一种水泵扭曲叶片闭式叶轮及其加工工艺的制作方法

本发明涉及泵叶轮制造工艺技术领域，尤指一种水泵扭曲叶片闭式叶轮及其加工工艺。

背景技术：

目前通用的几种水泵叶轮加工工艺分别为：

1)传统开模具铸造：目前低振动噪声、高效叶片通常采用增加叶片数、扭曲叶片设计方法，叶片空间扭曲大、叶片数量多的叶轮采用传统开模具铸造方式往往难以实现，且铸造叶轮成本高、生产周期长、精准度低、表面粗糙，通过开模具铸造生产叶轮精度低，一致性差，不适用于叶轮精准制造，更不适用低振动噪声高效叶轮水泵生产；

2)冲压+铆焊：通过冲压工艺完成叶片制作并铆焊在前后盖板上，但冲压工艺仅能够完成弯曲度不高的直叶片加工，无法完成空间扭曲较大的叶片加工，且多个叶片铆焊点增加了流道内阻力，影响了叶轮水力性能和振动性能；

3)3d打印：通过3d打印机完成金属叶轮3d打印，该方法能够很好的保证产品与设计保持一致性，加工周期短，但费用非常昂贵，目前3d打印金属叶轮工艺尚未市场化；

4)铸造蜡膜抽离：对于性能要求较高的闭式叶轮，往往内部结构复杂、叶片扭曲大，铸造模具无法完成铸造蜡膜抽离，导致普通铸造工艺无法完成；

5)整体铣工艺：叶轮主体通过整体铣工艺机加工而成，通过将前盖板与叶片前缘与尾缘局部焊接，实现闭式叶轮制作，但针对叶片总数较多、叶片扭曲大的叶轮主体，由于叶片之间间距过小、叶片扭曲大，叶轮主体无法通过整体铣工艺完成；其次，由于整体铣叶轮与前盖板通过局部焊接，焊缝在叶轮长时间运行过程中受到腐蚀容易开裂，导致叶轮主体与前盖板分裂，且焊缝尾缘叶轮流道内部，影响叶轮水力性能；由于整体铣制的叶轮主体与前盖板焊接成型后，前盖板与叶片之间存在缝隙，存在流体泄漏，降低叶轮水力性能，因此该方法还有待改进。

随着水泵叶轮设计水平和客户要求的提高，对水泵叶轮制造工艺要求越来越高，低振动设计出来的水泵叶轮对叶轮内部细节要求非常高，对流道内外表面的光滑程度要求非常高，因此制造工艺满足设计要求，才能完全将低振动设计的优势体现出来，通常低振动叶轮叶片通常空间扭曲大，采用常规的机加工或铸造工艺很难实现加工。因此需要开发一种新的低振动水泵闭式叶轮制造工艺，既能使金属叶轮结构与设计结构保持一致，又能够保证叶轮焊缝强度和可靠性，使该工艺能够满足水泵的性能和可靠性使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水泵扭曲叶片闭式叶轮及其加工工艺，大幅度提升了闭式叶轮制造的精准度、表面光滑度和闭式叶轮重量均匀程度、大幅度缩短了闭式叶轮的制造周期、解决了扭曲大、数量多叶片整体铣制工艺中出现的加工难度大等问题，同时提高了闭式叶轮的结构的可靠性和水力性能，降低闭式叶轮的振动。

