KR102466909B1 - 회전 기계의 부품을 제조하거나 수리하기 위한 방법 및 이러한 방법을 사용해 제조되었거나 수리된 부품 - Google Patents

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Abstract

회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법이 제안되며, 부품은 축방향(A) 및 이 방향에 수직인 반경방향(R)으로 연장되어 있고 또한 적어도 하나의 내부 채널(7)을 가지고 있으며, 내부 채널은 부품의 중심부(6)의 코어(K)의 제 1 단부(72)에서부터 부품의 반경방향 한계 표면(42)에 있는 제 2 단부(71)까지 연장되어 있고 또한 적어도 부분적으로 폐쇄되어 있으며, 부품의 코어(K)를 포함하는 블랭크(10)가 제공되고, 블랭크(10)는 반경방향(R)으로 외측 표면(11)에 의해 한정되며, 블랭크(10)는, 적어도 반경방향(R)으로 연장되어 있는 외부 윤곽(AK)이 외측 표면(11)의 영역에 만들어지고 또한 블랭크(10) 안에서 적어도 부분적으로 제 1 단부(72)까지 연장되어 있는 채널(7)의 일부분이 만들어지도록, 제 1 제거 공정 단계에서 제거적으로 처리되며, 그런 다음 채널(7)은 블랭크(10)에 대한빌드업 공정에 의해 마무리된다. 또한, 수리하기 위한 대응 방법 및 이러한 방법으로 제조되었거나 수리된 부품이 제안된다.

Description

회전 기계의 부품을 제조하거나 수리하기 위한 방법 및 이러한 방법을 사용해 제조되었거나 수리된 부품{METHOD FOR MANUFACTURING OR FOR REPAIRING A COMPONENT OF A ROTARY MACHINE AS WELL AS A COMPONENT MANUFACTURED OR REPAIRED USING SUCH A METHOD}
본 발명은 독립 청구항 1의 전제부에 따른, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 독립 청구항 13의 전제부에 따른, 회전 기계의 부품을 수리하기 위한 방법, 및 이러한 방법으로 제조되었거나 수리된 회전 기계의 부품에 관한 것이다.
예컨대 펌프, 터빈, 압축기, 컴팩터 또는 확장기와 같은 회전 기계의 제조시, 기계 가공 공정 또는 절삭 공정, 예컨대 밀링으로 블랭크로부터 회전 로터, 펌프 임펠러, 임펠러 및 정치 디퓨저 또는 안내 휠을 부품으로서 만드는 것이 알려져 있다. 이때, 블랭크는 중실 재료로 존재할 수 있고, 또는 일차 성형 공정에 의해 이미 예비 가공되어 있을 수 있다.
이러한 방법이 예컨대 EP-B-2 012 957에 알려져 있다. 여기서 제안된 방법은 특히, 부품의 기계 가공 제조를 가능하게 한다는데 특징이 있는데, 즉 부품은 기계 가공 장치에 의해 블랭크로부터 전체적으로 적어도 본질적으로 원하는 최종 형태로 된다는 것을 특징으로 한다. 그러한 일체적인 제조에서는 부품의 예비 가공된 부분을 예컨대 용접으로 조립하는 것이 더이상 필요 없다. 이는 특히 유리한데, 왜냐하면, 용접 이음부 또는 다른 접합부는 작동 상태시 부품에서 높은 부하를 받는 부분에서 취약한 지점이 될 수 있고, 이 취약한 지점은 예컨대 부식으로 인해 부품의 균열 또는 다른 손상의 원인이 될 수 있다.
따라서, 특히 높은 부하를 받는 부품의 경우에는, 개별 부분을 조립하지 않는 기계 가공 제조가 유리하다. 이때문에, 예컨대 펌프의 로터(임펠러)와 같은 부품이 용례에 따라 중실 재료, 예컨대 고강도 스테인레스강, 초합금, 다른 적절한 재료 또는 금속 합금 또는 비금속 재료, 예컨대 세라믹 재료로 만들어지고, 임펠러의 베인과 채널은 이 재료로 절삭 공정, 예컨대 밀링으로 만들어진다.
EP-B-2 012 957에 이미 설명되어 있는 바와 같이, 가끔 부품 전체를 기계 가공 제조하는 것은 순수한 기하학적 이유로 가능하지 않다. 이는 예컨대 로터(임펠러)가 덮힌 또는 폐쇄된 임펠러로서 설계되는 경우일 수 있다. 이러한 설계에서, 임펠러는 베인이 배치되는 쉬라우드, 및 쉬라우드로부터 멀어지는 쪽을 향하는 측에서 베인을 완전히 또는 적어도 부분적으로 덮는 덮개 판을 포함한다. 따라서, 적어도 부분적으로 폐쇄된 채널이 베인 사이에 형성되고, 채널 각각은 임펠러의 중심에서부터 그의 반경방향 외측 한계 표면까지 연장되어 있다.
이를 고려하여 채널은 기계 가공 장치에 의해 블랭크로부터 밀링되거나 양측에서(즉, 임펠러의 내부 및 반경방향 한계 표면으로부터) 기계 가공될 수 있더라도, 여기서 기하학적 구조는 제약을 받으며 많은 경우에 기계 가공 제조 전체가 불가능하거나 적어도 비경제적으로 된다는 것이 분명하다.
