一種三元葉輪葉片成型工裝的設(shè)計(jì)

夏靖原

摘 要：三件焊三元葉輪在制造過程中，葉片的下料、成型及葉輪三個(gè)零件拼裝焊接是主要的工序，在這些工序中都需要利用工裝才能完成工藝目標(biāo)。文章介紹了在葉輪制造工藝過程中必須用到的三類工裝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：三元直素線；葉片展開；葉片壓型；拼裝

1 葉輪結(jié)構(gòu)

壓縮機(jī)上應(yīng)用的一種三元葉輪，其輪蓋、葉片、輪盤為三件焊結(jié)構(gòu)，葉片型面為三元直素線數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

此三件焊三元葉輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

（1）葉片形狀狹長、型面扭曲不均勻，在進(jìn)口端XY平面和ZY平面的雙向投影都扭曲較大、葉片彎曲成約90°的鐮刀狀，而在葉片的出口端則是平整、無扭曲的。

（2）相對說葉片較厚，葉片出口高只有12.5mm，葉片厚度為8mm。

（3）葉輪輪蓋為半覆蓋式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)口端為矮于葉片的半開放式結(jié)構(gòu)，且對進(jìn)口處葉片的外徑尺寸精度要求較高，為Φ266h7。因此，在制造工藝上，葉片在下料、成型、直至與輪蓋焊接時(shí)，在葉片的輪蓋側(cè)和輪盤側(cè)都是有余量的。

2 葉片成型工裝

要完成三件焊三元葉輪的整體焊接加工成形[1]，主要需要三種工裝：葉片展開樣板、葉片壓型模、葉片拼裝模。每類工裝都有各自的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

（1）葉片展開樣板，是葉片下料的依據(jù)，是將葉片型面的三維數(shù)據(jù)展平成平面數(shù)據(jù)得來的葉片邊界數(shù)據(jù)、再考慮葉片的工藝余量而設(shè)計(jì)繪制的樣板工裝。葉片平面下料的準(zhǔn)確性直接影響葉片的成形效果，甚至影響最終轉(zhuǎn)子的性能要求，葉片展開樣板就是葉片平面下料的依據(jù)，所以葉片展開樣板的計(jì)算精準(zhǔn)度至關(guān)重要。由于葉片形狀狹長，且扭曲不均勻，扭曲成了約90°好象三維鐮刀狀，這種三元曲面對葉片的平面展開計(jì)算的精準(zhǔn)度影響較大。按工藝要求，葉片在輪盤側(cè)、輪蓋側(cè)、出口側(cè)的全部長度或部分長度上要求有加工余量，葉片展開數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，首先確定以葉片無加工余量的進(jìn)口側(cè)作為展開計(jì)算的基準(zhǔn)，根據(jù)葉片三維型面素線順序依次向出口端計(jì)算展開數(shù)據(jù)；其次以葉片與輪蓋的焊接長度內(nèi)，無余量處作為葉片與輪蓋的拼裝焊接基準(zhǔn)，計(jì)算葉片與輪蓋焊接的坡口數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)葉片展開樣板時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品葉片結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，編制程序計(jì)算葉片型面展開數(shù)據(jù)，并同時(shí)考慮工藝數(shù)據(jù)，繪制葉片展開樣板。

（2）葉片壓型模的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將平面的葉片坯料壓制成三維的產(chǎn)品葉片的型狀，壓型模的設(shè)計(jì)需考慮葉片厚度、葉片扭曲狀態(tài)等因素對壓型的影響。葉片壓型模的型面理論數(shù)據(jù)是依據(jù)產(chǎn)品葉片中分面的型面數(shù)據(jù)，經(jīng)過坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換得來，其上、下模的型面數(shù)據(jù)，是在理論數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上、考慮葉片厚度之半得出的[2]。由于葉片型面扭曲很大且不均勻，對葉片的成型效果影響極為不利，葉片壓型模設(shè)計(jì)時(shí)，一方面需考慮將壓型前的平面的葉片擺放到壓型模上時(shí)，平面葉片要處于一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，并且還要考慮壓型過程中葉片與壓型模的接觸位置相對均勻平衡；另一方面還需考慮壓型模壓制葉片合模時(shí)，壓型模的壓制重心與葉片的幾何中心不能相差太大，以免影響葉片壓制成型效果。

