延伸技术在叶片模等分中的应用

　　偶合器的泵轮、涡轮等有叶片铸件是液力偶合器的承载零件。一般由30~50个叶片组成,叶片平均壁厚6~14 mm,深度100~200 mm,重量16~42 kg,属于厚壁复杂零件,如图1。叶片在液体涡流传递动力过程中起到关键的能量转换作用,其制造质量直接影响工作性能和可靠性。考虑到低压铸造模具的补缩和排气,传统上一般把模具设计为叶片等分模块,一块一块专用夹具单独加工,装卡次数多,加工工序复杂,加工效率低,工件有几块叶块,就要加工几块叶片模块(图2),加工后每块叶片模块差异大,角度变化等别明显,叶片截面形状与原设计有较大误差。每块叶片模块加工有弧面、曲面、平面,有角度、斜度和同心度等多方面精度要求,往往在组合成整体型芯(图3)后仍需经专用工装多次修正,制造的工时约占整套模的2/3,成本约占整机的60%~70%。改变复杂的传统加工工艺,采用本文延伸技术进行加工有相当明显的优点。

　　1　延伸技术与叶片模等分

　　以一个点引出的两条射线,其角度永远不变,换句话,不论工件大小,只要在同一工件分成相同的等份,那么,每一等份的角度都是相同的。例如,用剪刀将圆朝中心剪分成n等份,这n等份并合仍然会刚好成360度;如图4a,将n等份的角度两面向内平行剪去相同的厚度后,所得n等份的角度不变,而且也是相同的,把所有平剪后的n等份重新组合,又是一个完整的360度,已经变化后的新结构,如图4b。由于两侧的平剪去料,使角交点位置发生变化,角交点至外轮廓的距离也减少。聪明的读者也许会问,新结构外轮廓已经不是圆了,外轮廓至中心距离已经变少了,能适合理想轮廓的设计吗?

　　现假设圆的外径为D1,等份数为n。那么每块叶片夹角α为:

　　若等份两侧平剪厚度为T,剪去角交点至中心的距离Ф为:

　　从(4)式看,不论Ф在Ф1的内面还是外面,其结果都是一样。因此只要在Ф1向外延伸Ф,所得的数值也刚好是圆的半径D1/2。外延伸Ф的端点至原中心的距离R2为:

　　用一个有内、外的圆环2(虚线)向外延伸进行分析(如图5)以R2为外圆半径、以r1=d1/2+Ф为内圆半径(d1为初内直径)的圆环3(实线),也分成n等份,等份两侧平剪厚度也为T,此时剪去角交点至中心的距离也为Ф,所给合的360度的外轮廓至中心距离Ф2为:

　　此时每等份新组合外轮廓至中心距离Ф2刚好是圆环2外径,基本重合。这是预设向外延伸Ф的结果。

　　新组合外轮廓由n等份圆弧组成,各圆弧中心已不同一圆心,外轮廓也不是一完整圆周,外轮廓只是近似圆上(如图6)。近似圆外轮廓与圆周最大距离在等分线面上,最大距离Hmax为: