CN102162469B - 一种风机铝合金叶片及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种主要用于矿山和公路隧道用风机转子铝合金叶片，该叶片以铝合金为材料，用精密锻造工艺制成。制造步骤：①.根据叶片的几何尺寸及轮廓形状制造一套锻造模具，该模具包括锤锻模和切边模；②.将锻铝合金棒料加热，采用自由锻工艺锻造成与叶片形状相近的坯件；③.将坯件加热，置于锤锻模中锤锻成型；④.用切边模切除毛边；⑤.用角磨机打磨切边毛刺；⑥.检查叶身的叶盆、叶背的透光度，透光度≤1.5mm的进入下道工序，否则返回重锻；⑦.热处理淬火；⑧.冷校正；⑨.人工时效处理。用上述材料和方法制造的叶片，其密度、强度比铸造铝合金叶片更高，采用相同规格的叶片，可提高风机的转速和流量，风机性能增强，成本降低。

Description

一种风机铝合金叶片及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种主要用于矿山和公路隧道用风机转子的铝合金叶片及其锻造工艺，属于精密锻造技术领域。

背景技术

美国帕克公司生产的矿山大型风机转子叶片，安装在风机轮毂上，电动机带动轮毂转子旋转，叶片将空气压缩，增压，达到送风或排风的目的。该类型风机叶片共有12英寸、14英寸、24英寸、30英寸，4类叶片。这4类叶片安装在不同外径的轮毂上；安装方式、结构、功能相同；叶片长短、叶型型线不同。此4类叶片采用铝合金精密铸造成形，由于精铸叶片存在金属组织疏松、气孔等缺陷，产品合格率低，更加之铸造叶片屈服强度、抗拉强度、塑性等物理性能差等致命弱点，限制了风机的转速、风的流速、流量，风机转速提高后产生叶片断裂，造成风机的损坏（铸造叶片每分钟最高转速为1800转，再高就会断裂）。

发明内容

本发明的目的，是根据矿山及公路隧道的实际要求，为进一步加大风机的风速与流速，提高风机的基本性能，对叶片的性能进行改进，提供一种风机铝合金叶片及其精密锻造工艺。该改进是把铸造改为锻造，铸造叶片每分钟最高转速为1800转，而锻造叶片每分钟可达4000转，风力可提高三分之二。

本发明的技术解决方案是：

一种铝合金叶片，主要用于矿山和公路隧道大型风机转子，该叶片以锻铝合金为材料，用精密锻造工艺制成。

上述铝合金叶片的制造方法，包括如下步骤：

⑴.根据叶片的几何尺寸及轮廓形状制造一套锻造模具，该模具包括锤锻模和切边模；

⑵.将锻铝合金棒料加热，采用自由锻工艺锻造成与叶片形状相近的坯件；

⑶.将坯件加热，置于锤锻模中锤锻成型；

⑷.用切边模切除毛边；

⑸.用角磨机打磨切边毛刺；

⑹.检查叶身的叶盆、叶背的透光度，透光度≤1.5mm的进入下道工序，否则返回重锻；

⑺.热处理淬火；

⑻.冷校正；

⑼.人工时效处理。

在上述方法中，工艺条件按如下控制：

①.选用原材料牌号为6A02 Ø90挤压棒料；

②.自由锻及模锻加热温度470℃～490℃加热时间≥170min；

③.锻模及制坯工装预热温度200℃~250℃；

④.始终锻温度490℃~380℃；

⑤.切边温度室温；

⑥.热处理使用带风扇的空气电炉，淬火加热温度515℃～525℃，加热保温时间≥90min，出炉迅速入水淬火，水槽温度30℃~40℃；

⑦.冷校正利用原终锻模对淬火后的锻件进行校形，要求校形面达到95%以上，叶盆与叶背在测具检测截面上的透光度≤1.2mm，锻件必须在淬火后6小时以内冷校正完毕；

⑧.人工时效用带风扇的电炉，时效温度150～160℃，时效保温时间≥12小时，出炉空冷。

所述锤锻模分为上模和下模，叶身部分分模按上下型线分模；下模对应叶身背弧，上模对应叶身盆弧，叶片安装柄、叶尖工艺凸台中心与型线中心一致；叶片的长度的两端面拔模斜度为7°。

