1國內(nèi)研究現(xiàn)狀
目前低振動噪聲、高效葉片通常采用增加葉片數(shù)、扭曲葉片設計方法,葉片空間扭曲大、葉片數(shù)量多的葉輪采用傳統(tǒng)開模具鑄造方式往往難以實現(xiàn),且鑄造葉輪成本高、生產(chǎn)周期長、精準度低、表面粗糙,通過開模具鑄造生產(chǎn)葉輪精度低,一致性差,不適用于葉輪精準制造,更不適用于低振動噪聲高效葉輪水泵生產(chǎn)。
通過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,無法完成空間扭曲較大的葉片加工,且多個葉片鉚焊點增加了流道內(nèi)阻力,影響了葉輪水力性能和振動性能。
通過3D打印機完成金屬葉輪3D打印,該方法能夠很好地保證產(chǎn)品與設計一致性,加工周期短,但費用非常昂貴,目前3D打印金屬葉輪工藝尚未市場化。
葉輪主體通過整體銑工藝機加工而成,通過將前蓋板與葉片前緣與尾緣局部焊接,可實現(xiàn)閉式葉輪制作。但針對葉片總數(shù)較多、葉片扭曲大的葉輪主體,由于葉片之間間距過小、葉片扭曲大,葉輪主體無法通過整體銑工藝完成:其次,由于整體銑葉輪與前蓋板通過局部焊接,焊縫在葉輪長時間運行過程中容易受到腐蝕而開裂,導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,會降低葉輪水力性能。因此,該方法還有待改進。
隨著水泵葉輪設計水平和客戶要求的提高,對水泵葉輪制造工藝要求越來越高,低振動設計的水泵葉輪對葉輪內(nèi)部細節(jié)要求非常高,對流道內(nèi)外表面的光滑程度要求非常高,因此制造工藝滿足設計要求,才能完全將低振動設計的優(yōu)勢體現(xiàn)出來。低振動葉輪葉片通常空間扭曲大,采用常規(guī)的機加工或鑄造工藝很難實現(xiàn)加工,因此需開發(fā)一種新的低振動水泵閉式葉輪制造工藝,既能使金屬葉輪結構與設計結構保持一致,又能保證葉輪焊縫強度和可靠性,使該工藝滿足水泵的性能和可靠性使用要求。
2葉輪機加工工藝說明
該加工工藝通過葉輪三維模型設計輸入,將葉輪按照葉片數(shù)分組,通過五軸聯(lián)動銑加工完成一組葉輪主體的制造,再通過在各組葉輪外表面對齊、焊接,完成水泵閉式葉輪整體制造。
具體實施方法: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）和對應的前蓋板和后蓋板作為一組(圖1、圖2）進行整體銑機加工,最后在葉輪外側焊接,將各組葉輪連接在一起(圖3）,焊縫數(shù)量根據(jù)實際葉輪數(shù)量確定。
3工藝先進性
該工藝的先進性體現(xiàn)為:
(1）保證空間扭曲大、葉片數(shù)較多的葉片可以通過分組加工的方式完成機加工,解決整體無法加工的難題:通過在葉輪外表面焊接的方式將各組葉片焊接在一起,可以增加焊縫的長度和寬度,保證焊縫的強度和可靠性,而不影響葉輪內(nèi)部的流場流動。
(2）將前蓋板、葉片和后蓋板作為一組進行機加工,可以實現(xiàn)三者之間無縫隙,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加工完成,制作出來的葉輪具備機加工優(yōu)點:表面光滑、質(zhì)量分布均勻,葉片厚度可以減至1.5～2mm,流動性能得到大幅度提升,內(nèi)外結構與設計模型一致,能夠很好地保證設計性能的實現(xiàn),制造周期短,適用于小批量定制。
3結語
本文介紹了一種水泵扭曲葉片閉式葉輪機加工工藝,通過將葉輪按照葉片數(shù)分組銑制制造、焊接組合,完成水泵閉式葉輪整體制造,彌補了目前國內(nèi)各種大扭曲葉片閉式葉輪制造方法的不足,為特殊高精尖領域葉輪制造提供了工藝參考。
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