離心通風機葉輪弧形前盤成型方法綜述

林建濤 王平/天津科技大學

離心通風機葉輪弧形前盤成型方法綜述

林建濤 王平/天津科技大學

1 概述

輪等組成，其中葉輪是其核心部件[2]。葉輪前盤形狀的選擇是很重要的，經(jīng)過大量的理論和實踐證明，弧形前盤可以使氣體的流動更為緩慢、光滑[3]。

葉輪的弧形前盤簡圖見圖1。其中：R和a取決于葉輪的效率和成型工藝的選擇[4]，R及其圓心位置通常是憑經(jīng)驗選取,a一般取14°～16°為宜[5]為前盤相對深度，一般小于0.3（D0為旋壓前原始直徑）為葉輪前盤的旋壓比，一般不超過2；通常大型葉輪前盤是指D≥1 000mm、厚度t≥8mm的制件，中型葉輪前盤直徑D為500～1 000mm、厚度t為5～8mm，小型葉輪前盤直徑D為200～500mm、厚度t為2～5mm。

圖1 弧形前盤簡圖

風機應用極其廣泛，是民用建筑與工業(yè)領域中不可或缺的設備[1]。離心通風機是眾多工業(yè)領域輸送氣體介質(zhì)的核心機械和主要設備，主要由集流器、蝸殼和葉

關于弧形前盤的成型，至今還沒有特別合適的生產(chǎn)工具和成型方法，本文將主要介紹弧形前盤的幾種成型方法，并對其進行分析和總結。

2 弧形前盤的幾種成型方法

通過對國內(nèi)外關于葉輪前盤、旋壓工藝和旋壓設備等文獻的調(diào)研，現(xiàn)遴選出以下五種關于葉輪弧形前盤的新型成型方法。

2.1 整體冷壓成型

該方法毛坯和模具的設計過程為：①分析前盤尺寸，設計錐形空心回轉(zhuǎn)毛坯的尺寸參數(shù)（毛坯兩端內(nèi)徑尺寸小于前盤的進、出口直徑尺寸，進口高度以及出口外圓均留機加工余量）；②通過對毛坯變形后回彈量的計算，設計模具型線R和錐角a所需預留的回彈量；③為限制前盤壓制過程中,毛坯沿受力方向移動,在下模設計止口臺階；④為便于前盤壓型過程中受力均勻和壓型后出模,在下模的前盤進口與毛坯小端之間需設計導向段，并在下模外沿設計缺口,以便于壓型后鍬出前盤。整體復合冷壓模示意圖如圖2所示。

圖2 整體冷壓模具示意圖

成型過程為：將下模置于工作平臺上,上模與壓力機聯(lián)結，開動壓力機緩慢下壓,直至模具與工件完全貼合后卸下，進行車加工外圓、內(nèi)孔及進口高度，直至達到尺寸要求[6]。

經(jīng)山東電力設備廠使用發(fā)現(xiàn)，對于出口直徑為小于1 300mm、材料為16Mn、厚度8mm以下的前盤，組焊成葉輪后，能夠達到設計要求和質(zhì)量標準。

2.2 分段壓制后組焊成型

2.2.1 分段壓制

有人提出將上述整體壓制改為分段壓制后組焊成型的工藝方法。該成型方案坯料為錐形空心回轉(zhuǎn)件，模具結構如圖3所示。

工件分四段壓制，因每段工件兩端的型線在成型時缺少縱向拉伸，導致每段工件兩端的型線有回彈，所以每段工件的接口處不完全吻合，需用氣割修整接口至完全吻合后，再開坡口進入組焊成型工藝。

圖3 分段壓制模具結構示意圖

2.2.2 組焊校正

為保證組焊后的圓度，制作組焊胎具，將壓型好的每段前盤圍于組焊胎具，氣割、修磨及整型工件的對接處，保證前盤進口與胎具法蘭完全吻合，拼裝、點焊各段前盤成一體。拼焊完成后，對焊縫進行超聲波探傷檢查，進入組焊葉輪工藝[7]。

