旋壓技術(shù)在風(fēng)機(jī)行業(yè)的應(yīng)用

白 猛， 趙曉崗， 徐士玉， 練進(jìn)磊

（南通大通寶富風(fēng)機(jī)有限公司， 江蘇 南通 226010）

引言

旋壓是一種綜合了擠壓、拉伸、彎曲、鍛造、軋制、沖壓、滾壓、平整等工藝特點(diǎn)的比較先進(jìn)的塑性加工方案[1]，是借用旋輪依次連續(xù)對(duì)等待旋壓金屬毛坯施以壓力，使其產(chǎn)生逐點(diǎn)局部塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工藝方法。旋壓成形時(shí)，旋輪對(duì)毛坯逐點(diǎn)作用，呈點(diǎn)接觸狀態(tài)，接觸面積小單位壓力大，所需總變形力和變形功率都較小，對(duì)于強(qiáng)度大、復(fù)雜、難變形的金屬也能輕松成形。旋壓工藝具有成形后金屬力學(xué)性能高、工序簡(jiǎn)單、表面質(zhì)量好、產(chǎn)品尺寸精度高、旋壓制品種類(lèi)繁多、材料利用率高、無(wú)屑、易操作、易組裝等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、軍工和民用產(chǎn)品等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛[2]。本文基于旋壓原理，以生產(chǎn)通風(fēng)機(jī)輪蓋及進(jìn)風(fēng)口部件為例，研究介紹旋壓技術(shù)在風(fēng)機(jī)行業(yè)中應(yīng)用，并為更多的新技術(shù)新方案提供案例基礎(chǔ)。

1 旋壓原理

旋壓技術(shù)以其優(yōu)越的工藝性發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。基本方式主要分為拉伸旋壓、縮徑旋壓和擴(kuò)徑旋壓三種形式[3]，其原理不同：拉伸旋壓主要是軸帶動(dòng)旋輪使其沿芯模運(yùn)動(dòng)，使毛坯徑向彎曲，周向收縮進(jìn)而成形的一種常用旋壓工藝，如圖1 所示；縮徑旋壓毛坯主要為筒形、管形、錐形等結(jié)構(gòu)，使用旋輪將待旋毛坯的中部或端部依次進(jìn)行徑向收縮的工藝方法，主要分為收口和縮徑兩種形式，旋壓形式如圖2 所示；擴(kuò)徑旋壓是將旋輪伸入毛坯內(nèi)部，通過(guò)芯模或雙旋輪運(yùn)動(dòng)，使毛坯沿徑向向外旋壓，進(jìn)而使毛坯工件直徑擴(kuò)張為圖紙要求尺寸，原理示意圖如圖3 所示。

圖1 拉伸旋壓

圖2 縮徑旋壓

圖3 擴(kuò)徑旋壓

旋壓的核心原理，即在旋壓過(guò)程中通過(guò)旋輪作用在毛坯料上，使其受力點(diǎn)由點(diǎn)到線、由線到面轉(zhuǎn)化，最終毛坯料沿固定方向在旋輪的擠壓作用下發(fā)生金屬流動(dòng)，改變毛坯的形狀，使其直徑縮小或增大，進(jìn)而成形[4]。

2 旋壓技術(shù)應(yīng)用

隨著旋壓技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)機(jī)行業(yè)也逐步采用旋壓工藝生產(chǎn)，通風(fēng)機(jī)集流器是典型旋壓案例。通風(fēng)機(jī)葉輪部、進(jìn)風(fēng)口等部件為其主要部件，部件結(jié)構(gòu)形式是否符合設(shè)計(jì)要求會(huì)直接影響風(fēng)機(jī)性能。對(duì)于葉輪部輪蓋及進(jìn)風(fēng)口風(fēng)筒傳統(tǒng)制作方法多為壓型制作，型線難以符合圖紙要求，且生產(chǎn)效率低成本高，難以滿足公司生產(chǎn)需求。公司引進(jìn)的丹麥進(jìn)口NODI 旋壓機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖4 所示。其工作原理主要是擴(kuò)徑旋壓，也可稱為滾輥模旋壓法，采用雙旋輪夾緊毛坯旋壓，旋輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)用力，作用于毛坯兩側(cè)，旋壓拉伸工件成形。

圖4 NODI 旋壓機(jī)（D500-D4000-12-T600-FA-T）

結(jié)合旋壓機(jī)多年的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用狀況，下面以輪蓋及進(jìn)風(fēng)筒旋壓工藝分別介紹旋壓在風(fēng)機(jī)行業(yè)的應(yīng)用。

