旋壓技術在風機行業的應用

白 猛， 趙曉崗， 徐士玉， 練進磊

（南通大通寶富風機有限公司， 江蘇 南通 226010）

引言

旋壓是一種綜合了擠壓、拉伸、彎曲、鍛造、軋制、沖壓、滾壓、平整等工藝特點的比較先進的塑性加工方案[1]，是借用旋輪依次連續對等待旋壓金屬毛坯施以壓力，使其產生逐點局部塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工藝方法。旋壓成形時，旋輪對毛坯逐點作用，呈點接觸狀態，接觸面積小單位壓力大，所需總變形力和變形功率都較小，對于強度大、復雜、難變形的金屬也能輕松成形。旋壓工藝具有成形后金屬力學性能高、工序簡單、表面質量好、產品尺寸精度高、旋壓制品種類繁多、材料利用率高、無屑、易操作、易組裝等優點，在航空、航天、軍工和民用產品等領域中應用廣泛[2]。本文基于旋壓原理，以生產通風機輪蓋及進風口部件為例，研究介紹旋壓技術在風機行業中應用，并為更多的新技術新方案提供案例基礎。

1 旋壓原理

旋壓技術以其優越的工藝性發展迅速，應用廣泛。基本方式主要分為拉伸旋壓、縮徑旋壓和擴徑旋壓三種形式[3]，其原理不同：拉伸旋壓主要是軸帶動旋輪使其沿芯模運動，使毛坯徑向彎曲，周向收縮進而成形的一種常用旋壓工藝，如圖1 所示；縮徑旋壓毛坯主要為筒形、管形、錐形等結構，使用旋輪將待旋毛坯的中部或端部依次進行徑向收縮的工藝方法，主要分為收口和縮徑兩種形式，旋壓形式如圖2 所示；擴徑旋壓是將旋輪伸入毛坯內部，通過芯模或雙旋輪運動，使毛坯沿徑向向外旋壓，進而使毛坯工件直徑擴張為圖紙要求尺寸，原理示意圖如圖3 所示。

圖1 拉伸旋壓

圖2 縮徑旋壓

圖3 擴徑旋壓

旋壓的核心原理，即在旋壓過程中通過旋輪作用在毛坯料上，使其受力點由點到線、由線到面轉化，最終毛坯料沿固定方向在旋輪的擠壓作用下發生金屬流動，改變毛坯的形狀，使其直徑縮小或增大，進而成形[4]。

2 旋壓技術應用

隨著旋壓技術的發展，風機行業也逐步采用旋壓工藝生產，通風機集流器是典型旋壓案例。通風機葉輪部、進風口等部件為其主要部件，部件結構形式是否符合設計要求會直接影響風機性能。對于葉輪部輪蓋及進風口風筒傳統制作方法多為壓型制作，型線難以符合圖紙要求，且生產效率低成本高，難以滿足公司生產需求。公司引進的丹麥進口NODI 旋壓機，結構如圖4 所示。其工作原理主要是擴徑旋壓，也可稱為滾輥模旋壓法，采用雙旋輪夾緊毛坯旋壓，旋輪同時旋轉用力，作用于毛坯兩側，旋壓拉伸工件成形。

圖4 NODI 旋壓機（D500-D4000-12-T600-FA-T）

結合旋壓機多年的實際生產應用狀況，下面以輪蓋及進風筒旋壓工藝分別介紹旋壓在風機行業的應用。

2.1 輪蓋旋壓

葉輪部作為通風機最核心的部件，其輪蓋型線是否符合設計要求決定了風機運轉性能及穩定性能否滿足工況要求[5]。風機系列較多且型號大小不同，其輪蓋型線各不相同，經過不斷試驗旋壓方案總結經驗，開創出一套適用于各系列輪蓋旋壓生產的工藝方案。如圖5 所示，輪蓋旋壓生產均采用平板料，旋壓工件時雙旋輪由毛坯料內孔分側進入，雙旋輪同時作高速旋轉運動，在毛坯料兩側擠壓坯料，通過多道次往復式擠壓作用完成輪蓋旋壓成型。

圖5 輪蓋旋壓示意圖

2.2 進風筒旋壓

進風口又稱集流器，它是介質進入風機主機首先流通的部件，保證氣流能均勻充滿葉輪進口。進風口喉徑及喉頸處R 值的曲率是影響氣流流動重要因素，其較大程度決定了氣流流動的損失。不同系列風機進風口R 值曲率不同，其旋壓生產工藝方案也存在差異[5]。進風口小口尺寸與葉輪前盤進口尺寸為配合尺寸，間隙小容易與葉輪發生碰撞；間隙大會產生渦流，降低風機效率。因此為能夠制造滿足要求的進風口風筒，多次進行試驗積累，根據結構形式不同，總結形成三種旋壓工藝方案，分別是錐料旋壓、筒料旋壓、錐料加筒料旋壓，如圖6 所示。

圖6 進風口旋壓示意圖

1）錐料旋壓：適用于R 值曲率變化小，旋壓長度短的進風口。雙旋輪由進風口錐料小口進入到指定位置開始運轉旋壓毛坯料。

2）筒料旋壓：對于R 值曲率變化大且大深度進風口，如VR60、VR65III 系列進風口。采用錐料旋壓后小口處板厚變薄率較大，有些高達60%以上；且旋壓過程中由于旋壓路徑過多導致材料多次開裂，致使進風口小口尺寸難以保證。結合經驗積累開創筒料兩端分段旋壓工藝方案，以喉頸處為基準，先夾持小口端旋壓法蘭側，之后焊接法蘭，夾持法蘭旋壓進風口小口。

3）錐料+筒料旋壓：適用于R 值曲率變化大且旋壓長度短的進風口，如4-73 系列進風口。先采用錐料旋壓至進風口喉徑處，然后焊接直伸二次旋壓小口端。

3 旋壓工件力學性能

旋壓的原理就是通過旋輪擠壓板材，使板材發生延展變形最終滿足設計圖紙結構要求，其旋壓產品的板厚必然會有變薄現象，并且在工件表面會出現均勻等距的壓痕，如圖7 所示。

圖7 壓痕示意圖

為驗證旋壓后材料性能是否能達到要求，分別在進風口和輪蓋工件上取樣進行拉伸試驗，驗證其力學性能是否滿足要求，實驗數據如表1、表2 所示。根據表2 所示的拉伸試驗數據，對比標準材料力學性能數據可以發現，即使板厚變化較為嚴重，工件表面壓痕明顯，但其力學性能均有所提高，可以滿足設計要求。

表1 試樣參數

表2 試樣拉伸試驗數據

4 結語

通過試驗數據可知，旋壓后產品力學性能完全可以滿足設計要求，總結出的各種旋壓工藝方案能夠得到較好應用，后續不斷積累總結經驗開創更多可行優良的旋壓工藝，改善旋壓件質量，對于推動旋壓技術在風機行業的應用將會產生極大的作用。