이러한 경우, 순수한 기하학적 이유로 임펠러 전체를 중실 재료로부터 밀링하는 것이 더 이상 가능하지 않다면, 종래 기술에 따라, 기계 가공으로 블랭크로부터 처음에 쉬라우드와 베인을 만든다. 그런 다음, 베인 사이의 채널은 완전히 개방된 채널이고, 이 채널은 간단하게 만들어질 수 있다. 그후에 덮개 판이 배치되고 예컨대 용접으로 쉬라우드 또는 베인에 각각 접합된다.
대안적으로, 밀링 가공될 수 없는 채널의 영역을 침식법, 예컨대 방전 가공(EDM; electrical discharge machining)으로 제조하는 것도 알려져 있다. 그러나, 이들 방법은 일반적으로 비교적 느리고 비용이 많이 든다.
또한 종래 기술에 따르면, 내부 채널을 갖는 그러한 부품을 주조로 만드는데, 이 경우 내부 채널은 적절한 설계의 주형 또는 주조 코어로 만들어진다. 그러나, 주조 부품은, 주조 중에 예컨대 구조적 조건에서 결함이 발생되어 부품의 복원성 및 안정성에 부정적인 영향을 준다는 단점이 있다. 추가로, 밀링 가공될 수 없는 영역의 표면질과 치수 정확도는 일반적으로 주조 공정 중에 제한된다.
EP-A-2 669 042에는, 폐쇄형 임펠러를 기계 가공 제조하기 위한 방법이 제안되어 있는데, 처리될 부품(임펠러)은 2개의 부분으로 나누어지고, 그 두 부분은 분리면에서 만나게 된다. 결과적으로, 상기 부분은, 분리 표면이 채널의 한계 표면을 포함하거나 그 표면과 교차하지 않고 또한 채널 전체가 제 1 부분(나중에 마무리된 채널을 포함하게 됨)으로부터 기계 가공법, 예컨대 밀링으로 만들어질 수 있도록 규정된다. 제 2 부분(덮개 판의 일부분임)은 개별적인 부분으로서 만들어지고 마무리 후에 제 1 부분에 접합되거나, 또는 제 2 부분은 부가 가공법, 예컨대 빌드업(build-up) 용접으로 제 1 부분에 형성된다. 따라서, 채널을 기계 가공 제조로 완전히 만들 수 있어야 한다. 그러나, 이 방법은 여전히 기하학적 제약을 받는다.
폐쇄형 임펠러를 이용하여 설명된 이 문제는, 전체적인 기계 가공 제조가 특히 기하학적 이유로 가능하지 않거나 실용적이지 않게 하는 위치 또는 기하학적 구조를 갖는 내부 채널을 갖는 다른 부품에도 존재한다. 여기서 언급된 예는 예컨대 냉각 공기를 위해 터빈 블레이드에 있는 폐쇄형 안내 휠, 디퓨저 또는 다른 냉각 채널이다.
그러므로, 위와 같은 종래 기술을 감안한 본 발명의 목적은, 적어도 하나의 내부 채널을 갖는 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법으로서, 특히, 기하학적 이유로 채널 전체가 기계 가공 제조될 수 없는 부품을 제조할 수 있는 방법을 제안하는 것이다. 또한, 본 발명은 대응하는 부품을 제안한다.
이 문제를 해결하는 본 발명의 대상은, 각각의 카테고리의 독립 청구항의 특징적 사항을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법이 제안되며, 상기 부품은 축방향 및 이 방향에 수직인 반경방향으로 연장되어 있고 또한 적어도 하나의 내부 채널을 가지고 있으며, 내부 채널은 상기 부품의 중심부의 코어의 제 1 단부에서부터 상기 부품의 반경방향 한계 표면에 있는 제 2 단부까지 연장되어 있고 또한 적어도 부분적으로 폐쇄되어 있으며, 상기 부품의 코어를 포함하는 블랭크가 제공되고, 블랭크는 반경방향로 외측 표면에 의해 한정되며, 상기 블랭크는, 적어도 반경방향으로 연장되어 있는 외부 윤곽이 상기 외측 표면의 영역에 만들어지고 또한 블랭크 안에서 적어도 부분적으로 상기 제 1 단부까지 연장되어 있는 채널의 일부분이 만들어지도록, 제 1 제거 공정 단계에서 제거적으로 처리되며, 그런 다음 상기 채널은 블랭크에 대한 빌드업 공정에 의해 마무리된다.
본 발명에서, 코어는, 부품에서 내부 채널이 부품의 중앙 영역과 연결되는 영역이다. 바람직하게는, 코어는 축방향 축선(A), 베인의 일부분, 및 쉬라우드와 덮개 판의 일부분을 포함하지만, 반드시 그럴 필요는 없다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은, 재료가 유리한 방식으로 가해지는 부가 공정 또는 빌드업 공정과, 재료가 제거되는 제거 공정을 조합하여 사용한다. 이 경우, 채널의 일부분만 기계 가공 처리로 만들어지며, 채널의 나머지 부분은 빌드업 공정으로 만들어진다. 물론, 특히 바람직하게는, 미세 기계 가공을 위한 제거 공정 단계가 또한 2개의 빌드업 하위 단계 사이에 수행될 수 있다. 이러한 조합으로, 적어도 거의 어떤 기하학적 구조라도 가질 있는 채널을 만들 수 있다.
여기서, 빌드업 공정은, 공정이 예컨대 용융에 의해 형태가 없거나 중립적으로 성형된 재료로부터 직접 일어나는 공정이다.
