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《風機技術雜志》2016年第5期

摘要：

闡述了大型風機葉片在壓力機、模具加工等設備規格不夠大的情況下的一種分段制造方法，探索了分段壓型后的葉片如何拼焊起來，以及其拼焊工裝的設計及其加工制造，成功解決了大型葉片分段拼焊制造的技術難題，為設備規格有限的企業制造大型風機葉輪在工藝方面做了一次成功的嘗試。

關鍵詞：

風機；葉片；分段拼焊

1概述

大型燒結風機的葉輪直徑可達3~4m，其葉片展開后長度也達1m以上。如此大的葉片要用鋼板直接壓型制造，然后焊接到輪盤上，將對壓型模具、壓力機等都提出了更高的要求：模具更大，壓型的壓力機也更大，而且要具備更大的壓力，才能將鋼板進行準確地壓型，保證風機的葉片曲面形狀，從而保證風機的氣動性能。特別是對于一些小型企業，一時難以滿足這些條件。在不增加設備投入的前提下，為解決此問題，經過詳細地分析，初步設計了幾種解決方案，并進行計算機模擬。最終選擇了其中一種解決方案，成功完成了這種大型葉片的試制。圖1為這種大型葉片的三維計算機設計造型。由圖中標注可以看出，此葉片長邊弦長達1474mm以上，進口邊弦長達1202mm以上，遠超出了筆者公司壓力機的加工范圍。同時，模具的曲面需要在數控機床上加工，也超出了數控立銑的加工范圍。對于如此大尺寸的葉片，采用以前傳統制造方法難以完成。

2分段壓型，曲面拼焊

經分析認為，大型葉片必須分段壓型制造，然后拼接才能在受到限制的條件下完成。但這樣又會帶來其他一些技術問題，分述如下。

2.1如何合理分段

首先，分段后的葉片必須適合現有的制造設備規格要求，即模具的數控加工設備和型面壓制的壓力機的制造規格要求。如果超出范圍則依然無法制造。其次，分段后要易于制造，易于拼接，重新拼接成一個完整的符合設計要求的葉片。第三，曲面分段要易于進行技術處理。經討論及試驗，決定沿葉片曲面的長邊中點處分割，分割線垂直于長邊兩端點的連線。如圖2所示。

2.2曲面分段的處理方法

曲面分段處理，采用CAD軟件進行處理。現在的CAD軟件在此方面的技術已基本成熟。可以采用的軟件如MasterCAM，UGNX等。

2.3分段后葉片的制造

分段后的葉片兩段，分別按照常規的鋼板壓型葉片制造工藝進行分段壓型制造即可。此工藝已成熟。只是壓型模具由上下兩半變成了上下四半，模具制造數量多了一倍。

2.4分段曲面葉片的拼接分段

葉片制造好后，最終還是要拼接起來，完成大葉片的制造。兩段拼接時必須按照原葉片曲面的空間形狀位置進行拼接，保證拼接后與單獨壓型制造的葉片曲面相吻合。

2.5拼焊工裝設計及拼焊

按照大葉片曲面的要求，拼焊時必須將兩半已經壓型好的葉片放置在大葉片完整曲面上，并將中間焊接部位預先制作出焊接坡口，然后進行電焊焊接。焊接過程中隨時注意其位置及曲面形狀的變化，隨時予以調整，以保證拼焊后大葉片曲面設計的要求。為此，需要設計制作一個工裝，可以將兩半拼焊葉片按照大葉片的空間曲面形狀拼接起來。在不影響拼焊質量的前提下，考慮到制造周期及成本，設計了一個工裝，由底座及幾個定位鋼柱焊接而成。焊接完成后，再將定位鋼柱頂面進行數控加工，以保證幾個定位鋼柱頂面完全屬于大葉片曲面的一部分。圖3為此工裝的示意圖。由此工裝的保證，拼焊進行順利，效果良好。

2.6拼焊工裝的數控加工

由于拼焊工裝定位鋼柱的頂端要加工成大葉片曲面的一部分，也是一個個的空間曲面，所以采取數控加工的方法。鑒于該工裝形體也比較大，數控立銑難以完成，后在三軸聯動數控龍門銑上順利加工完成。圖4為該工裝數控加工時的刀尖軌跡圖。曲面加工采用球頭刀完成。

3葉片曲面的分割技術

大葉片加工要分段拼焊完成，具體實施時要將大葉片的空間曲面在適當位置進行分割，形成兩個空間曲面，然后單獨進行處理。采用交互式CAD軟件的曲面處理技術，在適當的位置進行曲面分割，將一個大的空間曲面分割成左右兩半兩個空間曲面。圖5為曲面分割過程示意圖。

4分段葉片的曲面拼焊找正方法

壓型好的兩半葉片在拼裝焊接時，焊接部位即為曲面分割時的切開線（空間曲線）。由于葉片有一定厚度，所以焊接部位應為一個空間條狀曲面。焊接時必須將兩半葉片焊接部位邊線進行焊接坡口加工，然后分別放在拼焊工裝的定位鋼柱頂端曲面上，焊縫處對齊，先進行點焊，然后壓緊，正式焊接。焊接過程中，隨時注意葉片變形，及時矯正。找正時，應在拼焊工裝適當位置制作找正對齊裝置，保證拼焊質量。

5總結

空間曲面的處理本來就有一定的難度，加上葉片是一定厚度的鋼板壓型而成，將兩半葉片曲面拼焊起來，還要保證整體曲面的空間形狀，難度更大。通過以上分析，對此工藝總結如下。

1）將葉片分成兩半進行處理，是為了解決模具加工和葉片壓型規格超出加工設備范圍的問題。

2）曲面分半后變成兩個單獨的小葉片，分別進行壓型制造。

3）兩半壓型制造完成后，必須按照原來空間曲面進行拼接。需要設計專用工裝來保證拼接質量。

4）專用工裝的設計，除保證拼接質量以外，盡可能降低制造成本和制造難度，同時要保證兩半葉片拼裝焊接時，容易找正。

5）實踐證明，以上方法可行，制造質量完全達到了設計要求。解決了大葉片用小設備難以制造的問題。

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作者:楊小毅 單位:陜西煤業化工集團有限責任公司