隔离粉。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其特征在于，用于加工厢式大梁，所述厢式大梁呈两端开口的厢体结构，且在厢体结构的内部顶面和内部底面设置碳板；

所述复合材料风电叶片厢式大梁制造模具包括：

套管(1)，两端开口的管状结构；所述套管(1)的侧面设置八个槽组，每个所述槽组均包括多个沿所述套管(1)长度方向分布的插接槽(11)；

芯棒(2)，设置在所述套管(1)内；

八个支撑板(3)，每个所述支撑板(3)均沿所述套管(1)的长度方向延伸；每个所述支撑板(3)上设置板组，每个所述板组包括多个沿所述支撑板(3)长度方向分布的插接板(31)；每个所述插接板(31)插入对应的所述插接槽(11)，且抵住所述芯棒(2)的侧面；每个所述支撑板(3)上远离所述芯棒(2)的一侧设置有定型段(32)；所述定型段(32)在沿着所述插接板(31)厚度方向的两侧的最小间距大于所述插接板(31)的厚度，并贴合所述厢式大梁的内壁；

制作所述厢式大梁时，八个所述支撑板(3)远离所述芯棒(2)的一侧分别抵住所述厢式大梁内部的四个拐角处和四个侧壁的中心处。

2.根据权利要求1所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其特征在于，每个所述槽组中，位于所述套管(1)同一端的多个所述插接槽(11)形成第一防呆结构；八个所述槽组中的所述第一防呆结构的形状各不相同；每个所述板组中，位于所述支撑板(3)筒一端的多个所述插接板(31)形成第二防呆结构，每个所述第二防呆结构与对应的一个所述第一防呆结构的形状相同。

3.根据权利要求2所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其特征在于，每个所述槽组中，远离所述第一防呆结构的一端设置长槽；每个所述板组中，远离所述第二防呆结构的一端设置长板，且所述长板插入所述长槽中。

4.根据权利要求1所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其特征在于，所述芯棒(2)呈从一端向另一端截面逐渐缩小的结构。

5.根据权利要求4所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其特征在于，所述芯棒(2)的侧面设置八个抵接平面(21)，八个所述板组中的所述插接板(31)分别抵住八个所述抵接平面(21)。

6.根据权利要求1所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其特征在于，还包括两个定芯结构(4)，分别可拆卸地安装在所述芯棒(2)的两端；所述定芯结构(4)的侧面与所述套管(1)内壁贴合。

7.根据权利要求6所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，其特征在于，每个所述定芯结构(4)均设置延伸至所述套管(1)外侧的延伸段(41)。

8.一种复合材料风电叶片厢式大梁制造方法，其特征在于，使用如权利要求2~7任一项所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造模具，步骤包括：

S10：将芯棒(2)塞入套管(1)内；之后将八个支撑板(3)的插接板(31)分别插入套管(1)上八个槽组的插接槽(11)内，并其使插接板(31)抵住芯棒(2)侧面；

S20：在复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的顶部和底部均铺设碳板；之后使用复合材料沿着八个支撑板(3)的定型段(32)组合成的矩形形状的周向缠绕多圈，形成厢式大梁；

S30：将形成厢式大梁的复合材料通过热固化成型工艺使复合材料固化成型，形成最终的厢式大梁产品；

S40：将芯棒(2)从套管(1)内抽出；之后将八个支撑板(3)再向套管(1)内推动，使定型段(32)和厢式大梁产品分离；之后抽出套管(1)和八个支撑板(3)，完成复合材料风电叶片厢式大梁制造模具的拆除。

9.根据权利要求8所述的复合材料风电叶片厢式大梁制造方法，其特征在于，在步骤S20中：

铺设碳板和缠绕复合材料前，在八个支撑板(3)的定型段(32)的表面涂上隔离粉。

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