本发明提供的技术方案如下：

一种水泵扭曲叶片闭式叶轮加工工艺，包括步骤：

通过五轴联动数控机床整体铣加工形成单个扭曲叶片，其中，若干个所述单个扭曲叶片依次拼接形成所述闭式叶轮；

于相邻设置的两个所述单个扭曲叶片的拼接处焊接并形成焊缝，其中，所述焊缝的数量与所述闭式叶轮的单个扭曲叶片的数量相同。

本技术方案中，本发明解决了常规水泵常规整体铣加工的叶轮主体与前盖板焊接工艺存在的焊缝不牢、焊缝结构影响水力性能、扭曲数量多叶片无法加工的难题。同时也解决了铸造工艺、冲压工艺等传统工艺生产出的叶轮与三维设计模型的结构偏差、叶轮表面工艺差、叶片重量不均匀、重心不对称等缺陷(传统工艺生产出来的闭式叶轮，成本高、生产周期长、精准度低、表面粗糙，且传统叶轮模具无法实现叶片空间扭矩较大的叶轮制造，传统工艺通过开模具、铸造生产叶轮使用于批量生产精度要求不高的叶轮，但不适用于叶轮精准制造)。由于每一个单个扭曲叶片的结构均相同，且均通过五轴联动数控机床实现批量加工和生产，加工精度高，单个扭曲叶片的实际结构与设计结构的一致性性高，进而使得每一个单个扭曲叶片的结构一致性高，保证了整个闭式叶轮的流道内外表面的整齐度和光滑度。使得本发明大幅度提升了闭式叶轮制造的精准度、表面光滑度和闭式叶轮重量均匀程度、大幅度缩短了闭式叶轮的制造周期、解决了扭曲大、数量多叶片整体铣制工艺中出现的加工难度大等问题，同时提高了闭式叶轮的结构的可靠性和水力性能，降低闭式叶轮的振动。

进一步优选地，所述通过五轴联动数控机床整体铣加工形成单个扭曲叶片之前还包括步骤：

根据设计要求将所述闭式叶轮分成若干个所述单个扭曲叶片，每一个所述单个扭曲叶片包括叶片、前盖板和后盖板。

本技术方案中，本发明将叶片、前盖板和后盖板作为一个整体进行设计和加工，实现了叶片、前盖板和后盖板一体化加工成型，实现了叶片、前盖板和后盖板之间无缝隙，避免了现有技术中由于整体铣制的叶轮主体与前盖板焊接成型后，前盖板与叶片之间存在缝隙，存在流体泄漏的情况发生。

进一步优选地，所述叶片包括主叶片和分流叶片。

本技术方案中，分流叶片与主叶片一体成型，不仅改善了闭式叶轮的内流场分布，还改善了闭式叶轮的机械综合性能。

进一步优选地，所述叶片的厚度尺寸为1.5-2mm。

本技术方案中，本发明的叶片厚度可减至1.5-2mm，大幅度提升了本闭式叶轮的流动性能。

进一步优选地，所述闭式叶轮的单个扭曲叶片的数量为4-20。

本发明还提供了一种水泵扭曲叶片闭式叶轮，包括：

单个扭曲叶片，若干个单个扭曲叶片依次拼接形成所述闭式叶轮，且每一个所述单个扭曲叶片通过五轴联动数控机床整体铣加工形成；

相邻设置的两个所述单个扭曲叶片的拼接处焊接连接并形成焊缝，且所述焊缝的数量与所述闭式叶轮的单个扭曲叶片的数量相同。

本技术方案中，本发明解决了常规水泵常规整体铣加工的叶轮主体与前盖板焊接工艺存在的焊缝不牢、焊缝结构影响水力性能、扭曲数量多叶片无法加工的难题。同时也解决了铸造工艺、冲压工艺等传统工艺生产出的叶轮与三维设计模型的结构偏差、叶轮表面工艺差、叶片重量不均匀、重心不对称等缺陷(传统工艺生产出来的闭式叶轮，成本高、生产周期长、精准度低、表面粗糙，且传统叶轮模具无法实现叶片空间扭矩较大的叶轮制造，传统工艺通过开模具、铸造生产叶轮使用于批量生产精度要求不高的叶轮，但不适用于叶轮精准制造)。由于每一个单个扭曲叶片的结构均相同，且均通过五轴联动数控机床实现批量加工和生产，加工精度高，单个扭曲叶片的实际结构与设计结构的一致性性高，进而使得每一个单个扭曲叶片的结构一致性高，保证了整个闭式叶轮的流道内外表面的整齐度和光滑度。使得本发明大幅度提升了闭式叶轮制造的精准度、表面光滑度和闭式叶轮重量均匀程度、大幅度缩短了闭式叶轮的制造周期、解决了扭曲大、数量多叶片整体铣制工艺中出现的加工难度大等问题，同时提高了闭式叶轮的结构的可靠性和水力性能，降低闭式叶轮的振动。