적어도 부분적으로 반경방향으로 연장되어 있는 외부 윤곽이 제거 공정에 의해 외측 표면의 영역에 만들어지므로, 블랭크에 대한 빌드업 공정으로 채널을 최적의 방식으로 마무리할 수 있다. 따라서, 특히, 재료를 가하는 것이 최적의 각도로 이루어질 수 있기 때문에, 재료는빌드업 공정에서 신뢰적으로 가해질 수 있다. 이는 채널의 최적의 제조 및 가해질 재료의 사용에 긍정적인 영향을 준다.
따라서, 외부 윤곽은 외부 윤곽 표면을 가지며, 이 법표면은 반경방향으로 0 내지 180°의 각도로 연장되어 있다. 채널은 법표면의 방향으로 외부 윤곽 표면에 걸쳐 만들어지고 마무리될 수 있다.
블랭크의 외측 표면의 반경방향 치수는 마무리된 부품의 한계 표면의 반경방향 치수 보다 작기 때문에, 특히 부품의 반경방향 외측 부분, 예컨대 채널에서 한계 표면과 인접하는 부분(채널의 제 2 단부를 포함함)은빌드업 공정으로 만들어진다. 이 반경방향빌드업 공정은, 겹치는 구조가빌드업 공정 중에 만들어질 필요가 없거나 또는 약간 겹치는 구조만 만들면 된다는 이점을 가지고 있는데, 이는 절차적인 면과 관련하여 특히 유리하다.
블렝크는 주조로 처리될 필요가 없으므로, 블랭크는 유리하게 단조된 재료로 이루어질 수 있으며, 그 재료는 기계 가공으로 처리된다. 단조된 재료의 모든 이점은 기계 가공 공정으로 유지된다. 이때, 적어도 반경방향으로 연장되어 있는 외부 윤곽이 제 1 제거 공정 단계에서 기계 가공으로 외측 표면의 영역에 만들어지고, 블랭크에서 반경방향으로 연장되어 있는 채널의 일부분이 적어도 부분적으로 제 1 단부에 만들어진다. 따라서, 제 1 제거 공정 단계가 완료된 후에, 반경방향으로 연장되어 있는 외부 윤곽 및 채널의 일부분이 마무리되고, 이는 블랭크 또는 부품의 중심부의 코어의 제 1 단부에서 시작하고, 채널은 블랭크의 외측 표면까지 연장되어 있다. 제 1 제거 공정 단계는 블랭크의 외측 표면으로부터의 밀링 또는 블랭크의 중심부로부터의 밀링을 포함할 수 있다. 특히, 제 1 제거 공정 단계는 중심부로부터의 밀링 또는 기계 가공 공정 및 블랭크의 외측 표면으로부터의 밀링 모두를 포함할 수도 있다.
제 1 제거 공정 단계의 완료 후에, 채널은빌드업 공정으로 마무리되고 부품은 그의 최종 형태로 된다.
특히 바람직한 실시 형태에 따르면, 제 1 제거 공정 단계는, 외부 윤곽이 부품의 덮개 판의 일부분 및/또는 부품의 쉬라우드의 일부분을 포함하도록 수행된다. 그리하여, 재료를 가하기 위해 이용 가능한 표면이 더 많기 때문에, 채널의 마무리가 빌드업 공정에 의해 실질적으로 간단하게 된다.
빌드업 공정은 바람직하게는 층층이 수행된다. 그래서,빌드업 공정은 적어도 상기 축방향에 수직인 방향으로 층층이 수행된다. 물론,빌드업 공정은 추가적으로 축방향으로 층층이 수행되는 것도 가능하다. 또한, 상기 빌드업 공정은 반경방향에 대해 각도(α)로 연장되어 있는 주변 방향으로 층층이 추가적으로 수행되는 것도 가능하다. 이때, 각도(α)는 0 내지 180°, 바람직하게는 30° 내지 150°, 특히 바람직하게는 60° 내지 120°이다.
일 바람직한 실시 형태에서, 상기 부품은 복수의 내부 채널을 포함하고, 각 내부 채널은 블랭크의 코어의 제 1 단부에서부터 상기 부품의 반경방향 한계 표면에 있는 제 2 단부까지 연장되어 있고, 서로 인접하는 채널은 분리 벽에 의해 각각 분리되어 있다. 그리하여, 각 경우, 각 채널의 일부분은 제 1 제거 공정 단계에서 만들어지고, 그 부분은 채널의 제 1 단부에서부터 블랭크의 외측 표면 안으로 연장되어 있고, 각 분리 벽과 각 채널만빌드업 공정으로 마무리된다.
바람직하게는, 블랭크는 중실체이고 특히 회전 대칭체이다. 하지만, 원통형 축방향 관통 보어가 바람직하게 블랭크의 중심부에 제공될 수 있고, 이 보어는 예컨대 마무리된 부품을 축, 예컨대 펌프의 구동축에 고정하기 위해 사용된다. 즉, 블랭크는 바람직하게는 제 1 제거 공정 전에 중앙 보어를 가지며, 중앙 보어는, 부품의 마무리된 상태에서 중심부에 배치되어 있는 채널의 각 제 1 단부가 환형체에 의해 상기 중앙 보어로부터 분리되도록, 반경방향 내측에 배치된다.
추가의 바람직한 방안에 따르면, 상기 빌드업 공정은 부품에 대한 빌드업을 연속적으로 행하기 위해 여러 개의 부가 공정 단계를 포함한다.
