CN109890558B - 用于生产涡轮机叶轮的方法 - Google Patents

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Abstract

用于生产涡轮机叶轮(14)的方法，所述涡轮机叶轮(14)包括径向内轮毂体(14a)、径向外护罩体(14b)和在轮毂体(14a)与护罩体(14b)之间延伸的叶片(14c)，其中，叶片(14c)、轮毂体(14a)和护罩体(14b)被设计成为一体的单体组件，所述方法至少包括以下步骤：提供坯料(10)；铣削坯料(10)以形成轮毂体、护罩体和叶片的基本轮廓(11a、11b、11c)；在形成的主轮廓上至少一次进行堆焊或增材制造并且后续在通过堆焊形成的部分(15n)上至少一次进行铣削。

Description

用于生产涡轮机叶轮的方法
技术领域
本发明涉及一种生产涡轮机叶轮的方法，所述涡轮机叶轮包括径向内轮毂体、径向外护罩体和在轮毂体与护罩体之间延伸的活动叶片，其中，活动叶片、轮毂体和护罩体被实施为一体的单体组件。带有护罩体的涡轮机叶片还被称为封闭式涡轮机转子。
背景技术
为了生产这样的被实施为一体的单体组件的封闭式涡轮机叶轮，从实践已知提供坯料，并且即在铣床上由坯料铣削出涡轮机转子。典型地，在这里采用五轴铣床，以便提供涡轮机叶轮的在其轮毂体、其护罩体和其活动叶片的区域中的期望的三维轮廓。然而，在这样的铣削期间，待机械加工的坯料的可达性受限，使得不能在涡轮机叶轮上得到任何期望的三维轮廓。为此，到目前为止关于这样的被实施为一体的单体组件的封闭式涡轮机转子存在相当大的设计限制。存在对生产封闭式涡轮机转子的需求，所述封闭式涡轮机转子具有关于其三维轮廓的更大的设计可能性、即简单地在短的时间内被实施为一体的单体组件的径向内轮毂体、径向外护罩体和活动叶片，以便保持生产成本和生产时间尽可能低。
发明内容
由此出发，本发明基于创造一种用于生产涡轮机叶轮的新型方法的目的。该目的通过根据权利要求1的方法解决。根据本发明的方法至少包括以下步骤：提供坯料；坯料的铣削机械加工，以形成轮毂体、护罩体和活动叶片的基本轮廓；在成形的基本轮廓上的至少一次性堆焊和在通过堆焊形成的部分上的至少一次性后续铣削机械加工。采用根据本发明的方法，在坯料的铣削机械加工之后进行至少一次性堆焊和后续至少一次性重新的铣削机械加工。堆焊还能被增材制造方法替代，例如被选择性激光烧结替代。通过这种方式，于是能提供在坯料的铣削期间由于受限制的可达性所以本身不能形成的三维轮廓。生产方法简单并且有成本效益。因而能用低的生产成本和短的生产时间、即用三维成形提供迄今不能生产的作为一体的单体组件的涡轮机转子。
根据另一改进，堆焊与后续铣削机械加工初始地在通过堆焊形成的部分上交替进行多次。优先地，在第n次堆焊期间，将材料堆积在基本轮廓上，在该第n次堆焊之后，在过程中形成的部分经受第n次铣削机械加工，在该第n次铣削机械加工之后，在第(n+1)次堆焊期间将材料堆积在通过该铣削机械加工形成的部分上的基本轮廓上，并且在该第(n+1)次堆焊之后，在过程中形成的部分经受第(n+1)次铣削机械加工，其中，n＞1适用。这样，能用低的生产成本在短的生产时间内在涡轮机转子上制造特别有利的三维轮廓。
根据本发明的有利的另一改进，坯料的铣削机械加工、至少一次性堆焊和至少一次性后续铣削机械加工在一个并且相同的机床上进行，所述机床包括用于铣削机械加工的至少一个工具以及用于堆焊的至少一个工具。这对于提供短的生产时间是特别优选的。不需要工具或坯料在机床上的重新夹紧。
根据本发明的有利的另一改进，在至少一次性堆焊期间将与坯料的金属合金材料不同的金属合金材料堆积在坯料上。通过这种方式，能生产在通过堆焊形成的部分上具有特别有利的金属特性的涡轮机叶轮。坯料还能具有某一芯/壳结构，例如实心芯和耐蚀壳。
根据本发明的有利的另一改进，在多次堆焊期间将至少一次与坯料的金属合金材料不同的金属合金材料堆积在坯料上，其中，在多次堆焊期间，优先地将不同的合金材料堆积在坯料上。本发明的该另一改进用于为涡轮机叶轮提供在通过堆焊形成的部分上以限定的方式已调整的材料特性。
附图说明
本发明的另外的优选改进从从属权利要求和以下的说明获得。本发明的示例性实施例在不限于此的情况下通过附图被更详细地说明。示出的是：
图1是用于说明根据本发明用于生产涡轮机叶轮的方法的高度示意性的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于生产涡轮机叶轮的方法，所述涡轮机叶轮包括径向内轮毂体、径向外护罩体和在轮毂体与护罩体之间延伸的活动叶片。包括内轮毂体以及还包括外护罩体的涡轮机叶轮被称为封闭式涡轮机转子。在根据本发明生产封闭式涡轮机转子的情况下，活动叶片、轮毂体和护罩体被实施为一体的整体组件。轮毂体还被称为轮毂盘，并且护罩体还被称为护罩盘。
在下文中参考图1描述用于生产涡轮机叶轮的方法，其中，带有状态Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的图1的示意性流程图使根据本发明的方法的基本方法步骤可见。方法步骤Ⅲ根据图1被细分成多个方法步骤Ⅲ.1、Ⅲ.2n、Ⅲ3n以及Ⅲ.4。根据步骤Ⅳ的完成的涡轮机转子出现在根据本发明的方法结束时。
