CN108757560A - 一种铝合金风机叶片及其制造方法 - Google Patents

一种铝合金风机叶片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金风机叶片及其制造方法，解决了以2A12铝合金为原料，采用模锻得到的得火力发电机的散热风机叶片容易开裂，锻造困难的问题。本发明包括叶片本体和固定端，所述叶片本体沿长度方向分为头部和尾部，固定端设置有通孔，叶片本体的头部和尾部沿叶片本体轴线扭转形成扭转角α，所述叶片本体的厚度沿宽度方向向两端逐渐变薄，所述叶片本体宽度方向两端的厚度为4～6mm，所述叶片本体的宽度为250mm～350mm，所述固定端的厚度为100‑135mm，所述旋转角α为25‑35°，所述叶片本体和固定端所用材料为2A12，所述叶片本体和所述固定端采用模铸一体成型。本发明具有锻造不开裂，所锻造的风机叶片转速高，强度大等优点。

Description

一种铝合金风机叶片及其制造方法
技术领域
本发明涉及火力发电散热技术领域，具体涉及一种铝合金风机叶片及其制造方法。
背景技术
火力发电在发电机发电过程中由于电机运转会产生大量的热，这些热如果不及时排出去，就会使得电机烧坏，设备故障，从而对供电产生重大影响，为此，散热问题成为火力发电的一个重要方面，现有火力发电机上的散热主要采用的是风机散热，风机的散热效率跟其叶片转速和叶片形状、尺寸有关，为了能充分散热，对风机叶片的要求为屈服强度，抗拉强度，转速：而要达到这样的要求，对叶片的材质，制备工艺有较高要求，在现有的火力发电散热风机中，主要采用2A12铝合金，2A12铝合金作为一种硬质铝合金，其本身材质的抗拉强度和屈服强度达到了火力发电机散热风机的要求，要将该合金制成所需要的叶片形状，要么采用铸造，要么采用锻造，但是在铸造过程中容易出现金属组织疏松、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；而如果要采用锻造，该合金的硬度大，脆性较大，在模锻过程中容易出现以下问题：1)火力发电散热风机叶片的叶头连接端比叶身厚很很多，在锻造时容易出现应力集中；2)叶身宽而薄，不易锻造成型；3)叶身扭转的夹角大，存在水平分力，锻造时极不容易控制尺寸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：以2A12铝合金为原料，采用模锻得到的得火力发电机的散热风机叶片容易开裂，锻造困难。
本发明提供了解决上述问题的一种铝合金风机叶片及其制造方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种铝合金风机叶片，包括叶片本体和固定端，所述叶片本体沿长度方向分为头部和尾部，固定端呈圆盘状，所述叶片本体的尾部垂直处于固定端的平面中部将固定端分隔成第一半圆和第二半圆，所述第一半圆和第二半圆上分别设置有3个通孔，叶片本体的头部和尾部沿叶片本体轴线扭转形成扭转角α，所述叶片本体的厚度沿宽度方向向两端逐渐变薄，所述叶片本体宽度方向两端的厚度为4～6mm，所述叶片本体的宽度为250mm～350mm，所述固定端的厚度为100-135mm，所述旋转角α为25-35°，所述叶片本体和固定端所用材料为2A12，所述叶片本体和所述固定端采用模铸一体成型。
本发明的设计原理为：根据火力发电产生的热量确定散热量，并由散热量来确定需要的风机风量，从而对风机叶片的转速和面积进行预估，要达到现有火力发电散热要求，对风机叶片的要求是：叶片转速为3500r/min，抗拉强度：410MPa，屈服强度：265MPa，又要考虑可加工型，本申请选用了2A12铝合金，但是该铝合金的硬度比较大，对于其转速和风量要求，设计其形状为宽、薄型，这样的形状和性能要求使得2A12铝合金的锻造极其困难，本申请通过锻造得到了转速达到3500r/min的风机叶片，达到了风机叶片各强度的要求。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述叶片本体宽度方向两边沿的厚度为5mm。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述叶片本体宽度为300-350mm。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述旋转角α为30-35°。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述叶片本体的长度与宽度的比例为2:1～1:1。