进一步优选地，每一个所述单个扭曲叶片包括叶片、前盖板和后盖板。

本技术方案中，本发明将叶片、前盖板和后盖板作为一个整体进行一体化加工成型，实现了叶片、前盖板和后盖板之间无缝隙，避免了现有技术中由于整体铣制的叶轮主体与前盖板焊接成型后，前盖板与叶片之间存在缝隙，存在流体泄漏的情况发生。

进一步优选地，所述叶片包括主叶片和分流叶片。

本技术方案中，分流叶片与主叶片一体成型，不仅改善了闭式叶轮的内流场分布，还改善了闭式叶轮的机械综合性能。

进一步优选地，所述叶片的厚度尺寸为1.5-2mm。

本技术方案中，本发明的叶片厚度可减至1.5-2mm，大幅度提升了本闭式叶轮的流动性能。

进一步优选地，所述闭式叶轮的单个扭曲叶片的数量为4-20。

本发明提供的一种水泵扭曲叶片闭式叶轮及其加工工艺，能够带来以下至少一种有益效果：

1)保证空间扭曲大、叶片数较多的闭式叶轮通过分组加工的方式完成机加工，解决整体无法加工的难题。

2)采用了五轴联动铣加工，闭式叶轮内外结构与设计模型一致，能够很好的保证设计性能的实现。

3)五轴联动数控机床加工出来的闭式叶轮内外表面非常光滑，由于叶轮质量分布均匀等特点，采用该工艺生产出的叶轮低频振动很低。

4)制造周期短，可以大幅度缩短闭式叶轮的研制周期，单个叶轮制造费用相当于一套叶轮费用，适用于小批量定制。

5)通过在闭式叶轮外表面焊接的方式将各单个扭曲叶片焊接在一起，可以增加焊缝的长度和宽度，保证焊缝的强度和可靠性，而不影响叶轮内部的流场流动。

6)整个加工工具只涉及五轴联动数控机床，加工方式单一且易于实现，通过编程便可实现同一类型的闭式叶轮的批量化生产；同时通过更改相关加工参数便可实现不同类型的闭式叶轮的快速批量化生产，加工效率高且简单。

7)将前盖板、叶片和后盖板作为一组进行机加工，可以实现三者之间无缝隙，避免了由于整体铣制的叶轮主体与前盖板焊接成型后，前盖板与叶片之间存在缝隙，存在流体泄漏的情况发生。

8)由于叶轮主体采用了机加工工艺，叶片厚度可以减至1.5mm～2mm，流动性能得到大幅度提升。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对水泵扭曲叶片闭式叶轮及其加工工艺的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的水泵扭曲叶片闭式叶轮一种实施例结构示意图；

图2是本发明的单个扭曲叶片的一种实施例结构示意图；

图3是本发明的水泵扭曲叶片闭式叶轮另一种实施例结构示意图。

附图标号说明：

1.单个扭曲叶片，11.叶片，111.主叶片，112.分流叶片，12.前盖板，13.后盖板，141.第一焊缝，142.第二焊缝，15.内部的流场。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在实施例一中，一种水泵扭曲叶片闭式叶轮加工工艺，包括步骤：

通过五轴联动数控机床整体铣加工形成单个扭曲叶片，其中，若干个所述单个扭曲叶片依次拼接形成所述闭式叶轮；

于相邻设置的两个所述单个扭曲叶片的拼接处焊接并形成焊缝，其中，所述焊缝的数量与所述闭式叶轮的单个扭曲叶片的数量相同。

本实施例中，由于每一个单个扭曲叶片的结构均相同，且均通过五轴联动数控机床实现批量加工和生产，加工精度高，单个扭曲叶片的实际结构与设计结构的一致性性高，进而使得每一个单个扭曲叶片的结构一致性高，保证了整个闭式叶轮的流道内外表面的整齐度和光滑度，提高了叶轮的水力性能和可靠性，并降低了泵体工作是时的振动噪音，满足空间扭曲大的闭式叶轮的加工需求和使用需求。制造周期短，可以大幅度缩短闭式叶轮的研制周期，单个叶轮制造费用相当于一套叶轮费用，适用于小批量定制。在实际应用中，通过在闭式叶轮外表面焊接的方式将各单个扭曲叶片焊接在一起，可以增加焊缝的长度和宽度，保证焊缝的强度和可靠性，而不影响闭式叶轮内部的流场流动。

