CN109622957A - 闭式叶轮及其成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种闭式叶轮及其成形方法,该闭式叶轮成形方法包括以下步骤:S1、提供激光熔覆技术装置、轮盘、叶片材料以及轮盖材料,激光熔覆技术装置包括喷头和送料管;S2、将轮盘置于激光熔覆技术装置中,并加入叶片材料,通过激光熔覆技术在轮盘上进行叶片堆积,以在轮盘上设置成形叶片;S3、待叶片堆积完成后,将轮盘安装在卡盘上,并将辅助基体置于轮盘上,将轮盖材料加入至送料管中,然后通过激光熔覆技术在辅助基体上堆积轮盖来进行桥接封盖,得到闭式叶轮。该成形方法通过斜定向叶片堆积和桥接成形,有效避免位置干涉问题,使叶片堆积处和桥接处形貌良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种闭式叶轮及其成形方法。
背景技术
叶轮是各类泵组的重要组成部分,叶轮从结构上大致可分为闭式叶轮、半开式叶轮、开式叶轮三种。其中闭式叶轮由于上下由盖板封闭,存在扭曲的内腔结构,导致内腔无法加工,所以加工难度最大,大多数只能通过焊接装配、精密铸造、数控铣削等方式来完成,随着闭式叶轮出水口的设计尺寸变小,其加工难度呈几何倍数上升。其中出水口小而性能要求高的叶轮往往通过精密铸造来完成。然而,上述几种传统加工方法存在易热变形、生产周期长,材料利用率低,刀具可达性限制等问题。在金属3D打印方法中,采用激光选区熔化3D打印的方法成形闭式叶轮存在尺寸受限、叶片及内部流道表面无法精加工等问题。采用同轴送粉激光熔覆成形技术则无法避免成形过程中喷头与叶片的干涉。
国际专利PCT/KR2013/001101公开了一种旋转机的旋转体及制造该旋转体的方法,该专利提出了一种闭式叶轮盖板的激光熔覆成形制造方法思路:将一个附加的堆叠支撑件固定在三元半开式叶轮其中一个叶片上,再以这个支撑件为基板沿周向堆积成形盖板。由于现有光外送粉喷头会干涉,该专利技术人采用了一种分离的单粉管侧送粉方法。然而,侧向送粉难以保证光粉耦合精度,且该方法附加的支撑结构为盖板的一部分,将影响盖板的整体强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种闭式叶轮及其成形方法,其采用光内送粉激光熔覆成形技术,通过斜定向叶片堆积和桥接成形,能够有效避免位置干涉问题,使叶片堆积处和桥接处形貌良好。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:一种闭式叶轮的成形方法,所述闭式叶轮成形方法包括以下步骤:
S1、提供激光熔覆技术装置、轮盘、叶片材料以及轮盖材料,所述激光熔覆技术装置包括喷头和送料管;
S2、将所述轮盘置于所述激光熔覆技术装置中,并将所述叶片材料加入至所述送料管中,通过激光熔覆技术在所述轮盘上进行叶片堆积,以在所述轮盘上设置成形叶片;
S3、待所述叶片堆积完成后,将所述轮盘安装在卡盘上,并将辅助基体置于所述轮盘上,将所述轮盖材料加入至所述送料管中,然后通过激光熔覆技术堆积轮盖在所述辅助基体上来进行桥接封盖,得到所述闭式叶轮。
进一步地,所述轮盘包括圆盘和分别设置在所述圆盘两侧的第一凸部和第二凸部,所述第一凸部上开设有凹槽。
进一步地,所述辅助基体上设有与所述凹槽相适应的凸块,在进行所述桥接封盖时,所述凸块插入至所述凹槽中。
进一步地,步骤S2中,在所述激光熔覆技术过程中,所述喷头与所述轮盘无位置干涉,所述喷头与所述轮盘之间形成的夹角大于0小于180°。
进一步地,步骤S3中,在所述激光熔覆技术过程中,所述喷头与所述成形叶片无位置干涉,所述喷头与所述轮盘之间形成的夹角大于0小于90°。
进一步地,步骤S2中,在进行所述激光熔覆技术过程之前还包括预热步骤:将所述轮盘置于加热炉中,在100-200℃下加热1h。
进一步地,还包括步骤S4、待所述桥接封盖完成后,将桥接封盖后的零件置于退火炉中,加热至400-500℃后保持1h,然后缓慢冷却,再通过减材法去除所述辅助基体,得到所述闭式叶轮。
