轴流通风机的气动结构设计对轮毂旋压工艺的影响

一、引言
    由于旋压工艺具有自动化程度高，质量稳定可靠，生产效率高的一系列优点，轴流通风机轮毂的旋压加工工艺已基本全面替代丁传统的三辊卷制然后再焊接、机加工的落后工艺，旋压后的轮毂实现了少切削或无切削，生产效率可以提高10~20倍以上，材料可以节省30％，因而受到丁通风机行业的青睐，该工艺的发展异常迅速，将这项技术说成是轴流通风机产品的一场技术革命也是恰当的。然而，由于旋压工艺是金属的挤压和引深变形的一种特殊工艺，如图1所示。旋压高度尺寸过大和内窝剪切旋压角度过大，都不利于轮毂的成形，即便勉强成形，其成品率也要大打折扣。在生产中实际上产品成本的降低，并非只能靠加工工艺来实现，其实产品设计之初就应考虑其工艺性是否良好。就轴流通风机的轮毂加工来讲，在通风机的总体性能设计之初就应考虑到旋压工艺的特殊性来设计对空气动力性能很重要的轴流通风机轮毅，使之在保征轴流通风机具有优良空气动力性能同时，其轮毂的加工更利于旋压工艺，血该说是最明智的选择。
二、改变轮毂的高度
    轴流通风机的空气动力设汁包括很多内容，但通风机叶轮的叶片弦K和稠度是有关轴流通风机轮毂高度计算的重要选择条件，为厂保证通风机的空气动力性能。在通风机叶型叶根的弦长b尺寸一定时，就需要确定其安装角θ，因为确定通风机轮毂高度H=bsinθ，因而，通风机翼型设汁的根部弦氏越大通风机轮毂高度H就越高，在通风机的气动没计小，叶栅稠度τ是重要的设计参数之一，它关系到通风机的效率、噪声及C_yc-α曲线的形状等等。T代表栅距，表示平面直列叶栅中相邻两翼型上对应点间的距离。各种相关的资料已经证实：τ=b/t在一般轴流风机中一般取值范围在0．2~2之间，即便是优先考虑噪声的设计选择，τ也在l～1．5之间，可见叶栅稠度τ可选择的范围内是很大的，并且国内外相应的研究表明，增加叶栅稠度，可以有效地降低旋涡噪声，因此，在气动设计中，通风机翼型的弦长b的选择并不是唯一的选择，选择较短的通风机翼型即不会使空气动力性能的没计范围受到很大的制约，也不会对通风机的空气动力性能受到很大的影响；相反，由于轮毂的高度调整可以降低通风机尺寸，使之结构更加紧凑，重量大幅度减少，装配更加便利，整机成本相应大幅度降低。同时，由于轴流通风机轮毂高度尺寸的降低相对地减小了电动机轴端叶轮悬臂的力矩，对通风机的轴承寿命可以有大幅度的提高，轮毂高度尺寸的降低对后续制造的叫轮外径的加工相应的也提供了提高精度的空间，使之与外风筒配合的间隙得到了强化，增加了空气动力忡能向高品位方向的转化。普通旋压机床的拉旋工艺适用的一般旋压零件的金属板材较薄，但轴流通风机的轮毂对叶轮叶片焊接来讲因为是母材，由于其运转工作时要承受各种复杂冲击载荷，就需要有足够的强度，尤其是对与人类生产与生活十分接近的通风机产品更要有相应的安全系数，因此，轴流通风机的轮毂的厚度设计一般在有效高度时应≥4～6mm，并要求在轮毂的各部位厚度在加工后基本保持一致，实际上，轮毂的加工采用旋压工艺其末端不产生变薄是不可能的，从旋压工艺上进行解决减薄问题只是一个方面，但完全寄托于只在旋压工艺上做文章则不太现实。其实，普通旋压中的旋压工艺与冲压的拉深相当，坯料的变形程度亦可用拉深系数表示，即： m=d/D式中，d表示制品的外径，D表示多道次拉深毛坯的直径，m称为拉深系数，1／m称为拉深比，如果1/m数值越大，旋压高度尺寸越高，旋压成形越困难。当1／m数值较小时，轮毂一道次旋压就能成形，当I／m数值较大晌，轮毂的成形就需要得多道次才能顺利的成形，多道次成形对于其他零件的旋压工艺可能是适宜的，但对十轴流通风机的轮毂就不太适宜，因为对4~6 min的坯料成形轮毂的多道次旋压成形就会出现较大的减薄量，而这是旋压轮毂是所不允许的，因此，籼流通风机的轮毂在可能的范围内内设汁的高度尺寸一定要尽可能的小，争取在实现旋压工艺时采用尽可能少的旋压道次，以控制轮毂末端的减薄量在允许控制的范围之内。

