本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其涉及一種葉輪制造方法。

背景技術(shù)：

葉輪是渦輪機(jī)、汽輪機(jī)等裝置的的關(guān)鍵零件，廣泛應(yīng)用于航天航空、船舶機(jī)械、石油化工等領(lǐng)域。整體葉輪的空間結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，葉片扭曲較大，因此，其內(nèi)流道和葉片的粗、精加工一直是制造領(lǐng)域的難點(diǎn)，而且，閉式葉輪由于上、下蓋板的存在，加工時極易產(chǎn)生相互干涉，不易加工。

目前，葉輪制造主要有兩種加工方法：第一種是傳統(tǒng)機(jī)械加工方法，該方法是目前主流的葉輪制造方法，首先通過鑄模制造出整體葉輪，然后通過數(shù)控車、銑床等設(shè)備對葉輪外表面進(jìn)行精加工，利用該加工方法制得的葉輪缺陷較多，例如葉輪成品會出現(xiàn)氣孔、砂眼以及澆鑄不足等問題，進(jìn)而導(dǎo)致成品率低下，而且由于葉輪上、下蓋板的干涉，導(dǎo)致無法對蓋板間的葉片內(nèi)流道進(jìn)行機(jī)加和拋磨，使得內(nèi)流道表面粗糙，進(jìn)一步導(dǎo)致葉輪工作效率和使用壽命低下；第二種方法為3d打印方法，該方法通過鋪/送粉式3d打印設(shè)備導(dǎo)入葉輪三維模型和點(diǎn)位數(shù)據(jù)，然后通過激光直接成型方法(dmd)一次打印成型，由于閉式葉輪在結(jié)構(gòu)上具有蓋板和葉片組，3d打印需要設(shè)計(jì)較多的支撐，這樣不僅浪費(fèi)粉材、去支撐困難、耗時，而且影響拋光處理后內(nèi)流道的表面精度。

綜上所述，現(xiàn)有葉輪制造方法中存在著加工難度大、加工工藝復(fù)雜、加工效率低下等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種葉輪制造方法，用于解決閉式葉輪制造中存在的加工難度大、加工工藝復(fù)雜的問題，同時提高了閉式葉輪的加工效率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種葉輪制造的方法，用以制造閉式葉輪，包括：

s1：制成用于承載第一葉片組及第二葉片組的葉盤和貫穿所述葉盤的主軸；

s2：在所述葉盤的一側(cè)通過激光直接成型方法制成所述第一葉片組，在所述葉盤的另一側(cè)通過激光直接成型方法制成所述第二葉片組；

s3：制成用于封裝所述第一葉片組的第一蓋板和用于封裝所述第二葉片組的第二蓋板。

可選的，所述s1具體為：采用鑄造方法制成所述葉盤和所述主軸，或者采用車削加工方法制成所述葉盤和所述主軸。

可選的，所述s1具體為：通過激光直接成型方法制成葉盤模型和主軸模型，將所述葉盤模型和所述主軸模型進(jìn)行車削加工得到所述葉盤和所述主軸。

可選的，所述s2中，在制成所述第一葉片組和所述第二葉片組的過程中，還制成若干個用于支撐所述第一葉片組成型的第一葉片組支撐和若干個用于支撐所述第二葉片組成型的第二葉片組支撐。

可選的，將所述葉盤一側(cè)平面定義為第一基準(zhǔn)面，將所述第一葉片組沿著所述主軸延伸方向遠(yuǎn)離所述第一基準(zhǔn)面一側(cè)的平面定義為第二基準(zhǔn)面，所述若干個第一葉片組支撐設(shè)置于所述第一基準(zhǔn)面和所述第二基準(zhǔn)面之間，所述葉盤另一側(cè)平面定位為第三基準(zhǔn)面，將所述第二葉片組沿著所述主軸延伸方向遠(yuǎn)離所述第三基準(zhǔn)面一側(cè)的平面定義為第四基準(zhǔn)面，所述若干個第二葉片組支撐設(shè)置于所述第三基準(zhǔn)面和所述第四基準(zhǔn)面之間。

可選的，每個所述第一葉片組支撐所在的平面、所述第一基準(zhǔn)面和所述第二基準(zhǔn)面等距分布，每個所述第二葉片組支撐所在的平面、所述第三基準(zhǔn)面和所述第四基準(zhǔn)面等距分布。

可選的，所述第一葉片組的密度為ρ1，所述第一葉片組支撐的密度為ρ2，所述第二葉片組密度為ρ3，所述第二葉片組支撐的密度為ρ4，ρ1＞ρ2，ρ3＞ρ4。

可選的，所述s2中，在制成所述第一葉片組和所述第二葉片組后，去除所述若干個第一葉片組支撐和所述若干個第二葉片組支撐。

可選的，所述s3具體為：通過鑄造方法制成所述第一蓋板和所述第二蓋板，所述第一蓋板平面位于所述第二基準(zhǔn)面遠(yuǎn)離所述第一基準(zhǔn)面的一側(cè)，所述第二蓋板平面位于所述第四基準(zhǔn)面遠(yuǎn)離所述第三基準(zhǔn)面的一側(cè)，將所述第一蓋板和所述第二蓋板通過焊接方法與所述主軸固定連接；或者，通過激光直接成型方法制成所述第一蓋板和所述第二蓋板，所述第一蓋板平面位于所述第二基準(zhǔn)面遠(yuǎn)離所述第一基準(zhǔn)面的一側(cè)，所述第二蓋板平面位于所述第四基準(zhǔn)面遠(yuǎn)離所述第三基準(zhǔn)面的一側(cè)，所述第一蓋板和所述第二蓋板與所述主軸固定連接。

