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        一種三元葉輪葉片成型工裝的設(shè)計

        2015-05-30 17:48:41夏靖原
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年23期

        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)計要點與結(jié)構(gòu)特點。

        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,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)計要點。

        (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)計算時,首先確定以葉片無加工余量的進(jìn)口側(cè)作為展開計算的基準(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),計算葉片與輪蓋焊接的坡口數(shù)據(jù)。設(shè)計葉片展開樣板時,根據(jù)產(chǎn)品葉片結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)特點,編制程序計算葉片型面展開數(shù)據(jù),并同時考慮工藝數(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)計時,一方面需考慮將壓型前的平面的葉片擺放到壓型模上時,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,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,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,葉片厚度對壓型模上下模型面數(shù)據(jù)的影響很大,同時對壓型模型面上定位銷的位置影響也不容忽視。經(jīng)計算,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,按照產(chǎn)品葉輪結(jié)構(gòu),并考慮葉片與輪蓋焊接時工藝對焊接變形量的要求,拼裝時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,葉片擺放的穩(wěn)定性、以及葉片與輪蓋焊接時葉片位置度的準(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,葉片拼裝模的設(shè)計采用圓形整盤的設(shè)計結(jié)構(gòu),將輪蓋整個置于拼裝盤的上方,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;在拼裝時葉片定位結(jié)構(gòu)上,則采用了三點定位結(jié)構(gòu),即以葉片進(jìn)口端的直素線作為定位基準(zhǔn),前后兩個定位銷作為兩個定位點,以在葉片的出口端放置定位樣板作為第三個定位點的方法,保證拼裝時葉片空間位置的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。拼裝過程中因葉片扭曲大的原因,葉片厚度對拼裝時的影響很大,拼裝時采用了將葉片進(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,保證葉輪的整個加工精度。

        3 結(jié)束語

        在實際生產(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)機技術(shù),2006(5).

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