一体成型的三维钣金叶片的制作方法

文档序号:5452171阅读:333来源:国知局
专利名称:一体成型的三维钣金叶片的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种一体成型的三维(即简称3D)钣金叶片,尤指一种适用於泵、风机等离心式叶轮或导叶的3D钣金叶片结构。
目前普遍运用於泵或是风机上的叶轮(Impeller)与导叶(Diffuser)一般可概分为铸造及钣金制两种。传统以模具铸造制成的泵叶轮由於具有较为笨重、材料特性较差、生产过程易造成污染等缺点,因此现今已渐渐被钣金制的泵叶轮与导叶所取代。
3D钣金叶片大多使用於高效率离心泵,因其具有的良好3D叶片曲面能符合流体在叶轮或导叶流道的良好角度及负载分布,因此可大幅提高流体的泵送效能。
然而,公知的钣金制造技术无法达到一体成型方式来制造具有良好3D曲面的叶片,而仅能先一片一片地制造叶片后,再将这些叶片一片片地分别定位、焊接於叶轮的前、背盖之间而成为一完整叶轮,造成现今钣金制叶轮与导叶的制造成本居高不下。此乃因为具有良好3D曲面流道结构的叶片,其曲面的形状会造成冲压制造技术上的盲点,而使一体成型冲压工艺几乎不可能实施。故一般现有以冲压方式制造的一体成型叶片(即,多个叶片能一体成型)都是仅仅具有简单的2D圆弧叶片而非完美的3D曲面,由於其简单的叶片角度无法满足流体的角度及负载要求,故会大幅降低泵送效能而只能适用於低价低效能的离心泵产品上。
而公知技术以单片冲压制造具有良好3D曲面的叶片再一一加以焊接定位的作业方式,却又具有包括叶片数量多、夹具设计复杂、3D叶片的精确定位困难等缺点,以至於公知3D钣金叶轮的整体制造及组装成本均相对较高。
此外,对於若干特别用途的泵设计,例如需强调导叶流道的防紊流(De-swirl)泵送功能、或是欲提高泵送压力时,公知技术有采用多列(Multi--Row)叶片的叶轮或导叶结构。例如,台湾专利公告号第342425号专利案、以及美国专利号US.No.5,310,309、4,877,370、5,417,547、5,516,263、4,354,802等专利,均是探讨“多列式”叶片结构的运用及其可达到功效的案例。然而,这些公知的“多列式”叶片结构,唯有以铸造方式成型才能制造出3D曲面的流道以满足流体角度与负载需求。倘若是以钣金冲压制造的话,又针因其需要一片片地分别制造、定位与组装3D曲面的叶片,而“多列式”叶片结构将会大幅增加整体叶片数量数倍以上,使得叶轮组装的困难度与制造成本更大幅提高,因此仍有待进一步改进。
本实用新型的目的,在于提供一种一体成型的3D钣金叶片,其可将原本需分别生产、定位与组装的多个叶片,整合成为少数几个可以一次成型制造的钣金制整合片体,仅需将该少数几个整合片体结合,即同时完成多个叶片的制造、定位及组装工作,不仅各叶片可具有良好的3D曲面以提高泵送效能,且更可大幅降低叶片定位组装的困难度、以及整体生产成本。
本实用新型的另一目的,在於提供一种一体成型的3D钣金叶片,借由将多个叶片整合於少数几个可以一次成型制造的钣金制整合片体,只要将该少数几个整合片体结合,即可迅速组成一“多列式”叶片结构,使其可兼具有钣金冲压制的良好3D曲面叶片的高泵送效能、以及简化叶片定位组装过程的低成本优势。
本实用新型所提供的一种一体成型的3D钣金叶片,用於泵、风机等离心式叶轮或导叶上,其中
该3D钣金叶片至少包括一第一整合片体,其具有若干个向外延伸的3D第一叶片、以及一预定形状的第一嵌合结构;以及一第二整合片体,具有若干个向外延伸的3D第二叶片、以及一预定形状的第二嵌合结构其形状恰可与该第一嵌合结构所相互嵌合而定位;第一整合片体的第一嵌合结构系嵌入该第二整合片体的第二嵌合结构以将该两片体结合成为一体,而形成一3D钣金叶片结构。
其中,所述第一整合片体与第二整合片体结合成为一体,该第一整合片全的各第一叶片系分别与对应的第二叶片相邻接而成为多个一体的3D曲面叶片。
