大型风机叶片分段压型制造及其拼焊模具的设计与加工

杨小毅/陕西煤业化工集团有限责任公司

大型风机叶片分段压型制造及其拼焊模具的设计与加工

杨小毅/陕西煤业化工集团有限责任公司

1　概述

大型烧结风机的叶轮直径可达3～4m，其叶片展开后长度也达1m以上。如此大的叶片要用钢板直接压型制造，然后焊接到轮盘上，将对压型模具、压力机等都提出了更高的要求：模具更大，压型的压力机也更大，而且要具备更大的压力，才能将钢板进行准确地压型，保证风机的叶片曲面形状，从而保证风机的气动性能。特别是对于一些小型企业，一时难以满足这些条件。

在不增加设备投入的前提下，为解决此问题，经过详细地分析，初步设计了几种解决方案，并进行计算机模拟。最终选择了其中一种解决方案，成功完成了这种大型叶片的试制。

图1为这种大型叶片的三维计算机设计造型。由图中标注可以看出，此叶片长边弦长达1 474mm以上，进口边弦长达1 202mm以上，远超出了笔者公司压力机的加工范围。同时，模具的曲面需要在数控机床上加工，也超出了数控立铣的加工范围。对于如此大尺寸的叶片，采用以前传统制造方法难以完成。

2　分段压型，曲面拼焊

经分析认为，大型叶片必须分段压型制造，然后拼接才能在受到限制的条件下完成。但这样又会带来其他一些技术问题，分述如下。

2.1如何合理分段

首先，分段后的叶片必须适合现有的制造设备规格要求，即模具的数控加工设备和型面压制的压力机的制造规格要求。如果超出范围则依然无法制造。其次，分段后要易于制造，易于拼接，重新拼接成一个完整的符合设计要求的叶片。第三，曲面分段要易于进行技术处理。经讨论及试验，决定沿叶片曲面的长边中点处分割，分割线垂直于长边两端点的连线。如图2所示。

2.2曲面分段的处理方法

曲面分段处理，采用CAD软件进行处理。现在的CAD软件在此方面的技术已基本成熟。可以采用的软件如MasterCAM，UG NX等。

2.3分段后叶片的制造

分段后的叶片两段，分别按照常规的钢板压型叶片制造工艺进行分段压型制造即可。此工艺已成熟。只是压型模具由上下两半变成了上下四半，模具制造数量多了一倍。

2.4分段曲面叶片的拼接

分段叶片制造好后，最终还是要拼接起来，完成大叶片的制造。两段拼接时必须按照原叶片曲面的空间形状位置进行拼接，保证拼接后与单独压型制造的叶片曲面相吻合。

2.5拼焊工装设计及拼焊

按照大叶片曲面的要求，拼焊时必须将两半已经压型好的叶片放置在大叶片完整曲面上，并将中间焊接部位预先制作出焊接坡口，然后进行电焊焊接。焊接过程中随时注意其位置及曲面形状的变化，随时予以调整，以保证拼焊后大叶片曲面设计的要求。

为此，需要设计制作一个工装，可以将两半拼焊叶片按照大叶片的空间曲面形状拼接起来。在不影响拼焊质量的前提下，考虑到制造周期及成本，设计了一个工装，由底座及几个定位钢柱焊接而成。焊接完成后，再将定位钢柱顶面进行数控加工，以保证几个定位钢柱顶面完全属于大叶片曲面的一部分。图3为此工装的示意图。由此工装的保证，拼焊进行顺利，效果良好。

2.6拼焊工装的数控加工

由于拼焊工装定位钢柱的顶端要加工成大叶片曲面的一部分，也是一个个的空间曲面，所以采取数控加工的方法。鉴于该工装形体也比较大，数控立铣难以完成，后在三轴联动数控龙门铣上顺利加工完成。图4为该工装数控加工时的刀尖轨迹图。曲面加工采用球头刀完成。

3　叶片曲面的分割技术

大叶片加工要分段拼焊完成，具体实施时要将大叶片的空间曲面在适当位置进行分割，形成两个空间曲面，然后单独进行处理。采用交互式CAD软件的曲面处理技术，在适当的位置进行曲面分割，将一个大的空间曲面分割成左右两半两个空间曲面。图5为曲面分割过程示意图。

4　分段叶片的曲面拼焊找正方法

压型好的两半叶片在拼装焊接时，焊接部位即为曲面分割时的切开线（空间曲线）。由于叶片有一定厚度，所以焊接部位应为一个空间条状曲面。焊接时必须将两半叶片焊接部位边线进行焊接坡口加工，然后分别放在拼焊工装的定位钢柱顶端曲面上，焊缝处对齐，先进行点焊，然后压紧，正式焊接。焊接过程中，随时注意叶片变形，及时矫正。找正时，应在拼焊工装适当位置制作找正对齐装置，保证拼焊质量。

5　总结

空间曲面的处理本来就有一定的难度，加上叶片是一定厚度的钢板压型而成，将两半叶片曲面拼焊起来，还要保证整体曲面的空间形状，难度更大。通过以上分析，对此工艺总结如下。

1）将叶片分成两半进行处理，是为了解决模具加工和叶片压型规格超出加工设备范围的问题。

2）曲面分半后变成两个单独的小叶片，分别进行压型制造。

3）两半压型制造完成后，必须按照原来空间曲面进行拼接。需要设计专用工装来保证拼接质量。

4）专用工装的设计，除保证拼接质量以外，尽可能降低制造成本和制造难度，同时要保证两半叶片拼装焊接时，容易找正。

5）实践证明，以上方法可行，制造质量完全达到了设计要求。解决了大叶片用小设备难以制造的问题。

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■阐述了大型风机叶片在压力机、模具加工等设备规格不够大的情况下的一种分段制造方法，探索了分段压型后的叶片如何拼焊起来，以及其拼焊工装的设计及其加工制造，成功解决了大型叶片分段拼焊制造的技术难题，为设备规格有限的企业制造大型风机叶轮在工艺方面做了一次成功的尝试。

■风机；叶片；分段拼焊

Sectional Profiling Manufacture for Large Blower Blade and the Design and Manufacture of Assembled Welding Mold

Yang Xiao-yi/Shaanxi Coal and Chemical IndustryGroup Co.，Ltd.

A sectionalmanufacture technology for large blower bladewas introduced when the pressing machine and mold processing equipmentwas not large enough.Themethod of assembled welding for blower blade after sectionalprofiling and the design and manufacture of the assembled welding mold are put forward.It overcomes the technical difficulty of sectional assembled，and it is a successful test in terms ofmanufacture process of large blower impeller for the company with limited equipmentspecification.

blower；blade；sectional assembled welding

TH162；TK05

A

1006-8155-2016（04）-0077-03

10.16492/j.fjjs.2016.04.0118

2016-03-22陕西西安710032