CN117772884A - 冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法及工艺结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法及工艺结构，该方法包括建立冲击式转轮外部水斗模型；将所述外部水斗模型分为模压区和增材区；所述模压区采用基准厚度钢板模压成型，所述增材区采用机器人增材制造。本发明解决了材料利用率低，制造成本高的问题。
Description
技术领域
本发明属于冲击式转轮的生产制造技术领域，尤其涉及冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法及工艺结构。
背景技术
随着高水头大容量冲击式机组的开发，冲击式水轮机核心部件转轮的尺寸越来越大。冲击式转轮主要由中心体和水斗组成，对于大容量冲击式转轮来说，一般采用锻焊结构，即中心体带根部水斗采用锻件加工，外部水斗采用焊接制造。
根据工程需要，单件外部水斗的制造方式有多种，包括铸件、锻件、增材制造、模压等，由于铸件缺陷不易控制，而增材制造周期过长，采用锻件制造外部水斗质量可靠，制造周期可控，但是制造成本高。采用模压时，由于外部水斗壁厚不均匀，最薄为40mm，最厚处达200mm以上，常规技术手段需要以最厚处为基准进行模压，在制备较薄处时会有大量材料的浪费，材料利用率低。
因此，如何既保证外部水斗制造质量，压缩制造周期，又降低制造成本，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法及工艺结构,建立外部水斗模型，以小于最厚处的厚度尺寸为基准，切除大于该基准厚度的区域。采用基准厚度尺寸的钢板进行模压制造外部水斗，模压后，进行性能热处理，切除区域采用增材制造的方式进行制造。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法，所述方法包括：
建立冲击式转轮外部水斗模型；
将所述外部水斗模型分为模压区和增材区；
所述模压区采用基准厚度钢板模压成型，所述增材区采用机器人增材制造。
进一步的，所述建立冲击式转轮外部水斗模型具体包括：
对目标冲击式转轮进行应力分析并结合中心体锻件制造分析选取分界线；
根据分界线将目标冲击式转轮分为中心体带根部水斗和外部水斗，对外部水斗进行建模获得外部水斗模型。
进一步的，将所述外部水斗模型分为模压区和增材区具体包括：
切除所述外部水斗模型大于基准厚度的区域作为模压区，基准厚度根据模压采用的钢板厚度确定，基准厚度小于所述外部水斗模型的最厚处尺寸；
大于基准厚度的区域为增材区。
进一步的，所述所述模压区采用基准厚度钢板模压成型具体包括：
根据所述模压区的水斗模型结构，设计模压结构图；
根据根据模压结构图，设计上下胎模具；
根据胎模具设计，计算钢板重量；
制造上下胎模具；
采用模压机和上下胎模具对钢板进行模压，得到模压区水斗。
进一步的，所述方法在模压前，将钢板加热至温度阈值，在模压完成后进行调质热处理，在冷却后进行机械性能测试和探伤。
进一步的，所述所述增材区采用机器人增材制造具体包括：
根据外部水斗模型，编制增材区域机器人增材制造程序；
预热后在模压成型的水斗部件上增材出完整的外部水斗；
热处理后加工外部水斗至预设尺寸精度要求。
另一方面，本发明还提供了一种冲击式转轮外部水斗模压与增材复合工艺结构，所述工艺结构根据前述任一种的冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法制备，所述结构包括：
模压区水斗，所述模压区水斗通过基准厚度的钢板模压制造得到；
增材区水斗，所述增材区水斗通过在所述模压区水斗上增材制造得到。
本发明的有益效果在于：
本发明采用局部钢板模压结合局部增材制造的方式，在保证冲击式转轮外部水斗的质量和性能、大幅降低外部水斗制造成本的同时，压缩了模压钢板厚度，降低了模压难度，提高了材料利用率。
附图说明
图1是本发明实施例冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法流程框图；
图2是本发明实施例冲击式转轮结构图；
图3是本发明实施例冲击式转轮分瓣结构图；
图4是本发明实施例冲击式转轮外部水斗单件图；
图5是本发明实施例冲击式转轮外部水斗分区图；
图6是本发明实施例冲击式转轮外部水斗单件模压区图。
附图标记：1-中心体带根部水斗，2-外部水斗。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据工程需要，单件外部水斗的制造方式有多种，包括铸件、锻件、增材制造、模压等，由于铸件缺陷不易控制，而增材制造周期过长，采用锻件制造外部水斗质量可靠，制造周期可控，但是制造成本高。采用模压时，由于外部水斗壁厚不均匀，最薄为40mm，最厚处达200mm以上，常规技术手段需要以最厚处为基准进行模压，在制备较薄处时会有大量材料的浪费，材料利用率低。
因此，如何既保证外部水斗制造质量，压缩制造周期，又降低制造成本，是一个亟待解决的问题。