其中,所述第一整合片体与第二整合体结合成为一体,该第一整合片体的各第一叶片系分别与第二叶片相离一适当间隙,而成为一多列式叶片结构。
其中,所述第一整合片体又称为内侧片体,内侧片体系成一中空浅碟状结构,并具有若干个呈辐射状向外延伸的3D内侧叶片,每一个内侧叶片自较近内侧端起分别依序具有包括一内侧基板、及一内侧叶片体,於内侧基板的中央具有一贯穿的轮毂孔且周缘形成有预定形状的嵌合边,内侧叶片体与内侧基板之间系呈适当夹角而为一立体状结构,每一个内侧叶片体的两端系分别为内侧叶片前缘以及内侧叶片后缘;所述第二整合片体又称为外侧片体,其系为一中空浅碟状结构,并且具有若干呈辐射状向外延伸的3D外侧叶片,每一个外侧叶片自较近内侧端起分别依序具有包括一外侧基板、及一外侧叶片体,於外侧基板的中央具有一贯穿的预定形状的嵌合孔其形状恰可供所述嵌合边所嵌合而定位,外侧叶片体与外侧基板之间系呈适当夹角而为一立体状结构,每一个外侧叶片体的两末端系分别为外侧叶片前缘以及外侧叶片后缘;
所述内侧片体的嵌合边嵌入该外侧片体的嵌合孔以将该两片体结合成为一体,而形成一3D钣金叶片结构。
本实用新型的最主要特征,系完全摒弃传统以冲压制造的风机或离心式泵所使用的钣金制叶轮或导叶,均需要先将各个叶片单独成形制造后,再一一定位、组装并焊接於叶轮盖上的制造方式与结构。相对地,本实用新型是借由将多片(通常超过六片以上)原本需独立制造的叶片,加以整合成为两件或以上的整合片体,因此只要将该两件整合片体结合便同时完成多片叶片的制造、定位、与组装工作,且更可设计出具有“多列叶片(Multi-Row Blades)”结构的叶轮或导叶。每一整合片体上均分别具有多个较短长度的叶片、且是以3D曲面一次冲压成型。当将该两件或以上的整合片体相结合后,其两者的叶片或相互组接成原有设计的单一叶片曲面、或亦可不相邻接而构成一多列式(Multi-Row Blades)排列的叶片结构。由於原本具复杂3D曲面结构的叶片於本实用新型中被分成若干不同部分来制造,克服了公知技术冲压3D曲面时的困难,也因此造就一体成形冲压3D曲面叶片的可能。借由此种方式与结构,将可使钣金制叶轮或导叶的元件数量大幅减少、叶片的定位与组装更便利且成本更低、且无论於模具或夹具的设计与成本均降低。不仅於叶轮或导叶的流道设计上亦更富弹性,且本实用新型更可达到以钣金制造“多列叶片(Multi-Row Blades)”的叶轮与导叶。



图1A为本实用新型的较佳实施例的内侧片体上视图;
图1B为
图1A沿81-81线的剖视图;
图1C为
图1A沿91-91线的剖视图;图2A为本实用新型的较佳实施例的外侧片体上视图;图2B为图2A沿82-82线的剖视图;图2C为图2A沿92-92线的剖视图3A为本实用新型的叶轮结构的上视图;图3B为图3A沿83-83线的剖视图;图3C为图3A的下视图;图4A为本实用新型的外侧导叶的上视图;图4B为图4A沿84-84线的剖视图;图5A为本实用新型的内侧导叶的上视图;图5B为图5A沿85-85线的剖视图;图6A为本实用新型的导叶结构的上视图;图6B为图6A沿86-86线的剖视图;图6C为图6A的下视图;图7为本实用新型的内侧导叶的另一较佳实施例。
首先,请参阅
图1A至图3C所示,为本实用新型的一体成型的3D钣金叶片使用於一钣金制叶轮(Impeller)上的较佳实施例。於本较佳实施例中,该叶轮的3D钣金叶片是由一第一整合片体(以下简称为内侧片体1)以及一第二整合片体(以下简称为外侧片体2)所构成,该两片体均是以一体成型的方式冲压制造完成且其上均分别具有若干叶片。值得一提的是,虽然於本较佳实施例中是将叶轮的3D钣金叶片分成两件片体1、2来制造,然而其也可以是分成三件或更多件的片体。
请参阅
