CN101970165A - 热机部件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热机部件的制作方法，特别是涡轮机、压缩机或扩展器部件的制作方法，该方法是通过腐蚀至少分段加工该部件的毛坯并通过滑动磨削和/或通过电抛光这样精整由于腐蚀产生的表面，即把由于腐蚀形成的再铸层至少局部地完全去掉。此外，本发明涉及用本发明方法制作的热机部件。

Description

热机部件的制作方法
技术领域
本发明涉及热机部件的制作方法，特别是涡轮机、压缩机或扩展器部件的制作方法，该方法是通过腐蚀至少分段加工部件的毛坯并通过精细加工继续处理腐蚀产生的表面。此外，本发明涉及一种用本发明方法制作的热机部件。
背景技术
涡轮机、压缩机或扩展器之类的热机是用许多部件装配而成的，其中一部分部件例如涡轮叶片具有很复杂的形状。为了制作这种部件，越来越多地采用腐蚀法即导电工件的一种热蚀加工方法，该方法通过电极和工件之间的放电过程实现材料磨蚀。用这种腐蚀法可成型特别复杂的凹部，例如具有复杂横截面形状的特殊造型的槽、坑等等。
在用腐蚀法时存在这样的缺点：被腐蚀的表面区段即在其上产生火花放电的表面区段布满细小的弧坑，且表面出现点蚀结构。此外，由于放电过程的温度很高，在工件边缘区的近表层产生组织变化，且近表层常常还布满了微裂纹。此层也称为“再铸层”或“白层”。再铸层的厚度和状态主要取决于调节参数、刀具和工件的材料配合、要求的表面粗糙度和机器。
一方面，由于再铸层不再符合所用母材的冶金结构并因而具有不同的特性，所以它特别不适合制作热机部件。另一方面，这个再铸层又比DIN EN ISO 3274或DIN EN ISO 4287规定的平均粗糙度Ra高，可达3至4微米，这同样不适合用于热机部件的某些规定的范围。基于这一原因，在制作热机部件时，迄今为止都须通过人工研磨过程去掉再铸层。
但过去存在这样的问题：特别是在制作像涡轮机、压缩机或扩展器之类的复杂形状的部件时，再铸层在某些难于接近的部件没有被去掉或去掉得很不充分或只是在付出高昂代价时才被去掉；与此同时，常常不能保证批量生产对表面所需的高重复精度。
发明内容
本发明的目的是提出一种制作热机部件的方法，用这种方法也可制作具有高品质尤其是具有高重复精度和表面质量的形状复杂的部件。
根据本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1所述特征的方法来实现的，并尤其是为了精密加工或在已腐蚀的表面的上述精密加工后进行滑动磨削和/或抛光来实现的。
正如发明人的试验证明，在通过腐蚀产生很复杂的形状时，也能用滑动磨削和/或电抛光去掉形成的再铸层。
在使用最好由掺入研磨剂的陶瓷或掺入研磨剂的塑料制成的小型磨料进行滑动磨削时，不但可实现表面磨掉，同时还可实现表面研磨或抛光。滑动磨削不仅局部有效去掉了很硬的再铸层，而且还可使表面达到DIN EN ISO 3274或DIN EN ISO 4287规定的平均粗糙度Ra 1.0至1.6。此外，也可磨掉难于达到部件的再铸层，视选用的磨料的大小而定。
此外，作为滑动磨削的另一种或补充方案可用电抛光来去除再铸层。这时，通过适当选择电解液以及通过有目的调节加工时间、电流密度和电解液温度不但可完全去掉再铸层，而且也可磨削加工达不到的表面区段。此外，可在被抛光的表面上产生要求的平均粗糙度。
毛坯例如用常规的方法尤其是用铸造、锻造之类的成型方法制成和/或尤其是用锻材或圆材通过本发明切削法制成。
本发明的其他有利改进可从说明书中以及从属权利要求中得知。
表面的腐蚀应优先在多个步骤中进行，以便在腐蚀时就可达到尽可能小的平均粗糙度。虽然多步骤的腐蚀一方面减少了材料腐蚀，但另一方面减小了对内部各层的结构影响。同时，与在一次腐蚀大量材料比较，可获得很小的平均粗糙度，这对随后的精细加工步骤是有利的。
在滑动磨削时，将已腐蚀的工件一起放入带磨料和—优先—带有某种液体尤其是水的工作容器中，该容器在滑动磨削过程中进行振荡运动和/或旋转运动。这时，磨料从被处理的表面旁边滑动，从而进行材料磨蚀。作为磨料尤其可用掺有适当研磨剂的陶瓷磨料。为了进一步改善磨蚀和提高磨削物的运走，最好在液体中掺入添加剂。其中，添加剂中还可附加地添加某些有助于部件的防腐和/或同时有脱脂作用的物质。如欲达到酸洗效果，则也可添加酸性添加剂。对扁平的部件来说，也可添加机械的隔离剂(例如微塑料球)，来防止部件的相互粘附。
在滑动磨削时可附加添加在已腐蚀的表面上产生草酸盐化合物和磷酸盐化合物的化学制品来提高再铸层的去除。通过添加这种化学制品，特别是在粗糙尖端产生草酸盐和磷酸盐涂层，与研磨剂比较，该涂层具有明显低的硬度，从而可进一步提高滑动磨削时的材料磨蚀，而同时可进一步降低平均粗糙度。
在一个特别优选的工艺过程中，在滑动磨削后紧接着进行一道附加的抛光工序。如果滑动磨削通过添加产生草酸盐化合物和磷酸盐化合物的化学制品来支持，则在抛光液选择一致的情况下也可直接在同一个工作容器中进行这道附加的抛光工序。这时，在工作容器中最好加入这样的抛光液，即它能中和引起产生草酸盐化合物和磷酸盐化合物化学制品并钝化被处理工件的材料。作为抛光液例如可用磷酸盐和润滑剂表面活性剂的混合物。
在电抛光时，已腐蚀的工件至少其腐蚀的表面部分被浸入特制电解液的电解槽中并作为阳极连接。然后用恒定的或脉动的直流电加到工件上。特别是通过加脉动电流可特别好地溶解腐蚀表面部分的再铸层。电抛光可简化，也可叫做逆电镀。此外，通过预先给定确定的加工时间、电流密度或通过预先给定确定的电解液温度可有目的地调节材料磨蚀和表面粗糙度。
作为电解液最好用水和无机酸的混合物。但也可用别的无机酸例如磷酸和硫酸的混合物作电解液，视工件的材料而定。也可添加醇类。
滑动磨削和电解抛光的步骤可按不同的顺序进行，例如首先滑动磨削然后电抛光或相反。滑动磨削和/或电抛光也可多步骤地、必要时交替地进行。
在腐蚀的并通过滑动磨削和/或电抛光处理的表面加工后，工件可进行后续加工步骤，例如切削加工步骤或材料调质或材料硬化的步骤。
通过本发明方法首次可在应用腐蚀的情况下制作具有高重复精度和精密性的热机部件。
此外，本发明涉及一种用本发明方法制作的热机部件。