本发明的有益效果：

用上述材料和方法制造的叶片，其密度、强度比铸造铝合金叶片更高，原铸造铝合金叶片每分钟最高只能达1800转，本锻造铝合金叶片每分钟可达4000转，风力提高三分之二。

用上述材料和方法制造的叶片，可提高风机的转速和流量，经美国帕克公司试用，风机性能增强，成本降低；由此，美国帕克公司决定改用本叶片，并与申请人签订长期供货合同。

下面以30英寸铝合金叶片为例详细说明本发明。

附图说明

图1是本铝合金风机叶片产品结构图，其中：

图1-1是主视图；

图1-2是图1-1的C-C剖视图；

图1-3是叶型及坐标示意图。

图2是铝合金叶片毛坯结构图，其中：

图2-1是主视图；

图2-2是图2-1的E-E剖视图；

图2-3是图2-1的叶片工艺凸台结构B-B剖视图；

图2-4是图2-1的叶片安装柄结构A向视图；

图2-5是叶片叶型及坐标示意图。

图3是铝合金叶片制坯图。

图4是铝合金叶片锻模结构图；

图4-1是锻模下模俯视向；

图4-2是锻模毛边槽结构图。

图5是铝合金叶片切边模结构总图；

图5-1是切边阴模俯视图；

图5-2是切边阳模主视图；

图5-3是切边阳模侧视图；

图5-4是图5-2的切边阳模F向视图。

具体实施方式

参见图1（图1-1、图1-2、图1-3）， 30英寸铝合金叶片共有两部分组成：在图1-1中：序号1为叶片安装螺纹柄部分、序号2为叶片的叶身。产品要求安装螺纹柄及螺纹孔由机加保证尺寸精度，叶身盆弧及背弧为非加工表面，叶身2表面粗糙度达到3.2µm，叶身2厚度公差达到上偏差2.5 mm、下偏差0.5 mm, 叶型样板与叶型面间的透光度要求≤1.5mm，叶身2进排气边缘背弧与盆弧要求采用R连接。根据以上技术要求，该叶片应属于精锻级别。

参见图2（图2-1、图2-2、图2-3、图2-4、图2-5），30英寸铝合金叶片锻件图，为保证叶片的尺寸精度按锻件图设计时（序号4）在安装螺纹柄的外形单面加放机加余量2.5mm，在叶身5前后端加放余量3mm，叶片进排气边缘加放机加余量1mm，图2-3为叶片叶身形状的检测及机加定位设计工艺凸台（序号3），叶片拔模斜度设计为7 °，参考模锻特征及叶片锻造特点。如图2-5所示，在叶片进排气边加放余量1mm，叶片桥部设计为2mm，针对原始坐标系叶片逆时针旋转平衡角13°，建立新坐标系X、Y。按照新坐标系建立叶片锻件每个截面的叶型坐标表（冷坐标表）。

参见图2-1、图2-3、图2-4所示，叶片总长度超过700mm，而叶身5在安装螺纹柄4处的宽度约为158mm，叶身5在叶尖的宽度约为122mm（以上宽度为X、Y坐标系的投影宽度）以上特征表明该产品为长条类，叶片厚度特点为中心与进排气边沿差异很大，叶片后端与前段厚度差异也较大。

参见图3：叶片的制坯根据叶片安装柄横截面最大面积（包括毛边桥部及仑部70%）决定选用Ø90的挤压棒料，制坯件头部1’设计为Ø90×30，制坯件杆部2’设计为圆锥体，该锻件的设计满足了叶片各部位的用料要求，最大限度的节约了原材料。