可選的，所述激光直接成型方法采用的成型材料為316l不銹鋼或者tc4鈦合金。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種葉輪制造方法具有以下有益效果：

1、解決了鑄造加工葉輪時易產(chǎn)生鑄造缺陷的問題；

2、解決了車削加工葉片時不易加工復(fù)雜曲面的問題；

3、解決了采用3d打印方法制造葉輪時效率低下、成本較高的問題。

附圖說明

圖1為閉式葉輪整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為閉式葉輪葉片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的葉輪制造方法的流程圖；

圖4為利用本發(fā)明提供的葉輪制造方法制成葉盤和主軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為利用本發(fā)明提供的葉輪制造方法制成第一葉片組和第二葉片組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為利用本發(fā)明提供的葉輪制造方法制成第一蓋板和第二蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-葉盤，2-主軸，3-第一葉片組，31-第一葉片組支撐，4-第二葉片組，41-第一葉片組支撐，5-第一蓋板，6-第二蓋板。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述。根據(jù)下列描述和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

請參閱圖1和圖2，現(xiàn)有技術(shù)在加工閉式葉輪時，如果采用車削加工，需要將刀具深入到第一蓋板4和第二蓋板5之間，在實(shí)際加工中受機(jī)床尺寸和刀具類型的限制不易加工出理想的葉片；如果采用鑄造加工時，第一葉片組3和第二葉片組4表面經(jīng)常會出現(xiàn)鑄造缺陷，進(jìn)而鑄造出的葉輪品質(zhì)較低；如果使用3d打印方法時，由于閉式葉輪存在第一蓋板5、第二蓋板6、第一葉片組3和第二葉片組4，需要設(shè)計(jì)足夠多的支撐以滿足第一葉片組3和第二葉片組4的成型要求，浪費(fèi)粉材、生產(chǎn)周期較長，而且影響拋光處理后內(nèi)流道表面精度。本發(fā)明提供了一種葉輪制造方法，請參閱圖3，用以制造閉式葉輪，所述葉輪制造方法包括：

s1：制成用于承載第一葉片組3及第二葉片組4的葉盤1和貫穿所述葉盤的主軸2；

s2：在葉盤1的一側(cè)通過激光直接成型方法制成第一葉片組3，在葉盤1的另一側(cè)通過激光直接成型方法制成第二葉片組4；

s3：制成用于封裝第一葉片組3的第一蓋板5和用于封裝第二葉片組4的第二蓋板6。

采用此方法，結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)械加工方法在加工基礎(chǔ)零部件時技術(shù)成熟、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，同時擁有3d打印方法在打印復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)時，不受加工機(jī)床空間、尺寸限制，又能提高結(jié)構(gòu)精度的優(yōu)點(diǎn)。

請參閱圖4，優(yōu)選地，所述s1具體為：采用鑄造的方法制成葉盤1和主軸2，再對葉盤1和主軸2通過磨工工序得到精加工；或者采用車削加工的方法，選取毛坯進(jìn)行車削加工，得到所需葉盤1和主軸2。采用此方法，在生產(chǎn)大型閉式葉輪時，技術(shù)成熟、成本較低，適用于水電輪機(jī)葉輪、船舶葉輪等大型葉輪的生產(chǎn)應(yīng)用中。

優(yōu)選地，所述s1還可以采用3d打印方法的技術(shù)方案，s1具體為：通過激光直接成型方法制成葉盤模型和主軸模型，將葉盤模型和主軸模型進(jìn)行車削加工得到葉盤1和主軸2。采用此方法，合適生產(chǎn)中小尺寸的閉式葉輪和對精度要求較高的閉式葉輪。

請參閱圖5，所述s2具體為：依據(jù)第一葉片組3和第二葉片組4的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在葉盤1的一側(cè)通過激光直接成型方法制成第一葉片組3，在葉盤1的另一側(cè)通過激光直接成型方法制成第二葉片組4。采用此方法，首先通過cad或者cae工具例如ug、solidworks或者catia對所要加工的葉片進(jìn)行建模，再將所要加工的葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)導(dǎo)入鋪/送粉式3d打印設(shè)備，在葉盤1的一側(cè)通過激光直接成型方法(dmd)一次打印成型第一葉片組3，第一葉片組3與葉盤1固定連接，在葉盤1的另一側(cè)通過激光直接成型方法(dmd)一次打印成型第二葉片組4，第二葉片組4與葉盤1固定連接。

