汪永强
上海人民企业集团水泵有限公司
摘要：传统冲压泵装置存在水力损失严重、轴承布置不合理和设备结构准确度不高问题。相关问题存在直接影响到冲压泵的工作性能。为改善问题提出了针对性解决方案，推荐使用不锈钢冲压泵，通过优化涡流环节、重新布置轴承和加强电机连接等方式，对设计方案进行调整。通过对以上环节设计、优化了产品性能、延长使用寿命，不锈钢冲压泵工作能力显著提升，有效解决了产品生产中零配件库存压力，产品市场竞争力提高。
关键词：不锈钢冲压泵；设计；开发研究
前言：不锈钢冲压泵是规模品种多、应用范围较为广泛的机械类产品，该类产品传统铸造和加工工艺存在开发周期长，设计难度大的缺点。为提高设计标准、降低设计难度，提出了不锈钢冲压泵设计方案，并结合多级泵工作原理和水力模型，对产品设计方案进行调整，使得机械设备性能更加完好。本文结合实际参与的具体项目，研究不锈钢冲压泵设计难点，并对主要设计思路进行明确，使得项目本身设计水平提升，满足行业最新标准。
1项目简述
该项目主要是对目前公司民用冲压泵进行改造升级，对零部件进行改造，确保零件型号具有通用性。并结合市场内不锈钢多级泵的我实际情况，参考优秀水力模型，对现有产品进行升级。主要研究领域包括水泵外观设计、产品外形优化，通过SolidWorks软件，对功能零部件进行建模改造，在确保设备性能和机械强度稳定的基础上，对零部件进行升级优化。
2主要工作内容
本项目设计中，本人主要负责对不锈钢冲压泵系列开发工作。通过二维设计、三维建模、和力学结构改造、外观设计，冲压泵结构合理性提供技术支持。在不锈钢冲压泵系列产品开发中，也使用了衍生水冷泵KCS新型结构，实现原有设计方案优化。为确保规范性，相关人员制作了标准化生产图纸和BOM表格，对整个设计工序进行描述，为后期验收提供了便利[1]。
同时，也参与了本项目策划立项，组织公关等工作。亲自参与到二维立项和三维模拟下料等多项工作，为模具工艺师提供辅助。在整个项目的开发研究过程中，也参与到整合现有产品、制作标准化生产图工作中，并指出存在问题的泵型，对其进行重新设计与调整，使得冲压泵的结构、性能达到最大化。此外，技术人员也对冲压泵叶轮的不锈钢结构进行改造，使得设备本身达到环保要求。
3不锈钢冲压泵开发难点
3.1水力损失
民用冲压泵在使用过程中，容易出现旋涡、水力损失，流道设计方案存在问题。相关问题存在直接影响设备的工作效率。
3.2轴向力大
不锈钢冲压泵为多级泵，具有级数多、轴向力较大的问题。设计过程中，发现机械轴向尺寸和密封处存在问题，影响设备使用性能。
3.3结构精度问题
产品设计中，发现结构精度不足，主要体现在设备连接不合理，需要对结构精度进行重新选择，使得产品设计能力达到行业领先标准。
4不锈钢冲压泵开发研究主要思路
4.1优化涡流环节
4.1.1弥补水力损失
为改善传统设计中存在的水力损失问题，对涡流环节进行优化设计。具体设计方案为三维建模，通过建模分析，实现零部件外观、壁厚和流道等部分的优化，并通过力学模拟，对机械强度进行优化。设计过程中，使用公差法对导叶和叶轮结构进行重新匹配，重视对相对位置进行设计，减少误差，使得设备本身性能和工作强度提升，满足行业先进设计标准[2]。
市场上冲压泵的种类较为繁多，结构大同小异，分析其设计能力，发现存在节能环保性能不强、操作较为繁琐，影响设备工作效率。为改善这一问题，提出对水泵涡流环节进行优化，将变频永磁电机与CR水力模型有机结合起来，确保产品静音、节能和高效运行。
具体设计工作中，为落实上述设计理念，将电机布局在水泵主体的下面、使用联轴器构件将二者连接，进水后将电机包裹其中，使得密封更加牢固，达到了静音标准。在项目设计初始阶段，根据现有技术对加工理念进行落实，方案落实中发现水泵性能存在不确定性，为解决这一问题，提出使用纯焊接工艺，使用不锈钢材质对过流部分进行重新设计。设计完成后，对其进行测试，发现方案可行性较高，该设计方案与传统整机泵组比较，工作效率极大提升，提升幅度在3%~5%之间，产品市场潜力较大，具有推广价值[3]。
4.1.2冷冲模设计
项目设计中，除一些零件采用铸件工艺外，大部分零件设计采用了冲压焊接件工艺，如过流部分的冲压模具设计。该部分的设计难点主要是材料回弹使得成品零件无法满足实际要求。鉴于此，对叶轮叶片的成型回弹进行设计。相关设计在空间曲面上无法满足色剂要求，使得产品设计能力降低。