在实施例二中，一种水泵扭曲叶片闭式叶轮加工工艺，在实施例一的基础上，所述通过五轴联动数控机床整体铣加工形成单个扭曲叶片之前还包括步骤：

根据设计要求将所述闭式叶轮分成若干个所述单个扭曲叶片，每一个所述单个扭曲叶片包括叶片、前盖板和后盖板。

本实施例中，将叶片、前盖板和后盖板作为一个整体进行设计和加工，实现了叶片、前盖板和后盖板一体化加工成型，实现了叶片、前盖板和后盖板之间无缝隙，避免了现有技术中由于整体铣制的叶轮主体与前盖板焊接成型后，前盖板与叶片之间存在缝隙，存在流体泄漏的情况发生。

在实施例三中，一种水泵扭曲叶片闭式叶轮加工工艺，在实施例二的基础上，叶片包括主叶片和分流叶片。分流叶片与主叶片一体成型，不仅改善了闭式叶轮的内流场分布，还改善了闭式叶轮的机械综合性能。优选地，闭式叶轮的单个扭曲叶片的数量为4-20。当然，在实际应用中，闭式叶轮的单个扭曲叶片也可为6-12。且闭式叶轮的单个扭曲叶轮的数量根据泵体流量设计需要进行设置。

在实施例四中，如图1-3所示，一种水泵扭曲叶片闭式叶轮，包括：单个扭曲叶片1，若干个单个扭曲叶片1依次拼接形成闭式叶轮，且每一个单个扭曲叶片1通过五轴联动数控机床整体铣加工形成；相邻设置的两个单个扭曲叶片1的拼接处焊接连接并形成焊缝，且焊缝的数量与闭式叶轮的单个扭曲叶片1的数量相同。在实际应用中，先通过五轴联动数控机床整体铣加工形成每一个单个扭曲叶片1，然后于相邻拼接在一起的两个单个扭曲叶片1的拼接处进行焊接，从而使得相邻拼接的两个单个扭曲叶片1焊接连接，值得说明的是，单个扭曲叶片1的焊缝仅仅位于闭式叶轮的外表面，即沿闭式叶轮的轴线方向设置的前外表面和后外表面，使得两个单个扭曲叶片1所形成的焊缝包括位于前外表面的第一焊缝141以及位于后外表面的第二焊缝142，值得说明的是，两个单个扭曲叶片1的拼接处于闭式叶轮内部的流场15处无需进行焊接，避免闭式叶轮内部的流场15因焊缝的存在而影响水力性能。

在实施例五中，如图1-3所示，在实施例四的基础上，每一个单个扭曲叶片1包括叶片11、前盖板12和后盖板13。后盖板13靠近闭式叶轮的中心轴线设置并设置于叶片11的末端，而前盖板12构沿闭式叶轮的轴线方向突起于闭式叶轮的前外表面且围设于中心轴线设置。本发明将叶片11、前盖板12和后盖板13作为一个整体进行一体化加工成型，实现了叶片11、前盖板12和后盖板13之间无缝隙，避免了现有技术中由于整体铣制的叶轮主体与前盖板12焊接成型后，前盖板12与叶片11之间存在缝隙，存在流体泄漏的情况发生。优选地，叶片11包括主叶片111和分流叶片112。分流叶片112位于闭式叶轮内部的流场15内，而若干个主叶片111的前外表面和后外表面共同构成了闭式叶轮的前外表面和后外表面。优选地，叶片11的厚度尺寸为1.5-2mm。叶片11厚度可减至1.5-2mm，流动性能得到大幅度提升。优选地，闭式叶轮的单个扭曲叶片1的数量为4-20。当然，在实际应用中，闭式叶轮的单个扭曲叶片1也可为6-12。且闭式叶轮的单个扭曲叶轮的数量根据泵体流量设计需要进行设置。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。