一種風電葉片主模型的製作工藝

《一種風電葉片主模型的製作工藝》是北京玻鋼院複合材料有限公司於2011年11月10日申請的發明專利，該專利申請號為2011103553807，公布號為CN102501337A，公布日為2012年6月20日，發明人是李義全、羅曉軍、逄增凱、陳萬康。

《一種風電葉片主模型的製作工藝》屬風電葉片成型技術領域。其步驟如下：1）製作底部的金屬鋼架平台；2）鋪放木質板材；3）在木質板材的表面塗覆環氧樹脂白炭黑膩子，按照設計的主模型形狀層疊擺放多塊EPS聚苯乙烯固態泡沫粘接固定；4）對EPS聚苯乙烯固態泡沫型面進行加工；5）在步驟4）加工後的型面上糊制玻璃鋼氣密層；6）檢測玻璃鋼氣密層的真空度；7）在滿足真空度要求的玻璃鋼氣密層層面上均勻地鋪覆環氧樹脂代木層，鋪覆厚度控制在15-35毫米左右，常溫下固化；8）環氧樹脂代木層表面加工；後塗膠衣層固化成型為主模型。該方法製作出的主模型的型面精度準確，易於施工操作；製作成本低；有益於推廣套用。

2021年6月24日，《一種風電葉片主模型的製作工藝》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種風電葉片主模型的製作工藝》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種風電葉片主模型的製作工藝
• 申請人：北京玻鋼院複合材料有限公司
• 發明人：李義全、羅曉軍、逄增凱、陳萬康
• 申請號：2011103553807
• 申請日：2011年11月10日
• 公布號：CN102501337A
• 公布日：2012年6月20日
• 地址：北京市延慶縣八達嶺工業開發區康西路261號
• 代理機構：北京諾孚爾智慧財產權代理有限責任公司
• 代理人：魏永金
• Int. Cl.：B29C33/38
• 類別：發明專利

專利背景

截至2011年11月，風電葉片模具的主模型長度尺寸均在40米以上，製作方法主要有兩種：方法一是採用木頭截面板的方式，即按長度方向將葉片主模型分割成多個截面，將各個截面板依順序擺放好，在截面板上鋪放木條或木板，之後糊制玻璃鋼氣密層，最後通過刮汽車膩子修型達到所需要的模具主模型；此種製作方法便於操作，但最大的缺陷是型面精度不準確，同時不能分段製作，不利於運輸。方法二是在金屬框架上按長度方向設定豎向鋼截面板，然後在鋼製截面板上整體焊接20×20×2毫米的金屬小方管，之後在其上糊制玻璃鋼氣密層，在表面鋪覆環氧樹脂代木，待環氧樹脂代木固化後進行CNC數控加工，達到最終的葉片模具主模型。第二種方法的加工型面精度準確，可以分段，便於運輸，但成本相對較高，耗用大量的鋼材，且製作過程中特別是焊接金屬小方管多，對員工素質要求太高，此外製作生產周期較長。

發明內容

專利目的

《一種風電葉片主模型的製作工藝》的目的是提供一種型面精度準確，可分段製作，便於運輸且成本低，易加工的葉片模具主模型的成型方法。

技術方案

一種風電葉片主模型的製作工藝，包括步驟如下：

1）利用水平投影方式製作底部的金屬鋼架平台，該平台為空間格線狀，其表面的平整度≤3毫米；

2）在步驟1）的平台檯面上平鋪且固定有一層木質板材，其厚度為15-20毫米；該木質板材的外邊緣超出所述金屬鋼架周邊至少50毫米；將該木質板材的表面清理乾淨；

3）在清理乾淨的木質板材表面上塗覆厚度為1-3毫米的環氧樹脂白炭黑膩子，以預設計的主模型形狀層疊擺放多塊EPS聚苯乙烯固態泡沫，並在相鄰2塊EPS聚苯乙烯固態泡沫之間塗抹所述環氧樹脂白炭黑膩子將其粘接固定，形成一EPS聚苯乙烯固態泡沫擺放體；其擺放的高度比預設計的主模型高度高出5~50毫米，EPS聚苯乙烯固態泡沫擺放體周邊的外形尺寸與所述木質板材的表面積相同；然後固化，成型為EPS聚苯乙烯固態泡沫型面；

