離心風(fēng)機(jī)組合式金屬葉輪制作的工藝保證

肖洪波

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘇州215104)

0 引 言

葉輪是離心風(fēng)機(jī)(如圖1 所示)的核心零件，它分別由厚度為0.8 mm 冷軋鋼板沖出的上、下端板與30 件葉片鉚壓而成，如圖2 所示。由于該葉輪的內(nèi)緣需壓入電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子(如圖3 所示)，因而葉輪結(jié)構(gòu)宜采用組合式。為滿足在高速(2 500 r/min)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，葉輪的剛度、強(qiáng)度和平衡度的要求尤顯重要。

從葉輪結(jié)構(gòu)而言，采用整體式［4］或組合式各具優(yōu)勢，前者借助拉深和30 個(gè)葉片的切口打彎產(chǎn)生的冷作硬化具備了較好剛度和強(qiáng)度;而后者上下端板的30 個(gè)葉片定位槽，如圖4 所示，由同一副模具沖出，從而有效保證了葉輪組裝時(shí)定位槽等分度的一致性，這對離心風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平衡度指標(biāo)［4］而言是有益的。

1 葉輪零件的結(jié)構(gòu)工藝分析

圖5 是葉輪裝配圖，它由上、下端板和30 件葉片(圖6)所鉚壓成的組合式結(jié)構(gòu)。為保證上、下端板30 個(gè)葉片定位槽的等分精度和一致性，分別將上、下端板的30 個(gè)定位槽沖壓工序安排在同一副沖模上完成。并且以R1.2 記號(hào)槽為基準(zhǔn)，上、下端板所對應(yīng)的每一組定位槽都由同一個(gè)凸模沖出。還應(yīng)該看到，葉輪最終合格與否，取決于最后一道葉片與上、下端板的鉚壓工序，該工序所用鉚壓工裝必須滿足在承受軸向沖擊鉚壓壓力下，上、下端板和30 個(gè)葉片能保持初始狀態(tài)的可靠的定位。不難看出，上述每道環(huán)節(jié)都是一個(gè)重要的工藝節(jié)點(diǎn)，承上啟下，環(huán)環(huán)相扣。

2 葉輪的沖壓工藝解析

2.1 葉片的落料、彎曲成型

葉片制作的頭道工序即為落料［2］。如圖7 所示，將厚度為0.5 mm 的ST12 冷軋鋼板置于上、下模之間;啟動(dòng)沖床后上模下行，凹模隨之壓緊ST12鋼板條料，迫使橡皮受壓變形，最終凸模切入凹模型腔完成葉片的落料;隨著上模的上行，嵌在凹模中的葉片落料件被被頂件器擊落，從而完成葉片的落料工序。

葉片制作的后道工序是將上道的葉片落料，工件置于如圖8 所示的葉片彎曲成型模的凹模中進(jìn)行打彎成型，最終由下模的彈簧彈頂機(jī)構(gòu)將完成彎曲的葉片頂出，葉片如圖6 所示。

2.2 葉輪上、下端板毛坯件的沖裁

葉輪上、下端板毛坯采用同一結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)的沖孔落料復(fù)合沖裁模［2］，如圖9 所示。所獲葉輪上、下端板毛坯零件如圖10 所示。

2.3 下端板翻邊

本工序?qū)⒃谌鐖D11 所示葉輪下端板翻邊模上進(jìn)行。將上道工序所得下端板毛坯件的Φ37 mm 內(nèi)孔套于如圖12 所示的凸模，Φ37 mm 外緣。啟動(dòng)沖床，凹模下平面下行并壓住下端板毛坯平面開始下壓翻邊，直至完成。當(dāng)上?；爻?，由于橡皮的回復(fù)作用，卸料板始終推動(dòng)已成型的下端板翻邊件如圖13所示，保持于上模的凹模內(nèi)腔，最終被頂件器擊落。

圖11 葉輪下端板翻邊模

2.4 下端板翻邊件的外圓切邊

在下端板翻邊并滿足內(nèi)孔尺寸的同時(shí)，由于材料的不規(guī)則流動(dòng)，其大外圓形狀也變得不規(guī)則，即難以保證尺寸Φ850-0.074mm，因而必須安排一道外圓切邊工序。

下端板翻邊件外圓切邊模如圖14 所示，將上道的下端板翻邊件套于定位芯的外緣，本著先壓料后沖裁的原則，確保了切邊后凸緣平面的平整度，如圖15 所示。

2.5 下端板翻邊件Φ59.1 mm 端面車削工序

圖16 所示為下端板翻邊件端面車夾具［3］。它運(yùn)用了漲胎式結(jié)構(gòu)，彈性夾筒肩負(fù)定位與夾緊兩個(gè)功能。該夾具的夾緊動(dòng)力源自床頭箱左邊的自制氣缸。在車床主軸花盤換裝上本車夾具，校正圓跳動(dòng)后鎖緊夾具，調(diào)節(jié)鎖緊螺母，直至氣缸活塞被夾緊，活塞的軸向移動(dòng)距離控制在3 ～4 mm 即可。

圖16 葉輪下端板翻邊件端面車夾具結(jié)構(gòu)圖

工作原理如下:

(1)被車件的定位、夾緊與松弛:下端板翻邊毛坯件套于彈性擴(kuò)張夾筒［1］如圖17 所示的外緣。分別通過氣缸體的右、左氣道進(jìn)、出氣，使活塞左、右移動(dòng)，間接帶動(dòng)活動(dòng)錐度芯軸(如圖18 所示)，向左、右移動(dòng)，迫使夾筒的四瓣外緣向外擴(kuò)張或彈性收縮，從而快速實(shí)現(xiàn)被車端板撐緊和松弛;