进一步地,所述卡盘为三爪卡盘,所述三爪卡盘夹持所述第二凸部以固定所述轮盘。
进一步地,所述叶片材料和轮盖材料为高温合金粉末。
进一步地,所述闭式叶轮的成形方法在保护性气氛中进行,形成所述保护性气氛的气体包括氩气。
本发明还提供了一种闭式叶轮,其采用上述的闭式叶轮的成形方法所制得。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明的闭式叶轮及其成形方法采用激光熔覆技术,通过斜定向叶片堆积和桥接成形,能够有效避免位置干涉问题,使叶片堆积处和桥接处形貌良好,且能提高成形效率并节约原材料。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明所示的闭式叶轮的成形方法的流程步骤图;
图2为本发明所示的闭式叶轮的轮盘的结构示意图;
图3为本发明所示的闭式叶轮的成形方法中所采用的辅助基体的结构示意图;
图4至图7为本发明一实施例所示的闭式叶轮的成形方法的各步骤阶段示意图;
图8为本发明一实施例中所采用激光熔覆装置中的喷头的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
需要说明的是:本发明的“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等用语只是参考附图对本发明进行说明,不作为限定用语。
请参见图1,本发明的闭式叶轮的成形方法包括以下步骤:
S1、提供激光熔覆技术装置、轮盘、叶片材料以及轮盖材料,所述激光熔覆技术装置包括喷头和送料管;
S2、将所述轮盘置于所述激光熔覆技术装置中,并将所述叶片材料加入至所述送料管中,通过激光熔覆技术在所述轮盘上进行叶片堆积,以在所述轮盘上设置成形叶片;
S3、待所述叶片堆积完成后,将所述轮盘安装在卡盘上,并将辅助基体置于所述轮盘上,将所述轮盖材料加入至所述送料管中,然后通过激光熔覆技术堆积轮盖在所述辅助基体上来进行桥接封盖,得到所述闭式叶轮。
在本发明中,还包括步骤S4、待所述桥接封盖完成后,通过减材法去除所述辅助基体,得到所述闭式叶轮。优选的,还包括退火处理:将桥接封盖后的零件置于退火炉中,加热至400-500℃后保持1h,然后缓慢冷却,从而产品降低硬度,改善叶片的切削性能,同时起到消除残余应力,稳定尺寸,减小变形和细化晶粒的作用。
请结合图2和图3,所述轮盘包括圆盘1和分别设置在所述圆盘1两侧的第一凸部2和第二凸部3,所述第一凸部2上开设有凹槽21。所述辅助基体4上设有与所述凹槽21相适应的凸块41,在进行所述桥接封盖时,所述凸块41插入至所述凹槽21中。所述卡盘为三爪卡盘,所述三爪卡盘夹持所述第二凸部以固定所述轮盘。所述叶片材料和轮盖材料为高温合金粉末。且本发明的闭式叶轮的成形方法在保护性气氛中进行。
在本发明中,步骤S2中,在所述激光熔覆技术过程中,所述喷头与所述轮盘无位置干涉,所述喷头与加工平面之间形成的夹角大于0小于180°,优选的,喷头与加工平面垂直。步骤S3中,在所述激光熔覆技术过程中,所述喷头与所述成形叶片无位置干涉,所述喷头与加工平面之间形成的夹角大于0小于90°,优选的,为20-40°。
在本发明中,步骤S2中,在进行所述激光熔覆技术过程之前还包括预热步骤:将所述轮盘置于加热炉中,在100-200℃下加热1h。
本发明还提供了一种闭式叶轮,其采用上述的闭式叶轮的成形方法所制得。
请结合图4至图7,图示为本发明一实施例所示的闭式叶轮的成形方法的各步骤阶段示意图。
本实施例中,激光熔覆技术所采用的原料为inconel718高温合金粉末,形成保护性气氛的气体为氩气,所采用的激光熔覆装置的喷头6如图8所示,激光束61照射至光学镜片62上后反射至熔覆位点。
首先将轮盘置于激光熔覆装置中,并将inconel718高温合金粉末加入至激光熔覆装置中的送料管63中,进行预热处理后,在轮盘的圆盘1上利用激光熔覆技术进行叶片堆积,在叶片11进行堆积时,激光熔覆装置的喷头6与轮盘无位置干涉,优选的,喷头6与加工平面垂直。