进一步地，所述叶片本体的长度与宽度的比例为1.5:1～1:1。
以上风机叶片尺寸，能达到更高的转速，产生更大风量，满足火力发电的散热要求。
一种铝合金风机叶片的制造方法，用于制造铝合金风机叶片，具体包括如下步骤：
S1：制造模具：根据叶片尺寸及轮廓形状制造锻造模具，所述锻造模具包括锤锻模和切边模；
S2：自由锻：加热铝合金棒料，预热模具，并采用自由锻工艺锻造成与叶片形状相近的坯件，所述铝合金棒料为挤压棒料，自由锻加热温度为470℃～490℃，加热时间≥240min；
S3：一次退火；
S4：模锻：加热坯件，并置于锤锻模中，用制动扣固定锻造模，对坯件锤锻成型，始终锻温度：490-380℃，锻模预热温度：200-250℃，模锻加热温度为470℃～490℃，加热时间≥170min；
S5：二次退火；
S6：修边：用切边模切除毛边；
S7：磨平：用角磨机打磨切边毛刺；
S8：透光度检测：检查叶身的叶盆、叶背的透光度，透光度≤1.0mm的进入下道工序，否则返回重锻；
S9：淬火：淬火温度为：500±5℃，淬火介质：30-40℃的水，入水时间：5min，淬火保温时间：≥2小时；
S10：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≤0.6mm，锻件必须在淬火后6小时以内冷校正完毕。
S11：人工时效处理：时效温度：155±5℃，时效保温时间：≥10小时，出炉空冷。
本发明优选一种铝合金风机叶片的制造方法，所述步骤S2中自由锻的具体方法为：先轻击使之变形速度和变形量降低，减少应力集中，均匀的把铝合金棒料拔长展宽，降低锤上模锻的压力。
本锻造方法的设计原理在于：2A12铝合金的硬度比较大，在锻造时，容易开裂，本发明通过锻造时先轻击使之变形速度和变形量降低，减少应力集中，自由锻和模锻后及时返炉退火，使之不会出现温度快速下降，随炉慢慢冷却，这样锻件内外不会存在温差，从而缓慢的释放应力，这样便不会开裂。
本发明优选一种铝合金风机叶片的制造方法，所述一次退火的具体方法为：将自由锻后得到的坯件立即投入退火炉中进行退火，退火温度为415±5℃，保温2-4小时，随炉冷却。
一种铝合金风机叶片的制造方法所述二次退火的具体方法为：将自由锻后得到的坯件立即投入退火炉中进行退火，退火温度为415±5℃，保温2-4小时，随炉冷却。
一种铝合金风机叶片的制造方法所述步骤S2中自由锻的具体方法为：先轻击使之变形速度和变形量降低，减少应力集中，均匀的把铝合金棒料拔长展宽，降低锤上模锻的压力。
进一步地，所述锤锻模上设置制动扣，所述制动扣包括上制动扣和下制动扣，上制动扣和下制动扣的间隙不大于0.6mm，从而保证模具锤击时错位始终不超过0.6mm。
本发明优选一种铝合金风机叶片的制造方法，所述淬火时间为4小时。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过选用2A12铝合金，通过锻造制造出了宽、保，扭转角大的铝合金叶片，且其转速达到3800r/min以上，强度高；
2、本发明通过在锻造工艺中增加退火环节，提供了一种2A12这种硬质铝合金的锻造工艺。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-叶片本体，10-头部，11-尾部，2-固定端，20-通孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1和图2所示，一种铝合金风机叶片，包括叶片本体1和固定端2，所述叶片本体1沿长度方向分为头部10和尾部11，固定端2呈圆盘状，所述叶片本体1的尾部11垂直处于固定端2的平面中部将固定端2分隔成第一半圆和第二半圆，所述第一半圆和第二半圆上分别设置有3个通孔20，叶片本体1的头部10和尾部11沿叶片本体1轴线扭转形成扭转角α，所述叶片本体1的厚度沿宽度方向向两端逐渐变薄，所述叶片本体1宽度方向两端的厚度为4～6mm，所述叶片本体1的宽度为250mm～350mm，所述固定端2的厚度为100-135mm，所述旋转角α为25-35°，所述叶片本体1和固定端2所用材料为2A12，所述叶片本体1和所述固定端2采用模铸一体成型。