적어도 하나의 추가 제거 공정 단계가 상기 부가 공정 단계들 사이에 수행되는 것이 특히 바람직하다. 이 추가의 제거 공정 단계에서, 이전의 부가 공정 단계에서 만들어진 구조는 예컨대 밀링, 연삭 또는 연마로 재처리될 수 있다. 이러한 방안에 의해, 표면 최적화가 이루어질 수 있고, 특히 양호한 기하학적 정확도가 얻어질 수 있다.
오늘날, 부가 공정, 예컨대 레이저빌드업 용접 및 제거 공정, 예컨대 밀링 또는 연삭을 수행할 수 있는 처리 장치가 알려져 있다. 이러한 장치는 자동적으로 교환될 수 있는 예컨대 처리 헤드를 가지고 있으며, 일 처리 헤드는 레이저빌드업 용접용으로 설계되어 있고, 다른 처리 헤드는 밀링용으로 설계되어 있다. 특히, 이러한 처리 장치는, 처리될 작업물이 다시 클램핑되거나 다른 처리 스테이션에 전달될 필요 없이, 제거 처리와 부가 처리 사이에서 신속하고 용이한 교환을 가능하게 해준다. 이리하여, 부품의 특히 신속하고 비용 효과적이고 높은 품질의 제조가 가능하게 되며, 그 부품은 매우 정확하게 처리된다.
일 가능한 변형예로서, 부품은 제 1 제거 공정 단계 후에 부분별로 만들어지며, 바람직하게는 먼저 각 분리 벽만 마무리된다. 따라서, 에컨대, 제 1 제거 공정 단계의 완료 후에, 먼저 채널 사이에 있는 모든 분리 벽이 완전히 만들어지고 그런 다음에 여전히 없는 부분, 예컨대, 채널을 폐쇄된 채널로 전환시키는 부분이 만들어진다.
절차적인 이유로, 상기 빌드업 공정은 레이저로 수행되는 것이 특히 바람직하다. 레이저빌드업 용접에 의한 방법이빌드업 공정에 특히 적합하다.
상기 부품이 회전 기계, 특히 펌프, 터빈, 압축기, 컴팩터 또는 확장기의 임펠러, 안내 휠 또는 디퓨저로 설계되어 있는 경우, 용례는 특히 실제적인 용도와 관련 있다.
본 발명에 따른 방법은 회전 기계의 손상된 또는 마모된 부품을 수리하기 위해 대응적인 유사한 방식으로 매우 유리하게 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 이에 따르면, 본 발명은 회전 기계의 부품을 수리하기 위한 방법을 제안하는 바, 상기 부품은 축방향 및 이 방향에 수직인 반경방향으로 연장되어 있고 또한 복수의 내부 채널을 포함하며, 각 내부 채널은 상기 부품의 중심부에 있는 제 1 단부에서부터 상기 부품의 반경방향 한계 표면에 있는 제 2 단부까지 연장되어 있고, 서로 인접하는 채널은 분리 벽에 의해 각각 분리되어 있고, 상기 한계 표면 또는 상기 채널 중의 하나 또는 분리 벽 중의 하나에 있는 상기 부품의 손상된 영역이 확인되며, 상기 손상된 영역의 기계 가공 제거 또는 분리 제거에 의해 블랭크가 만들어지고, 블랭크는 상기 부품의 중심부의 코어를 포함하며, 최종 형태의 부품을 만들기 위해 제거된 손상된 영역은 블랭크에 대한빌드업 공정에 의해 교체된다.
본 발명에 따르면, 상기 블랭크는, 적어도 반경방향으로 연장되어 있는 외부 윤곽이 상기 외측 표면의 영역에 만들어지고 그런 다음에 블랭크에 대한빌드업 공정에 의해 상기 채널이 마무리되도록, 제 1 제거 공정 단계에서 제거적으로 처리되며, 바람직하게는, 제거된 모든 손상된 영역이빌드업 공정에 의해 다시 추가적으로 보충된다.
부품을 수리하기 위한 본 발명에 따른 방법과 관련하여, 블랭크는 부품을 제조하기 위한 방법에서 처럼 대응적인 유사한 방식으로 제조되며, 그 블랭크에서 부품의 없는 부분 또는 영역이 다음에빌드업 공정에 의해 만들어진다. 수리 방법과 관련하여, 블랭크는 부품의 손상된 영역을 제거하여 만들어진다. 손상된 영역을 제거하여 블랭크를 만든 후에, 그 블랭크는, 원리적으로 제 1 제거 공정 단계를 수행한 후에, 부품을 제조하기 위한 방법에 의해 만들어진 블랭크에 대응한다.
손상된 영역의 제거는 기계 가공법, 예컨대 밀링 또는 선삭으로 이루어질 수 있다. 대안적으로 또는 보충적으로, 손상된 부분은 분리 공정, 예컨대, 펀칭, 절단, 토치 절단 또는 톱질로 제거할 수 있다.
부품을 제조하기 위한 방법 및 부품을 수리하기 위한 방법에 대한 추가의 유리한 방안으로서,빌드업 공정을 위해 적어도 하나의 재료가 사용되고, 상기 재료는 블랭크를 이루는 재료와 다르다. 빌드업 공정과 관련하여, 부품의 미리 정해진 영역에서의 특성을 선택적으로 최적화하기 위해 하나 이상의 다른 재료가 사용될 수 있다. 예컨대, 부품에서 작동 상태시 가장 높은 부하에 노출되는 영역은, 특히 단단하거나 내마모성이 특히 높거나 또는 내부식성이 특히 높은 재료로 만들어질 수 있다. 펌프의 임펠러에 대해서는, 예컨대 특히 과부하를 받는 영역은, 임펠러의 채널 사이의 분리 벽(베인)의 반경방향 외측 부분, 베인의 후미 가장자리, 및 반경방향 한계 표면의 영역이다. 이들 영역은빌드업 공정에서 내마모성이 특히 높은 재료로 만들어진다.
