一种叶轮、模具及加工工艺的制作方法

本申请涉及叶轮加工领域，尤其涉及一种叶轮、模具及加工工艺。

背景技术：

1、在环境监测领域，特别是在大气环境监测中，通过飞机进行高空气流采样是获取空气质量数据的重要手段。然而，由于飞机飞行速度快，直接收集气流中的污染物颗粒，效率不高。为此，可以通过在吊舱中设置导流段，并在导流段中安装叶轮的方式，通过叶轮调节吊舱内的气流流速，使得气流中污染物颗粒在吊舱中停留时间增长，便于采样。

2、关于导流段中设置的叶轮，在传统的叶轮加工工艺中，通常采用整体加工的方式，即将整个叶轮作为一个整体进行加工。然而，这种加工方式存在着一些问题。首先，整体加工需要采用高精度的加工设备，如五轴加工中心等，这导致加工成本高昂，而且加工周期长。其次，整体加工对原料的质量和尺寸要求较高，一旦原料存在缺陷或尺寸不符合要求，整个叶轮都可能需要重新加工，造成浪费。此外，加工完成的叶轮在吊舱中安装时，需要设置较为复杂的安装架并通过螺栓固定，一方面增加了吊舱的重量，另一方面吊舱中的操作空间有限，装配不方便，需要较长的组装时间。

技术实现思路

1、本申请提供了一种叶轮、模具及加工工艺，通过一种新的、高效的加工方式解决了目前叶轮采用整体加工方式存在的加工成本高，周期长的问题，并且通过优化叶轮结构，方便叶轮的安装固定。

2、第一方面，本申请提供一种叶轮，包括：

3、主轴，所述主轴包括前端、柱体和尾端；所述前端和所述尾端分别连接在所述柱体的两端，所述柱体的圆周面开设有安装槽；

4、其中，所述前端为圆锥形，所述前端包括锥帽和锥台，所述锥帽底面设置有连接柱，所述连接柱设有外螺纹，所述锥台顶面开设有锥台螺纹孔，所述连接柱与所述锥台螺纹孔螺纹配合连接；

5、所述尾端为圆台，所述尾端的底面开设有方形插口，所述尾端周面设置有由底面向顶面切削而成的平面，所述平面的长度为所述尾端长度的3/4；两个所述平面平行设置在所述尾端的周面两侧，所述平面与所述方形插口的任意内表面平行；

6、叶片，所述叶片为扭曲成型的曲面，所述叶片包括依次相接的第一曲线边、第一直线边、第二直线边和第二曲线边；

7、其中，所述第一直线边和所述第二直线边的长度相等；所述安装槽与所述第一曲线边位置对应，所述第一曲线边与所述安装槽嵌接连接；以所述第一直线边和所述主轴轴线所在的平面为参考面，在所述叶片的平面投影中，所述第二曲线边的投影曲线上任意一点的切线方向角θ在45°-85°之间；

8、所述叶片和所述安装槽的数量为多个，多个所述叶片沿所述主轴周面圆周阵列均布，其中，多个所述第一曲线边均布在所述主轴的周面，多个所述第二曲线边均布在以所述主轴为轴的另一圆柱形周面；

9、多个所述叶片的所述第一直线边均位于第一平面内，所述第一平面为垂直于所述主轴的面，相邻的所述第一直线边之间的夹角相同；多个所述叶片的所述第二直线边均位于第二平面内，所述第二平面平行于所述第一平面，相邻的所述第二直线边的夹角相同；所述第一直线边在所述第二平面内的投影直线位于相邻的两个第二直线边之间，其中，相邻的两个第二直线边中的一个与所述第一直线边位于同一叶片。

10、在一种可行的实现方式中，所述叶片是由扇环平面扭曲加工成型的空间曲面，所述扇环平面包括第一扇形边和第二扇形边，所述第一扇形边的两端分别相接有第一直线边和第二直线边。

11、在一种可行的实现方式中，所述主轴的长度为367mm-400mm，公差为±5mm，其中，所述柱体的长度为所述主轴长度的3/7-5/7。

12、在一种可行的实现方式中，所述柱体的直径为30mm-40mm，所述叶片的厚度最小值为2mm，所述安装槽的宽度在所述叶片厚度值的基础上预留0.5mm的安装间隙，所述安装槽的深度最小值为2mm。

13、第二方面，本申请提供一种模具，所述模具用于生产所述叶片，所述模具包括上模具和下模具，合模时，所述上模具和下模具之间形成加工区域，所述加工区域的形状与所述叶片的形状相同；

14、所述加工区域包括第一定位线和第二定位线，合模时，所述第一定位线与所述第一扇形边对应，所述第二定位线与所述第一直线边对应。

15、在一种可行的实现方式中，所述上模具包括上模具定位台，所述下模具包括下模具定位台；所述下模具定位台包括叶片定位销，所述上模具定位台设置有与所述叶片定位销位置对应的第一沉头孔，所述第一沉头孔的孔径与所述叶片定位销的直径匹配，所述第一沉头孔的深度大于所述叶片定位销的长度。

16、在一种可行的实现方式中，还包括引导销；所述下模具定位台开设第二沉头孔，所述上模具定位台开设有通孔；所述上模具和所述下模具对接合模时，所述第二沉头孔与所述通孔重合，所述引导销穿过所述通孔与所述第二沉头孔连接。

17、第三方面，本申请提供一种叶轮加工工艺，用于生产本申请提供的所述的叶轮，叶轮加工工艺包括如下步骤：

18、获取用于制造叶轮的原材料，所述原材料包括主轴坯料和叶片坯料，所述主轴坯料包括30crmnsia棒料；所述叶片坯料包括带有工艺耳的30crmnsia薄板料；

19、采用上述模具对所述叶片坯料进行冲压操作，得到经冲压后的叶片坯料；

20、采用切割设备将冲压后的叶片坯料工艺耳切割去除，得到待安装叶片；

21、通过数控加工中心对主轴坯料进行加工，得到待安装主轴；

22、将待安装叶片装配在待安装主轴上，并采用焊接固定，得到所述叶轮。

23、在一种可行的实现方式中，叶片冲压成型过程中，压力机向模具施加的作用力至少为500公斤，并保持1分钟。

24、在一种可行的实现方式中，叶片切割完成后，采用什锦锉刀对待安装叶片进行打磨，去除毛刺。

25、本申请提供一种叶轮、模具及加工工艺，叶轮包括主轴和叶片，主轴上开设安装槽，叶片嵌接在安装槽中，叶片与安装槽采用电弧焊焊接固定，多个叶片沿所述主轴周面圆周阵列分布。主轴的前端为圆锥形，减小了空气的阻力，使得气流能够平滑地进入主轴区域，尾端为圆台相撞，使得气流逐渐扩散，减小了因气流突变而产生的涡流和湍流。叶片为扭曲成型的曲面，气流流经叶片时，由于叶片的阻挡作用，使得气流的流速降低。本申请提供的叶轮结构简单，易于制造，主轴和叶轮可以分别加工，便于批量生产制造，从而可以提高生产效率。叶轮叶片采用专用模具制造，通过冲压成型的方式使叶片实现标准化制造，生产效率高，同时这种加工方式可以保证每片叶轮的形状一致，在旋转的过程中受力平衡，使叶片的流体动力学性能得到优化，提高叶轮的工作效率。本申请通过一种新的、高效的加工方式解决了目前叶轮采用整体加工方式存在的加工成本高，周期长的问题。

技术特征：

1.一种叶轮，所述叶轮工作在静止状态下，用于飞机吊舱内部气流调节，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶片（2）是由扇环平面扭曲加工成型的空间曲面，所述扇环平面包括第一扇形边（211）和第二扇形边（241），所述第一扇形边（211）的两端分别相接有第一直线边（22）和第二直线边（23）。

3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，所述主轴（1）的长度为367mm-400mm，公差为±5mm，其中，所述柱体（13）的长度为所述主轴（1）长度的3/7-5/7。

4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，所述柱体（13）的直径为30mm-40mm，所述叶片（2）的厚度最小值为2mm，所述安装槽（11）的宽度在所述叶片（2）厚度值的基础上预留0.5mm的安装间隙，所述安装槽（11）的深度最小值为2mm。

5.一种模具，其特征在于，所述模具用于生产如权利要求1所述的叶片（2），所述模具包括上模具（3）和下模具（4），合模时，所述上模具（3）和下模具（4）之间形成加工区域，所述加工区域的形状与所述叶片（2）的形状相同；

6.根据权利要求5所述的模具，其特征在于，所述上模具（3）包括上模具定位台（31），所述下模具（4）包括下模具定位台（41）；所述下模具定位台（41）包括叶片定位销（42），所述上模具定位台（31）设置有与叶片定位销（42）位置对应的第一沉头孔（32），所述第一沉头孔（32）的孔径与所述叶片定位销（42）的直径匹配，所述第一沉头孔（32）的深度大于所述叶片定位销（42）的长度。

7.根据权利要求6所述的模具，其特征在于，还包括引导销（6）；所述下模具定位台（41）开设第二沉头孔（43），所述上模具定位台（31）开设有通孔（33）；合模时，所述第二沉头孔（43）与所述通孔（33）重合，所述引导销（6）穿过所述通孔（33）与所述第二沉头孔（43）连接。

8.一种叶轮加工工艺，其特征在于，用于生产如权利要求1-4任意一项所述的叶轮，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的叶轮加工工艺，其特征在于，叶片冲压成型过程中，压力机向模具施加的作用力至少为500公斤，并保持1分钟。

10.根据权利要求8所述的叶轮加工工艺，其特征在于，叶片切割完成后，采用什锦锉刀对待安装叶片进行打磨，去除毛刺。

技术总结本申请属于叶轮加工技术领域，提供了一种叶轮、模具及加工工艺。叶轮包括主轴和叶片，主轴上开设安装槽，叶片嵌接在安装槽中，叶片与安装槽焊接固定。多个叶片沿主轴周面圆周阵列分布。叶片的展开面为扇形面，具有第一扇形边和第二扇形边，第一扇形边的两端分别相接有第一直线边和第二直线边，叶片通过专用模具冲压成型加工，加工完成后，第一直线边和第二直线边远离第一扇形边的一端分别向相反的方向弯曲，第一扇形边相对的第二扇形边弯曲为与第一扇形边存在夹角的空间曲线。本申请通过叶片形状的设计优化了叶片的流体动力学性能，提高叶轮的工作效率和制造效率，解决了目前叶轮采用整体加工方式存在的加工成本高，周期长的问题。技术研发人员：师迎辉,王振龙,任涛,赵睿,师文科受保护的技术使用者：西安凌远航空科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20