CN104599664B - 一种矩阵消声器风头整体制造的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矩阵消声器风头整体制造的方法，选用钣金厚度为1.5 mm的母材；将母材剪除四角，呈类圆形状，再将母材放置在金属压模机台上；用模芯在压模机一次整体压制母材成型；剪除四周的固定边，得到整体风头。本发明所述的方法制作的风头，优化流线，比现有技术流阻要低，消音效果佳，标准型，统一性好。减少材料，重量轻，可批量生产，减少加工工时，提升生产效率。
Description
技术领域
本发明公开了一种矩阵消声器风头整体制造的方法，属于消声装置领域。
背景技术
动力设备在使用时噪音大，特别是在航空，船舶，建筑附近使用时，对人的影响不容忽略，为此需要在航空发动机试车台的进排气消声、燃机进排气消声、燃机通风消声、柴油机进排气通风消声、风机、空压机等设备上采用通风消声设备。通风消声设备是将动力设备置于其中，四周用消音板隔音，并留有装备消声装置的通风口，起到降低噪音减少声污染的作用。
矩阵消声器是由阵列排布的类方形消声柱体构成，排列在消声装置的通风口，内部的动力设备通过通风口获得空气，将废气从通风口排出，同时通风口上的矩阵消声器将动力设备产生的噪音降低，减少对周围环境的影响。使用风头时，通过焊50mm、空85mm的断续焊接，固定到矩阵消声器上，矩阵消声器的数量是一般根据实际洞口需要，采用M×N设计。
现有的矩阵消声器风头，大多采用2.5~3mm厚度的金属拼板焊接而成。通过分块下料后焊接而成。包含下料裁板、整形，焊接成型，打磨等工艺过程。缺点如下：
1.由于每块拼板为不规则几何形状，下料、成型难度大，加工费用高；
2.加工时受到人为因素影响大，标准型、统一性差，消音效果不佳；
3.四片不规则拼板之间焊缝位置构成一定的空间角度，焊接成型比较困难，成型不当会影响流线，增大流阻，降低流量；
4. 生产需要剪板，拼接，焊接，打磨等工序，工时较多，效率低。
发明内容
本发明为了达到能够方便加工制造的风头，使风头的流阻达到优化，简化外观，减少加工工艺步骤，缩短加工工时，降低产品成本。
发明所述的矩阵消声器整体式风头，经过数值模拟实验，通过强度分析，在许用强度范围内，验算出风头的板厚采用1.5mm的金属板材即可满足强度要求，降低材料成本；通过流场阻力分析，风头流线得到优化。流阻性能得到优化。根据流线形状制作模具，形成具有弧度曲面的流线型风头，使产品实现整体曲面流线结构，改善了原来拼接棱角刚性链接。采用整体拉伸成型技术，使用机器加工成型替代人工焊接以取代原来的下料、成型、焊接打磨等工序环节，提高生产效率及生产自动化水平，减少人工人力支出，减少加工过程环节及管理成本。模具成型工艺方法降低废品率，产品一致性高，克服人工焊接成型不当等不确定弊端，间接降低成本。
一种矩阵消声器风头整体制造的方法，步骤如下：
1）选用钣金厚度为1.5 mm的母材；
2）将母材剪除四角，呈类圆形状，再将母材放置在金属压模机台上；
3）用模芯在压模机一次整体压制母材成型，所述模芯上部为正四边形，底部呈圆形，所述正四边形和圆形所在平面平行，所述模芯有四个斜面，斜面与斜面，斜面与上部，斜面与底部的连接处为光滑倒角，所述斜面在上部和底部所在的中垂面上为光滑曲线，所述曲线为(x2+y2)2=2×3202×(x2-y2)，其中-50≤x≤-260，y＞0；
4）剪除四周的固定边，得到板厚1.5mm的整体风头。
所述钣金材质为Q235或0Cr18Ni9。
所述0Cr18Ni9在有耐高温或防腐蚀要求时使用。
所述母材为800mm×800mm，
所述整体风头的外形尺寸为324mm×324mm×220mm，整体风头上部圆形直径为160mm。
一种矩阵消声器风头整体制造的方法制造的风头的优点为：
1.本发明所述的方法制作的风头，优化流线，比现有技术流阻要低，消音效果佳；
2.加工时产品标准性、统一性好；
3.本发明所述的方法制作的风头，减少材料，比现有技术重量轻，方便安装，运输，降低成本；
4.本发明所述的方法制作的风头，通过拉伸成型技术，是实现整体流线型风头的关键，一次开模后，可批量生产，减少加工工时，提升生产效率。
附图说明
图1为本发明所述方法制造的整体风头的正视图；
图2为本发明所述方法制造的整体风头的左视图；
图3为整体风头斜面曲线的关系图。
具体实施方案