同時(shí)，由于葉片出口端的寬度為12.5mm，而葉片的厚度就達(dá)8mm，所以葉片扭曲時(shí)，葉片厚度對壓型模上下模型面數(shù)據(jù)的影響很大，同時(shí)對壓型模型面上定位銷的位置影響也不容忽視。經(jīng)計(jì)算，考慮葉片厚度的影響，使不同位置的定位銷在葉片壓型模型面上向外側(cè)偏移約0～3.2mm不等的位移，以便給葉片讓出扭曲的空間。在實(shí)際使用中，效果很好，葉片壓型一次合格。

（3）葉片拼裝模的設(shè)計(jì)，按照產(chǎn)品葉輪結(jié)構(gòu)，并考慮葉片與輪蓋焊接時(shí)工藝對焊接變形量的要求，拼裝時(shí)葉輪的輪蓋矮于葉片的高度很多，因此葉片拼裝模的結(jié)構(gòu)需考慮輪蓋與葉片拼裝模間的相對位置關(guān)系、如何固定夾緊輪蓋、兩者是如何找正的，葉片進(jìn)行拼裝時(shí)，葉片擺放的穩(wěn)定性、以及葉片與輪蓋焊接時(shí)葉片位置度的準(zhǔn)確度不能發(fā)生改變等問題。根據(jù)該產(chǎn)品葉片的結(jié)構(gòu)及葉片是圓周17等分的特點(diǎn)，葉片拼裝模的設(shè)計(jì)采用圓形整盤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將輪蓋整個(gè)置于拼裝盤的上方，并找正兩者位置后將輪蓋夾緊固定在拼裝盤上。這種拼裝方法，可以確保葉片拼裝組立時(shí)葉片與輪蓋相對位置的準(zhǔn)確性，以及葉片在圓周方向等分位置的準(zhǔn)確性；在拼裝時(shí)葉片定位結(jié)構(gòu)上，則采用了三點(diǎn)定位結(jié)構(gòu)，即以葉片進(jìn)口端的直素線作為定位基準(zhǔn)，前后兩個(gè)定位銷作為兩個(gè)定位點(diǎn)，以在葉片的出口端放置定位樣板作為第三個(gè)定位點(diǎn)的方法，保證拼裝時(shí)葉片空間位置的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。拼裝過程中因葉片扭曲大的原因，葉片厚度對拼裝時(shí)的影響很大，拼裝時(shí)采用了將葉片進(jìn)口端先倒角再拼裝的方法。

葉片拼裝模的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示：

將輪蓋、葉片、輪盤焊接完成后，再加工葉輪的外徑及Φ266h7等尺寸達(dá)到產(chǎn)品圖要求，保證葉輪的整個(gè)加工精度。

3 結(jié)束語

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于三元數(shù)據(jù)與二元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的近似性，常常出現(xiàn)葉片壓型后與輪蓋拼裝不完全符合產(chǎn)品圖的情況，此時(shí)可以通過修改葉片展開樣板、即修改葉片下料形狀的方法改善葉片壓型效果、進(jìn)而改善葉片與輪蓋的最終拼裝效果，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，這是完全正常合理的工序步驟。通過葉片展開樣板、葉片壓型模、葉片拼裝模三類工裝的設(shè)計(jì)和使用，可以圓滿完成三件焊三元葉輪的工藝目標(biāo)，滿足產(chǎn)品圖的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]金玉淑，賈瑩，裴忠科.三元葉輪工藝方案分析[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2014（1）.

[2]魏國家，裴立群.三元葉輪葉片造型方法及壓型模具數(shù)控加工技術(shù)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2006（5）.