4）通過記憶體有所述葉片外形數據的CNC數控工具機對步驟3）形成的EPS聚苯乙烯固態泡沫型面進行加工，其型面的偏移量為15~40毫米；

5）在步驟4）的型面上糊制玻璃鋼氣密層，不斷將糊制過程中產生的氣泡清除；該玻璃鋼氣密層的外邊緣將所述EPS聚苯乙烯固態泡沫型面和與其粘接的木質板材以及底部金屬鋼架全部包覆於其中；

6）檢測步驟5）玻璃鋼氣密層的真空度；

7）在滿足真空度要求的玻璃鋼氣密層層面上，均勻鋪覆有環氧樹脂代木層，其鋪覆厚度為15-35毫米，常溫下固化；

8）利用步驟4）所述CNC數控工具機對固化後的環氧樹脂代木層表面進行加工，去除5-15毫米厚的環氧樹脂代木層，成型為與所述風電葉片外形一致的環氧樹脂代木型面；

9）將步驟8）的環氧樹脂代木型面打磨後，在其上均勻噴塗有膠衣層；再經固化、打磨和拋光處理後得到所述主模型。

步驟1）所述的金屬鋼架為分段設定，每段金屬鋼架的寬度≤4.5米，長度≤20米；所述空間格線狀的平台由多根方管以≤1200×1200毫米的間隙垂直交叉，間隔焊接而成；其中，方管的規格為60×60×4毫米，高度為400~600毫米。

步驟2）所述的木質板材為整塊或拼接塊；該整塊或拼接塊通過螺栓固定在所述金屬鋼架上，所述螺栓的頭部嵌裝於所述木質板材的上平面且低於該木質板材表面的高度，相鄰兩個螺栓之間的間距為200~300毫米；相鄰兩塊木質板材的拼接處留有2~3毫米縫隙。

上述的木質板材為木質多層層壓板、密度板或純木板中任一種。

步驟3）所述的環氧樹脂白炭黑膩子由環氧樹脂、樹脂固化劑與白炭黑以100:25:12的質量比混合均勻攪拌而成。

步驟5）所述玻璃鋼氣密層厚度為5~10毫米；其玻璃鋼氣密層的外邊緣大於所述底部金屬鋼架台面的周邊至少50毫米；所述玻璃鋼氣密層糊制過程中採用滾子加手糊的方式將其內產生的氣泡清除。

步驟6）檢測真空度的步驟為：A）在玻璃鋼氣密層的四周鋪有一圈密封膠條；B）在密封膠條的圈內鋪有一層真空導流網；C）在密封膠條和真空導流網的上方鋪覆有一真空袋，該真空袋的四周與密封膠條粘接；由真空袋、密封膠條和真空導流網構成一密閉的容腔；D）將真空泵的吸氣管插入其密閉的容腔內，將該密閉容腔內的空氣全部抽空，形成負壓狀；E）關掉真空泵，保壓30分鐘後，壓力表顯示的壓力降值≤20毫巴為合格。

步驟7）所述環氧樹脂代木層的鋪覆由環氧樹脂代木和環氧樹脂代木固化劑以質量比為1:1的比例組合而成。

步驟9）所述的膠衣層為亞什蘭玻璃鋼環氧樹脂模具膠衣；其厚度為0.5~0.8毫米。

上述的膠衣層由直徑為1.5毫米口徑的噴槍噴塗而成。

改善效果

1、降低生產成本。用價格低廉的EPS聚苯乙烯固態泡沫進行粘接成型後加工的成本遠低於金屬鋼架的製造成本，且EPS聚苯乙烯固態泡沫密度小重量輕易於施工操作，另外可以儘可能低地鋪設環氧樹脂代木的厚度以此減少環氧樹脂代木的成本及數控加工環氧樹脂代木切削高度的成本；