Claims (9)

1.热机部件的制作方法，特别是涡轮机、压缩机或扩展器部件的制作方法，该方法是通过腐蚀至少分段地加工部件的毛坯并通过滑动磨削和/或电抛光这样加工腐蚀产生的表面，即把由于腐蚀产生的再铸层至少分段地、至少局部地、特别是基本上完全地去掉。
2.按权利要求的方法，其中，按多个步骤进行腐蚀。
3.按权利要求1或2的方法，其中，在滑动磨削时，毛坯与磨料和最好掺入添加剂的液体尤其是水一起放入一个工作容器中，后者在滑动磨削过程中进行振荡的和/或旋转的运动。
4.按权利要求3的方法，其中，通过添加在被腐蚀的表面上产生草酸盐化合物和磷酸盐化合物的化学制品，使滑动磨削得到支持。
5.按权利要求1-4中之一的方法，其中，在滑动磨削后紧接着进行抛光。
6.按权利要求4和5的方法，其中，在滑动磨削后紧接着进行抛光，将抛光液放入工作容器中，该抛光液主要中和引起产生草酸盐化合物和磷酸盐化合物的化学制品和/或钝化被处理工件的材料。
7.按前述权利要求1至5任一项的方法，其中，在电抛光时，已腐蚀的毛坯至少其腐蚀的表面部分要浸入特制电解液的电解槽中并作为阳极连接加恒定的或脉动的直流电。
8.按权利要求7的方法，其特征为，电解液是一种由液体尤指水和由一或多种无机酸例如盐酸和/或硫酸和/或硝酸制成的混合物。
9.热机的部件用前述权利要求1至8任一项所述的方法制作。
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