2.1 輪蓋旋壓

葉輪部作為通風(fēng)機(jī)最核心的部件，其輪蓋型線是否符合設(shè)計(jì)要求決定了風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能及穩(wěn)定性能否滿足工況要求[5]。風(fēng)機(jī)系列較多且型號(hào)大小不同，其輪蓋型線各不相同，經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)旋壓方案總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)創(chuàng)出一套適用于各系列輪蓋旋壓生產(chǎn)的工藝方案。如圖5 所示，輪蓋旋壓生產(chǎn)均采用平板料，旋壓工件時(shí)雙旋輪由毛坯料內(nèi)孔分側(cè)進(jìn)入，雙旋輪同時(shí)作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在毛坯料兩側(cè)擠壓坯料，通過(guò)多道次往復(fù)式擠壓作用完成輪蓋旋壓成型。

圖5 輪蓋旋壓示意圖

2.2 進(jìn)風(fēng)筒旋壓

進(jìn)風(fēng)口又稱集流器，它是介質(zhì)進(jìn)入風(fēng)機(jī)主機(jī)首先流通的部件，保證氣流能均勻充滿葉輪進(jìn)口。進(jìn)風(fēng)口喉徑及喉頸處R 值的曲率是影響氣流流動(dòng)重要因素，其較大程度決定了氣流流動(dòng)的損失。不同系列風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口R 值曲率不同，其旋壓生產(chǎn)工藝方案也存在差異[5]。進(jìn)風(fēng)口小口尺寸與葉輪前盤(pán)進(jìn)口尺寸為配合尺寸，間隙小容易與葉輪發(fā)生碰撞；間隙大會(huì)產(chǎn)生渦流，降低風(fēng)機(jī)效率。因此為能夠制造滿足要求的進(jìn)風(fēng)口風(fēng)筒，多次進(jìn)行試驗(yàn)積累，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，總結(jié)形成三種旋壓工藝方案，分別是錐料旋壓、筒料旋壓、錐料加筒料旋壓，如圖6 所示。

圖6 進(jìn)風(fēng)口旋壓示意圖

1）錐料旋壓：適用于R 值曲率變化小，旋壓長(zhǎng)度短的進(jìn)風(fēng)口。雙旋輪由進(jìn)風(fēng)口錐料小口進(jìn)入到指定位置開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)旋壓毛坯料。

2）筒料旋壓：對(duì)于R 值曲率變化大且大深度進(jìn)風(fēng)口，如VR60、VR65III 系列進(jìn)風(fēng)口。采用錐料旋壓后小口處板厚變薄率較大，有些高達(dá)60%以上；且旋壓過(guò)程中由于旋壓路徑過(guò)多導(dǎo)致材料多次開(kāi)裂，致使進(jìn)風(fēng)口小口尺寸難以保證。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)積累開(kāi)創(chuàng)筒料兩端分段旋壓工藝方案，以喉頸處為基準(zhǔn)，先夾持小口端旋壓法蘭側(cè)，之后焊接法蘭，夾持法蘭旋壓進(jìn)風(fēng)口小口。

3）錐料+筒料旋壓：適用于R 值曲率變化大且旋壓長(zhǎng)度短的進(jìn)風(fēng)口，如4-73 系列進(jìn)風(fēng)口。先采用錐料旋壓至進(jìn)風(fēng)口喉徑處，然后焊接直伸二次旋壓小口端。

3 旋壓工件力學(xué)性能

旋壓的原理就是通過(guò)旋輪擠壓板材，使板材發(fā)生延展變形最終滿足設(shè)計(jì)圖紙結(jié)構(gòu)要求，其旋壓產(chǎn)品的板厚必然會(huì)有變薄現(xiàn)象，并且在工件表面會(huì)出現(xiàn)均勻等距的壓痕，如圖7 所示。

圖7 壓痕示意圖

為驗(yàn)證旋壓后材料性能是否能達(dá)到要求，分別在進(jìn)風(fēng)口和輪蓋工件上取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，驗(yàn)證其力學(xué)性能是否滿足要求，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2 所示。根據(jù)表2 所示的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，即使板厚變化較為嚴(yán)重，工件表面壓痕明顯，但其力學(xué)性能均有所提高，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 試樣參數(shù)

表2 試樣拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，旋壓后產(chǎn)品力學(xué)性能完全可以滿足設(shè)計(jì)要求，總結(jié)出的各種旋壓工藝方案能夠得到較好應(yīng)用，后續(xù)不斷積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)開(kāi)創(chuàng)更多可行優(yōu)良的旋壓工藝，改善旋壓件質(zhì)量，對(duì)于推動(dòng)旋壓技術(shù)在風(fēng)機(jī)行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生極大的作用。