2、主模型型面精度易於控制。型面精度經過二次加工，首先泡沫經過加工可保證型面的準確，然後通過環氧樹脂代木的數控加工，可讓最終形成的主模具型面精度更精準；

3、主模型的真空氣密性得到有效保證。因糊制玻璃鋼氣密層之前對型面已經經過加工，可以減少後續加工環氧樹脂代木時而局部加工出玻璃鋼氣密層的風險；

4、有利於後續在主模型上製作完玻璃鋼模具後使玻璃鋼模具與主模型的分離。因糊制玻璃鋼氣密層時玻璃鋼層將EPS聚苯乙烯固態泡沫整個包裹住且玻璃鋼層與金屬鋼架相連這樣就易於玻璃鋼模具與主模型的分離；

5、便於金屬鋼架的重複利用。以後只要將與金屬鋼架相連處的玻璃鋼去除掉，此金屬鋼架就可以再次重複利用。

6、該方法設計合理，可操作性強，不會增加生產周期；金屬鋼架可以分段設定，便於運輸；有益於推廣套用。

附圖說明

圖1為《一種風電葉片主模型的製作工藝》方法的流程示意圖；

圖2為主模型剖面示意圖；

圖3為圖2中A點的局部結構放大圖；

圖4為圖2中B點的局部結構放大圖；

圖5為EPS聚苯乙烯固態泡沫粘接擺放結構示意圖。

技術領域

《一種風電葉片主模型的製作工藝》涉及一種主模型的製作工藝，具體講是涉及一種風電葉片主模型的製作工藝。屬風電葉片成型技術領域。

權利要求

1.一種風電葉片主模型的製作工藝，包括步驟如下：1）利用水平投影方式製作底部的金屬鋼架平台，該平台為空間格線狀，其表面的平整度≤3毫米；2）在步驟1）的平台檯面上平鋪且固定有一層木質板材，其厚度為15-20毫米；該木質板材的外邊緣超出所述金屬鋼架周邊至少50毫米；將該木質板材的表面清理乾淨；3）在清理乾淨的木質板材表面上塗覆厚度為1-3毫米的環氧樹脂白炭黑膩子，以預設計的主模型形狀層疊擺放多塊EPS聚苯乙烯固態泡沫，並在相鄰2塊EPS聚苯乙烯固態泡沫之間塗抹所述環氧樹脂白炭黑膩子將其粘接固定，形成一EPS聚苯乙烯固態泡沫擺放體；其擺放的高度比預設計的主模型高度高出5~50毫米，EPS聚苯乙烯固態泡沫擺放體周邊的外形尺寸與所述木質板材的表面積相同；然後固化，成型為EPS聚苯乙烯固態泡沫型面；4）通過記憶體有所述葉片外形數據的CNC數控工具機對步驟3）形成的EPS聚苯乙烯固態泡沫型面進行加工，其型面的偏移量為15~40毫米；5）在步驟4）的型面上糊制玻璃鋼氣密層，不斷將糊制過程中產生的氣泡清除；該玻璃鋼氣密層的外邊緣將所述EPS聚苯乙烯固態泡沫型面和與其粘接的木質板材以及底部金屬鋼架全部包覆於其中；6）檢測步驟5）玻璃鋼氣密層的真空度；7）在滿足真空度要求的玻璃鋼氣密層層面上，均勻鋪覆有環氧樹脂代木層，其鋪覆厚度為15-35毫米，常溫下固化；8）利用步驟4）所述CNC數控工具機對固化後的環氧樹脂代木層表面進行加工，去除5-15毫米厚的環氧樹脂代木層，成型為與所述風電葉片外形一致的環氧樹脂代木型面；9）將步驟8）的環氧樹脂代木型面打磨後，在其上均勻噴塗有膠衣層；再經固化、打磨和拋光處理後得到所述主模型。

2.根據權利要求1所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：步驟1）所述的金屬鋼架為分段設定，每段金屬鋼架的寬度≤4.5米，長度≤20米；所述空間格線狀的平台由多根方管以≤1200×1200毫米的間隙垂直交叉，間隔焊接而成；其中，方管的規格為60×60×4毫米，高度為400~600毫米。