选用钣金材质为Q235，母材厚度为1.5 mm，大小为800mm×800mm，将母材剪除四角，呈类圆形状，再将母材放置在金属压模机台上；用模芯在压模机一次整体压制母材成型，所述模芯上部为正四边形，底部呈圆形，所述正四边形和圆形所在平面平行，所述模芯有四个斜面，斜面与斜面，斜面与上部，斜面与底部的连接处为光滑倒角，所述斜面在上部和底部所在的中垂面上为光滑曲线，所述曲线为(x2+y2)2=2×3202×(x2-y2)，其中-50≤x≤-260，y＞0。剪除四周的固定边，得到板厚1.5mm的整体风头。得到的整体风头的外形尺寸为324mm×324mm×220mm，整体风头上部圆形直径为160mm。
本发明所述的矩阵消声器整体式风头，通过数值模拟实验，强度分析，流场阻力分析，优化风头流线，降低流阻，在许用强度范围内，得出整体风头的板厚采用1.5mm的金属板材，可满足强度要求，使效果达到最优。
强度分析，采用solidworks simulation分析软件。通过建立计算模型，创建算例，添加约束，施加载荷，划分网格，运行分析等步骤，取得分析结果。经分析，矩阵消音器风头板厚只需1.5mm，在4m矩阵消声器竖直放置以及2m消声器水平放置时的最大应力均满足材料的许用应力。整体强度满足使用要求。
流场分析,对以下三种情况（无风头，直风头(传统风头)，矩阵消音器风头）进行流场分析仿真模拟计算。
流阻对比并推出三种模型在流速分别为5m/s，10m/s，20m/s流阻下的流阻系数。分析步骤如下：
Inventor建模：
设定产品参数如下的模型：消音芯长2006mm，截面边长320mm风头长220mm，端面边长100mm
Gambit划分网格
建立1/4模型，网格密度：0.015，网格数：30万左右
Fluent流阻分析
Inlet设置速度入口，参数如下表
| 分析类型 | 流速5m/s | 流速10m/s | 流速20m/s |
| 质量流量(Kg/s) | 1.08045 | 2.1609 | 4.3218 |
| 温度（℃） | 15 | 15 | 15 |
| 入口面积(m^2) | 0.1764 | 0.1764 | 0.1764 |
| 入口湿周(m) | 0.84 | 0.84 | 0.84 |
| 密度 | 1.225 | 1.225 | 1.225 |
| 入口速度(m/s) | 5 | 10 | 20 |
| 内部流速 | 11.9189 | 23.8378 | 47.6757 |
| 湍动能 | 0.041438296 | 0.139381259 | 0.468820804 |
| 湍动耗散率 | 0.023572595 | 0.145415644 | 0.897046321 |
Outlet设置压力出口，默认参数
Wall1 1，0.0015
Wall 默认
Sym默认
计算结果：
本发明的流阻方面的效果及结论：
在5m/s的风速下，流体阻力比无风头减小65.3Pa，比现有直风头减小6Pa；
在10m/s的风速下，流体阻力比无风头减小252.2Pa，比现有直风头减小16.5Pa；
在20m/s的风速下，流体阻力比无风头减小1009.6Pa，比现有直风头减小121.1Pa。
经过fluent软件流场分析，此弧度形状产生的流体阻力比其他形状流阻小。
Claims (3)
1.一种矩阵消声器风头整体制造的方法，步骤如下：
1）选用钣金厚度为1.5 mm 的母材，所述钣金材质为Q235 或0Cr18Ni9；
2）将母材剪除四角，呈类圆形状，再将母材放置在金属压模机台上；
3）用模芯在压模机一次整体压制母材成型，所述模芯上部为正四边形，底部呈圆形，所述正四边形和圆形所在平面平行，所述模芯有四个斜面，斜面与斜面，斜面与上部，斜面与底部的连接处为光滑倒角，所述斜面在上部和底部所在的中垂面上为光滑曲线，所述曲线为(x2+y2)2=2×3202×(x2-y2)，其中-50 ≤ x ≤ -260，y ＞ 0 ；
4）剪除四周的固定边，得到板厚1.5mm 的整体风头，所述整体风头的外形尺寸为324mm×324mm×220mm，整体风头上部圆形直径为160mm。
2.根据权利要求1所述的一种矩阵消声器风头整体制造的方法，其特征在于：所述0Cr18Ni9 在有耐高温或防腐蚀要求时使用。
3.根据权利要求1 所述的一种矩阵消声器风头整体制造的方法，其特征在于：所述母材为800mm×800mm。
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