根据火力发电产生的热量确定散热量，并由散热量来确定需要的风机风量，从而对风机叶片的转速和面积进行预估，要达到现有火力发电散热要求，对风机叶片的要求是：叶片转速为3500r/min，抗拉强度：410MPa，屈服强度：265MPa，又要考虑可加工型，本申请选用了2A12铝合金，但是该铝合金的硬度比较大，对于其转速和风量要求，设计其形状为宽、薄型，这样的形状和性能要求使得2A12铝合金的锻造极其困难，本申请通过锻造得到了转速达到3500r/min的风机叶片，达到了风机叶片各强度的要求。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述叶片本体1宽度方向两边沿的厚度为5mm。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述叶片本体1宽度为300-350mm。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述旋转角α为30-35°。
本发明优选一种铝合金风机叶片，所述叶片本体1的长度与宽度的比例为2:1～1:1。
进一步地，所述叶片本体1的长度与宽度的比例为1.5:1～1:1。
以上风机叶片尺寸，能达到更高的转速，产生更大风量，满足火力发电的散热要求。
实施例2
一种铝合金风机叶片的制造方法，用于制造铝合金风机叶片，具体包括如下步骤：
S1：制造模具：根据叶片尺寸及轮廓形状制造锻造模具，所述锻造模具包括锤锻模和切边模；
S2：自由锻：加热铝合金棒料，预热模具，并采用自由锻工艺锻造成与叶片形状相近的坯件，所述铝合金棒料为挤压棒料，自由锻加热温度为470℃～490℃，加热时间≥240min；
进一步地，所述自由锻加热温度为480℃，加热时间240min。
S3：一次退火；
进一步地，所述一次退火温度为420℃，保温时间3小时，随炉冷却。
S4：模锻：加热坯件，并置于锤锻模中，用制动扣固定锻造模，对坯件锤锻成型，始终锻温度：490-380℃，锻模预热温度：200-250℃，模锻加热温度为470℃～490℃，加热时间≥170min；
S5：二次退火；
进一步地，所述退火温度为420℃，保温时间3小时，随炉冷却。
S6：修边：用切边模切除毛边；
S7：磨平：用角磨机打磨切边毛刺；
S8：透光度检测：检查叶身的叶盆、叶背的透光度，透光度≤1.0mm的进入下道工序，否则返回重锻；所述叶盆为内凹的一面，叶背为外凸的一面；
S9：淬火：淬火温度为：500±5℃，淬火介质：30-40℃的水，入水时间：5min，淬火保温时间：≥2小时；
S10：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≤0.6mm，锻件必须在淬火后6小时以内冷校正完毕；
S11：人工时效处理：时效温度：155±5℃，时效保温时间：≥10小时，出炉空冷。
本发明优选一种铝合金风机叶片的制造方法，所述步骤S2中自由锻的具体方法为：先轻击使之变形速度和变形量降低，减少应力集中，均匀的把铝合金棒料拔长展宽，降低锤上模锻的压力。
2A12铝合金的硬度比较大，在锻造时，容易开裂，本发明通过锻造时先轻击使之变形速度和变形量降低，减少应力集中，自由锻和模锻后及时返炉退火，使之不会出现温度快速下降，随炉慢慢冷却，这样锻件内外不会存在温差，从而缓慢的释放应力，这样便不会开裂。
一种铝合金风机叶片的制造方法所述步骤S2中自由锻的具体方法为：先轻击使之变形速度和变形量降低，减少应力集中，均匀的把铝合金棒料拔长展宽，降低锤上模锻的压力。
进一步地，所述锤锻模上设置制动扣，所述制动扣包括上制动扣和下制动扣，上制动扣和下制动扣的间隙不大于0.6mm，从而保证模具锤击时错位始终不超过0.6mm。