經(jīng)山東電力設備廠試驗發(fā)現(xiàn)，該方案一定程度上降低了成本,縮短了生產(chǎn)周期。

2.3 臥式葉輪前盤簡易旋壓機

如圖4所示，該設備方案毛坯為空心圓筒（下料成矩形再卷圓），旋壓加工的主傳動為電動機-減速器-滾輪芯模-毛坯，橫向進給由固定毛坯架、滾輪芯模架等工裝的工作臺的平動獲得，縱向進給由橫梁上旋輪架的下移實現(xiàn)。毛坯不參與變形的內(nèi)圓邊緣被橫梁下壓料架中的壓料輪逐個緊壓于滾輪芯模的大端圓柱面上，外環(huán)部分在旋輪壓力作用下發(fā)生變形，得到與滾輪芯模成形面相應的前盤形狀。

圖4 臥式簡易旋壓機示意圖

該成型方法理論上講可一道次直接成形，但在旋壓加工的實際情況中，對R較大的弧形前盤可以一道次直接成形，但對于R較小的弧形前盤，一道次旋壓成形會造成芯模成形面的擦傷和毛坯內(nèi)表面的磨損。因此，生產(chǎn)中常將R較小的弧形前盤的加工過程分為兩道或三道次旋壓成型[8]。

據(jù)蘭州鐵道學院實驗室實踐證明，該方法經(jīng)濟實用，簡便易行，可得到質(zhì)量合格的產(chǎn)品。

2.4 升降式葉輪前盤專用旋壓機

2.4.1 設備結構和工裝

該成型方法坯料為錐形空心回轉(zhuǎn)件，設備結構如圖5所示。該設備方案的主傳動為主電機-減速器-主動齒輪-主動軸-凸輥。從動齒輪與主動齒輪嚙合，傳動比為1，從動方式為：從動齒輪-從動軸-凹輥。從動軸上裝有鉸鏈座和連桿，從而使得凹輥可以在輔助電機的伺服驅(qū)動下升降，以便裝夾工件和控制旋壓進度。凹輥架上安裝有吊耳，吊耳上安裝升降裝置，升降裝置與主支架連接。升降裝置內(nèi)有與支架連接的套管，套管內(nèi)安裝滑管，滑管內(nèi)安裝傳動絲杠，傳動絲杠伸出支架外的一段安裝與動力裝置相連接的傳動輪。

圖5 升降式葉輪前盤專用旋壓機結構示意圖

2.4.2 設備的實施方案

在工作前，將坯料放置在凸輥和凹輥之間，開啟主副電機后，凸凹輥相對轉(zhuǎn)動，升降裝置帶動凹輥向下運動，凹輥與凸輥之間的距離變小，將坯料的側(cè)壁逐漸壓制成弧面，直至達到弧形前盤所要求的形狀尺寸[9]。

2.5 立式葉輪前盤簡易旋壓機

該成型方法坯料為環(huán)形平板，設備結構如圖6所示。

圖6 立式葉輪前盤簡易旋壓機結構示意圖

該設備主要由機架、中心模、加壓裝置和毛坯件的定位裝置等構成。中心模、加壓裝置和毛坯的定位裝置均固定在工作臺面上，且中心模固定在機架中心位置的軸上，通過軸與減速機連接，加壓裝置可以對應于中心模模面上的任意點。但坯料的定位裝置以中心模的軸線為中心，至少為兩個對稱分布在工作面上。該設備傳動方式為電動機-減速機-主軸-中心模-毛坯件-壓模，工作過程中，中心模帶動坯料旋轉(zhuǎn)，和壓模配合將坯料旋壓成型，實現(xiàn)弧形前盤的成型。

為了能夠適應不同規(guī)格的產(chǎn)品需求，在加壓裝置和坯料的定位裝置上設有升降裝置和前后驅(qū)動裝置（調(diào)整裝置可為液壓調(diào)節(jié)裝置或者手輪帶動絲桿調(diào)節(jié)裝置），以便對加壓裝置和坯料的定位裝置進行調(diào)整，從而使得不同尺寸參數(shù)的產(chǎn)品可在此機械設備上進行加工[10]。

南通賽奧風機制造有限公司采用該成型方法生產(chǎn)葉輪前盤，加工速度快，成型后外形美觀，尺寸精確，且設備操作簡單易行，具有一定的推廣意義。

3 分析與總結

以上所述關于離心通風機葉輪弧形前盤的五種成型方法，就各自的成型特點、生產(chǎn)成本、適用范圍、結構優(yōu)缺點及優(yōu)化改進等方面進行逐一分析總結。

