旋压技术在轴流风机制造方面的应用与发展
- 2010-09-16 16:09:42
- jiuzhoufengji 原创
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旋压工艺技术不但具有自动化程度高，产品质量稳定性可靠并能有效的改变生产环境的一系列优点，而且在使用同等材料采用旋压工艺时，由于旋轮的高速强力挤压作力，可致使金属材料表面产生硬化，从而提高机械零件的强度约30%，该工艺还实现少切削或无切削，从而不但可以节省机械加工工时，还可节省原材料成本，根据我们的测算，采用旋压加工轴流通风机轮毂原材料降低了20～40%，加工工时降低了60～80%，且通风机产品的质量也上了一个层次，强化了当代风机在市场经济的有力地位。旋压技术在欧、美、日本等国家比较先进，我国在这方面还显得落后，旋压可分成强旋和普旋，用于轴流通风机产品零件的旋压加工件一般都为普旋，其实在上世纪80年代末，北京有色金属研究院某位技术资深的旋压专家就受北京市轻工局的委托为北京第二通风机厂设计过用于通风机的专用旋压机床，但由于当时某些人士没能用发展的眼光看待这一新鲜事物，未能成行。进入90 年代末，国产P650普旋压机床第一次进入浙江上风集团，但由于该机床只能旋压厚度4mm钢板，因而对于轴流风机的生产促进意义不大，2001年底，国产P700普旋压机床进入生产轴流通风机产品的北京当代复合材料有限公司，由于该机可旋压厚度6mm钢板，为此，旋压技术才实质进入轴流通风机产品零件的加工。进入 2004年，我国广东、江苏少数通风机厂家也相继进入风机产品零件的旋压行列。
2、 轴流风机轮毂的旋压
传统上比较落后的轴流通风机轮毂加工厂工艺一般都是采用三轧辊进行卷制，然后进行焊接粗成型，再进行机械精加工，由于这种落后的加工工艺导致轮毂的尺寸公差和形位公差不可能得到有效的保证，且由于焊接应力变形的影响，也导致风机精度的降低，影响了通风机的效率，我国浙江有的风机厂采用模具拉深制造轮毂，但也只是极个别产品型号，因为轮毂模具尺寸较大，费用高昂，且需有配套的上千吨位的压力机床才能得以实施，而旋压胎具的制造成本只有拉深模具的1/20左右，甚至更少，且旋压胎具的加工周期较之拉深模具就更短了，对于通风机品种多，批量少的产品特点极为适宜，图1是当代公司使用P700普旋压机床采用Q235材料厚度在6mm钢板加工的轴（斜）流风机直径1米轮毂和用于导流的厚度1mm轮毂盖。
由于旋压加工的金属表面的硬化现向，将旋后轮毂破坏取试样进行强度试验并与旋压前的同种材料进行对比，强度提高了28%，用厚度在6mm钢板旋压后的轮毂基本相当于原传统上用三轧辊进行卷制厚度在8mm钢板制造的同等轮毂强 度。旋压后的机械零件如模具拉深成型一样在其端部也会出现金属板的减薄量，但部位不同，模具拉深成型轮毂金属板的减薄量在金属板弯角处减薄量最大，而旋压后的轮毂金属板的减薄量则是在其旋压始端，因而对于通风机的工作特点，旋压轮毂则比模具拉深成型的轮毂加工工艺更合理。当代公司用Q235材料厚度用6mm钢板生产的轮毂其末端最少可达5.4mm，经超速试验完全安全可用。值得说明的是：模具拉深成型轮毂其前端中心凹窝由于模具拉深成型轮毂的工艺原因，不可能太深，因而对配套电机就需要加长轴，而采用旋压工艺制造的轮毂其前端中心凹窝深度尺寸可按普通标准化电机来确定，没有什么工艺困难。
在轮毂旋压工艺制造中应注意几点：
1、旋压轮毂的平板毛坯要用冷加工下料，不能简单采用气割，因为气割下料时氧割高温将使金属晶粒长大，塑性降低，在旋压过程中发生端部开裂，不易成型。
2、轮毂其前端中心凹窝锥角应尽量大些，因为金属板剪旋遵循减薄量的规律基本是：板厚δ×sinα，根据我们实际加工的结果一般在轮毂其前端中心凹窝锥角900时，6mm钢板生产的轮毂其前端中心凹窝锥角减薄量约为板厚δ×0.86左右。
轮毂旋压对技术工人的技术经验要求非常高的，每一个产品零件都要编制相应的工艺文件并需要有初试品来实地验证工艺文件的合理与否，主要设定的工艺参数为：道次、主轴转速和走刀速度的优化组合，当在初试零件合格工艺成熟，废品率很低。
3、轴流通风机法兰的旋压