3.根據權利要求2所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：步驟2）所述的木質板材為整塊或拼接塊；該整塊或拼接塊通過螺栓固定在所述金屬鋼架上，所述螺栓的頭部嵌裝於所述木質板材的上平面且低於該木質板材表面的高度，相鄰兩個螺栓之間的間距為200~300毫米；相鄰兩塊木質板材的拼接處留有2~3毫米縫隙。

4.根據權利要求3所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：所述木質板材為木質多層層壓板、密度板或純木板中任一種。

5.根據權利要求1所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：步驟3）所述的環氧樹脂白炭黑膩子由環氧樹脂、樹脂固化劑與白炭黑以100:25:12的質量比混合均勻攪拌而成。

6.根據權利要求1所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：步驟5）所述玻璃鋼氣密層厚度為5~10毫米；其玻璃鋼氣密層的外邊緣大於所述底部金屬鋼架台面的周邊至少50毫米；所述玻璃鋼氣密層糊制過程中採用滾子加手糊的方式將其內產生的氣泡清除。

7.根據權利要求1所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：步驟6）檢測真空度的步驟為：A）在玻璃鋼氣密層的四周鋪有一圈密封膠條；B）在密封膠條的圈內鋪有一層真空導流網；C）在密封膠條和真空導流網的上方鋪覆有一真空袋，該真空袋的四周與密封膠條粘接；由真空袋、密封膠條和真空導流網構成一密閉的容腔；D）將真空泵的吸氣管插入其密閉的容腔內，將該密閉容腔內的空氣全部抽空，形成負壓狀；E）關掉真空泵，保壓30分鐘後，壓力表顯示的壓力降值≤20毫巴為合格。

8.根據權利要求1所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：步驟7）所述環氧樹脂代木層的鋪覆由環氧樹脂代木和環氧樹脂代木固化劑以質量比為1:1的比例組合而成。

9.根據權利要求1-8任一項所述風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：步驟9）所述的膠衣層為亞什蘭玻璃鋼環氧樹脂模具膠衣；其厚度為0.5~0.8毫米。

10.根據權利要求9所述的風電葉片主模型的製作工藝，其特徵在於：所述膠衣層由直徑為1.5毫米口徑的噴槍噴塗而成。

實施方式

如圖1所示，《一種風電葉片主模型的製作工藝》包括步驟如下：

1）底部金屬鋼架的製備

將專業的設計公司設計的葉片3D外形在電腦中進行分段，分段原則以一方面能夠便於汽車公路運輸，寬度不超過4.5米，另一方面以每段長度不超過20米，同時以每段長度基本接近的原則進行；2011年11月前，CNC工具機的加工最大長度為20米，對設計的3D葉片的外形輪廓進行水平投影根據其繪製的水平投影圖製作底部金屬平台，鋼架平台通常採用外形尺寸為長60毫米×寬60毫米×壁厚4毫米的方管通過焊接方式加工製作，高度一般控制在400-600毫米，平台焊接成空間格線狀，格線的最大間距以不超過1200毫米×1200毫米為宜。焊接完成後需保證鋼架的上表面平整度控制在3毫米以內。

2）鋪放木質板材

準備好15-20毫米厚的整塊木質板材，木質板材可使用密度板、純木板或木質多層層壓板。

該實例中以選用木質多層層壓板為例進行說明；將15-20毫米厚的木質多層層壓板通過M5或M6的螺栓固定在金屬鋼架平台的表面上，通過用水準儀測量標高的方式將該木質多層層壓板表面修理平整；所用的木質多層層壓板通常為整塊，不夠整塊的地方可以拼接，但要保證拼接處均搭接在金屬鋼架之上，將木質多層層壓板通過M5或M6的螺栓固定在金屬鋼架上，保證螺栓頭不超過木質多層層壓板的上平面，螺栓間距以200-300毫米為宜，木質多層層壓板拼接處留2-3毫米縫隙，木質多層層壓板拼接處須保證該層壓板下方有鋼材支撐，四周木質多層層壓板的尺寸須比金屬鋼架的外圍尺寸大50毫米以上。