为降低设计加工难度，相关人员在充分利用现有技术的情况下，对叶轮结构进行三维成形模拟，在可能出现回弹的区域进行了回弹系数调整，使得完全程度超过原叶片的成形状态，通过对相关结构的技术模拟，制作出成形模具，由此相关人员可明确回弹系数和回弹尺寸之间关系。对其进行精确定位后，叶轮叶片冲压磨具最终制作完成，解决了冲压零件精度不足问题，使得水力效果达到设计要求。在该部分的设计中，积累了冲模制作经验，理解水泵过流件在制作中应用的合理性，通过参与整套产品开发，使得设计能力获得行业认可，达到最新技术标准。
4.2重新布置轴承
以不锈钢板材为主要材质的泵体设计，并利用冲压焊接工艺进行加工制造，使得离心泵的工作性能和防腐蚀能力获得显著提升，相关设备将取代铸铁泵成为行业主流趋势。目前，国内不锈钢冲压泵市场发展空间巨大，对冲压泵进行推广应用具有可行性。
本次项目设计中，充分考虑了技术优化条件，对冲压泵轴承位置进行了重新布置，使用了SolidWorks曲面建模软件对泵的轴向力进行模拟计算。相关设计方案落实后，不仅提高了产品结构设计标准，而且降低了实际加工难度，产品匹配公差值降低。民用冲压泵设计对工作人员提出严格要求，不仅要具有相关设计经验，而且需要对三维建模软件具有较强的操作能力。
由于铸造行业属于高污染行业，对周围环境造成严重污染。本次项目设计中，为降低污染，设备标准型构件均使用了SUS304不锈钢材料，根据用户的实际要求，将SUS316和SUS316L耐腐蚀材料应用在冲压泵设备零件改造中。此外，在冲压泵轴承构件的制造中，使用不锈钢方案使得铸造加工成本降低，不仅能够节约相关材料投入量，而且产生环保效益。
此外，经过改造后的冲压泵具有重量轻、占地面积小、性能稳定的特点，可提升主机结构优越性，设备整体工作性能和外观形象均获得进步。冲压泵经过模具反复冲压、拉伸和膨胀等工艺形成，其内部流道十分光滑，因此能够有效降低水力损失、提高了水力效率。对冲压泵轴承结构进行重新布置后，其性能参数明显发生变化，电动机功率下降，在常规使用中具有节能减排功效。
4.3加强电机连接
为满足精准度要求，对零配件之间的通用性进行研究，使得电机结构连接更加稳定可靠，提升设备运行能力。本次设计中，对电机一端设计参考了国际标准尺寸；另一端设计工作中，则对水泵泵头进行多型号公约数设计，通过以上设计方案能够明确连接支架型号与规格，降低加工作业难度，使得产品生产及零配件库存压力得到缓解，设计产品的市场占有率提高[4]。
与传统铸铁泵比较，不锈钢冲压泵的化学稳定性较高，可形成相对稳定的奥氏体组织，钢材的耐腐蚀性能明显提升。现阶段，不锈钢冲压泵被广泛应用在居民日常生活、工业生产和消防给水系统中，相关设备具有较高的市场竞争力。分析主要原因是冲压泵具有体积小、方便安装与拆卸的特点，可节约空间。在冲压泵设计中，优化了主机连接方案，对水泵泵头进行优化设计，使得产品本身性能提升，具有运行平稳、噪音小、振动幅度低等特性，与现代化设计理念相符合。
本次项目设计中，应用了不锈钢冲压技术方案，水泵外表面较为光滑，同时，为提升美观度，可使用喷丸处理工艺，强化设计效果。由于冲压泵在应用过程中，更能体现出主机的优越性，主机设备的整体性能提升，对水泵系统运行稳定提供了技术支持。为确保设计精度准确，相关人员使用了先进检验技术，对水泵与电机连接部分进行优化，通过对精细零件的设计加工，使得相关结构更加紧密，提升了不锈钢冲压泵的工作性能。
结论：综上所述，本文对不锈钢冲压泵开发设计中的主要难点进行分析，明确水利损失、轴向力问题和结构精度对整个设计方案形成的影响。通过三维建模的方式，相关人员对设备零件外观、壁厚和流道等主要区域进行技术模拟，并分析其中的力学结构、性能和强度，使得设计环节更加可靠。通过对不锈钢冲压泵的优化设计，使得项目按进度完工，不仅积累了水泵设计相关经验与知识，也提高了对SolidWorks曲面建模软件的操作熟练度，为日后工作中相关设计问题高效解决提供必要条件。
参考文献：
[1]杨建国.面向现代冲压技术的离心泵叶轮设计分析[J].锻压装备与制造技术,2019,v.54;No.324(06):99-101.
[2]何洪兵,张雪梅,王婷婷.水泵设计选型及案例研究[J].湖南水利水电,2019,000(005):59-61.
[3]刘金湘,孙凡,俞增强,等.核级高温液态金属泵用奥氏体不锈钢窄间隙细丝埋弧焊焊接工艺技术研究[J].电焊机,2019,v.49;No.385(06):64-68.
[4]姚亮博.蒸汽喷射真空泵在不锈钢精炼过程中的应用研究[J].山西冶金,2019,v.42;No.182(06):45-47.