물론,빌드업 공정 중에 재료를 변경할 수 있고 그래서 예컨대 처음에빌드업 공정 중에 재료를 사용할 수 있고, 그 재료는 예컨대 블랭크의 재료와 동일한 재료이고, 그런 다음에, 예컨대 부품의 반경방향 외측 영역에 대해서는 다른 재료를 사용할 수 있다.
이렇게 해서,빌드업 공정에 의해 부품의 개별 부분 또는 영역에 층, 예컨대 마모 방지 코팅을 만들 수 있다.
따라서, 이 방안에 의해, 예컨대, 부품의 마모 표면에서 부품의 더 높은 경도를 선택적으로 실현할 수 있다. 그리하여, 부품의 수명이 증가된다. 펌프의 임펠러와 관련하여, 마모 링이 없어도 되고 또한 그 마모 링을빌드업 공정으로 만들어진 코팅으로 대체할 수 있다.
회전 기계의 부품이 본 발명에 의해 더 제안되는데, 이 부품은 본 발명에 따른 방법으로 만들어지거나 수리된다.
부품의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 각 분리 벽은 베인으로 설계된다.
상기 부품이 특히 회전 기계, 특히 펌프, 터빈, 압축기, 컴팩터 또는 확장기의 임펠러, 안내 휠 또는 디퓨저로 설계되어 있는 경우, 설계는 특히 실제적인 용도와 관련 있다.
본 발명의 추가적인 유리한 방안과 설계는 종속 청구항에서 알 수 있다.
이하, 실시 형태 및 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 부품의 일 실시 형태의 사시도로, 그 부품은 본 발명에 따른 방법의 일 실시 형태에 따라 제조된 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시 형태를 수행하기 위한 블랭크의 일 실시 형태의 사시도이다.
도 3은 도 2의 블랭크의 축방향 단면도이다.
도 4는 제 1 제거 공정 단계가 끝난 후의 블랭크의 일 실시 형태의 사시도이다.
도 5는 도 4의 블랭크의 상면도이다.
본 발명에 따른 방법은 회전 기계의 부품을 제조하기 위해 사용되며, 그 부품은 적어도 하나의 내부 채널을 가지며, 이 채널은 중심부에서부터 부품의 한계 표면까지 연장되어 있고, 또한 채널은 적어도 부분적으로 폐쇄되어 있다. 여기서, 폐쇄된 채널은, 입구 또는 출구를 제외하고 완전히 폐쇄된 채널이며, 그래서 채널은 관형으로 되어 있는데, 즉 채널은 주 유동 방향에 수직인 하나의 벽 또는 여러 개의 벽에 의해 한정된다. 이와는 달리, 개방 채널은, 주 유동 방향에 수직인 방향으로, 따라서 길이 방향 연장에 수직인 방향으로 벽에 의해 한정되어 있지 않고 개방되어 있는 채널을 의미한다. 그래서, 예컨대, U-형 또는 V-형 벽을 갖는 채널이 개방 채널이다. U-형 또는 V-형 프로파일의 개방 측이 판으로 덮여 있으면, 그 채널은 폐쇄된 채널이 될 것이다.
부분적으로 폐쇄된 채널은, 부분적으로 폐쇄된 채널 또한 부분적으로 개방된 채널로 설계되어 있는 채널을 의미한다.
본 발명에 대한 이하의 설명에서, 중요한 실시예를 예시적으로 참조하는데, 부품은 터보 엔진, 예컨대 펌프의 폐쇄된 또는 덮힌 로터(임펠러)이다. 더 나은 이해를 위해, 도 1은 본 발명에 따른 부품의 일 실시 형태의 사시도를 도시하며, 그 부품은 폐쇄된 임펠러이고 전체적으로 참조 번호 "1"이 제공되어 있다. 임펠러(1)는 본 발명에 따른 방법으로 제조될 수 있다.
부품(1) 또는 임펠러(1)는 축방향(A) 및 이에 수직인 반경방향(R)으로 각각 연장되어 있다. 축방향(A)은 일반적으로, 부품(1)이 회전 기계에 설치될 때 그 회전 기계의 회전 축선에 의해 결정되는 방향을 의미한다. 회전 축선은 작동 상태시 회전 기계의 로터가 회전하는 축선이다.
임펠러(1)는 작동 상태시 회전 축선 주위로 회전하며, 그 회전 축선이 축방향(A)을 결정한다. 이 축방향(A)에 수직인 방향이 반경방향(R)이다.
임펠러(1)는 축방향(A)에 대해 회전 대칭적인 부품이고, 알려져 있는 방식으로 쉬라우드(2)(임펠러(1)는 일반적으로 그 쉬라우드로 축(나타나 있지 않음) 상에 장착되거나 고정됨), 쉬라우드(2)에 배치되어 있는 다수의 베인(3), 및 쉬라우드(2)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 측면 또는 가장자리에서 베인(3)을 적어도 부분적으로 덮는 덮개 판(4)을 포함한다. 설명에 따르면(도 1), 덮개 판(4)은 축방향(A)에 대해 쉬라우드(2) 보다 높게 연장되어 있다. 결과적으로, 본 설명에 따르면, 내부 공간(6)이 베인(3) 위쪽에 형성되고, 이 공간은 반경방향(R)으로 덮개 판(4)에 의해 한정되어 있다. 이 내부 공간(6)은 작동 상태시 입구가 되며, 이 입구를 통해 유체가 임펠러(1)로 흐르게 된다. 각 경우에 내부 채널(7)이 2개의 서로 인접하는 베인(3) 사이에 존재하는데, 이 채널은 적어도 부분적으로 폐쇄된 채널(7), 여기서는 폐쇄된 채널(7)로 설계되어 있다.
