大型風(fēng)機(jī)葉片分段壓型制造及其拼焊模具的設(shè)計(jì)與加工

楊小毅/陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司

大型風(fēng)機(jī)葉片分段壓型制造及其拼焊模具的設(shè)計(jì)與加工

楊小毅/陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司

1　概述

大型燒結(jié)風(fēng)機(jī)的葉輪直徑可達(dá)3～4m，其葉片展開后長(zhǎng)度也達(dá)1m以上。如此大的葉片要用鋼板直接壓型制造，然后焊接到輪盤上，將對(duì)壓型模具、壓力機(jī)等都提出了更高的要求：模具更大，壓型的壓力機(jī)也更大，而且要具備更大的壓力，才能將鋼板進(jìn)行準(zhǔn)確地壓型，保證風(fēng)機(jī)的葉片曲面形狀，從而保證風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能。特別是對(duì)于一些小型企業(yè)，一時(shí)難以滿足這些條件。

在不增加設(shè)備投入的前提下，為解決此問題，經(jīng)過詳細(xì)地分析，初步設(shè)計(jì)了幾種解決方案，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。最終選擇了其中一種解決方案，成功完成了這種大型葉片的試制。

圖1為這種大型葉片的三維計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)造型。由圖中標(biāo)注可以看出，此葉片長(zhǎng)邊弦長(zhǎng)達(dá)1 474mm以上，進(jìn)口邊弦長(zhǎng)達(dá)1 202mm以上，遠(yuǎn)超出了筆者公司壓力機(jī)的加工范圍。同時(shí)，模具的曲面需要在數(shù)控機(jī)床上加工，也超出了數(shù)控立銑的加工范圍。對(duì)于如此大尺寸的葉片，采用以前傳統(tǒng)制造方法難以完成。

2　分段壓型，曲面拼焊

經(jīng)分析認(rèn)為，大型葉片必須分段壓型制造，然后拼接才能在受到限制的條件下完成。但這樣又會(huì)帶來其他一些技術(shù)問題，分述如下。

2.1如何合理分段

首先，分段后的葉片必須適合現(xiàn)有的制造設(shè)備規(guī)格要求，即模具的數(shù)控加工設(shè)備和型面壓制的壓力機(jī)的制造規(guī)格要求。如果超出范圍則依然無法制造。其次，分段后要易于制造，易于拼接，重新拼接成一個(gè)完整的符合設(shè)計(jì)要求的葉片。第三，曲面分段要易于進(jìn)行技術(shù)處理。經(jīng)討論及試驗(yàn)，決定沿葉片曲面的長(zhǎng)邊中點(diǎn)處分割，分割線垂直于長(zhǎng)邊兩端點(diǎn)的連線。如圖2所示。

2.2曲面分段的處理方法

曲面分段處理，采用CAD軟件進(jìn)行處理?，F(xiàn)在的CAD軟件在此方面的技術(shù)已基本成熟?？梢圆捎玫能浖鏜asterCAM，UG NX等。

2.3分段后葉片的制造

分段后的葉片兩段，分別按照常規(guī)的鋼板壓型葉片制造工藝進(jìn)行分段壓型制造即可。此工藝已成熟。只是壓型模具由上下兩半變成了上下四半，模具制造數(shù)量多了一倍。

2.4分段曲面葉片的拼接

分段葉片制造好后，最終還是要拼接起來，完成大葉片的制造。兩段拼接時(shí)必須按照原葉片曲面的空間形狀位置進(jìn)行拼接，保證拼接后與單獨(dú)壓型制造的葉片曲面相吻合。

2.5拼焊工裝設(shè)計(jì)及拼焊

按照大葉片曲面的要求，拼焊時(shí)必須將兩半已經(jīng)壓型好的葉片放置在大葉片完整曲面上，并將中間焊接部位預(yù)先制作出焊接坡口，然后進(jìn)行電焊焊接。焊接過程中隨時(shí)注意其位置及曲面形狀的變化，隨時(shí)予以調(diào)整，以保證拼焊后大葉片曲面設(shè)計(jì)的要求。

為此，需要設(shè)計(jì)制作一個(gè)工裝，可以將兩半拼焊葉片按照大葉片的空間曲面形狀拼接起來。在不影響拼焊質(zhì)量的前提下，考慮到制造周期及成本，設(shè)計(jì)了一個(gè)工裝，由底座及幾個(gè)定位鋼柱焊接而成。焊接完成后，再將定位鋼柱頂面進(jìn)行數(shù)控加工，以保證幾個(gè)定位鋼柱頂面完全屬于大葉片曲面的一部分。圖3為此工裝的示意圖。由此工裝的保證，拼焊進(jìn)行順利，效果良好。