(2)車削:開動(dòng)機(jī)床，借助左偏刀的主切削刃以徑向退刀法車出下端板翻邊件右端面，保證軸向尺寸。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

(1)本夾具采用氣動(dòng)夾緊而非傳統(tǒng)的三爪卡盤夾緊，可輕松通過調(diào)節(jié)氣壓來獲得適當(dāng)?shù)膴A緊力，有效避免了因卡盤螺旋夾緊力過小或過大而導(dǎo)致車削時(shí)工件打滑或工件出現(xiàn)塑性變形。此外，工件的裝、卸高效快速(注意點(diǎn):工件尚未裝夾時(shí)氣缸拉桿應(yīng)處于松弛位置)。

(2)彈性擴(kuò)張夾筒，兼?zhèn)涠ㄎ缓蛫A緊兩個(gè)功能，為夾具之核心，采用65 Mn(合金彈簧鋼)，淬火并低溫回火至50 -55HRC 后精磨內(nèi)、外圓，以便集強(qiáng)度和回復(fù)剛性于一身;精磨內(nèi)外圓后沿軸向以線切割分別割出等分的4 條26 mm 長1 mm 寬的縫隙，目的是在夾筒與工件的配合表面獲得良好的漲合性能。

(3)針對薄壁的下端板翻邊件，該夾具成功將軸向拉力間接轉(zhuǎn)變?yōu)閺较驖q緊力，這種圓周面接觸的彈性擴(kuò)張夾筒規(guī)避了薄壁工件被夾緊時(shí)的變形。

2.6 葉輪上、下端板30 定位槽的沖制

本工序?qū)⒂猛桓钡湫徒Y(jié)構(gòu)的單工序沖裁模［2］分別在上、下端板上沖制出30 個(gè)葉片的安裝定位插槽。該定位槽的形狀似蝴蝶形，以防止鉚壓時(shí)產(chǎn)生位移，如圖4 所示。該工序完成后即可進(jìn)入葉輪的組裝。

如圖19 所示，在凹模8 的Φ85 mm 直徑上，緊配一Φ2 mm 定位銷。沖裁前，上、下端板的外緣置于定位板(如圖20 所示)的Φ85 mm 孔內(nèi)，而該圓周上的R1.2 記號(hào)槽剛好嵌入Φ2 mm 定位銷，從而獲得一面兩銷的可靠定位［1］。利用端板記號(hào)槽作為輔助定位，還可保證葉輪裝配時(shí)同一葉片所插入的上下兩端板的定位槽是由同一對凸、凹模沖出的。值得注意的是，為便于刃磨凹模的刀口(即凹模的上平面)，專門設(shè)置了與凹模外圓間隙配合并以螺釘緊固的定位板。所獲得的最終上下端板沖壓件如圖4 所示。

2.7 葉輪散件的鉚壓組合

本工序分三步進(jìn)行，整個(gè)過程必須保證鉚壓后葉輪的位置精度和整體強(qiáng)度。運(yùn)用鉚壓工裝［3］是對裝配質(zhì)量的有效保證。如圖21 所示。其工作原理如下:

(1)定位和預(yù)壓 定位工裝如圖21 所示，將30件葉片的片身依次插入葉片定位插槽座，如圖22 所示的圓弧槽中，找準(zhǔn)上下二端板各自的R1.2 記號(hào)槽，并使它們處于同一角度位置，使各葉片兩端插口分別插入二端板的定位槽中。在葉片定位插槽座的內(nèi)孔塞入過渡套，再整體套入下模的導(dǎo)向柱的外緣，在氣壓機(jī)上蓋上預(yù)壓板預(yù)壓緊，使葉片兩端的鉚壓露出長度相同。

圖22 葉片定位插槽座

(2)鉚壓 將處于預(yù)壓緊的葉輪連同葉片定位插槽座和過度套置于第二套工裝下壓板和定位柱上，利用油壓機(jī)進(jìn)行鉚壓。

(3)脫模 將鉚壓好的葉輪連同葉片定位插槽座和過度套整體翻轉(zhuǎn)180°后置于第三套工裝的卸料筒，并在過渡套的內(nèi)孔放置一卸料壓頭，在氣壓機(jī)上加壓后即可將葉片定位插槽座和過度套退出已鉚壓好的葉輪，從而完成整個(gè)鉚壓工序。值得注意的是，若不翻轉(zhuǎn)180°而直接置于卸料工裝上下壓脫模，那么下端板的翻邊凸緣將阻止葉片定位插槽座順著葉片脫出。

鉚壓壓點(diǎn)的效果如圖23 所示。

圖23 鉚壓效果照片

3 結(jié) 語

本文較合理地將沖壓工序與車削工序有機(jī)結(jié)合，各取所長，且模具和夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、造價(jià)低廉，有效規(guī)避了投資風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)批量性生產(chǎn)證明，產(chǎn)品質(zhì)量完全符合原設(shè)計(jì)要求，制造工藝可靠，不失為中小企業(yè)的理想選擇方案。

［1］ 趙如福.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊［M］. 上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

［2］ 沖模設(shè)計(jì)手冊編寫組.沖模設(shè)計(jì)手冊［M］. 北京:機(jī)械工藝出版社，2004.

［3］ 非標(biāo)準(zhǔn)工模設(shè)計(jì)修訂組.非標(biāo)準(zhǔn)工模設(shè)計(jì)［M］. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1992.

［4］ 肖洪波.離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪制作的模具工藝保證［J］. 鍛壓技術(shù)，2014，39(4):109 -114.