一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方法

摘要

本发明涉及一种模具的制造方法，尤其是涉及一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方法，其特征是：它包括如下步骤：模板材料的选择、三维软件进行结构设计及受力模拟、焊接、去除应力、钢模板附属结构设计及安装和铺板；本发明工艺方法独特、结实耐用及设计精度满足的制作方法、通过新材料、新方法在模具制作过程中的研究应用、解决模具本身的变形问题、保证风电类模具的尺寸精度。

权利要求

1.一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方法，其特征是：它包括如下步骤：

a. 模板材料的选择：根据模板的具体尺寸和后期造型过程中的具体受力要求，选择模板材料为Q235的热轧型槽钢、工字钢；

b. 三维软件进行结构设计及受力模拟：将二维模板图纸转化为三维立体图在仿真软件里进行受力模拟，从而可以得到钢模板受力状况及模板弯曲变化，针对模拟结果对模板中间空挡的挡距及在四个角加加强筋的设计进行优化；

c. 焊接：根据钢模板材料为Q235结构钢，焊条全部选用J422结构钢焊条，熔池平均温度约在1750℃左右，与工件焊接角为40°～50°，采用顺序焊接、多层焊接方式交替进行手弧焊，先用工字钢焊接出钢模板外轮廓，然后在内部用槽钢焊接出内部空挡，最后添加拉筋，对于其中焊接要求全部满焊，同时由于产品结构尺寸较大，在焊接之前预留每米加2mm的反变形量；

d.去除应力：通过振动时效加自然时效降低残余应力；

e.钢模板附属结构设计及安装：采用推拉式吊装结构，专用的振动起模座，选择配套适当的振动器；

f.铺板：针对完成的钢模板铺两层模板，在龙门铣床上铣平，等待外模铆型，钢模板制作过程完成；所述推拉式吊装结构以￠100圆钢作为主体、其端头焊接厚20mm￠150防滑装置、其内根据挡距设置四处三角定位、主体配合孔为￠112mm；所述专用的振动起模座是由厚20mm宽300*150钢板焊接成三角支撑结构，在三角支撑上部钻孔与所述振动器相配合。

说明书

一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种模具的制造方法，尤其是涉及一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方法。

背景技术

[0002] 21世纪是可再生能源的世纪，全球都在关注日益升高的大气温度，每个国家都在研究如何降低能源中的碳含量。在2003年初，全球风力发电机容量达3200万千瓦。预计今后20年，我国风电将以20%—30%的速度发展；而水轮发电机是将水的流动产生的动能转化为电能设备，也是一种可再生资源，对环境无污染，在发电领域内日益强势。无论是风力发电机中的轮毂，底座还是水轮机中的水轮机叶片都属于大型铸件，这对生产铸件所需的模型提出了严格的要求。

[0003] 大型发电机组的模具，如果还是采用现在生产所需的原材料：木材，在大型模具的强度上远远达不到发电产业化的标准。虽然木材容易加工成型，但是同时容易受力变形，抗压能力差，这就使我们在批量生产铸件时形成难以突破的瓶颈。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺方法独特、结实耐用及设计精度满足的制作方法、通过新材料、新方法在模具制作过程中的研究应用、解决模具本身的变形问题、保证风电类模具的尺寸精度的一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方法。

[0005] 本发明通过如下方法实现：

[0006] 一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方法，其特征是：它包括如下步骤：

[0007] a. 模板材料的选择：根据模板的具体尺寸和后期造型过程中的具体受力要求，选择模板材料为Q235的热轧型槽钢、工字钢；

[0008] b. 三维软件进行结构设计及受力模拟：将二维模板图纸转化为三维立体图在仿真软件里进行受力模拟，从而可以得到钢模板受力状况及模板弯曲变化，针对模拟结果对模板中间空挡的挡距及在四个角加加强筋的设计进行优化；

[0009] c. 焊接：根据钢模板材料为Q235结构钢，焊条全部选用J422结构钢焊条，熔池平均温度约在1750℃左右，与工件焊接角为40°～50°，采用顺序焊接、多层焊接等方式交替进行手弧焊，先用工字钢焊接出钢模板外轮廓，然后在内部用槽钢焊接出内部空挡，最后添加拉筋，对于其中焊接要求全部满焊，同时由于产品结构尺寸较大，在焊接之前预留每米加2mm的反变形量；

