小型涡轮分子泵静叶片设计与成型技术(2)

2、静叶片结构与应力分析

　　叶轮的材料为铝合金，弹性模量取70 GPa，泊松比为0.33。叶轮的扭转角为30°，计算了叶轮扭转成型的应力情况。叶轮为薄壁件，刚性很弱，计算中考虑了大变形等非线性效应。优化前的计算结果如图3 所示，叶轮的扭转变形应力集中较为明显，最大应力为108 MPa。

　　由于最大应力超限，需要优化结构以降低应力。为此在叶片上设置了扭转梁，计算结果如图4 所示，优化后的最大应力为51 MPa，最大应力减小了一半，可见该优化方法能有效改善叶轮的结构和加工性能。

3、静叶片成型工艺研究

　　静叶轮材料为铝合金，具有较高的强度和耐蚀性，切削性能良好。静叶轮加工难点主要有以下几点：

　　(1)属于典型的薄壁型弱刚性零件，厚度仅为1mm，精度要求高;

　　(2) 零件环槽区域厚度仅0.3 mm，在区域内均匀分布十余个叶片，叶片轮廓复杂精细;

　　(3)因叶片两端与静叶轮框架连接处宽度仅1 mm，在扭转成型时需保证每片叶片两端与框架不能发生断裂;

　　(4)工件为半环形结构，在加工过程中易发生变形。

　　鉴于静叶轮径向刚性较弱，在加工过程中应尽量避免工件径向直接装夹，因此设计了一些较为合理的微变形装夹与工装系统，采用环槽平面吸具进行连续翻面加工，从而保证工件的厚度尺寸精度。在弯折叶片加工过程中，通过设计一种角度样板，将样板上端尖角与叶片切缝对齐，施加合适的力直至有环槽的端面与平台靠平，最终完成叶片扭转成型加工。基于以上思路，确定了静叶轮的工艺路线并完成首批静叶轮加工，产品合格率达100%，实物如图5 所示。

4、结论

　　静叶片的设计与成型是涡轮分子泵的关键技术之一，本文采用数值计算和工艺试验相结合的方法，进行了有益探索，取得了明显效果，满足了设计要求，为研制新型涡轮分子泵打下了坚实的技术基础。

参考文献

　　[1] 王晓冬,等.涡轮分子泵组合叶列几何参数优化设计方法的研究[J].真空，1999：23-26.

　　[2] 葛明.立式涡轮分子泵的设计计算[C].中国真空学会进步奖(1994-2000)得奖人员论文集，192-206.