2.6拼焊工裝的數(shù)控加工

由于拼焊工裝定位鋼柱的頂端要加工成大葉片曲面的一部分，也是一個(gè)個(gè)的空間曲面，所以采取數(shù)控加工的方法。鑒于該工裝形體也比較大，數(shù)控立銑難以完成，后在三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑上順利加工完成。圖4為該工裝數(shù)控加工時(shí)的刀尖軌跡圖。曲面加工采用球頭刀完成。

3　葉片曲面的分割技術(shù)

大葉片加工要分段拼焊完成，具體實(shí)施時(shí)要將大葉片的空間曲面在適當(dāng)位置進(jìn)行分割，形成兩個(gè)空間曲面，然后單獨(dú)進(jìn)行處理。采用交互式CAD軟件的曲面處理技術(shù)，在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行曲面分割，將一個(gè)大的空間曲面分割成左右兩半兩個(gè)空間曲面。圖5為曲面分割過程示意圖。

4　分段葉片的曲面拼焊找正方法

壓型好的兩半葉片在拼裝焊接時(shí)，焊接部位即為曲面分割時(shí)的切開線（空間曲線）。由于葉片有一定厚度，所以焊接部位應(yīng)為一個(gè)空間條狀曲面。焊接時(shí)必須將兩半葉片焊接部位邊線進(jìn)行焊接坡口加工，然后分別放在拼焊工裝的定位鋼柱頂端曲面上，焊縫處對(duì)齊，先進(jìn)行點(diǎn)焊，然后壓緊，正式焊接。焊接過程中，隨時(shí)注意葉片變形，及時(shí)矯正。找正時(shí)，應(yīng)在拼焊工裝適當(dāng)位置制作找正對(duì)齊裝置，保證拼焊質(zhì)量。

5　總結(jié)

空間曲面的處理本來就有一定的難度，加上葉片是一定厚度的鋼板壓型而成，將兩半葉片曲面拼焊起來，還要保證整體曲面的空間形狀，難度更大。通過以上分析，對(duì)此工藝總結(jié)如下。

1）將葉片分成兩半進(jìn)行處理，是為了解決模具加工和葉片壓型規(guī)格超出加工設(shè)備范圍的問題。

2）曲面分半后變成兩個(gè)單獨(dú)的小葉片，分別進(jìn)行壓型制造。

3）兩半壓型制造完成后，必須按照原來空間曲面進(jìn)行拼接。需要設(shè)計(jì)專用工裝來保證拼接質(zhì)量。

4）專用工裝的設(shè)計(jì)，除保證拼接質(zhì)量以外，盡可能降低制造成本和制造難度，同時(shí)要保證兩半葉片拼裝焊接時(shí)，容易找正。

5）實(shí)踐證明，以上方法可行，制造質(zhì)量完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。解決了大葉片用小設(shè)備難以制造的問題。

［1］鐘日銘.UGNX7.5完全自學(xué)手冊(cè)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

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［5］楊波.UGNX7.5曲面造型與典型范例［M］.電子工業(yè)出版社，2011.

［6］陳學(xué)翔.UGNX6.0數(shù)控加工經(jīng)典案例解析［M］.清華大學(xué)出版社，2009.

■闡述了大型風(fēng)機(jī)葉片在壓力機(jī)、模具加工等設(shè)備規(guī)格不夠大的情況下的一種分段制造方法，探索了分段壓型后的葉片如何拼焊起來，以及其拼焊工裝的設(shè)計(jì)及其加工制造，成功解決了大型葉片分段拼焊制造的技術(shù)難題，為設(shè)備規(guī)格有限的企業(yè)制造大型風(fēng)機(jī)葉輪在工藝方面做了一次成功的嘗試。

■風(fēng)機(jī)；葉片；分段拼焊

Sectional Profiling Manufacture for Large Blower Blade and the Design and Manufacture of Assembled Welding Mold

Yang Xiao-yi/Shaanxi Coal and Chemical IndustryGroup Co.，Ltd.

A sectionalmanufacture technology for large blower bladewas introduced when the pressing machine and mold processing equipmentwas not large enough.Themethod of assembled welding for blower blade after sectionalprofiling and the design and manufacture of the assembled welding mold are put forward.It overcomes the technical difficulty of sectional assembled，and it is a successful test in terms ofmanufacture process of large blower impeller for the company with limited equipmentspecification.

blower；blade；sectional assembled welding

TH162；TK05

A

1006-8155-2016（04）-0077-03

10.16492/j.fjjs.2016.04.0118

2016-03-22陜西西安710032