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1、.泵葉輪與導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作用。敘詞:葉輪導葉沖壓焊接引言采用沖壓焊接成形技術生產(chǎn)泵類產(chǎn)品,已在工業(yè)發(fā)達國家得到了廣泛的應用。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。泵葉輪與導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。與傳統(tǒng)的葉輪、導葉鑄造加工技術相比,具有零件走形(即零件模型的
2、變形)小、水力性能好、生產(chǎn)率高、省材等優(yōu)點。其適用于食品泵、鍋爐給水泵、小型多級泵、井用泵、潛水泵等產(chǎn)品的葉輪、導葉的加工制造,是泵行業(yè)制造加工技術的創(chuàng)新,具有很大的推廣使用價值。1 結構設計葉輪、導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、導葉的加工,根據(jù)水力性能計算,主要對葉輪流道寬度和導葉葉片寬度進行了必要的修正(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,對前后蓋板的結構加以調整,采用平行結構,并根據(jù)水力計算的葉輪進水口尺寸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
3、中bk葉輪結構修正系數(shù)同理,根據(jù)沖壓焊接導葉結構特點及b,減小導葉軸向尺寸,使其與葉輪流道寬度相適應,即導葉寬度b3為b3=b+(35)圖1 沖壓焊接成形葉輪結構簡圖圖2 葉片形狀根據(jù)b和b3對相關的水力計算值進行必要的修正,使水力性能計算準確無誤。無論是傳統(tǒng)的鑄造加工技術,還是沖壓焊接成形新工藝,模型結構都是關鍵。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。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
4、車削而成,各分解件由壓力凸焊機進行組焊,利用局部產(chǎn)生的高溫,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。導葉分解為底板、導葉片、反導葉片,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度。所以,在模型結構設計中,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,也利于導葉的改進設計。在導葉結構設計中,原導
5、葉有一件延伸件,尺寸難以控制,用沖壓焊接工藝在結構上比較復雜,且難以實現(xiàn)。根據(jù)水力設計,將其延伸件取消,設計成平面底板與導葉片、反導葉片組焊的結構,這樣就可實現(xiàn)導葉體不需要全加工,大大提高了生產(chǎn)率和零部件合格率,同時導葉體的軸向尺寸縮小,結構簡化,對形成多級泵導葉的生產(chǎn)與裝配提供了有利條件。2 沖壓工藝葉輪、導葉沖壓的關鍵在于模具的結構設計與制造,且模具應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
6、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)開裂現(xiàn)象,所以該系數(shù)的選取應結合模型結構和工序能力等綜合選定。同時應優(yōu)選最佳底孔直徑;修整模具,控制間隙;選擇合適的潤滑劑;增大坯料預緊力,以保證沖壓后的蓋板與口環(huán)相配合。經(jīng)反復驗證,采用上述辦法可解決沖壓的工藝問題。3 焊接技術焊接設備是沖壓焊接成形工藝中的關鍵設備,用于單方面的專用焊機目前國內(nèi)尚無。根據(jù)國外的有關資料,我們針對國內(nèi)焊機生產(chǎn)的實際情況,采用儲能式凸焊機進行葉輪、導葉的焊接加工。首先根據(jù)葉輪、導葉的模型結構,確定焊機儲能的容量,根據(jù)計算,增加儲能焊機電容的容量,由7×104f擴大到1.4×105f,最大儲能
7、量由6×103J擴大到1.2×104J。同時改進焊機機械結構,提高焊接時鍛壓壓力(氣壓預壓力),增強焊接工作臺的剛度,經(jīng)實際驗證,其功能達到設計要求,為該工藝的順利實現(xiàn)奠定了基礎。圖3 拉(扭)破壞后的葉輪焊接工藝是葉輪、導葉成形的最終工藝。影響凸焊質量的因素比較多,如材料的化學成分,焊機的充電電壓、氣壓預壓力,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,使其達到設計要求。采用該方法焊接后
8、對葉輪進行了拉伸和扭轉試驗,經(jīng)試驗,葉輪破壞時的平均拉力均為1.4×105N,按焊點面積計算,其平均拉力為43.43 MPa;葉輪破壞時平均扭力矩為143.177 N·m,平均最大剪應力為30.401 MPa。在拉伸、扭轉試驗中,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)。按照葉輪傳遞的預定功率計算,所傳遞的最大扭力矩為38.358 N·m,顯然焊接強度是可靠的。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)。
9、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;焊縫呈等軸細奧氏體晶粒,晶粒度8級,組織細密;焊縫與基體結合良好,未出現(xiàn)裂紋分層及夾余。同時對制作的葉輪、導葉裝配后進行了5 000多小時的耐久試驗,未發(fā)現(xiàn)葉輪脫焊和變形。4 結束語圖6 沖壓焊接成形的葉輪和導葉經(jīng)過反復的試驗、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葉(葉輪最大直徑max115 mm,導葉最大直徑max150mm),如圖6所示。其性能達到設計要求,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%,導葉材料降低15.3%,與銅葉輪、導葉相比制造成本
10、分別下降0.62元和13.35元,且在生產(chǎn)效率上遠遠高于鑄造加工。該工藝已應用于實際生產(chǎn),取得了良好的經(jīng)濟效益。*機械工業(yè)部基金項目王洋江蘇理工大學機電產(chǎn)品質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
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