泵葉輪與導(dǎo)葉沖壓焊接成形工藝的研究

1、泵葉輪與導(dǎo)葉沖壓焊接成形工藝的研究發(fā)表于: 2007-7-16 14:28 作者: 麥蒂 來源: 中國焊接之家社區(qū)王洋【摘要】 介紹了泵葉輪、導(dǎo)葉采用沖壓焊接成形新工藝，并對該工藝的過程作了闡述，對提高泵行業(yè)的制造水平具有一定的促進(jìn)作用。敘詞：葉輪導(dǎo)葉沖壓焊接引言采用沖壓焊接成形技術(shù)生產(chǎn)泵類產(chǎn)品，已在工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用。我國泵類產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)還是沿用著傳統(tǒng)的鑄造加工技術(shù)。泵葉輪與導(dǎo)葉沖壓焊接成形工藝，是采用1cr18ni9ti鋼板，直接沖壓、焊接成形的新型加工制造技術(shù)。與傳統(tǒng)的葉輪、導(dǎo)葉鑄造加工技術(shù)相比，具有零件走形(即零件模型的變形)小、水力性能好、生產(chǎn)率高、省材等優(yōu)點。其適用于食

2、品泵、鍋爐給水泵、小型多級泵、井用泵、潛水泵等產(chǎn)品的葉輪、導(dǎo)葉的加工制造，是泵行業(yè)制造加工技術(shù)的創(chuàng)新，具有很大的推廣使用價值。1 結(jié)構(gòu)設(shè)計葉輪、導(dǎo)葉的水力性能及尺寸計算是泵制造的前提，由于采用沖壓焊接成形工藝，為了有利于葉輪、導(dǎo)葉的加工，根據(jù)水力性能計算，主要對葉輪流道寬度和導(dǎo)葉葉片寬度進(jìn)行了必要的修正(在不影響水力性能的前提條件下的工藝性修正)。為了保證葉輪的葉片與前后蓋板的組焊，減小葉輪軸向尺寸，對前后蓋板的結(jié)構(gòu)加以調(diào)整，采用平行結(jié)構(gòu)，并根據(jù)水力計算的葉輪進(jìn)水口尺寸b1和葉輪出水口尺寸b2值，確定實際制造葉輪流道寬度b為b=b2+bk式中bk葉輪結(jié)構(gòu)修正系數(shù)同理，根據(jù)沖壓焊接導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)特點及

3、b，減小導(dǎo)葉軸向尺寸，使其與葉輪流道寬度相適應(yīng)，即導(dǎo)葉寬度b3為b3=b+(35)圖1 沖壓焊接成形葉輪結(jié)構(gòu)簡圖圖2 葉片形狀根據(jù)b和b3對相關(guān)的水力計算值進(jìn)行必要的修正，使水力性能計算準(zhǔn)確無誤。無論是傳統(tǒng)的鑄造加工技術(shù)，還是沖壓焊接成形新工藝，模型結(jié)構(gòu)都是關(guān)鍵。根據(jù)傳統(tǒng)的鑄造加工工藝和沖壓焊接的特點，將葉輪整體分為前蓋板、后蓋板、葉片、輪轂4部分(見圖1)。葉片與前蓋板、 后蓋板相互接觸的邊緣上分布有數(shù)個凸點(如圖2所示)，凸點的多少與葉輪尺寸的大小有關(guān)。輪轂與后蓋板接觸部分加工成凸緣狀，其中前蓋板、后蓋板、葉片均由不銹鋼板沖壓成形，輪轂車削而成，各分解件由壓力凸焊機(jī)進(jìn)行組焊，利用局部產(chǎn)生的

4、高溫，使凸點、凸緣熔焊。布置在同一平面或圓錐面上的焊點一次焊接，焊點微小的半橢球形，在流道內(nèi)無明顯的流動阻礙，葉輪外表觀察幾乎沒有痕跡。導(dǎo)葉分解為底板、導(dǎo)葉片、反導(dǎo)葉片，均由不銹鋼板沖壓成形，然后焊接。在鑄造工藝中，葉輪前蓋板通常為錐面。沖壓焊接葉輪的前蓋板如果也做成錐面，那么沖裁后的平面葉片經(jīng)彎曲后與錐面前蓋板的吻合情況不好，焊接后存在一定的縫隙，使得葉輪流道間產(chǎn)生串流，同時會影響到焊接強(qiáng)度。所以，在模型結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除采用平面前蓋板外，同時加大葉片前角，既可避免上述問題，又可使葉輪軸向尺寸減小，也利于導(dǎo)葉的改進(jìn)設(shè)計。在導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計中，原導(dǎo)葉有一件延伸件，尺寸難以控制，用沖壓焊接工藝在結(jié)構(gòu)上比