三、改变斜流轮毂的锥度
    斜流通风机是在轴流通风机基础上发展起来的一种形式，由于该机型即保持了轴流通风机的风格，又吸收了离心通风机的优点，因而流量更大、压力更高，经过人类社会的不断努力，科技界得出斜流通风机的轮毂的斜度在15°～20°通风机的效率是最高的，但是从斜流通风机的总体设计说明来讲，为了斜流通风机的轴套连接结构和更高效率(顶部需有弧面的导流设计)的追求，斜流通风机的轮毂中心部位就须有一个凹窝，如图1所示， 凹窝的深度应≥50 mm，而川窝的斜边旋压后的零件厚度遵循正弛规律T=T₀sind，因而，轮毂设计的山窝斜度越小得到的成形零件斜边厚度越大，越趋近于良好的设计效果，尺寸较大的轮毂对于轮毂的制造是没有什么尺寸干涉的，但是对于小直径几十的轮毂就存在相关的尺寸干涉问题，当轮毂高度 定时，斜度越大，轮毂的小头直径就越小，如果此叫轮毂的斜度仍选择得较小的话，凹窝的自径将变大，那么轮毂的小头将会出现顶部弧面变小变尖，不但影响轮毂的产品造型，严重时甚至不能制造，因为在坯料完成凹窝的剪切旋压工步后当转向约300°左右旋压轮毂的外直边时，金属材料在旋压过程中产生的硬化现象有可能产生凹窝的顶部与轮毂的外直边间缺少弧面过渡，金属材料延展窄间不够而导致该部位急剧变薄或开裂以至引发的旋压失败。为此，对于旋压的小直径尺寸轮毂的斜度应尽量选择在15°的轮毂斜度将更为适宜，因为这样就可以增大小直径尺寸轮毂顶部弧面的尺寸空间，也有利于轮毂的旋压成形和顶部需有弧面的导流零件的装配。即便就是增加很少的町利用尺寸也是非常难能可贵之举。
四、气动设计实例及气动性能比较
    为了适应机械旋压轴(斜)流通风机轮毂，2001午在要求保证斜流通风机串气动力性能与原产品样本参数基本不变的条件卜，以轴流通风机的轮毂高度为主要对象重新进行了轴(斜)流通风机的重新设计，特别是将我单位型号为GXF--10B为代表的所使用大弦长翼型的数台斜流通风机进行了重点设计，淘汰厂我单位几年来一直使用称之为3型的翼型，并使用较为先进的前掠小弦长翼型，使斜流轮毂的高度得到了大幅度的降低，有利的促进了旋压轮毂的工艺改造，不但减轻了轮毂制造复杂的焊接工艺，而且提高了产品质量，降低了产品的各项成本核算，极大的促进了生产的发展。该产品重新设计前和重新设计后的通风机性能及相关内容见表l。

    从上述设计更改实例可以看出，从空气动力设计之初就考虑到轮毂的加工工艺性能，可以有力地促进轮毂旋压工艺的顺利实现，顺便还可以减小通风机的体积，减小轮毂长度，解决悬壁梁的力矩问题，使通风机的力学结构更加合理。

表1 GXF--1O^#斜流通风机轮毂及气动性能比较表

五、结束语
    轴流通风机轮毂的所进行的旋压制造工艺是 机械技术发展社会成果，在轴流通风机轮毂的机 械加工工艺上，仅从旋压工艺上进行努力是不够 的，应该在设计轴流通风机宅气动力性能时就需 全面的进行制造的工艺考虑，如此，不但有利于 产品质量的提高，也有利于产品成本的降低。