1.绪论
1.1课题的提出
随着国民经济的发展，高层民用建筑、地铁、隧道等领域也对轴流风机有着十分巨大的需求。由于轴流式通风机内部的三维流动十分复杂，关于叶片表面的分离流动与叶型后的尾流情况很难准确地表述，所以，很多矿山机械厂，在制造轴流式通风机的生产实践中，设计风机时，仍然通过经验方式确定，特别是在选择叶型时，存在较大的盲目性。一般，设计人员都是根据用户的要求，凭经验提出设计方案，随后针对给定的方案进行分析、计算。最后进行大量试验，改进设计方法，找到一个可行的设计方案。这种设计方法往往要求设计人员具有丰富的设计经验，做试验也需要花费大量时间，设计周期长，传统设计方法得到的结果大多只是可行方案，而不是最佳设计方案。
江西省南方煤机厂主要生产矿用隔爆对旋式轴流通风机，仍以传统的方法进行设计，主要以手工设计、制造为主。叶片的形状结构复杂，参数变量多，在设计与制造过程中，气动方面计算复杂，部分参数也不确定，因此，叶片设计与制造的效率比较低，导致远远不能适应市场的需求。
本课题主要针对该企业设计、制造方法落后的现状，为了提高设计效率，引入新的设计和制造理念，根据轴流风机设计理论，针对通风机的关键部件一叶片的设计过程，运用先进的CAD/CAM软件UGNX6.0进行叶片造型、分析，通过后处理，数控加工叶片的弯曲模具，运用所制造的模具，生产叶片产品，并通过实验去验证其通风、降噪的效果。以实现快捷设计、制造轴流式通风机叶片模具，改变企业的生产技术水平，提高智能化程度，缩短设计、制造周期，提高产品的市场竞争优势。
1.2轴流式通风机的结构简介
早在古代，我国劳动人民制造并使用的螺旋桨式风车就是轴流式通风机的雏形，但是，由于受当时的生产条件所限，轴流式通风机技术并没有得到重视，发展缓慢。上世纪30至40年代以后，随着社会经济的发展，大型矿井逐渐增加，由于通风的需要，轴流通风机才进入快速发展的阶段，并迅速得到推广，通风机成为广泛应用于国民经济行业的一种通用机械。上世纪的50年代，在欧洲首次成功研制出一种新型的轴流式风机，这种风机可以在运行中调节动叶，很快被推广，在很多行业得到应用。80~90年代，弯扭叶片的轴流式通风机在英、美等发达国家中被普遍采用，并一至沿用至今。随着经济发展，技术的进步，我国现代的风机产品经历了五个技术发展的阶段:测绘仿制阶段、参考国外资料设计阶段、半独立设计阶段、独立设计阶段、独立设计与引进技术相结合阶段。
经过我国风机研究技术人员几十年的不懈努力，研制出一批具备压力高、流量大、效率高、噪声低等优良性能的通风机，而且，某些通风机产品的技术水平已经位于世界领先地位。轴流式通风机的主要功能是实现通风，是用来输送气体的一种机械，从能量转换的观点来看，它能够把原动机的机械能转换为气体能量，为了满足不同场合的需要，风机也必需具备一些特定的功能。如图1-1所示为矿用防爆轴流式通风机产品。a)为主扇b)为局扇。和普通轴流式通风机不同的地方是，这种防爆轴流式通风机用于矿井下，为了防止瓦斯爆炸，要进行防爆处理。
轴流式通风机的基本结构相似，主要由如图1一2所示几个部件组成。轴流式通风机各部件的主要用途如下:前后网罩主要起到安全防护作用;集流器的作用主要是加速气流，保证进气速度场均匀;前导叶主要起到使从集流器进入的气流发生偏转;导流罩的主要作用是降低进口阻力，从而使气流平滑地进入叶轮;后导叶与整流锥则起到导流的作用，提高风机静压及风机的通风效率。
第2章轴流式通风机叶片的造型设计
2.1轴流式通风机的基本理论
由于轴流式通风机的气流在流经风机叶轮的时候，气流参数沿半径方向是变化的，因此，在研究不同半径的气体流动时，为了简化条件，便于计算，一般是将同一半径上的环形叶栅展开成平面叶栅进行研究。如图2-1所示为轴流式通风机的基元级平面直列叶栅。
容积损失(泄漏损失)是指当轴流式通风机的叶轮转动时，在转动部件与静止部件之间的间隙两侧存在压力差，从而导致部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏而产生的损失。容积损失也是风机运行过程中不容忽视的损失，对风机的效率有一定的影响，通常产生于风机叶轮入口和外壳密封环之间的间隙处，风机的平衡轴向力装置与外壳之间的间隙，以及风机轴封处的间隙。轴流通风机的总效率等于有效功率与轴功率之比;等于流动效率、容积效率和机械效率三者的乘积，计算公式见2.1
轴流式通风机的机械损失、容积损失和流动损失等三种损失中，影响风机效率最主要的因素是流动损失。而风机的叶片的形状则直接影响流动损失中的二次流损失，因此，对轴流风机的弯曲叶片研究显得十分重要。二十世纪六十年代，王仲奇教授等提出了弯曲叶片的概念，所谓弯曲叶片是指风机的叶片形状不仅沿叶高方向扭曲，而且同时沿周向也产生弯曲，如图2-2所示。风机采用了弯曲叶片以后，能够改变风机叶栅流道内的径向压力梯度，有利于控制风机的径向二次流。