5、較復(fù)雜，且難以實現(xiàn)。根據(jù)水力設(shè)計，將其延伸件取消，設(shè)計成平面底板與導(dǎo)葉片、反導(dǎo)葉片組焊的結(jié)構(gòu)，這樣就可實現(xiàn)導(dǎo)葉體不需要全加工，大大提高了生產(chǎn)率和零部件合格率，同時導(dǎo)葉體的軸向尺寸縮小，結(jié)構(gòu)簡化，對形成多級泵導(dǎo)葉的生產(chǎn)與裝配提供了有利條件。2 沖壓工藝葉輪、導(dǎo)葉沖壓的關(guān)鍵在于模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造，且模具應(yīng)具有良好的通用性和互換性，為此，模具由分離件組成。因為葉輪前蓋板進(jìn)口環(huán)有一定的長度要求，所以采用“延伸+翻邊”的工序，即將落料后的圓板料延伸為碗狀，然后在碗底部分鉆底孔翻邊實現(xiàn)前蓋板所需的形狀。在實際制作中，翻邊系數(shù)對前蓋板的平面度及口環(huán)配合影響很大，系數(shù)小了不易實現(xiàn)，過大造成碗狀板變形和口環(huán)開

6、裂現(xiàn)象，所以該系數(shù)的選取應(yīng)結(jié)合模型結(jié)構(gòu)和工序能力等綜合選定。同時應(yīng)優(yōu)選最佳底孔直徑；修整模具，控制間隙；選擇合適的潤滑劑；增大坯料預(yù)緊力，以保證沖壓后的蓋板與口環(huán)相配合。經(jīng)反復(fù)驗證，采用上述辦法可解決沖壓的工藝問題。3 焊接技術(shù)焊接設(shè)備是沖壓焊接成形工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，用于單方面的專用焊機(jī)目前國內(nèi)尚無。根據(jù)國外的有關(guān)資料，我們針對國內(nèi)焊機(jī)生產(chǎn)的實際情況，采用儲能式凸焊機(jī)進(jìn)行葉輪、導(dǎo)葉的焊接加工。首先根據(jù)葉輪、導(dǎo)葉的模型結(jié)構(gòu)，確定焊機(jī)儲能的容量，根據(jù)計算，增加儲能焊機(jī)電容的容量，由7104f擴(kuò)大到1.4105f，最大儲能量由6103j擴(kuò)大到1.2104j。同時改進(jìn)焊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高焊接時鍛壓壓力(

7、氣壓預(yù)壓力)，增強(qiáng)焊接工作臺的剛度，經(jīng)實際驗證，其功能達(dá)到設(shè)計要求，為該工藝的順利實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。圖3 拉(扭)破壞后的葉輪焊接工藝是葉輪、導(dǎo)葉成形的最終工藝。影響凸焊質(zhì)量的因素比較多，如材料的化學(xué)成分，焊機(jī)的充電電壓、氣壓預(yù)壓力，焊點的形狀、大小，坯料焊接部分表面的清潔度，以及室溫、濕度等環(huán)境因素。首先確定焊點的形狀、大小，其次選擇適宜的室溫和濕度，同時保證焊接部分表面的清潔度，最后根據(jù)焊接件的尺寸大小，采用低電壓、分部焊接的方法，控制焊接成形過程中的變形，使其達(dá)到設(shè)計要求。采用該方法焊接后對葉輪進(jìn)行了拉伸和扭轉(zhuǎn)試驗，經(jīng)試驗，葉輪破壞時的平均拉力均為1.4105n，按焊點面積計算，其平均拉力

8、為43.43 mpa；葉輪破壞時平均扭力矩為143.177 nm，平均最大剪應(yīng)力為30.401 mpa。在拉伸、扭轉(zhuǎn)試驗中，我們看到葉輪破壞時葉輪的前后蓋板已產(chǎn)生了明顯的塑性變形(圖3所示)。圖4 拉(扭)離后的葉片圖5 大試樣金相圖(250)拉(扭)離后的葉片從焊點處將底板表面材料扯離了(見圖4)。按照葉輪傳遞的預(yù)定功率計算，所傳遞的最大扭力矩為38.358 nm，顯然焊接強(qiáng)度是可靠的。另通過焊接的金相分析也可證明該焊接的可靠性(如圖5所示)。由大試樣圖中可見，基體具有孿晶及變形特征的等軸奧氏體，晶粒度67級；焊縫呈等軸細(xì)奧氏體晶粒，晶粒度8級，組織細(xì)密；焊縫與基體結(jié)合良好，未出現(xiàn)裂紋分層及

9、夾余。同時對制作的葉輪、導(dǎo)葉裝配后進(jìn)行了5 000多小時的耐久試驗，未發(fā)現(xiàn)葉輪脫焊和變形。4 結(jié)束語圖6 沖壓焊接成形的葉輪和導(dǎo)葉經(jīng)過反復(fù)的試驗、驗證，采用沖壓焊接成形新工藝，我們制作了xd12.5系列小型多級泵的葉輪和導(dǎo)葉(葉輪最大直徑max115 mm，導(dǎo)葉最大直徑max150mm)，如圖6所示。其性能達(dá)到設(shè)計要求，與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比較，泵效率提高7.84%9.43%；葉輪材料降低37.4%，導(dǎo)葉材料降低15.3%，與銅葉輪、導(dǎo)葉相比制造成本分別下降0.62元和13.35元，且在生產(chǎn)效率上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鑄造加工。該工藝已應(yīng)用于實際生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。*機(jī)械工業(yè)部基金項目王洋江蘇理工大學(xué)機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量工藝研究所副所長工程師，212013鎮(zhèn)江市study on shaping technology of stampingand welding for impeller and guide bladewang yang(jiangsu university of science and technology)abstractthe shaping technology of stamping and welding for impeller and guide blade in manufacturing pumpis introduced, and th