参见图4：设计一个上模8、设计一个下模7，将锻模中心线向右偏移6mm（如图4-1的序号9），叶片毛边槽桥部厚度设计为2mm（如图4-2的序号10），毛边槽设计为上下仓部11，叶片锻模型腔尺寸（指叶片锻件）应加放0.8%的热涨量，同理叶型各截面的坐标值也必须加放0.8%的热涨量，锻模坐标表为加放0.8%的热涨量的热坐标表。

参见图5，是锻件切边模的安装总图；参见图5-1，是切边阴模俯视图，切边阴模的模具中心线偏移6mm为叶片的中心线，切边模设计3个螺纹孔3-M；图5-2是切边阳模主视图，序号12切边阳模、序号13为阳模座、阳模与阳模座使用3个沉头螺栓3-N连接；图5-3是阳模侧视图，图5-4是切边阳模F向视图。

锻造工艺步骤：

1. 选用原材料牌号为6A02 Ø90锻造铝合金挤压棒料，将锻铝合金棒料加热，采用自由锻工艺锻造成与叶片形状相近的坯件；

2.将坯件加热，置于锤锻模中锤锻成型；

3.用切边模切除毛边；

4.用角磨机打磨切边毛刺；

5.检查叶盆、叶背的透光度，透光度≤1.5mm的进入下道工序，否则返回重锻；

6.热处理淬火；

7.冷校正；

8.人工时效处理。

在上述方法中，工艺条件按如下控制：

①.选用原材料牌号为6A02 Ø90挤压棒料；

②.自由锻及模锻加热温度480±10℃加热时间≥170min；

③.锻模及制坯工装预热温度200℃~250℃；

④.始终锻温度490℃~380℃；

⑤.切边温度室温；

⑥.热处理使用带风扇的空气电炉，淬火加热温度520±5℃，加热保温时间≥90min，出炉迅速入水淬火，水槽温度30℃~40℃；

⑦.冷校正利用原终锻模对淬火后的锻件进行校形，要求校形面达到95%以上，叶盆与叶背在测具检测截面上的透光度≤1.2mm，锻件必须在淬火后6小时以内冷校正完毕；

⑧.人工时效用带风扇的电炉，时效温度155±5℃，时效保温时间≥12小时，出炉空冷。

Claims (1)

1.一种铝合金叶片的制造方法，该铝合金叶片用于矿山和公路隧道风机转子，该叶片以铝合金为材料，用精密锻造工艺制成，包括步骤：

⑴.根据叶片的几何尺寸及轮廓形状制造一套锻造模具，该模具包括锤锻模和切边模；

⑵.将锻铝合金棒料加热，采用自由锻工艺锻造成与叶片形状相近的坯件；

⑶.将坯件加热，置于锤锻模中锤锻成型；

⑷.用切边模切除毛边；

⑸.用角磨机打磨切边毛刺；

⑹.检查叶身的叶盆、叶背的透光度，透光度≤1.5mm的进入下道工序，否则返回重锻；

⑺.热处理淬火；

⑻.冷校正；

⑼.人工时效处理；

工艺条件按如下控制：

①.选用原材料牌号为6A02 Ø90挤压棒料；

②.自由锻及模锻加热温度470℃～490℃，加热时间≥170min；

③.锻模及制坯工装预热温度200℃~250℃；

④.始终锻温度490℃~380℃；

⑤.切边温度室温；

⑥.热处理使用带风扇的空气电炉，淬火加热温度515℃～525℃，加热保温时间≥90min，出炉迅速入水淬火，水槽温度30℃~40℃；

⑦.冷校正利用原终锻模对淬火后的锻件进行校形，要求校形面达到95%以上，叶盆与叶背在测具检测截面上的透光度≤1.2mm，锻件必须在淬火后6小时以内冷校正完毕；

⑧.人工时效用带风扇的电炉，时效温度150～160℃，时效保温时间≥12小时，出炉空冷。

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