[0010] d.去除应力：通过振动时效加自然时效降低残余应力；

[0011] e.钢模板附属结构设计及安装：采用推拉式吊装结构，专用的振动起模座，选择配套适当的振动器；

[0012] f.铺板：针对完成的钢模板铺两层模板，在龙门铣床上铣平，等待外模铆型，钢模板制作过程完成；

[0013] 所述推拉式吊装结构以￠100圆钢作为主体、其端头焊接厚20mm￠150防滑装置、其内根据挡距设置四处三角定位、主体配合孔为￠112mm；所述专用的振动起模座是由厚20mm宽300*150钢板焊接成三角支撑结构，在三角支撑上部钻孔与所述振动器相配合。

[0014] 本发明有如下效果：

[0015] 1）材料独特、延长了使用寿命、环保效果好：本发明提供的模具采用型材，根据模板的具体尺寸和后期造型过程中的具体受力要求，选择适合的型材种类，达到适当的抗疲劳强度，以克服生产过程中的受力变形，满足模具本身尺寸长期稳定要求；钢木结构的模板，由于模板的尺寸基本都在3m—5m之间，面积过大，保证其平面度就是一个长期以来难以克服的困难，利用木材和钢材的共同优势，在提高模板的强度的同时保证了模板的平面度，进而提高了模型的尺寸精度；而钢模板延长了模板的使用寿命，也克服了模具使用时间过长而导致的模板变形及损坏；而且采用钢结构，将生产材料75%用可以循环使用的材料替代，大大降低了生产成本，无论是水轮机叶片的模型还是风电大型模型的生产现在都离不开钢结构的模型设计，钢结构以其稳定的强度，对模型寿命的延长，可循环使用的生产材料，完全顺应了目前国家提倡的绿色环保的生产要求。

[0016] 2）工艺方法独特；本发明采用三维软件进行结构设计及受力模拟：将二维模板图纸转化为三维立体图在仿真软件里进行受力模拟，从而可以得到钢模板受力状况及模板弯曲变化，针对模拟结果对模板中间空挡的挡距及在四个角加加强筋的设计进行优化，本发明通过三维模拟，进行缺陷预测，同时通过对受力变化的分析，达到钢木结构的最优化设计，从而降低产品研发费用及周期；焊接：根据所选材料种类、材质、壁厚等选择相适应的焊材，在焊接工艺选择上采用顺序焊接、多层焊接等方式交替进行。同时由于产品结构尺寸较大，在焊接之前还要预留适当的反变形量，保证产品最终的平面度等关键参数符合要求。

[0017] 3）大大降低了生产成本，缩短了产品制作周期去除应力：本发明提供的方法结构件在热焊接后，由于局部过热，均会在局部产生变形和积聚大量应力，需要进行去应力处理。此类产品属于一般结构件，通过振动时效加自然时效即可降低60%-90%残余应力，而且在选择合理的振动时效工艺前提下，只需要15-20分钟即可完成此工序，大大降低了生产成本，缩短了产品制作周期。

[0018] 4）极大地提高了产品的现场可操作性，提高了现场生产效率，降低了劳动强度：因产品本身尺寸较大，固定式的吊装结构在转入后序时，超出机床加工范围，针对此特殊情况，本发明设计采用灵活的推拉式吊装结构，有效解决了产品的后序加工问题；因产品本身用于树脂砂铸造生产，传统的起模方式难以满足现场需求。为此，本发明在产品是设计专用的振动起模座，选择配套适当的振动器，极大地提高了产品的现场可操作性，提高了现场生产效率，降低了劳动强度。

[0019] 5）保证了模具的尺寸精度：由于风电产品及水轮机叶片的结构设计属于超大超薄件，特别是叶片厚度最大300mm，最小60mm，本体设计差异大，轮廓6000mm左右，此类超薄超大产品在起吊时候，模具芯盒梆结构设计刚度无法抵御模具本体自重起吊造成的变形，刚度无法满足要求，如果投入铸造生产，加上单面芯盒梆需要承重几十吨的砂子，抗变形性能更加脆弱，为此，本发明采用在芯盒梆增加高强度方钢的办法来解决这一问题，通过采用两层方钢纵横交错叠加焊接，内部铺板料的方案，不仅起到了造型时候抵抗变形的作用，而且在日常的吊运、存放上也对叶片芯盒梆起到了保护作用。