本发明优选一种铝合金风机叶片的制造方法，所述淬火时间为4小时。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金风机叶片，包括叶片本体(1)和固定端(2)，所述叶片本体沿长度方向分为头部(10)和尾部(11)，固定端(2)呈圆盘状，所述尾部(11)垂直处于固定端(2)的平面中部将固定端分隔成第一半圆和第二半圆，所述第一半圆和第二半圆上分别设置有3个通孔(20)，所述头部(10)和尾部(11)沿叶片本体(1)轴线扭转形成扭转角α，其特征在于，所述叶片本体(1)的厚度沿宽度方向由中部向两端逐渐变薄，所述叶片本体(1)宽度方向两端的厚度为4～6mm，所述叶片本体(1)的宽度为250mm～350mm，所述固定端(2)的厚度为100-135mm，所述扭转角α为25-35°，所述叶片本体(1)和固定端(2)所用材料为2A12，所述叶片本体(1)和所述固定端(2)采用模铸一体成型。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金风机叶片，其特征在于，所述叶片本体(1)宽度方向两边沿的厚度为5mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金风机叶片，其特征在于，所述叶片本体(1)宽度为300-350mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种铝合金风机叶片，其特征在于，所述旋转角α为30-35°。
5.根据权利要求1或2所述的一种铝合金风机叶片，其特征在于，所述叶片本体(1)的长度与宽度的比例为2:1～1:1。
6.一种铝合金风机叶片的制造方法，用于制造如权利要求1或2所述的铝合金风机叶片，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：制造模具：根据叶片尺寸及轮廓形状制造锻造模具；
S2：自由锻：加热铝合金棒料，预热模具，并采用自由锻工艺锻造成与叶片形状相近的坯件，所述铝合金棒料为挤压棒料，自由锻加热温度为470℃～490℃，加热时间≥240min；
S3：一次退火；
S4：模锻：加热坯件，并置于锤锻模中，用制动扣固定锻造模，对坯件锤锻成型，始终锻温度：490-380℃，锻模预热温度：200-250℃，模锻加热温度为470℃～490℃，加热时间≥170min；
S5：二次退火；
S6：修边：用切边模切除毛边；
S7：磨平：用角磨机打磨切边毛刺；
S8：透光度检测：检查叶身的叶盆、叶背的透光度，透光度≤1.0mm的进入下道工序，否则返回重锻；
S9：淬火：淬火温度为：500±5℃，淬火介质：30-40℃的水，入水时间：5min，淬火保温时间：≥2小时；
S10：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≤0.6mm，锻件必须在淬火后6小时以内冷校正完毕；
S11：人工时效处理：时效温度：155±5℃，时效保温时间：≥10小时，出炉空冷。
7.根据权利要求6所述的铝合金风机叶片的制造方法，其特征在于，所述一次退火的具体方法为：将自由锻后得到的坯件立即投入退火炉中进行退火，退火温度为415±5℃，保温2-4小时，随炉冷却。
8.根据权利要求6或7所述的铝合金风机叶片的制造方法，其特征在于，所述二次退火的具体方法为：将自由锻后得到的坯件立即投入退火炉中进行退火，退火温度为415±5℃，保温2-4小时，随炉冷却。
9.根据权利要求6或7所述的铝合金风机叶片的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中自由锻的具体方法为：先轻击使之变形速度和变形量降低，减少应力集中，均匀的把铝合金棒料拔长展宽，降低锤上模锻的压力。
10.根据权利要求6或7所述的铝合金风机叶片的制造方法，其特征在于，所述淬火的时间为4小时。
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