图1使径向压缩机叶轮、即经受轴向流入和径向流出的压缩机叶轮的生产可见。尽管这样的径向压缩机叶轮的生产是优选的，但其他的涡轮机转子、诸如例如涡轮转子同样能用根据本发明的方法生产。
在方法步骤Ⅰ中，初始地提供坯料10。在图1中的该坯料10是由金属材料组成的、尤其地由金属合金材料组成的环或盘。理论上，盘也能由塑料组成，其然后经受铣削机械加工。
在随后的方法步骤Ⅱ中，坯料10经受铣削机械加工，即经历形成径向内轮毂体11a的、径向外护罩体11b的和在径向内轮毂体11a与径向外护罩体11b之间延伸的活动叶片11c的基本轮廓。在此，铣削机械加工的坯料11形成有这些基本轮廓11a、11b、11c。
在坯料10的该铣削机械加工之后，因而出现铣削机械加工的坯料11，所述坯料11在其待形成的轮毂体11a、其待形成的护罩体11b、其待形成的活动叶片11c的区域中具有在存在坯料10的有限的空间可达性的情况下通过铣削坯料10能在机器或铣床上生产的相应基本轮廓。
方法步骤Ⅱ之后是方法步骤Ⅲ。在方法步骤Ⅲ期间，至少一次性或单次堆焊在涡轮机叶轮的径向方向上发生在成形的基本轮廓11a、11b、11c上，并且至少一次性或至少单次的后续铣削机械加工发生在通过堆焊形成的部分上。
堆焊和在通过堆焊形成的部分上的后续铣削机械加工优先地在方法步骤Ⅲ中多次连续地交替进行。
在此，在第n次堆焊期间，将材料堆积在铣削机械加工坯料11的基本轮廓上，在该第n次堆焊之后，在过程中形成的部分15n经受第n次铣削机械加工，在通过该铣削机械加工形成的部分16n上的该第n次铣削机械加工之后，在第(n+1)次堆焊期间将材料再次堆积在先前铣削机械加工的部分16n上，并且在该第(n+1)次堆焊之后，在过程中形成的部分15n+1经受第(n+1)次铣削机械加工，经历形成部分16n+1，其中，n是大于1的整数。
在图1中，方法步骤Ⅲ被细分成方法步骤Ⅲ.1、Ⅲ.2n、Ⅲ.3n和Ⅲ.4。在方法步骤Ⅲ.1中，在方法步骤Ⅱ中提供的通过坯料10的铣削机械加工形成的坯料11以其基本轮廓11a、11b、11c出现。在方法步骤Ⅲ.2n中，进行堆焊，即在图1中从径向内侧到径向外侧经历将材料堆积在机械加工的坯料11的基本轮廓11b、11c上，并且即根据图1经历形成堆焊的部分15n。在步骤Ⅲ.2n之后，通过堆焊形成的部分15n的下游铣削机械加工发生在步骤Ⅲ.3n中，经历形成部分16n。在图1中未示出的随后步骤Ⅲ.2.n+1中，堆焊再次发生在这些部分16n的区域中，并且在随后的步骤Ⅲ.3n+1中，经历通过堆焊形成的这些部分15n+1的铣削机械加工，以形成方法步骤Ⅲ.4中所示的部分16n+1。如已说明的，n是大于1的整数。图1中的堆焊并铣削机械加工的部分16n、16n+1径向向外延伸至护罩体14b，并且还延伸至活动叶片14c。在步骤Ⅲ.4中，涡轮机叶轮14于是在轮毂体14a的、护罩体14b的和活动叶片14c的区域中以其期望的三维轮廓出现。
在图1中，在径向方向上的多次堆焊从径向内侧到径向外侧发生。该多次堆焊还可能从径向外侧到径向内侧进行。此外，与铣削机械加工交替的堆焊能从径向外侧到径向内侧以及从径向内侧到径向外侧结合地进行。
方法步骤Ⅱ和Ⅲ、即在方法步骤Ⅱ中的坯料的铣削机械加工和在方法步骤Ⅲ中的至少一次性堆焊与至少一次性的随后的铣削机械加工能在一个并且相同的机床上进行，所述机床不仅包括用于铣削机械加工的至少一个工具还包括用于堆焊的至少一个工具。机床优先地为带有零点夹紧系统的五轴机床，坯料10被夹紧在所述机床上，并且在夹紧的相对位置中后续在步骤Ⅱ中被铣削机械加工和后续在步骤Ⅲ中经受堆焊和随后的铣削机械加工，经历形成以其三维轮廓的最终的涡轮机叶轮14。堆焊优先地是激光堆焊。
在至少一次性堆焊期间，可将与坯料10的金属合金材料不同的金属合金材料堆积在铣削机械加工的坯料11上。尤其当多次进行堆焊时，可将与坯料10的金属合金材料不同的金属合金材料至少一次堆积在铣削机械加工的坯料11上，并且在多次堆焊期间，在每种情况下可将不同的金属合金材料堆积在铣削机械加工的坯料11上。通过这种方式，能形成在通过堆焊形成的部分16n、16n+1的区域中具有以限定的方式调整的材料特性的涡轮机叶轮14。
应指出的是，激光堆焊能附加地或替代性地发生在轴向方向上。
采用根据本发明的方法，能经历低的生产成本并且经历短的生产时间生产带有迄今不可得到的三维轮廓的、被实施为整体组件的封闭式涡轮机转子，在该情况下，护罩体、轮毂体和活动叶片被一件式或一体地实施。
可选地，通过根据本发明的方法生产的涡轮机转子14后续经受诸如例如涂层等的表面处理。热处理过程或其他下游过程也适合于此。
附图标记列表：
10 坯料
11 铣削机械加工的坯料
11a 基本轮廓的轮毂体
11b 基本轮廓的护罩体
11c 基本轮廓的活动叶片
12n 铣削机械加工并堆焊的坯料
13n 铣削机械加工并堆焊多次的坯料
14 涡轮机叶轮
14a 轮毂体
14b 护罩体
14c 活动叶片
15n 堆焊的部分
16n 堆焊并铣削机械加工的部分
16n+1 堆焊并铣削机械加工的部分。