图1A、1B及1C。该内侧片体1系呈一中空浅碟状结构,并具有若干个呈辐射状向外延伸且长度较短(约为正常叶片长度的一半)的3D内侧叶片10。第一个内侧叶片10均具有3D曲面,由於其长度较短、且在结构上相邻叶片没有重叠,故仍可以一次冲压成型方式制造,不会产生冲压上的盲点。每一个内侧叶片10自较近内侧端起分别依序具有包括一内侧基板13、一内侧叶片体11、及一内侧叶片侧翼12。於内侧基板13的中央并具有一贯穿的轮毂孔17,且内侧基板13的外周缘形成有预定形状的嵌合边16。於本较佳实施例中,该嵌合边16系呈齿状边缘结构,然而其亦可以是其他几何构形。每一个内侧叶片体11的两端系分别定义为内侧叶片前缘14(Leading Edge)以及内侧叶片后缘15(Trailing Edge)。内侧叶片侧翼12(Inner Blade Shroud)系自内侧叶片体11朝外延伸一适当圆弧曲面的构形以与叶轮前盖6相结合。该内侧叶片体11与内侧基板13及内侧叶片侧翼12之间均分别呈一适当夹角而为一立体状结构,使该内侧叶片10的各部分剖面可为一Z字形或是反Z字形的立体状构造。内侧叶片侧翼12的形状系配合叶轮前盖6的形状所设计,使内侧片体1易於定位及焊接於叶轮前盖6与叶轮背盖7(又可称为轮毂端盖)之间。
如图2A、2B、及2C所示,外侧片体2系为一中空浅碟状结构,并具有若干呈辐射状向外延伸的3D外侧叶片20,每一个外侧叶片20自较近内侧端起分别依序具有包括一外侧基板23、一外侧叶片体21、及一外侧叶片侧翼22。於外侧基板23的中央具有一贯穿的预定形状的嵌合孔26其形状恰可供嵌合边16的嵌合而定位。外侧叶片侧翼22系自外侧叶片体21朝外延伸,且外侧叶片体21与外侧基板23及外侧叶片侧翼22之间系分别呈适当夹角而为一立体状结构,使该外侧叶片20各部分剖面可为一Z字型或是反Z字型的立体状构造。该外侧叶片侧翼22的形状系配合叶轮前盖6的形状所设计,使外侧片体2易於定位於叶轮前盖6与叶轮背盖7之间。每一侧叶片体21的两末端则分别为外侧叶片前缘24以及外侧叶片后缘25。
於组装时,只要将内侧片体1的嵌合边16嵌入该外侧片体2的嵌合孔26,便可迅速完成将该两片体1、2结合成为一体的3D钣金叶片结构。然后,再将内侧片体1及外侧片体2结合定位於叶轮前盖6与叶轮背盖7之间(如图3A、3B、及3C所示),并以焊接(例如点焊)方式加以固定成一体,如此便可轻易且非常迅速地完成一完整叶轮结构的组装工作,完全没有叶片定位上的困难。
于本较佳实施例中,当两片体1、2组装后,内侧片体1的各内侧叶片10的内侧叶片后缘15将分别对应且邻接於外侧片体2的各外侧叶片20的外侧叶片前缘24,以成为一体的完整叶片结构,且该结合后的完整叶片结构可具有良好的3D曲面设计,因此可提高叶片的泵送效能。然而,人们可轻易理解,而将本实用新型的相对应的内侧叶片后缘15与外侧叶片前缘24於组装完成后使其两者之间具有一间隙而不邻接,以成为一多列式(Multi-Row)叶片结构。此外,虽然於本较佳实施例中,内侧叶片10的数量系与外侧叶片20的数量相同,然而,其亦设计成具有不同数量的内侧叶片10与外侧叶片20。
请参阅图4A至图4C所示,为本实用新型的一体成型的3D钣金叶片使用於一钣金制导叶(Diffuser)上的较佳实施例。於本较佳实施例中,该导叶的3D钣金叶片(Sheet-Metal Vane)由一第一整合片体(以下简称为外侧导叶3)以及一第二整合片体(以下简称为内侧导叶4)所构成,该两片体均是以一体成型的方式冲压制造完成且其上均分别具有若干导叶片(Diffuser Vane)。值得一提的是,虽然於本较佳实施例中系将导叶的3D钣金导叶片分成两个片体3、4来制造,然而其也可以是分成三个或更多片体。
如图4A及4B所示,外侧导叶3系成一中空浅碟状结构,并具有若干个呈辐射状向外延伸的3D外侧导叶片30。每一个外侧导叶片30自较近内侧端起分别依序具有包括一外侧基板33、一外侧导叶片体31、及一外侧导叶片侧翼32(Outer-Vane Shroud)。於外侧基板33之中央具有一贯穿的轮毂孔36,外侧导叶片体31与外侧基板33及外侧导叶片侧翼32之间系呈适当夹角而为一立体状结构(其剖面可呈Z字或反Z字状),每一个外侧导叶片体31的两末端系分别为外侧导叶片前缘34以及外侧导叶片后缘35。外侧导叶片侧翼32的形状系配合导叶背盖5的形状所设计,使外侧导叶3易於结合定位於导叶背盖5之间。