각 채널(7)은, 임펠러(1)의 중심부에 있는 제 1 단부(72)(내부 공간(6)에 의해 형성됨)로부터 임펠러(1)의 한계 표면(42)에 있는 각각의 제 2 단부(71)까지 연장되어 있다. 한계 표면(42)은 임펠러(1)의 반경방향 외측 표면을 나타내고, 이 표면은 축방향(A)에 평행하게 연장되어 있는데, 즉 그 표면은 임펠러(1)를 반경방향(R) 외측으로 한정한다. "축방향(A)에 평행하다" 라는 말은, 한계 표면(42)의 법표면의 각 벡터가 축방향(A)에 수직임을 의미한다. 한계 표면(42)은 덮개 판(4)과 쉬라우드(2)의 반경방향 외측 표면, 및 베인(3)의 반경방향 외측 폐쇄 가장자리를 포함하고, 이 가장자리를 후미 가장자리(31)라고 한다.
따라서, 서로 인접하는 채널(7) 각각은 분리 벽(3)에 의해 분리되어 있고, 각 분리 벽(3)은 각 경우 임펠러(1)의 하나의 베인(3)을 형성한다.
임펠러(1)의 설계에 따라, 베인(3)의 폐쇄 가장자리가 반경방향에 대해 뒤로 변위되어 있는 것도 가능한데, 이는 그 가장자리가 한계 표면(42) 내에 있지 않다는 것을 의미한다. 그러면, 덮개 판(4) 및/또는 쉬라우드(2)는 반경방향(R)에 대해 베인(3) 또는 베인(3)의 폐쇄 가장자리 위로 돌출된다. 이러한 설계는 터빈의 로터에 대해서도 가능한데, 이 경우 베인(3)의 외측 폐쇄 가장자리는 일반적으로 선두 가장자리이다.
따라서, 각 폐쇄 채널(7) 각각은 한계 표면(8)(각 경우, 서로 대향하는 2개의 서로 인접하는 베인(3)의 표면으로 구성됨), 및 서로 대향하는 쉬라우드(2)와 덮개 판(4)의 중간 표면 세그먼트에 의해 에워싸여 있다. 따라서, 베인(3) 각각은 2개의 서로 인접하는 내부 채널(7) 사이의 분리 벽을 형성한다. 각 채널(7)의 제 2 단부(71)는 포트를 형성하고, 각각의 채널(7)은 그 포트로 한계 표면(42)와 연결되어 있다. 서로 인접하는 단부(71)는 주변 방향으로 후미 가장자리(31)에 의해 서로 분리되어 있다.
임펠러(1)는 중앙 축방향 관통 보어(9)를 또한 가지고 있는데, 이 보어는 임펠러(1)가 장착되는 축을 수용하는데 사용된다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시 형태를 도 2 내지 5를 참조하여 더 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 방법에 따르면, 먼저 블랭크가 제공된다. 도 2는 이러한 블랭크의 일 실시 형태를 사시도로 나타낸 것으로, 그 블랭크는 전체적으로 참조 번호 "10"으로 표시되어 있다. 이 블랭크(10)는 도 1에 도시되어 있는 임펠러(1)를 제조하도록 설계되어 있다. 더 나은 이해를 위해, 도 3은 도 2의 블랭크(10)의 축방향(A) 단면도를 도시한다.
블랭크(10)는 역시 도 2 및 3에 도시되어 있는 바와 같이 특히 바람직하게 축방향(A)에 대해 회전 대칭적으로 설계되어 있다.
블랭크(10)는 중앙 축방향 관통 보어(9)를 가지고 있는데, 이 보어는 임펠러(1)가 장착될 수 있는 축을 수용하는데 사용된다. 보어(9)는 그의 상단부(도 2에 도시되어 있음) 영역에서, 축방향(A) 주위에서 동축으로 연장되어 있는 환형체(21)에 의해 한정되어 있다. 이 환형체(21)는 임펠러(1)의 최종 상태에서 쉬라우드(2)의 일부분을 형성한다.
블랭크(10)는 내부 공간(6)에 의해 형성되는 중심부를 더 포함하며, 이 중심부는 작동 상태시 임펠러(1)의 입구가 되며, 이 입구를 통해 유체가 임펠러(1)로 흐르게 된다. 내부 공간(6)은 블랭크(10)에서 공동(cavity)으로 설계되어 있고, 이 공동은 환형체(21) 주위에서 회전 대칭적으로 또한 동축으로 연장되어 있다. 이 공동은 반경방향 내측에서는 환형체(21)에 의해 한정되어 있다. 내부 공간(6)을 형성하는 공동은 반경방향(R) 외측에서는 원통형 영역(41) 및 아래에서 축방향(A)으로 원통형 영역(41)과 연결되어 있는 실질적으로 원추 맨틀형 벽(61)(도 3에 도시되어 있음)에 의해 한정되어 있다. 원통형 영역(41) 및 벽(61)은 보어(9)에 대해 동축으로 또한 축방향(A)에 대해 회전 대칭적으로 배치되어 있다. 원통형 영역(41)은 최종 임펠러(1)(도 1 참조)에서 덮개 판(4)의 일부분을 형성하는데, 즉 그 부분은 내부 공간(6)을 반경방향으로 한정한다.