3）EPS聚苯乙烯固態泡沫的粘接與固定

準備好EPS聚苯乙烯固態泡沫，清理木質多層層壓板的上表面，配製環氧樹脂白炭黑膩子，環氧樹脂採用德國漢森公司生產的漢森L135環氧樹脂，型號為漢森H936的樹脂固化劑，白炭黑採用由德國贏創德固賽生產的AEROSIL氣相二氧化矽，配比為質量比：環氧樹脂:環氧固化劑:白炭黑＝100:25:12，環氧樹脂白炭黑膩子需用刷子攪拌均勻後，均勻塗沫於粘接的木質多層層壓板上表面，塗層厚度為1-3毫米，之後將若干塊EPS聚苯乙烯固態泡沫鋪放到木質多層層壓板上，EPS聚苯乙烯固態泡沫擺放類似於搭積木的方式，將成型的每塊長方體EPS聚苯乙烯固態泡沫疊放到一起，將EPS聚苯乙烯固態泡沫通過環氧樹脂白炭黑膩子與層壓板粘接，且每塊EPS聚苯乙烯固態泡沫之間均採用環氧樹脂白炭黑膩子粘接，保證EPS聚苯乙烯固態泡沫的外形尺寸與四周木質多層層壓板的尺寸一致，EPS聚苯乙烯固態泡沫的高度應高於CNC工具機加工後的最終型面即加工完EPS聚苯乙烯固態泡沫型面高度的5-50毫米為宜。

4）泡沫型面加工

通過CNC數控工具機對泡沫型面進行加工，即利用數控加工的計算機圖形編程軟體如UG或CATIA軟體對3D葉片偏移的外形進行編程，偏移的外形為以設計的葉片外形減去後續糊制的玻璃鋼氣密層的厚度與設計的環氧樹脂代木層厚度即為偏移的型面，也就是加工完泡沫的型面，此偏移數據可根據設計要求變化，一般以主模型型面偏移15-40毫米為宜，然後將利用UG或CATIA軟體編好的控制程式輸入數控工具機，利用控制程式指令工具機通過銑刀銑掉多餘的EPS聚苯乙烯固態泡沫從而得到所需的泡沫外形。

5）糊制玻璃鋼氣密層

在加工完的泡沫表面，進行玻璃鋼氣密層的糊制，以糊制5-10毫米厚玻璃鋼氣密層為宜，糊制過程中用滾子加手糊的常規方式儘可能趕盡其中產生的氣泡，滾子可選用豬棕滾、羊毛滾或其它材質的滾子；同時要求糊制四周的玻璃鋼氣密層時，保證玻璃鋼氣密層將所有EPS聚苯乙烯固態泡沫全部包住，並在四周處包住底部比鋼架寬出至少50毫米的多層木質層壓板而與金屬鋼架相連線，保證玻璃鋼氣密層的外緣超出金屬鋼架外緣在50毫米以上，將該金屬鋼架外緣完全包住。

6）檢測玻璃鋼型面的真空度

糊制完成的玻璃鋼氣密層固化後，以玻璃鋼氣密層固化度TG值超過60度為最佳；之後進行玻璃鋼氣密層真空度檢測，具體步驟為：A）在玻璃鋼氣密層的四周鋪有一圈密封膠條；B）在密封膠條的圈內鋪有一層真空導流網；C）在密封膠條和真空導流網的上方鋪覆有一真空袋，該真空袋的四周與密封膠條粘接；由真空袋、密封膠條和真空導流網構成一密閉的容腔；D）將真空泵的吸氣管插入其密閉的容腔內，將該密閉容腔內的空氣全部抽空，形成負壓狀；E）關掉真空泵，保壓30分鐘後，壓力表顯示的壓力降值≤20毫巴為合格。