如图5A及图5B所示,内侧导叶4系为一中空浅碟状结构,并具有若干个呈辐射状向外延伸的3D内侧导叶片40。每一个内侧导叶片40自较近内侧端起分别依序具有包括一内侧导叶片基板43、一内侧导叶底板42、及一内侧导叶片体41。於内侧导叶片基板43的中央具有一贯穿的内侧轮毂孔47其位置对应于该外侧轮毂孔36。内侧导叶片体41与内侧导叶底板42之间系呈适当夹角而为一类似L型或反L型的立体状结构。每一个内侧导叶片体41的两末端系分别为内侧导叶片前缘44以及内侧导叶片后缘45。
於组装时,借由将外侧导叶3的外侧轮毂孔36贴靠向该内侧导叶4的内侧轮毂孔47定位,并使内侧导叶底板42与内侧导叶基板43以焊接(例如点焊)方式结合於外侧基板33上,以形成一3D钣金叶片结构。然后,再将该外侧导叶3焊接结合於导叶背盖5上,使内侧导叶4系定位於外侧导叶3与导叶背盖5之间,如此便何非常轻易迅速地完成一完整的导叶结构的组装工作,完全没有众多导叶片组立的定位问题。
如图6A、6B、及6C所示,於本较佳实施例中,当外侧导叶3与内侧导叶4相结合时,外侧导叶片30的外侧导叶片后缘35将分别对应於内侧导叶片40的内侧导叶片前缘44,且相对应的外侧导叶片后缘35与内侧导叶片前缘44之间系具有一径向或圆周方向的间隙而不相邻接,以成为一多列式(Multi-Row)叶片(Vane)结构。然而,人们当可容易理解,而选择更改设计将外侧导叶片后缘35对应邻接於内侧导叶片前缘44,以成为具有一体叶片的导叶结构。并且,虽然於本较佳实施例中的外侧导叶片30数量与内侧导叶片40的数量相同,然而亦可依实际需要更改设计使其两者数量不同。
此外,於图5A有5B扭不的内侧导叶4,其内侧导叶片40上并未设计有内侧导叶片侧翼(此图未示)。此乃因为於该位置处(内侧导叶4的位置)所承受的流体压力是相对较低的,所以即使未设计内侧导叶片侧翼也不会影响到其稳定导流功能。然而,人们也可选择将内侧导叶4的内侧导叶片40上增加设计有内侧导叶片侧翼46(如图7所示),该内侧导叶片侧翼46的形状系配合导叶背盖5的形状,可辅助内侧导叶片40于导叶背盖5内侧表面的定位,也可焊接於导叶背盖5上。
本实用新型如前述的结构,确能达到预期的作用及效果,然而,上述本实用新型较佳实施例的说明,是用以揭示本实用新型的技术特征,而非限制本实用新型的权益,而凡是在结构上数目的变更及等效的替换,仍应属于本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种一体成型的三维钣金叶片,用於泵、风机等离心式叶轮或导叶上,其特征在于该3D钣金叶片至少包括一第一整合片体,其具有若干个向外延伸的3D第一叶片、以及一预定形状的第一嵌合结构;以及一第二整合片体,具有若干个向外延伸的3D第二叶片、以及一预定形状的第二嵌合结构其形状恰可与该第一嵌合结构所相互嵌合而定位;第一整合片体的第一嵌合结构系嵌入该第二整合片体的第二嵌合结构以将该两片体结合成为一体,而形成一3D钣金叶片结构。
2.如权利要求1所述的一体成型的三维钣金叶片,其特征在于,所述第一整合片体与第二整合片体结合成为一体,该第一整合片体的各第一叶片系分别与对应的第二叶片相邻接而成为多个一体的3D曲面叶片。
3.如权利要求1所述的一体成型的三维钣金叶片,其特征在于,所述第一整合片体与第二整合体结合成为一体,该第一整合片体的各第一叶片系分别与第二叶片相离一适当间隙,而成为一多列式叶片结构。