블랭크(10)는 반경방향(R)으로 외측 표면(11)에 의해 한정되고, 이 외측 표면은 이 실시 형태에서는 원통 맨틀형으로 설계되어 있고 축방향(A) 주위에서 보어(9)에 대해 동축으로 연장되어 있다. 따라서, 외측 표면(11)의 반경방향(R) 치수는 원통 맨틀형 외측 표면(11)의 직경(D1)이다.
물론, 블랭크(10)의 반경방향 외측 표면(11)은 원통 맨틀 표면이 아니고, 다른 기하학적 설계, 예컨대 원추 맨틀 표면 또는 절두 원추 맨틀 표면의 형상을 가지고 있는 설계도 가능하다. 이러한 경우, D1은 외측 표면(11)의 최대 반경방향(R) 치수, 예컨대 최대 직경을 나타내고, 이 최대 직경은 외측 표면(11)에 의해 에워싸여 있다.
블랭크(10)의 축방향(A) 최대 치수는 높이(H1)로 기술된다. 블랭크(10)의 외측 표면(11)의 축방향(A) 높이는 높이(H1) 보다 작거나 같을 수 있다.
블랭크(10)는, 그의 외측 표면(11)의 직경(D1)이 한계 표면(42)의 대응하는 반경방향(R) 치수 보다 작도록 설계된다. 한계 표면(42)의 반경방향(R) 치수는 임펠러(1)의 외경(D2)이다(도 1 참조). 즉, D1 ＜ D2 이다.
임펠러(1)의 축방향(A) 높이(H2)(도 1 참조)는 그의 최대 축방향(A) 연장이다.
이 실시 형태에서, 블랭크(10)의 높이(H1)는, 그 높이가 최종 임펠러의 높이(H2)와 같도록, 즉 H1 = H2가 되도록 정해진다.
물론, 블랭크(10)의 높이(H1)를 최종 임펠러의 높이(H2) 보다 작도록 정하는 것도 유리하다. 예컨대, H1의 적절한 선택은, 얼마나 많은 부피의 부품(1)이 빌드업(build-up) 공정으로 제조될 것인지 그리고 부품(1)의 어느 부분이 이미 제 1 제거 공정 단계에서 제조될 것인지를 근거로 하여 이루어질 수 있다. 물론, 이는 제조될 부품(1)의 특정한 기하학적 구조 및 경제적 요인에 달려 있다.
블랭크(10)의 외측 표면(11)은 바람직하게는 개구를 갖지 않는 일관적인 표면으로 설계된다.
특히 바람직하게는, 블랭크(10)는 단조 재료로 만들어지는데, 이 단조 재료는 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 따라서, 예컨대, 강이 그의 알려진 실시 형태에서는 적합하고 또는 알루미늄, 티타늄, 니켈 또는 코발트계 합금 또는 비철 금속도 적합하다. 물론, 단조 재료 외의 다른 것도 가능한데, 예컨대 주조 재료, 합성 재료 또는 복합 재료 또는 기계 가공 가능한 다른 재료도 가능하다.
블랭크(10)는 바람직하게는, 쉬라우드(2) 및 덮개 판(4)의 부분이 이미 그의 원하는 최종 형태로 또는 적어도 실질적으로 그의 최종 형태로 설계되어 있도록 제조되거나 가공된다. 이와 관련하여, "실질적으로"는, 물론 다음 단계, 예컨대 밀링, 선삭, 연삭, 연마 등의 단계에서 후 가공이 수행될 수 있지만 실질적인 설계는 블랭크(10)에서 이미 완료되었음을 의미한다. 바람직하게는, 적어도 블랭크(10)의 다음과 같은 부분, 즉 중앙 축방향 보어(9), 쉬라우드(2)의 일부분인 환형체(21), 덮개 판(4)의 일부분인 원통형 영역(41), 내부 공간(6)(중심부를 형성하고 블랭크(10) 내의 공동으로 이루어짐)은, 실질적으로 마무리된 임펠러의 최종 형태를 갖도록 설계된다. 또한, 여기서 설명하는 실시 형태에서, 블랭크(10)의 높이(H1)는 임펠러(1)의 높이(H2)와 이미 실질적으로 동일하다.
이제 제 1 제거 공정 단계가 이 블랭크(10)에 대해 수행되며, 이 공정 단계는 아래에서 설명한다. 도 4는 제 1 제거 공정 단계가 끝난 후의 블랭크(10)의 사시도를 도시한다. 특히, 제 1 제거 공정 단계는 기계 가공 공정으로 수행된다. 더 나은 이해를 위해, 도 5는 도 4의 블랭크의 상면도를 추가로 도시한다.
제거 공정 단계는, 그러한 공정 단계에서 재료가 작업물(여기서는 블랭크(10))로부터 절삭되거나 제거되는 것을 의미한다. 일반적으로, 기계 가공 공정은, 원하는 기하학적 형태를 얻기 위해 블랭크(10) 또는 작업물로부터 과도한 재료를 제거하는 공정을 의미한다. 예컨대, 기계 가공 공정의 몇가지 예를 들면, 밀링, 선삭, 드릴링, 평삭, 파일링(filing), 연삭, 호닝(honing), 또는 랩핑(lapping)이 있다.
