CN102489975A - 一种矿用风机叶片加工工艺优选方法 - Google Patents

一种矿用风机叶片加工工艺优选方法 Download PDF

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文泽军
刘德顺
杨书仪
岳文辉
戴巨川
金永平
王兆波
蔡春波
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Abstract

本发明公开了一种矿用风机叶片加工工艺优选方法，其步骤包括：1）建立矿用风机叶片切削加工能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；2）建立矿用风机叶片冲压成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；3）建立矿用风机叶片铸造成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；4）分析比较矿用风机叶片切削加工、冲压成型和铸造成型的所耗能量及所产生的噪声量，获得相对能量最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺。本发明通过设置各加工工艺参数，模拟各种加工设备加工工艺过程，计算工序加工能耗和噪声量，对比各加工工艺不同工序所耗能量及对产生的噪声总量，得出相对能量最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺。

Description

一种矿用风机叶片加工工艺优选方法
技术领域
本发明涉及一种叶片加工工艺，特别涉及一种矿用风机叶片加工工艺优选方法。
背景技术
矿用风机作为矿业安全生产的主要技术装备，是矿井通风系统的重要组成部分，是矿井安全生产和灾害防治的基础。矿用风机为井下工作人员提供新鲜风流并排出有害气体，其质量的优劣，运行安全稳定与否，检测和调节、控制方法是否可信可靠，都非常重要。风机叶片是风机的重要组成部分，它在工作过程中需承受比较大的交变动载荷，而且工作的环境恶劣，因此对于矿用风机其质量、安全可靠性及技术性能均对矿业安全生产和经济效益产生很大影响，一旦出现故障，轻者造成停产，重者会发生安全事故，造成人员伤亡和财产损失，因此如何进行风机叶片加工提高叶片加工质量显得特别重要。
目前矿用风机叶片的常用加工方法主要有以下三种方法：切削加工、冲压成型和铸造成型三种方法。运用切削加工方法加工叶片，加工成本低，但加工工序多且加工时间也较长；冲压成型方法加工操作比较复杂，加工的叶片表面精度不高、加工质量一般；铸造成型方法具有加工成本小、技术成熟，但采用铸造成型方法遇到的质量问题主要有气孔、缩松、冷隔、充型不足。不同的产品加工的过程， 物料和能源的消耗不相同， 对环境影响也不相同， 且制造过程是产品生命周期中直接消耗资源和产生环境污染的重要阶段，因此有必要对风机叶片的加工工艺路线进行资源环境特性分析与研究。对矿用风机叶片加工工艺路线的研究中，国内外矿用风机叶片加工工艺的设计人员通常以绿色制造为基点，将产品制造的经济效益与社会效益协调优化，以实现经济价值与社会价值的双赢；在现有风机叶片加工工艺中，一般出于加工精度、加工难易程度即加工工艺性、加工经济成本、加工的生产效率来设计规划矿用风机叶片加工工艺，同时也有从叶片选用材料的成型工艺性角度进行规划的，而缺少在叶片加工工艺设计阶段，降低制造耗能、减小噪声的规划。
发明内容
为了解决现有矿用风机叶片加工存在的上述技术问题，本发明提供一种矿用风机叶片加工工艺优选方法，通过设置各加工工艺参数，模拟各种加工设备加工工艺过程，计算工序加工能耗，通过对比各加工工艺不同工序所耗能量及对产生的噪声总量进行分析计算，得出相对能量最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括如下步骤：1）建立矿用风机叶片切削加工能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；2）建立矿用风机叶片冲压成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；3）建立矿用风机叶片铸造成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；4）分析比较矿用风机叶片切削加工、冲压成型和铸造成型的所耗能量及所产生的噪声量，获得相对能量最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：本发明通过对比矿用风机叶片不同加工工艺过程所耗能量及产生的噪声总量进行分析计算，可以得出相对能耗最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺；本发明可对产品制造过程中资源环境进行相应的评价，从而降低环境负面影响、提高资源利用率。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明中矿用风机叶片加工工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种矿用风机叶片加工工艺优先方法包括如下步骤：
(1) 建立矿用风机叶片切削加工能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；
(2) 建立矿用风机叶片冲压成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；
(3) 建立矿用风机叶片铸造成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；
(4) 分析比较矿用风机叶片切削加工、冲压成型和铸造成型的所耗能量及所产生的噪声量，获得相对能量最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺。
下面以叶轮直径为1900 mm，轮毂比为0.6的矿用风机叶片的加工工艺为加工工艺规划对象，对本发明的各个步骤作详细说明。风机叶片采用切削加工方法加工时，风机叶片材料为Q235A板材；风机叶片采用冲压成型方法加工时，风机叶片材料为Q235A钢板；风机叶片采用铸造成型方法加工时，风机叶片材料采用ZL104。
对于不同的加工方式，其加工工序也不相同，而不同的加工工序对能耗和噪声模型的影响也不一样。各个加工工序的加工时间计为                                                ，其对应加工工序的加工功率分别为
Figure 24131DEST_PATH_IMAGE002
，那么各个加工工序所对应的能耗为W i1， W i2， W i3，…，建立矿用风机叶片加工能耗模型为
Figure 803869DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 261395DEST_PATH_IMAGE004
分别表示切削加工、冲压成型、铸造成型三种加工方式，
Figure 138084DEST_PATH_IMAGE005
表示某种加工方式下的工序号。取不同加工方式中各个加工工序的噪声为
Figure 960546DEST_PATH_IMAGE006
，那么各个加工工序所对应的噪声量为N i1， N i2， N i3，…，建立矿用风机叶片加工噪声模型
Figure 289897DEST_PATH_IMAGE007
，分别表示切削加工、冲压成型、铸造成型三种加工方式，
Figure 157675DEST_PATH_IMAGE005
表示某种加工方式下的工序号。
所述步骤（1）具体方法是：分析矿用风机叶片材料（Q235A板材）、结构尺寸和形状精度，运用Cimatron加工软件，导入叶片三维几何模型，通过选择下料、粗加工和精加工，设置下料、粗加工和精加工加工参数，如粗加工选用切削速度设为106m/min、进给量为0.8mm/r、背吃刀量为1.5mm。通过模拟矿用风机叶片加工过程，模拟计算叶片下料、粗加工和精加工时间分别为600秒、900秒和120秒，根据选用机床型号，可知下料、粗加工和精加工功率分别为600W、8600W和8600W，进而计算矿用风机叶片切削加工的所耗能量。根据上述能耗模型，建立叶片切削加工能耗模型并进行切削加工能耗计算为：
Figure 213356DEST_PATH_IMAGE008
         