4.如权利要求1所述的一体成型的三维钣金叶片,其特征在于,所述第一整合片体又称为内侧片体,内侧片体系成一中空浅碟状结构,并具有若干个呈辐射状向外延伸的3D内侧叶片,第一个内侧叶片自较近内侧端起分别依序具有包括一内侧基板、及一内侧叶片体,於内侧基板的中央具有一贯穿的轮毂孔且周缘形成有预定形状的嵌合边,内侧叶片体与内侧基板之间系呈适当夹角而为一立体状结构,每一个内侧叶片体的两端系分别为内侧叶片前缘以及内侧叶片后缘;所述第二整合片体又称为外侧片体,其系为一中空浅碟状结构,并且具有若干呈辐射状向外延伸的3D外侧叶片,每一个外侧叶片自较近内侧端起分别依序具有包括一外侧基板、及一外侧叶片体,於外侧基板的中央具有一贯穿的预定形状的嵌合孔其形状恰可供所述嵌合边所嵌合而定位,外侧叶片体与外侧基板之间系呈适当夹角而为一立体状结构,每一个外侧叶片体的两末端系分别为外侧叶片前缘以及外侧叶片后缘;所述内侧片体的嵌合边嵌入该外侧片体的嵌合孔以将该两片体结合成为一体,而形成一3D钣金叶片结构。
5.如权利要求4所述的一体成型的三维钣金叶片,其特征在于,还包括有一叶轮前盖及一叶轮背盖,该内侧片体及外侧片体系结合定位於叶轮前、背盖之间以形成一完整叶轮结构;所述的内侧叶片还具有一内侧叶片侧翼,其系自内侧叶片体朝外延伸且与内侧叶片体呈一适当夹角而为一立体状结构,该内侧叶片侧翼的形状系配合叶轮前盖的形状所设计,使内侧片体易於定位於叶轮前、背盖之间;所述的外侧叶片还具有一外侧叶片侧翼,其系自外侧叶片体朝外延伸且与外侧叶片体呈一适当夹角而为一立体状结构,该外侧叶片侧翼的形状系配合叶轮前盖的形状,使外侧片体易於定位於叶轮前、背盖之间。
6.如权利要求1所述的一体成型的三维钣金叶片,其特征在于,所述第一整合片体又称为外侧导叶,其系成一中空浅碟状结构,并具有若干个呈辐射状向外延伸的3D外侧导叶片,每一个外侧导叶片自较近内侧端起分别依序具有包括一外侧基板、及一外侧遵叶片体,於外侧基板的中央具有一贯穿的轮毂孔,外侧导叶片体与外侧基板之间系呈适当夹角而为一立体状结构,每一个外侧导叶片体的两末端系分别为外侧导叶片前缘以及外侧导叶片后缘;所述第二整合片体又称为内侧导叶,系为一中空浅碟状结构,并具有若干个呈辐射状向外延伸的3D内侧导叶片,每一个内侧导叶片自较近内侧端起分别依序具有包括一内侧导叶片基板、一内侧导叶底板、及一内侧导叶片体,於内侧导叶片基板的中央具有一贯穿的内侧轮毂孔其位置系对应於该外侧轮毂孔,内侧导叶片体与内侧导叶底板之间系呈适当夹角而为一立体状结构,每一个内侧导叶片体的两末端系分别为内侧导叶片前缘以及内侧导叶片后缘;所述外侧导叶的外侧轮毂孔可贴靠向该内侧导叶的内侧轮毂孔而定位,并使内侧导叶底板结合於外侧基板上,以形成一3D钣金叶片结构。
7.如权利要求6所述的一体成型的三维钣金叶片,其特征在于,还包括有一导叶背盖,该外侧导叶系结合定位於导叶背盖上,且内侧导叶系结合定位於外侧导叶上并容置於外侧导叶与导叶背盖之间,以形成一导叶结构;并且,内侧导叶的内侧导叶片还包括有一内侧导叶片侧翼,其是自内侧导叶片体朝外延伸且与内侧导叶片体呈一适当夹角而为一立体状结构,该内侧导叶片侧翼的形状系配合导叶背盖的形状所设计,即内侧导叶易定位於导叶背盖。
专利摘要一种一体成型之三维板金叶片包括至少两个以一次成型的整合片体。每一整合片体上均具有若干长度较短的3D曲面叶片、以及对应的嵌合结构。该嵌合结构可轻易将至少两个整合片体组接,使其分别所具有的多个长度较短叶片,可相互邻接成为多个一体的完整3D曲面叶片或是相离一适当间隙而成为一多列式叶片结构。该叶片结构可以一体冲压成形,不仅零件数量大幅减少、叶片定位与组装更便利且成本更低。
文档编号F04D29/24GK2431424SQ00238158
公开日2001年5月23日 申请日期2000年7月3日 优先权日2000年7月3日
发明者简焕然, 陈义仁, 陈景富, 廖荣钊 申请人:财团法人工业技术研究院
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