1）整體冷壓成型的方法缺點是對于大中型弧形前盤的生產(chǎn)，整體鑄鐵模具尺寸較大，鑄造時難以保證尺寸和型線，且模具費用高、制模周期長、要求沖壓設備噸位大、加工經(jīng)濟性差。且每套模具只能生產(chǎn)一種規(guī)格的產(chǎn)品，生產(chǎn)不同規(guī)格產(chǎn)品需購制多套模具，增加生產(chǎn)成本。此外，液壓成型裝置與模具結構較為復雜，不易維修。所以該方法適用于小型弧形前盤的小批量生產(chǎn)。

2）分段壓制組焊成型方法優(yōu)點是有效地減小了模具規(guī)格，降低了模具成本。缺點是對于大尺寸弧形前盤來說，仍因所需的模具規(guī)格太大而成本過高，生產(chǎn)不同規(guī)格產(chǎn)品仍需購置多套模具。此外，該方法增加了組焊工序，且影響精度。所以該成型方法適用于中小尺寸弧形前盤的小批量生產(chǎn)。

3）臥式旋壓成型方法優(yōu)點是采用了旋壓加工工藝（旋壓工藝是金屬壓力加工范疇內(nèi)的一種無切削的加工工藝，生產(chǎn)效率頗高，不僅能滿足回轉(zhuǎn)空心工件的成形要求，而且能降低零件的表面粗糙度，達到了工作表面強化和提高材料疲勞強度的目的[11-14]），該成型方法有良好的工藝性。缺點是旋壓成型后需將制件切斷并從芯模上卸下，較難操作。對于大中型弧形前盤，因芯模規(guī)格大而影響主軸系統(tǒng)強度，增加成本。所以，該成型方法適用于小型弧形前盤的單件、小批量生產(chǎn)。

4）升降式旋壓成型方法優(yōu)點是同樣有著良好的工藝性，設備結構巧妙，便于操作，工藝性良好，弧形前盤尺寸不受凸凹輥大小限制。缺點是：①從動軸上采用鉸鏈座與連桿配合的鏈接方式，會在某些角度干涉，吊耳無法正常升降?？梢钥紤]改為兩端用萬向聯(lián)軸器，中間為齒輪軸和軸套的鏈接結構；②隨著加工進行制件形狀發(fā)生變化，定位裝置會與制件擠壓或脫離，需注意調(diào)節(jié)定位裝置，可以考慮改為彈性定位裝置。所以，該成型方法適用于大中型弧形前盤的大批量生產(chǎn)。

5）立式旋壓成型方法優(yōu)點是同樣有良好的工藝性，設備結構簡單易行，制件尺寸不受中心模尺寸限制，設備和模具投資較小，且坯料比較易制。缺點是隨著加工進行制件形狀發(fā)生變化，定位裝置也會與制件擠壓或脫離，因此需注意調(diào)節(jié)定位裝置，可考慮改為彈性定位裝置。該成型方法適用于大中型弧形前盤的大批量生產(chǎn)。

綜上所述，對于離心通風機葉輪前盤成型方法的進一步研究，本文建議可就設備可行性、加工精度、生產(chǎn)效率和成本等方面進行理論研究和實踐驗證。

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介紹五種風機葉輪弧形前盤的成型方法，分別為整體冷壓成型，分段壓制組焊成型和不同形式葉輪前盤的旋壓成型，并對其進行分析和總結。

離心通風機；葉輪前盤；成型方法；旋壓；整體冷壓；分段壓制；組焊；臥式葉輪；升降式葉輪；立式葉輪

Overview of Molding Methods of Front Arc Disc on Centrifugal Fan Impeller

Lin Jiantao,Wang Ping/Tianjin University of Science＆amp;Technology

centrifugal fan;impeller front disc;molding methods;rotated pressing; overall pressing;sectional pressing and assembled weld;horizontal impeller;lifting impeller;vertical impeller

TH432；TK05

A

1006-8155（2015）01-0069-04

10.16492/j.fjjs.2015.01.030

2014-02-27天津300222

Abstract：This paper introduces five types of molding methods of front arc disc,which are the overall pressing and molding technology,the sectional pressing and assembled weld technology,and rotated pressing forming technology with different types of impeller front disc.And some analysis and overviews about them are described.