为了解决上述技术问题，提出了本发明冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法及工艺结构的下述各个实施例。
实施例1
参照图1，如图1所示是本实施例提供的冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法流程框图，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：建立冲击式转轮外部水斗模型。
具体地，参照图2和图3，如图2所示是本实施例冲击式转轮结构图，如图3所示是。针对冲击式转轮，根据应力分析，结合中心体锻件制造分析，选取低应力区为分界线，将转轮分为中心体带根部水斗1，和外部水斗2，并针对外部水斗2建立冲击式转轮外部水斗模型。参照图4，如图4所示是本实施例冲击式转轮外部水斗单件图。
步骤二：将外部水斗模型分为模压区和增材区。
具体地，本实施例以一个小于最厚处的厚度尺寸为基准，切除大于该基准厚度的区域，基准厚度根据模压采用的钢板厚度确定。参照图5和图6，如图5所示是本实施例冲击式转轮外部水斗分区图，如图6所示是本实施例冲击式转轮外部水斗单件模压区图，本实施例根据基准厚度钢板将图5所示的外部水斗模型进行划分，切除多余的部分，以剩余部分作为外部水斗单件模压区，切除部分作为增材区。
步骤三：模压区采用基准厚度钢板模压成型，增材区采用机器人增材制造。
具体地，模压区制造方法的流程具体如下：
步骤S1：根据模压水斗模型结构，设计模压结构图。
步骤S2：根据模压结构图，设计上下胎模具。
步骤S3：根据胎模具设计，计算钢板重量。
步骤S4：制造上下胎模具。
步骤S5：选用基准厚度钢板，采用模压机和上下胎模具进行模压，模压出水斗产品。
需要说明的是，选用基准厚度钢板，采用模压机和上下模具进行模压，模压出水斗产品。
步骤S6：模压完成后，进行调质热处理。
步骤S7：冷却后进行机械性能测试、探伤，确保模压质量和性能满足要求。
增材区制造方法的流程具体如下：
步骤S8：测试合格后，根据外部水斗模型，编制增材区域机器人增材制造程序。
步骤S9：预热，增材出完整的外部水斗。
步骤S10：热处理，采用数控机床加工外部水斗至满足设计尺寸精度要求。
本实施例采用局部钢板模压结合局部增材制造的方式，将外部水斗以基准钢板的厚度划分为模压区和增材区，能够最大程度地提高模压所用钢板的材料利用率，并降低模压难度；同时，小部分区域采用增材制造能够避免全部采用增材制造周期过长的弊端。
本实施例在保证冲击式转轮外部水斗的质量和性能、大幅降低外部水斗制造成本的同时，压缩了模压钢板厚度，降低了模压难度，提高了材料利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法，其特征在于，所述方法包括：
建立冲击式转轮外部水斗模型；
将所述外部水斗模型分为模压区和增材区；
所述模压区采用基准厚度钢板模压成型，所述增材区采用机器人增材制造。
2.如权利要求1所述的冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法，其特征在于，所述建立冲击式转轮外部水斗模型具体包括：
对目标冲击式转轮进行应力分析并结合中心体锻件制造分析选取分界线；
根据分界线将目标冲击式转轮分为中心体带根部水斗和外部水斗，对外部水斗进行建模获得外部水斗模型。
3.如权利要求2所述的冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法，其特征在于，将所述外部水斗模型分为模压区和增材区具体包括：
切除所述外部水斗模型大于基准厚度的区域作为模压区，基准厚度根据模压采用的钢板厚度确定，基准厚度小于所述外部水斗模型的最厚处尺寸；
大于基准厚度的区域为增材区。
4.如权利要求1所述的冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法，其特征在于，所述所述模压区采用基准厚度钢板模压成型具体包括：
根据所述模压区的水斗模型结构，设计模压结构图；
根据根据模压结构图，设计上下胎模具；
根据胎模具设计，计算钢板重量；
制造上下胎模具；
采用模压机和上下胎模具对钢板进行模压，得到模压区水斗。
5.如权利要求4所述的冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法，其特征在于，所述方法在模压前，将钢板加热至温度阈值，在模压完成后进行调质热处理，在冷却后进行机械性能测试和探伤。
6.如权利要求1所述的冲击式转轮外部水斗模压与增材复合制造方法，其特征在于，所述所述增材区采用机器人增材制造具体包括：
根据外部水斗模型，编制增材区域机器人增材制造程序；
预热后在模压成型的水斗部件上增材出完整的外部水斗；
热处理后加工外部水斗至预设尺寸精度要求。
7.一种冲击式转轮外部水斗模压与增材复合工艺结构，其特征在于，所述工艺结构根据权利要求1-6任一所述的方法制备，所述结构包括：
模压区水斗，所述模压区水斗通过基准厚度的钢板模压制造得到；
增材区水斗，所述增材区水斗通过在所述模压区水斗上增材制造得到。
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