優(yōu)選地，所述葉輪制造方法還包括若干個用于支撐第一葉片組3成型的第一葉片組支撐31和若干個用于支撐第二葉片組4成型的第二葉片組支撐41，將葉盤1一側(cè)平面定義為第一基準(zhǔn)面，將第一葉片組3沿著主軸2延伸方向遠(yuǎn)離第一基準(zhǔn)面一側(cè)的平面定義為第二基準(zhǔn)面，所述若干個第一葉片組支撐31設(shè)置于第一基準(zhǔn)面和第二基準(zhǔn)面之間，葉盤1另一側(cè)平面定位為第三基準(zhǔn)面，將第二葉片組4沿著主軸2延伸方向遠(yuǎn)離第三基準(zhǔn)面一側(cè)的平面定義為第四基準(zhǔn)面，所述若干個第二葉片組支撐41設(shè)置于第三基準(zhǔn)面和第四基準(zhǔn)面之間。采用此方法，在激光直接成型方法(dmd)一次打印成型葉片過程中，通過制成第一葉片組支撐31和第二葉片組支撐41用以支持第一葉片組3和第二葉片組4的成型，防止在成型過程中因第一葉片組3和第二葉片組4結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形。

優(yōu)選地，每個第一葉片組支撐31所在平面、第一基準(zhǔn)面和第二基準(zhǔn)面等距分布，每個第二葉片組支撐41所在平面、第三基準(zhǔn)和第四基準(zhǔn)面等距分布。采用此設(shè)計(jì)，相鄰的第一葉片組支撐31所在平面之間的第一葉片組3片段和相鄰第二葉片組支撐41所在平面之間的第二葉片組4片段成型所受的應(yīng)力分布更加均衡，更便于保持激光直接成型方法一次打印成型葉片時，穩(wěn)固第一葉片組3和第二葉片組4的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，第一葉片組3的密度為ρ1，第一葉片組支撐31的密度為ρ2，第二葉片組4密度為ρ3，第二葉片組支撐41的密度為ρ4，ρ1＞ρ2，ρ3＞ρ4。葉輪制造方法還包括s21，s21具體為：制成第一葉片組3和第二葉片組4后，去除若干個第一葉片組支撐31和若干個第二葉片組支撐41。采用此設(shè)計(jì)，一方面，減少了打印第一葉片組支撐31和第二葉片組支撐41時的材料損耗，降低了成本；另一方面，由于第一葉片組支撐31和第二葉片組支撐41的結(jié)構(gòu)密度分別小于第一葉片組3和第二葉片組4，進(jìn)而第一葉片組支撐31和第二葉片組支撐41的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分別小于第一葉片組3和第二葉片組4，在去除第一葉片組支撐3和第二葉片組支撐4時，避免了第一葉片組3和第二葉片組4的結(jié)構(gòu)損壞。

請參閱圖6，優(yōu)選地，s3具體為：采用鑄造方法，得到第一蓋板5和第二蓋板6，然后通過焊接技術(shù)將第一蓋板5和第二蓋板6焊接到主軸2上；或者，通過激光直接成型方法在第一基準(zhǔn)面上制成第一蓋板5，在第二基準(zhǔn)面上制成第二蓋板6，第一蓋板5和第二蓋板6與主軸2固定連接。采用此設(shè)計(jì)，當(dāng)生產(chǎn)大型閉式葉輪時，鑄造方法技術(shù)成熟、成本較低，適用于水電輪機(jī)葉輪、船舶葉輪等大型葉輪的生產(chǎn)應(yīng)用中；當(dāng)生產(chǎn)中小尺寸的閉式葉輪和對精度要求較高的閉式葉輪時，采用激光直接成型方法生產(chǎn)周期更短、第一蓋板5和第二蓋板6的結(jié)構(gòu)精度更高。

優(yōu)選地，激光直接成型方法采用的成型材料為316l不銹鋼或者tc4鈦合金。采用成型材料為316l不銹鋼時，其具有良好的耐腐蝕性、耐高溫、和抗蠕變性能，成型材料為tc4鈦合金時，具有良好的耐蝕性、低密度、高強(qiáng)度、韌性和便于焊接等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此316l不銹鋼或者tc4鈦合金十分適合應(yīng)用于葉輪制造。當(dāng)激光直接成型方法采用鋪粉設(shè)備3d打印零件時，設(shè)置切片層厚為0.03mm，功率為225w，掃描速度為1000mm/s，當(dāng)激光直接成型方法選用粉材粒度在15-53um；進(jìn)行送粉式3d打印零件時，設(shè)置層厚為0.7mm，功率650w，掃描速度為8mm/s，選用粉材粒度在53-150um。在實(shí)際加工應(yīng)用中，可以在葉輪內(nèi)流道表面以及葉片表面熔覆上耐磨耐腐蝕的涂層，提高內(nèi)流道的表面性能，減少內(nèi)流道表面的磨損，延長葉輪使用壽命。

綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供的一種葉輪制造方法中，通過將鑄造、車削及焊接加工技術(shù)與3d打印技術(shù)相結(jié)合，解決了葉輪制造不易加工、加工工藝復(fù)雜的問題，同時較3d打印技術(shù)相比成本較低、提高了生產(chǎn)效率。

上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。