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| 不锈钢泵冲压焊接成形工艺 |
| 采用冲压焊接成形技术生产泵类产品，已在工业发达国家得到了广泛的应用。我国泵类产品的生产企业还是沿用着传统的铸造加工技术。泵叶轮与导叶冲压焊接成形工艺，是采用SUS304或SUS306钢板，直接冲压、焊接成形的新型加工制造技术。与传统的叶轮、导叶铸造加工技术相比，具有零件走形(即零件模型的变形)小、水力性能好、生产率高、省材等优点。其适用于食品泵、锅炉给水泵、小型多级泵、井用泵、潜水泵等产品的叶轮、导叶的加工制造，是泵行业制造加工技术的创新，具有很大的推广使用价值。
1 结构设计 叶轮、导叶的水力性能及尺寸计算是泵制造的前提，由于采用冲压焊接成形工艺，为了有利于叶轮、导叶的加工，根据水力性能计算，主要对叶轮流道宽度和导叶叶片宽度进行了必要的修正(在不影响水力性能的前提条件下的工艺性修正)。为了保证叶轮的叶片与前后盖板的组焊，减小叶轮轴向尺寸，对前后盖板的结构加以调整，采用平行结构，并根据水力计算的叶轮进水口尺寸b1和叶轮出水口尺寸b2值，确定实际制造叶轮流道宽度b为 b=b2+bk
式中 bk——叶轮结构修正系数
同理，根据冲压焊接导叶结构特点及b，减小导叶轴向尺寸，使其与叶轮流道宽度相适应，即导叶宽度b3为 b3=b+(3～5)
根据b和b3对相关的水力计算值进行必要的修正，使水力性能计算准确无误。
无论是传统的铸造加工技术，还是冲压焊接成形新工艺，模型结构都是关键。根据传统的铸造加工工艺和冲压焊接的特点，将叶轮整体分为前盖板、后盖板、叶片、轮毂部分。叶片与前盖板、后盖板相互接触的边缘上分布有数个凸点，凸点的多少与叶轮尺寸的大小有关。轮毂与后盖板接触部分加工成凸缘状，其中前盖板、后盖板、叶片均由不锈钢板冲压成形，轮毂车削而成，各分解件由压力凸焊机进行组焊，利用局部产生的高温，使凸点、凸缘熔焊。布置在同一平面或圆锥面上的焊点一次焊接，焊点微小的半椭球形，在流道内无明显的流动阻碍，叶轮外表观察几乎没有痕迹。导叶分解为底板、导叶片、反导叶片，均由不锈钢板冲压成形，然后焊接。 在铸造工艺中，叶轮前盖板通常为锥面。冲压焊接叶轮的前盖板如果也做成锥面，那么冲裁后的平面叶片经弯曲后与锥面前盖板的吻合情况不好，焊接后存在一定的缝隙，使得叶轮流道间产生串流，同时会影响到焊接强度。所以，在模型结构设计中，除采用平面前盖板外，同时加大叶片前角，既可避免上述问题，又可使叶轮轴向尺寸减小，也利于导叶的改进设计。 在导叶结构设计中，原导叶有一件延伸件，尺寸难以控制，用冲压焊接工艺在结构上比较复杂，且难以实现。根据水力设计，将其延伸件取消，设计成平面底板与导叶片、反导叶片组焊的结构，这样就可实现导叶体不需要全加工，大大提高了生产率和零部件合格率，同时导叶体的轴向尺寸缩小，结构简化，对形成多级泵导叶的生产与装配提供了有利条件。 2 冲压工艺 叶轮、导叶冲压的关键在于模具的结构设计与制造，且模具应具有良好的通用性和互换性，为此，模具由分离件组成。因为叶轮前盖板进口环有一定的长度要求，所以采用“延伸+翻边”的工序，即将落料后的圆板料延伸为碗状，然后在碗底部分钻底孔翻边实现前盖板所需的形状。在实际制作中，翻边系数对前盖板的平面度及口环配合影响很大，系数小了不易实现，过大造成碗状板变形和口环开裂现象，所以该系数的选取应结合模型结构和工序能力等综合选定。同时应优选最佳底孔直径；修整模具，控制间隙；选择合适的润滑剂；增大坯料预紧力，以保证冲压后的盖板与口环相配合。经反复验证，采用上述办法可解决冲压的工艺问题。 3 焊接技术 焊接设备是冲压焊接成形工艺中的关键设备，用于单方面的专用焊机目前国内尚无。根据国外的有关资料，我们针对国内焊机生产的实际情况，采用储能式凸焊机进行叶轮、导叶的焊接加工。首先根据叶轮、导叶的模型结构，确定焊机储能的容量，根据计算，增加储能焊机电容的容量，由7×104μf扩大到1.4×105μf，最大储能量由6×103J扩大到1.2×104J。同时改进焊机机械结构，提高焊接时锻压压力(气压预压力)，增强焊接工作台的刚度，经实际验证，其功能达到设计要求，为该工艺的顺利实现奠定了基础。 焊接工艺是叶轮、导叶成形的最终工艺。影响凸焊质量的因素比较多，如材料的化学成分，焊机的充电电压、气压预压力，焊点的形状、大小，坯料焊接部分表面的清洁度，以及室温、湿度等环境因素。首先确定焊点的形状、大小，其次选择适宜的室温和湿度，同时保证焊接部分表面的清洁度，最后根据焊接件的尺寸大小，采用低电压、分部焊接的方法，控制焊接成形过程中的变形，使其达到设计要求。采用该方法焊接后对叶轮进行了拉伸和扭转试验，经试验，叶轮破坏时的平均拉力均为1.4×105N，按焊点面积计算，其平均拉力为43.43 MPa；叶轮破坏时平均扭力矩为143.177 N·m，平均最大剪应力为30.401 MPa。在拉伸、扭转试验中，我们看到叶轮破坏时叶轮的前后盖板已产生了明显的塑性变形。 拉(扭)离后的叶片从焊点处将底板表面材料扯离了。按照叶轮传递的预定功率计算，所传递的最大扭力矩为38.358 N·m，显然焊接强度是可靠的。另通过焊接的金相分析也可证明该焊接的可靠性。由大试样图中可见，基体具有孪晶及变形特征的等轴奥氏体，晶粒度6~7级；焊缝呈等轴细奥氏体晶粒，晶粒度＜8级，组织细密；焊缝与基体结合良好，未出现裂纹分层及夹余。同时对制作的叶轮、导叶装配后进行了5 000多小时的耐久试验，未发现叶轮脱焊和变形。如果采用激光专业焊机焊接，由于其的高能量和高速小点焊接，叶轮性能将更加优秀。 |
| 文章来源：http://www.ybmet.cn/te_news_news/2009-11-07/1161.chtml |