第3章 叶片弯曲模具设计....................... 38-47
3.1 叶片加工工艺分析....................... 38
3.1.1 工件分析....................... 38
3.1.2 工艺分析....................... 38
3.2 弯曲工艺与弯曲模具....................... 38-43
3.2.1 弯曲的概念 .......................38-39
3.2.2 弯曲变形过程....................... 39
3.2.3 弯曲变形的特点....................... 39-40
3.2.4 弯曲时回弹分析....................... 40-43
3.3 基于UGNX6.0设计叶片弯曲模具设计....................... 43-46
3.3.1 叶片弯曲模具回弹力的计算....................... 43-44
3.3.2 利用UG软件进行模具结构设计....................... 44-46
3.4 本章小节 .......................46-47
第4章 叶片弯曲模具凹模的数控加工....................... 47-60
4.1 数控加工概述 .......................47-48
4.2 数控加工工艺规程 .......................48-51
4.2.1 叶片加工工序的划分与加工顺序.......................48
4.2.2 数控加工刀具的选择....................... 48-50
4.2.3 切削用量的选择 .......................50-51
4.3 叶片弯曲模具数控加工....................... 51-52
4.3.1 工艺分析....................... 51
4.3.2 数控加工工艺文件 .......................51-52
4.4 UG铣削叶片凹模编程....................... 52-59
4.4.1 创建凹模具数控加工操作....................... 53-55
4.4.2 后置处理 .......................55-59
4.5 本章小节....................... 59-60
结论
1.基于UG系统环境下的叶轮设计通过研究叶轮叶片的设计原理，运用UG软件CAD设计功能，建立了叶片的三维模型以及叶轮组合件模型。该模型的最大特点是便于参数化管理，为新产品的开发提供了一个基础模型。在设计新产品叶轮时及相关模具时，可以减少部分设计工作量，而且很直观、快捷，能极大地缩短叶轮设计与制造的时间，提高企业的设计与制造效率。
2.设计模型的尺寸精确在设计FBDNo6.0/2x巧型矿用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机的二级叶轮的叶片时，其几何形状、尺寸有较大灵活性。具体的三维造型必须尺寸精确，为此，在设计三维造型时，参考了南方煤机厂各种型号叶片的尺寸参数以及实验数据，也查阅了国内对旋轴流式通风机的大量相关资料，采用优选的方法得到了一系列参数，最终获得了叶片设计模型的精确尺寸和参数值。
3.获得叶片弯曲模具的模型由于南方煤机厂在叶片加工过程中主要使用了弯曲模具，而不同的型号叶片的弯曲模具相似，可以根据尺寸做出相应的调整，大大缩短模具设计与制造的时间。
4.基于UG系统CAM模块下生成叶片凹模的数控加工程序运用UG软件的加工模块，在生产实践中根据叶片凹模的三维造型，针对南方煤机厂现有的数控机床，设计出后处理器，完成叶片凹模曲面的粗、半精及精加工，通过加工模拟仿真，自动生成其数控加工程序为例，改变传统手工加工凹模曲面的方法，提高了加工效率与加工精度。
5.工程应用本课题以FBDNo6.0/2x巧型矿用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机的二级叶轮的叶片为设计实例，充分运用了UG软件的相关模块功能，与生产实际紧密结合，叶片产品在通风机上的应用也获得了良好的效果，通过了企业的各项测试，在降噪、风压等方面有了一定的改善，为其它型号风机的叶片设计与制造奠定了基础，取得了一定的实用效果。为改变南方煤机厂传统的设计模式做出了一些尝试。
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