Figure 967686DEST_PATH_IMAGE009
                        (1)
根据选用机床型号和加工方式，下料、粗加工和精加工噪声级分别为80-85dB、70-75dB和70-75dB，根据上述噪声模型，建立叶片切削加工噪声模型并进行切削加工噪声总量计算为：
Figure 767014DEST_PATH_IMAGE010
      (2)
所述步骤（2）具体方法是：分析叶片材料（Q235A钢板）、结构尺寸和形状精度，运用冲压成型分析软件 FastForm，导入该叶片三维几何模型，选择设计相应的叶片落料模、冲压成型模，计算冲压落料力，成型力、压边力、卸料力，模拟计算叶片落料时间和成型时间分别为600秒和150秒，根据选用冲床型号，可知落料和成型功率分别为5500W和15000W，进而计算矿用风机叶片冲压成型的所耗能量。根据上述能耗模型，建立叶片冲压成型能耗模型并进行冲压成型能耗计算为：
Figure 290399DEST_PATH_IMAGE011
                
Figure 785490DEST_PATH_IMAGE012
                     (3)
根据选用冲床型号和加工方式，落料和成型噪声级分别为90-95dB和55-60dB，根据上述噪声模型，建立叶片冲压成型噪声模型并进行冲压成型噪声总量计算为：
                   (4)
所述步骤（3）具体方法是：分析矿用风机叶片材料（ZL104）、结构尺寸和形状精度，运用铸造模拟软件Novacast，导入该叶片三维几何模型，选择设计相应的叶片铸造模具，设置充型速度500 
Figure 364556DEST_PATH_IMAGE014
、模拟计算叶片凝固时间和清理时间分别为3240秒和125秒，根据选用的低压金属型铸造机型号和机械振动落砂机型号，可知铸造和清理功率分别为2860W和125W，根据上述能耗模型，建立叶片铸造成型能耗模型并进行铸造成型能耗计算为：
Figure 8027DEST_PATH_IMAGE015
                                         (5)
根据选用冲床型号和加工方式，落料和成型噪声级分别为90-95dB和65-70dB，根据上述噪声模型，建立叶片铸造成型噪声模型并进行铸造成型噪声总量计算为：
Figure 134432DEST_PATH_IMAGE017
                      (6)
所述步骤（4）具体方法是：分析比较矿用风机叶片切削加工、冲压成型和铸造成型的所耗能量及所产生的噪声量，获得相对能耗最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺。计算公式如下：
Figure 275563DEST_PATH_IMAGE018
                                                  (7)
Figure 773541DEST_PATH_IMAGE019
                                                  (8)
将式(1)~ (6)计算结果值代入上式(7)~ (8)，经比较计算分析得到，采用冲压成型工艺为矿用风机叶片加工能耗与噪声量最小的加工方法。

Claims (4)

1.一种矿用风机叶片加工工艺优选方法，包括如下步骤：1）建立矿用风机叶片切削加工能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；2）建立矿用风机叶片冲压成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；3）建立矿用风机叶片铸造成型能耗和噪声模型，并进行能耗和噪声量计算；4）分析比较矿用风机叶片切削加工、冲压成型和铸造成型的所耗能量及所产生的噪声量，获得相对能量最低、噪声总量最小的矿用风机叶片加工工艺。
2.根据权利要求1所述的矿用风机叶片加工工艺优选方法，所述步骤1）的具体步骤是：分析矿用风机叶片材料、结构尺寸和形状精度，运用Cimatron加工软件，通过选择粗加工、精加工和清根加工，设置加工参数，如刀具种类及规格，走刀进给速度、进给步距来模拟矿用风机叶片加工过程，来分析计算切削加工时间，根据选用切削机床功率和噪声级，计算矿用风机叶片切削加工的所耗能量和产生的噪声量。
3.根据权利要求1所述的矿用风机叶片加工工艺优选方法，所述步骤2）的具体步骤是：分析矿用风机叶片材料、结构尺寸和形状精度，运用冲压成型分析软件 FastForm，导入该叶片冲压成型模具，通过计算冲压成型力、压边力、卸料力，模拟计算该叶片冲压成型时间，根据选用冲床功率和噪声级，计算矿用风机叶片冲压成型的所耗能量和所产生的噪声量。
4.根据权利要求1所述的矿用风机叶片加工工艺优选方法，所述步骤3）的具体步骤是：分析矿用风机叶片材料、结构尺寸和形状精度，运用铸造模拟软件Novacast，导入该叶片铸造成型模具，设置铸造的充型速度，模拟叶片凝固时间，根据选用的低压金属型铸造机功率和噪声级，计算矿用风机叶片铸造成型的所耗能量和所产生的噪声量。
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