大型復合材料模具框架設計

徐鶴

摘要：本文通過對大型復合材料模具的型腔結構進行分析，提出了新的框架方案--偏轉型腔角度及設計可調裝置。據此設計的新型框架的成功應用，對類似大型模具整體結構的設計，具有較強的指導作用。

關鍵詞：大型復合材料模具；框架；角度偏轉；可調裝置

1 序言

我國自改革開放以來，國民經濟迅速發展，用電量急劇增加，缺口一直很大，單靠煤電又存在環境保護問題。在這樣一個資源和環境問題目趨嚴峻的情況下，世界各國都十分重視潔凈能源的開發利用。風電是清潔的可再生能源，在工業發達國家發展很快。我國風能資源豐富，但風力發電起步較晚，大功率風電機組的研究和開發剛剛起步，技術還不成熟，生產設備及其生產工藝都還比較落后。復合材料葉片是風力發電機的關鍵部件，至今，國內組裝的大型風力機大都是采用進口葉片。為了減少對進口葉片的依賴程度，必須進行葉片的國產化和自主開發。制造大型風力機復合材料葉片，大型葉片模具是其中最關鍵的工藝裝備之一。對于塑料模具的書籍和論文較多，但對于大型復合材料葉片模具，特別是其框架的設計，尚未見到相關論述。此項研究對于促進風電產業的健康發展，加快風電設備制造國產化，不斷提高風電設備制造能力，都有實際意義。

2 設計指標

框架作為模具整體結構的一個至關重要部分，在模具中主要對玻璃鋼型腔起到支撐、維形及固定的作用，必要時可以調整模具的合模精度，同時它還負責與翻轉機構、頂出、鎖緊等裝置的連接以最終達到合/分模的目的。其整體尺寸由玻璃鋼型腔的尺寸決定，每一個框截面的尺寸由該位置的玻璃鋼型腔截面決定。框架設計的優劣直接決定整個模具的配合精度及達標效果。

框架在模具中對玻璃鋼型腔起到支撐、維形及固定的作用，可以調整模具的型腔精度、合模精度。主模具的上模帶半個葉片殼體的重量約為20T，框架上必須有鉸鏈臂與翻轉裝置連接使帶半個葉片殼體的上模沿著翻轉鉸鏈翻轉180°。具體要求如下：

1）安全、可靠；

2）與玻璃鋼型腔隨形；

3）調整型腔精度、合模精度；

4）有鉸鏈臂；

5）經濟、高效。

3 設計方案

根據氣動學設計的葉片在葉尖處上翹近1米，加上葉根處的直徑2.2米，葉片高度就是3.2米。鋼架的尺寸則在此基礎上還要加上加強筋/鉸鏈臂的尺寸，最小也要達4米。如果將葉片偏轉一個角度，降低葉尖處的高度，就能降低整體模具的尺寸。經過計算，葉片偏轉2.8°，葉尖和葉根可在同一高度上，可以將模具整體尺寸降低到3.6米，那么框架原材料成本大大降低的同時還可以提高操作方便性與舒適性，更重要的是解決了一般廠房高度限制問題。

根據型腔厚度外推截面曲線后設計鋼架使之與玻璃鋼型腔形狀吻合：鋼架前后緣隨型腔前后緣均勻過渡，鋼架每一隔框內的加強件與對應的型腔弧面的距離均等，這個距離要考慮到型腔與鋼架的裝配連接件的尺寸；設計鋼架與玻璃鋼型腔的連接及固定裝置，連接裝置必須均勻分布在與型腔弧面對應的鋼架隔框上，通過螺桿可以調節兩者間距；固定裝置均勻分布在鋼架前后緣，以套管的形式調節兩者間距。這樣的設計有利于連接固定的安全可靠及力的均勻傳導，提高上、下半模的合模精度。型腔到隔框加強件的距離在弧面連接件螺桿尺寸調節范圍內；鋼架前后緣到型腔前后緣工藝邊的距離在套管連接件的調節高度范圍內。設計模型見圖1所示。

根據整體模具重量計算兩處質心位置預留隔框間距來安裝鉸鏈臂，尺寸要考慮到型腔與框架間的距離。采用工字鋼加強件連接對接板的方式保證強度，對接面在同一平面內以保證翻轉的同軸度。設計地角調節裝置和落地保護裝置。通過膨脹螺栓和帶螺母的螺柱的下壓和頂來起調節定模鋼架底面的水平，同時起到固定整個模具的作用。圖2是整體加工完成后的實物圖。

4.結論

1）此方法已經在模具制造中成功應用，框架設計達到了對玻璃鋼型腔的支撐、維形及固定的作用，必要時可以調整模具的合模精度。證明此設計是合理、有效和安全的，它的成功應用，對類似設計具有較強的指導作用。

2）考慮到節約成本及優化框架，采用偏轉角度的方案降低模具整體高度，減小車間高度，降低成本，提高操作方便性與舒適性。

參考文獻

[1]陳紹杰. 復合材料與風機葉片[M]. 第三期第32卷. 高科技纖維與應用，2007.

[2]李成良等. 大型風機葉片材料的應用和發展[M]. 第四期. 玻 璃 鋼 / 復 合 材 料，2008.

（作者單位：北京衛星制造廠有限公司）