上世纪90年代前，我国轴流通风机的二端联接法兰基本全部采用平板下料，由于整体制造太浪费材料，就采用几块下料继而拼接的办法制成法兰，然后与通风机风筒断续焊接成型，此种加工工艺十分落后，而且由于焊接应力导致通风机风筒的焊接变型原因，所加工的通风机风筒外观和尺寸及形位公差也根本无法得到保证。进入90年代，轴流通风机的二端联接法兰采用旋压的技术得到长足的发展，法兰旋压机械的型式也有了卧式、鞍式、立式三种结构，进口法兰旋压机械也进驻到部分通风机生产厂家。其中以立式法兰旋压机械的生产效率和加工质量为佳。由于轴流通风机的二端联接法兰旋压工艺可以大幅度提高生产效率，降低原材料消耗成本，所加工的通风机风筒外观和尺寸及形位公差也得到了有力保证，另外，通风机风筒法兰在旋压工艺的过程中由于旋压金属产生了硬化，从而进一步提高了金属的机械强度，极大地提高了轴流通风机的产品质量。在轴流通风机法兰的旋压过程中，按照法兰标准尺寸，在合理的板材选用情况下，法兰边缘是不会开裂的，但过薄的板材法兰端面有可能出现平面度缺陷。另外，由于外风筒是在粗成形时有一道焊缝，在该焊缝处存在残余焊接应力并且焊材的延伸率也较低，在轴流通风机法兰成型过程中可能在该处发生开裂，此时，一经发现应采用立刻补焊的办法，然后继续旋压，直至最后旋压成型，轴流通风机法兰旋压成型出现废品是很少的。
4、轴流通风机外筒加强筋的旋压
ISO6580规定了通风机圆型法兰的几种方，可以从中参考通风机外风筒板厚只有极限厚度 ，而无最小厚度，说明通风机不宜采用厚度较大的钢板，因为厚度较大的钢板重量必然就要加大通风机整机重量，对通风机的安装是非常不利的（且不说成本、运输问题），但是即便在通风机外风筒板极限厚度时，由于运输，吊装等通风机外壳也经常发生形位变形，导致通风机中的叶轮在旋转中与通风机内壁产生刮蹭现象，出现严重安全事故。为此，有的通风机制造商就不可 避免的加大通风机叶轮叶顶与通风机内壁的间隙，其结果是通风机的效率受到极大影响，并且工作曲线也变的较短。2001年北京当代复合材料有限公司就此问题进行了专门研究，在通风机外风筒设计了二条自内向外旋压的加强筋，2002年专用设备进行了自行研制，成功加工出了带有加强筋的通风机外风筒产品（见图2）并申报了专利。
该带有加强筋外风筒在降低了原来使用钢板厚度情况下，产品强度却得到了极大的提高了。起初，我们曾考虑可能由于通风机外风筒自内向外旋压的加强筋产生的凹槽对气动性能产生影响，我们用同一台GYF-8Ⅰ排烟通风机作了气动试验，首先进行有加强筋状态时的试验，然后将通风加强筋凹槽处用石膏进行填充后修平再作气动试验进行对比，此时通风机的气动性能不但没有降低，工作曲线反而变得长了些，经过研究我们认为该通风加强筋凹槽处是起到了尽似失速环作用所致。现在，当代公司100%通风机已全部实现了轴流通风机外筒加强筋的旋压，由于通风机机壳强度的提高，通风机内的叶轮叶顶与机壳内壁间隙就可以变的很小，通风机的效率得到大幅度提高，轴流通风机外筒加强筋的旋压综合质量提高的同时，外观也更悦目，为此，当代公司还申请有外观专利。我们还试验了在筒壁加强筋凹槽内填充有微孔材料，试验证明通风机的比噪声可又降低2dB(A)。轴流通风机外筒加强筋的旋压工艺成熟，质量可靠，是旋压技术在轴流通风机应用方面的一项发展。
5、轴流通风机法兰轴向小斜边的旋压
在轴流通风机法兰和轴流通风机外筒加强筋的旋压二项旋压工艺实施后，通风机筒体钢板厚度有所降低，为使轴流通风机法兰在安装公司使用过程中增加法兰的轴向强度，当代公司还设计了轴流通风机法兰轴向小斜边（见图2），并开发了专用轴流通风机法兰轴向小斜边旋压设备，使得法兰轴向强度大幅度得到提高，有力的保障了轴流通风机与管道施工过程中的气密性能，该类似的产品设计和类似专用设备旋压设备在我国西安市某风机厂也已使用。我们认为，轴流通风机法兰轴向小斜边的旋压尺寸不易设计过大，小斜边长度应根据通风机直径的大小，以5-8mm为好，过长则加重钢板延伸负担，成型困难，过短则加重机床负担，也不易成型。
6、结束语
旋压技术虽然是一门古老的工艺，但在我国技术发展与欧、美国家仍有差距，当代公司不但在通风机制造方面走出了一条新路，而且还进军其它旋压产品，很多零件的几何形状是其它机械加工方法不能胜任的，并且不需昂贵的模具和多品种的压力机床投入大量生产费用，加工生产周期很短，在今天市场经济激列竞争的条件下，尤其适用缩短新产品的开发周期，当代公司在2004年全国旋压学术会议上有关旋压技术在通风机上的应用受到旋压资深专家的一致高度评价，我们也希望通风机行业能充分利用旋压技术的发展，将我国的通风机产品质量提高到更新高度。
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