一種三元葉輪葉片成型工裝的設計

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。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計要點與結構特點。

關鍵詞：三元直素線；葉片展開；葉片壓型；拼裝

1 葉輪結構

壓縮機上應用的一種三元葉輪，其輪蓋、葉片、輪盤為三件焊結構，葉片型面為三元直素線數據，其結構示意圖如圖1所示。

此三件焊三元葉輪的結構特點是：

（1）葉片形狀狹長、型面扭曲不均勻，在進口端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構，其進口端為矮于葉片的半開放式結構，且對進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，在葉片的輪蓋側和輪盤側都是有余量的。

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計要點。

（1）葉片展開樣板，是葉片下料的依據，是將葉片型面的三維數據展平成平面數據得來的葉片邊界數據、再考慮葉片的工藝余量而設計繪制的樣板工裝。葉片平面下料的準確性直接影響葉片的成形效果，甚至影響最終轉子的性能要求，葉片展開樣板就是葉片平面下料的依據，所以葉片展開樣板的計算精準度至關重要。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度影響較大。按工藝要求，葉片在輪盤側、輪蓋側、出口側的全部長度或部分長度上要求有加工余量，葉片展開數據計算時，首先確定以葉片無加工余量的進口側作為展開計算的基準，根據葉片三維型面素線順序依次向出口端計算展開數據；其次以葉片與輪蓋的焊接長度內，無余量處作為葉片與輪蓋的拼裝焊接基準，計算葉片與輪蓋焊接的坡口數據。設計葉片展開樣板時，根據產品葉片結構數據特點，編制程序計算葉片型面展開數據，并同時考慮工藝數據，繪制葉片展開樣板。

（2）葉片壓型模的設計目標是將平面的葉片坯料壓制成三維的產品葉片的型狀，壓型模的設計需考慮葉片厚度、葉片扭曲狀態等因素對壓型的影響。葉片壓型模的型面理論數據是依據產品葉片中分面的型面數據，經過坐標的轉換得來，其上、下模的型面數據，是在理論數據的基礎上、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定的狀態，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8mm，所以葉片扭曲時，葉片厚度對壓型模上下模型面數據的影響很大，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）葉片拼裝模的設計，按照產品葉輪結構，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構需考慮輪蓋與葉片拼裝模間的相對位置關系、如何固定夾緊輪蓋、兩者是如何找正的，葉片進行拼裝時，葉片擺放的穩定性、以及葉片與輪蓋焊接時葉片位置度的準確度不能發生改變等問題。根據該產品葉片的結構及葉片是圓周17等分的特點，葉片拼裝模的設計采用圓形整盤的設計結構，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確性，以及葉片在圓周方向等分位置的準確性；在拼裝時葉片定位結構上，則采用了三點定位結構，即以葉片進口端的直素線作為定位基準，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定性和準確性。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口端先倒角再拼裝的方法。

葉片拼裝模的結構示意圖如圖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等尺寸達到產品圖要求，保證葉輪的整個加工精度。

3 結束語

在實際生產應用中，由于三元數據與二元數據轉換的近似性，常常出現葉片壓型后與輪蓋拼裝不完全符合產品圖的情況，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、進而改善葉片與輪蓋的最終拼裝效果，達到產品設計要求，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計和使用，可以圓滿完成三件焊三元葉輪的工藝目標，滿足產品圖的設計要求。

參考文獻

[1]金玉淑，賈瑩，裴忠科.三元葉輪工藝方案分析[J].風機技術，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控加工技術[J].風機技術，2006（5）.