旋压技术在风机行业的应用

白 猛， 赵晓岗， 徐士玉， 练进磊

（南通大通宝富风机有限公司， 江苏 南通 226010）

引言

旋压是一种综合了挤压、拉伸、弯曲、锻造、轧制、冲压、滚压、平整等工艺特点的比较先进的塑性加工方案[1]，是借用旋轮依次连续对等待旋压金属毛坯施以压力，使其产生逐点局部塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工艺方法。旋压成形时，旋轮对毛坯逐点作用，呈点接触状态，接触面积小单位压力大，所需总变形力和变形功率都较小，对于强度大、复杂、难变形的金属也能轻松成形。旋压工艺具有成形后金属力学性能高、工序简单、表面质量好、产品尺寸精度高、旋压制品种类繁多、材料利用率高、无屑、易操作、易组装等优点，在航空、航天、军工和民用产品等领域中应用广泛[2]。本文基于旋压原理，以生产通风机轮盖及进风口部件为例，研究介绍旋压技术在风机行业中应用，并为更多的新技术新方案提供案例基础。

1 旋压原理

旋压技术以其优越的工艺性发展迅速，应用广泛。基本方式主要分为拉伸旋压、缩径旋压和扩径旋压三种形式[3]，其原理不同：拉伸旋压主要是轴带动旋轮使其沿芯模运动，使毛坯径向弯曲，周向收缩进而成形的一种常用旋压工艺，如图1 所示；缩径旋压毛坯主要为筒形、管形、锥形等结构，使用旋轮将待旋毛坯的中部或端部依次进行径向收缩的工艺方法，主要分为收口和缩径两种形式，旋压形式如图2 所示；扩径旋压是将旋轮伸入毛坯内部，通过芯模或双旋轮运动，使毛坯沿径向向外旋压，进而使毛坯工件直径扩张为图纸要求尺寸，原理示意图如图3 所示。

图1 拉伸旋压

图2 缩径旋压

图3 扩径旋压

旋压的核心原理，即在旋压过程中通过旋轮作用在毛坯料上，使其受力点由点到线、由线到面转化，最终毛坯料沿固定方向在旋轮的挤压作用下发生金属流动，改变毛坯的形状，使其直径缩小或增大，进而成形[4]。

2 旋压技术应用

随着旋压技术的发展，风机行业也逐步采用旋压工艺生产，通风机集流器是典型旋压案例。通风机叶轮部、进风口等部件为其主要部件，部件结构形式是否符合设计要求会直接影响风机性能。对于叶轮部轮盖及进风口风筒传统制作方法多为压型制作，型线难以符合图纸要求，且生产效率低成本高，难以满足公司生产需求。公司引进的丹麦进口NODI 旋压机，结构如图4 所示。其工作原理主要是扩径旋压，也可称为滚辊模旋压法，采用双旋轮夹紧毛坯旋压，旋轮同时旋转用力，作用于毛坯两侧，旋压拉伸工件成形。

图4 NODI 旋压机（D500-D4000-12-T600-FA-T）

结合旋压机多年的实际生产应用状况，下面以轮盖及进风筒旋压工艺分别介绍旋压在风机行业的应用。

2.1 轮盖旋压

叶轮部作为通风机最核心的部件，其轮盖型线是否符合设计要求决定了风机运转性能及稳定性能否满足工况要求[5]。风机系列较多且型号大小不同，其轮盖型线各不相同，经过不断试验旋压方案总结经验，开创出一套适用于各系列轮盖旋压生产的工艺方案。如图5 所示，轮盖旋压生产均采用平板料，旋压工件时双旋轮由毛坯料内孔分侧进入，双旋轮同时作高速旋转运动，在毛坯料两侧挤压坯料，通过多道次往复式挤压作用完成轮盖旋压成型。

图5 轮盖旋压示意图

2.2 进风筒旋压

进风口又称集流器，它是介质进入风机主机首先流通的部件，保证气流能均匀充满叶轮进口。进风口喉径及喉颈处R 值的曲率是影响气流流动重要因素，其较大程度决定了气流流动的损失。不同系列风机进风口R 值曲率不同，其旋压生产工艺方案也存在差异[5]。进风口小口尺寸与叶轮前盘进口尺寸为配合尺寸，间隙小容易与叶轮发生碰撞；间隙大会产生涡流，降低风机效率。因此为能够制造满足要求的进风口风筒，多次进行试验积累，根据结构形式不同，总结形成三种旋压工艺方案，分别是锥料旋压、筒料旋压、锥料加筒料旋压，如图6 所示。

图6 进风口旋压示意图

1）锥料旋压：适用于R 值曲率变化小，旋压长度短的进风口。双旋轮由进风口锥料小口进入到指定位置开始运转旋压毛坯料。

2）筒料旋压：对于R 值曲率变化大且大深度进风口，如VR60、VR65III 系列进风口。采用锥料旋压后小口处板厚变薄率较大，有些高达60%以上；且旋压过程中由于旋压路径过多导致材料多次开裂，致使进风口小口尺寸难以保证。结合经验积累开创筒料两端分段旋压工艺方案，以喉颈处为基准，先夹持小口端旋压法兰侧，之后焊接法兰，夹持法兰旋压进风口小口。

3）锥料+筒料旋压：适用于R 值曲率变化大且旋压长度短的进风口，如4-73 系列进风口。先采用锥料旋压至进风口喉径处，然后焊接直伸二次旋压小口端。

3 旋压工件力学性能

旋压的原理就是通过旋轮挤压板材，使板材发生延展变形最终满足设计图纸结构要求，其旋压产品的板厚必然会有变薄现象，并且在工件表面会出现均匀等距的压痕，如图7 所示。

图7 压痕示意图

为验证旋压后材料性能是否能达到要求，分别在进风口和轮盖工件上取样进行拉伸试验，验证其力学性能是否满足要求，实验数据如表1、表2 所示。根据表2 所示的拉伸试验数据，对比标准材料力学性能数据可以发现，即使板厚变化较为严重，工件表面压痕明显，但其力学性能均有所提高，可以满足设计要求。

表1 试样参数

表2 试样拉伸试验数据

4 结语

通过试验数据可知，旋压后产品力学性能完全可以满足设计要求，总结出的各种旋压工艺方案能够得到较好应用，后续不断积累总结经验开创更多可行优良的旋压工艺，改善旋压件质量，对于推动旋压技术在风机行业的应用将会产生极大的作用。