1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前低振動(dòng)噪聲、高效葉片通常采用增加葉片數(shù)、扭曲葉片設(shè)計(jì)方法,葉片空間扭曲大、葉片數(shù)量多的葉輪采用傳統(tǒng)開(kāi)模具鑄造方式往往難以實(shí)現(xiàn),且鑄造葉輪成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、精準(zhǔn)度低、表面粗糙,通過(guò)開(kāi)模具鑄造生產(chǎn)葉輪精度低,一致性差,不適用于葉輪精準(zhǔn)制造,更不適用于低振動(dòng)噪聲高效葉輪水泵生產(chǎn)。

通過(guò)沖壓工藝可完成葉片制作并鉚焊在前后蓋板上,但沖壓工藝僅能夠完成彎曲度不高的直葉片加工,無(wú)法完成空間扭曲較大的葉片加工,且多個(gè)葉片鉚焊點(diǎn)增加了流道內(nèi)阻力,影響了葉輪水力性能和振動(dòng)性能。

通過(guò)3D打印機(jī)完成金屬葉輪3D打印,該方法能夠很好地保證產(chǎn)品與設(shè)計(jì)一致性,加工周期短,但費(fèi)用非常昂貴,目前3D打印金屬葉輪工藝尚未市場(chǎng)化。

葉輪主體通過(guò)整體銑工藝機(jī)加工而成,通過(guò)將前蓋板與葉片前緣與尾緣局部焊接,可實(shí)現(xiàn)閉式葉輪制作。但針對(duì)葉片總數(shù)較多、葉片扭曲大的葉輪主體,由于葉片之間間距過(guò)小、葉片扭曲大,葉輪主體無(wú)法通過(guò)整體銑工藝完成:其次,由于整體銑葉輪與前蓋板通過(guò)局部焊接,焊縫在葉輪長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中容易受到腐蝕而開(kāi)裂,導(dǎo)致葉輪主體與前蓋板分裂,且焊縫尾緣在葉輪流道內(nèi)部,影響葉輪水力性能:由于整體銑制的葉輪主體與前蓋板焊接成型后,前蓋板與葉片之間存在縫隙,存在流體泄漏,會(huì)降低葉輪水力性能。因此,該方法還有待改進(jìn)。

隨著水泵葉輪設(shè)計(jì)水平和客戶(hù)要求的提高,對(duì)水泵葉輪制造工藝要求越來(lái)越高,低振動(dòng)設(shè)計(jì)的水泵葉輪對(duì)葉輪內(nèi)部細(xì)節(jié)要求非常高,對(duì)流道內(nèi)外表面的光滑程度要求非常高,因此制造工藝滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,才能完全將低振動(dòng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)。低振動(dòng)葉輪葉片通?？臻g扭曲大,采用常規(guī)的機(jī)加工或鑄造工藝很難實(shí)現(xiàn)加工,因此需開(kāi)發(fā)一種新的低振動(dòng)水泵閉式葉輪制造工藝,既能使金屬葉輪結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)保持一致,又能保證葉輪焊縫強(qiáng)度和可靠性,使該工藝滿(mǎn)足水泵的性能和可靠性使用要求。

2葉輪機(jī)加工工藝說(shuō)明

該加工工藝通過(guò)葉輪三維模型設(shè)計(jì)輸入,將葉輪按照葉片數(shù)分組,通過(guò)五軸聯(lián)動(dòng)銑加工完成一組葉輪主體的制造,再通過(guò)在各組葉輪外表面對(duì)齊、焊接,完成水泵閉式葉輪整體制造。

具體實(shí)施方法:將葉輪按照葉片數(shù)分組,將葉片(主葉片和分流葉片按照一組劃分）和對(duì)應(yīng)的前蓋板和后蓋板作為一組(圖1、圖2）進(jìn)行整體銑機(jī)加工,最后在葉輪外側(cè)焊接,將各組葉輪連接在一起(圖3）,焊縫數(shù)量根據(jù)實(shí)際葉輪數(shù)量確定。

3工藝先進(jìn)性

該工藝的先進(jìn)性體現(xiàn)為:

(1）保證空間扭曲大、葉片數(shù)較多的葉片可以通過(guò)分組加工的方式完成機(jī)加工,解決整體無(wú)法加工的難題:通過(guò)在葉輪外表面焊接的方式將各組葉片焊接在一起,可以增加焊縫的長(zhǎng)度和寬度,保證焊縫的強(qiáng)度和可靠性,而不影響葉輪內(nèi)部的流場(chǎng)流動(dòng)。

(2）將前蓋板、葉片和后蓋板作為一組進(jìn)行機(jī)加工,可以實(shí)現(xiàn)三者之間無(wú)縫隙,避免了由于整體銑制的葉輪主體與前蓋板焊接成型后前蓋板與葉片之間存在縫隙,發(fā)生流體泄漏的情況。

(3）該工藝葉輪制作采用機(jī)加工完成,制作出來(lái)的葉輪具備機(jī)加工優(yōu)點(diǎn):表面光滑、質(zhì)量分布均勻,葉片厚度可以減至1.5～2mm,流動(dòng)性能得到大幅度提升,內(nèi)外結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)模型一致,能夠很好地保證設(shè)計(jì)性能的實(shí)現(xiàn),制造周期短,適用于小批量定制。

3結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種水泵扭曲葉片閉式葉輪機(jī)加工工藝,通過(guò)將葉輪按照葉片數(shù)分組銑制制造、焊接組合,完成水泵閉式葉輪整體制造,彌補(bǔ)了目前國(guó)內(nèi)各種大扭曲葉片閉式葉輪制造方法的不足,為特殊高精尖領(lǐng)域葉輪制造提供了工藝參考。