7）鋪覆環氧樹脂代木層

在滿足真空度要求的玻璃鋼氣密層表面上均勻地鋪覆環氧樹脂代木層，一般利用常規的環氧樹脂代木層鋪覆機器，將由環氧樹脂代木和環氧樹脂代木固化劑兩種組份放入設備的指定位置，開動機器，通過塑膠管子的出料口將環氧樹脂代木組份鋪到玻璃鋼型面上，不斷地移動塑膠管子出料口使環氧樹脂代木組份最終鋪覆整個玻璃鋼型面，環氧樹脂與環氧樹脂固化劑的配比為質量比1:1，儘量保證鋪覆環氧樹脂代木層的厚度均勻，在鋪覆過程中用鋼捲尺測量其高度或用針插入剛鋪覆的代木層內部測量其插入的深度，以此保證環氧樹脂代木層鋪覆厚度控制在15-35毫米左右，使其固化，保證環氧樹脂代木層的固化度，以其固化度TG值達到50度以上為宜。

8）利用CNC數控工具機加工環氧樹脂代木型面

通過CNC數控工具機，工具機為義大利CMS公司產的五軸數控加工中心即銑床，將採用UG或CATIA三維軟體對加工型面編制好程式，然後將編好的程式輸入到數控加工中心銑床的電腦設備中，銑床的電腦對其程式轉化為生產指令，用銑床加工環氧樹脂代木層的型面，以加工掉5-15毫米的環氧樹脂代木層為宜，得到加工完環氧樹脂代木層的型面；然後再在該環氧樹脂代木層表面用0#粗砂布打磨一遍消除銑刀的痕跡，清理表麵粉塵後用直徑1.5毫米口徑的噴槍在環氧樹脂代木層表面均勻噴塗一層由江蘇亞什蘭公司生產的亞什蘭玻璃鋼環氧樹脂模具膠衣，膠衣層噴塗厚度為0.5~0.8毫米，採用常規的玻璃鋼模具表面處理工藝，在膠衣層表面用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#水砂紙打磨，打磨後拋光處理最後得到所需要的主模型表面。

如圖2所示，金屬鋼架2為《一種風電葉片主模型的製作工藝》主模型製作工藝所用的底部基座；在該底部基座的上表面由EPS聚苯乙烯固態泡沫1為主體，製作而成的主模型。

如圖3所示，為圖2A處的局部放大結構，其中，下部為EPS聚苯乙烯固態泡沫1，與EPS聚苯乙烯固態泡沫1型面緊密鋪設有玻璃鋼氣密層3，厚度為5~10毫米；在玻璃鋼氣密層3的上表面鋪覆有環氧樹脂代木層4，其厚度為15~35毫米；在該環氧樹脂代木層4的表面均勻噴塗一層亞什蘭玻璃鋼環氧樹脂的膠衣層5，膠衣層5噴塗厚度為0.5~0.8毫米；最後採用常規的玻璃鋼模具表面處理工藝，在膠衣層表面用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#水砂紙打磨，打磨後拋光處理形成該主模型的表面層。

如圖4所示，為風電葉片主模型B點位置的局部放大結構，其中在EPS聚苯乙烯固態泡沫1拐角處的型面上緊密鋪設有玻璃鋼氣密層3，在玻璃鋼氣密層3的垂直面外表面鋪覆有環氧樹脂代木層4，其厚度為15~35毫米；在該環氧樹脂代木層4的表面均勻噴塗一層亞什蘭玻璃鋼環氧樹脂的膠衣層5，膠衣層5噴塗厚度為0.5~0.8毫米；最後採用常規的玻璃鋼模具表面處理工藝，在膠衣層表面用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#水砂紙打磨，打磨後拋光處理後形成該主模型的表面層。

如圖5所示，按照設計的主模型形狀在金屬鋼架1的平台上，層疊擺放多塊EPS聚苯乙烯固態泡沫1，並在相鄰2塊EPS聚苯乙烯固態泡沫之間塗抹環氧樹脂白炭黑膩子將其粘接固定，形成一EPS聚苯乙烯固態泡沫擺放體；其擺放高度高出設計的主模型高度5~50毫米，底邊的外形尺寸與所述多層層壓板的表面積相同；經固化成型為EPS聚苯乙烯固態泡沫型面。

專利榮譽

2021年6月24日，《一種風電葉片主模型的製作工藝》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。