Claims (7)

1.一种用于生产涡轮机叶轮(14)的方法，所述涡轮机叶轮(14)包括径向内轮毂体(14a)、径向外护罩体(14b)和在所述轮毂体(14a)与所述护罩体(14b)之间延伸的活动叶片(14c)，其中，所述活动叶片(14c)、所述轮毂体(14a)和所述护罩体(14b)通过至少以下步骤被实施为一体的单体组件：
提供坯料(10)；
铣削机械加工所述坯料(10)，经历形成所述轮毂体的、所述护罩体的和所述活动叶片的基本轮廓(11a、11b、11c)；
在成形的基本轮廓上至少一次性堆焊或增材制造并在通过堆焊形成的部分(15n)上至少一次性后续铣削机械加工；以及
初始在通过堆焊形成的所述部分(15n)上交替多次进行堆焊或增材制造和后续的铣削机械加工以便完成最终的涡轮机叶轮(14)的所述轮毂体(14a)、所述护罩体(14b)和所述活动叶片(14c)；
其中，从径向内侧到径向外侧和/或从径向外侧到径向内侧进行在所述涡轮机叶轮的径向方向上的多次交替的堆焊或增材制造和后续的铣削机械加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第n次堆焊或增材制造期间，将材料堆积在所述基本轮廓上，在该第n次堆焊或增材制造之后，在过程中形成的所述部分(15n)经受第n次铣削机械加工，继在通过该铣削机械加工形成的部分(16n)上的该第n次铣削机械加工之后，在第(n+1)次堆焊或增材制造期间将材料再次堆积在所述基本轮廓上，并且在该第(n+1)次堆焊或增材制造之后，在过程中形成的部分(15n+1)经受第n+1次铣削机械加工，其中，n＞1适用。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述坯料(10)的铣削机械加工、所述至少一次性堆焊或增材制造和所述至少一次性后续铣削机械加工在一个并且相同的机床上进行，所述机床不仅包括用于所述铣削机械加工的至少一个工具、还包括用于所述堆焊的至少一个工具。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述堆焊为激光堆焊或激光烧结。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述至少一次性堆焊或增材制造期间，将与所述坯料(10)的金属合金材料不同的金属合金材料堆积在所述铣削机械加工的坯料(11、12n)上。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述多次堆焊或增材制造期间，将至少一次与所述坯料(10)的金属合金材料不同的金属合金材料堆积在所述铣削机械加工的坯料(11、12n)上。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述多次堆焊或增材制造期间，将不同的金属合金材料堆积在所述铣削机械加工的坯料(11、12n)上。
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