待叶片11堆积完成后,在其基础上进行桥接封盖,以完成闭式叶轮上盖部分成形。在进行桥接封盖时,需用到辅助基体4来辅助支撑成形。将辅助基体4的凸块41插入至第一凸部2的凹槽21中,从而实现辅助基体4的安装,并将轮盘固定在三爪卡盘(未图示)中,通过三爪卡盘进行旋转。在桥接封盖的过程中,使喷头与加工平面呈20-40°夹角,以避免喷头与已加工成形件位置相干涉。加工时以辅助基体4为基体,在辅助基体4的侧面上斜定向堆积轮盖5,轮盖5位置与已成形的叶片11相桥接,封盖成形闭式叶轮整体。
将得到的闭式叶轮整体进行退火处理,然后利用减材法除去辅助基体4,得到最终成形的闭式叶轮。
综上所述:本发明的闭式叶轮及其成形方法采用激光熔覆技术,通过斜定向叶片堆积和桥接成形,能够有效避免位置干涉问题,使叶片堆积处和桥接处形貌良好,且能提高成形效率并节约原材料。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种闭式叶轮的成形方法,其特征在于,所述闭式叶轮成形方法包括以下步骤:
S1、提供激光熔覆技术装置、轮盘、叶片材料以及轮盖材料,所述激光熔覆技术装置包括喷头和送料管;
S2、将所述轮盘置于所述激光熔覆技术装置中,并将所述叶片材料加入至所述送料管中,通过激光熔覆技术在所述轮盘上进行叶片堆积,以在所述轮盘上设置成形叶片;
S3、待所述叶片堆积完成后,将所述轮盘安装在卡盘上,并将辅助基体置于所述轮盘上,将所述轮盖材料加入至所述送料管中,然后通过激光熔覆技术在所述辅助基体上堆积轮盖来进行桥接封盖,得到所述闭式叶轮。
2.如权利要求1所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,所述轮盘包括圆盘和分别设置在所述圆盘两侧的第一凸部和第二凸部,所述第一凸部上开设有凹槽。
3.如权利要求2所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,所述辅助基体上设有与所述凹槽相适应的凸块,在进行所述桥接封盖时,所述凸块插入至所述凹槽中。
4.如权利要求3所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,步骤S2中,在所述激光熔覆技术过程中,所述喷头与所述轮盘无位置干涉,所述喷头与所述轮盘之间形成的夹角大于0小于180°。
5.如权利要求3所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,步骤S3中,在所述激光熔覆技术过程中,所述喷头与所述成形叶片无位置干涉,所述喷头与所述轮盘之间形成的夹角大于0小于90°。
6.如权利要求1所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,步骤S2中,在进行所述激光熔覆技术过程之前还包括预热步骤:将所述轮盘置于加热炉中,在100-200℃下加热1h。
7.如权利要求1所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,还包括步骤S4、待所述桥接封盖完成后,将桥接封盖后的零件置于退火炉中,加热至400-500℃后保持1h,然后缓慢冷却,再通过减材法去除所述辅助基体,得到所述闭式叶轮。
8.如权利要求1所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,所述卡盘为三爪卡盘,所述三爪卡盘夹持所述第二凸部以固定所述轮盘。
9.如权利要求1所述的闭式叶轮的成形方法,其特征在于,所述闭式叶轮的成形方法在保护性气氛中进行,形成所述保护性气氛的气体包括氩气。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的闭式叶轮的成形方法所制得的闭式叶轮。
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