제 1 제거 공정 단계는 바람직하게는, 예컨대 컴퓨터 제어식 밀링 공구를 포함하는 기계 가공 장치에 의한 밀링을 포함한다. 특히 바람직하게는, 기계 가공 장치는 5-축 밀링 공구로 설계되는데, 이 공구를 사용하여 블랭크(10)의 원하는 기하학적 형태를 얻을 수 있다. 밀링 공구는 일반적으로 매니퓰레이터에 의해 안내되며, 안내는 컴퓨터의 도움을 받는다.
외부 윤곽(AK)이 제 1 제거 공정 단계에서 외측 표면(11)의 영역에 만들어지는데, 이 윤곽은 반경 방항(R)으로 연장되어 있다. 이때, 외부 윤곽(AK) 각각에는 외부 윤곽 표면(AKF)이 제공되어 있는데, 이 법표면(도 4 및 5에서 화살표(P)로 표시되어 있음)은 반경방향(R)에 대해 0°내지 90°의 각도로 연장되어 있다. 추가로, 일부분은 각 채널(7)로 만들어졌고, 그 부분은 각각의 채널의 제 1 단부(72)에서부터 블랭크(10)의 외측 표면(11) 안으로 연장되어 있다. 각 채널(7)의 제 1 단부(72)는 벽(61)과 연결되어 있고, 이 벽은 내부 공간(6)을 한정한다. 그리하여, 외측 표면(11) 안으로 들어가는 각 채널(7)의 포트의 영역은 부분적으로 폐쇄된 채널 부분으로 설계되어 있다. 이들 포트 각각은 외측 표면(11) 안으로 밀링가공되어 있다.
즉, 제 1 제거 공정 단계가 끝난 후에, 블랭크(10)는 외측 표면(11)의 영역에서 외부 윤곽(AK)(반경방향으로 연장되어 있음)(도 4 및 5 참조), 및 채널의 일부분을 포함하게 되며, 이 부분은 블랭크의 중심부(6)의 코어(K)의 제 1 단부(72)에서 시작하여 블랭크(10)의 외측 표면(11)으로 연장되어 있다. 상기 실시 형태에서, 외측 윤곽(AK)은 덮개 판(4)의 일부분 및 쉬라우드(2)의 일부분을 포함한다.
제 1 제거 공정 단계에서 제조되는 각 채널(7)의 일부분, 즉 내부 공간(6)의 벽(61)에 있는 채널의 제 1 단부(72)에서부터 블랭크(10)의 외측 표면(11)에 이어진 각각의 채널의 포트까지 이르는 채널 부분은 바람직하게는 실질적으로 적어도 그의 최종 형태를 갖도록 제조된다.
따라서, 블랭크(10)는 블랭크(10)의 외측 표면(11)에 대해 반경 반형 외측에 배치되는 임펠러(1)의 영역과는 별도로 적어도 실질적으로 마무리된 임펠러(1)의 최종 형태를 이미 갖게 된다.
제 1 제거 공정 단계는 벽(61)으로부터 또는 내부 공간(6)으로부터의 밀링 및 외측 표면(11)으로부터의 밀링을 포함할 수 있다.
순수한 기계 가공 공정의 이점은, 단조 재료로 만들어진 블랭크(10)는 단조 재료의 모든 긍정적인 특성을 유지한다는 것이다.
제 1 제거 공정 단계 후에, 부품(1)의 여전히 없는 부분은빌드업 공정으로 제조되며, 부품(1)은 그의 최종 형태로 된다. 도 1은 도 2 및 3에 도시되어 있는 블랭크(10)로 제조된 마무리된 부품(1), 여기서는 덮힌 임펠러(1)의 사시도를 도시한다.
빌드업 공정은, 형태가 없거나 중립적으로 성형된 재료가 가해지는 공정을 의미한다. 이때, 부품(1)의 여전히 없는 부분을 블랭크 또는 이미 존재하는 구조체에 만들기 위해, 형태가 없는 재료, 예컨대 분말 또는 중립적으로 성형된 재료, 예컨대 스트랩형 재료가 일반적으로 용융된다. 따라서, 빌드업 공정은 형태가 없거나 중립적으로 성형된 재료를 사용하는 공정이다.
빌드업 제조는 하나 또는 여러 개의 부가 공정 단계(들)를 포함한다. 생성 제조라고도 하는 추가 공정 단계 또는 부가 제조는, 작업물, 여기서는 블랭크(10)에 재료가 부가되거나 가해지는 공정 단계를 의미한다. 원하는 구조는 일반적으로, 예컨대 형태가 없는 재료, 예컨대 액체나 분말 또는 중립적으로 성형된 재료, 예컨대 스트랩형 또는 와이어형 재료로부터 화학적 및/또는 물리적 처리에 의한 부가 제조로 작업물에 대한빌드업 공정으로 생성된다. 금속 작업물에 대해 알려져 있는 부가 제조 방법에는, 예컨대빌드업 용접법, 특히 불활성 가스법, 예컨대 텅스텐 불활성 가스 용접(TIG) 또는 레이저빌드업 용접 또는 플라즈마법 또는 선택적 레이저 용융(SLM 선택적 레이저 용융) 또는 선택적 레이저 소결(SLS)이 있다.
제 1 제거 공정 단계가 끝난 후에, 부품(1)의 여전히 없는 영역은빌드업 공정에 의해 생성되며, 특히 이들 영역은 분리 벽(3) 및 채녈(7)의 반경방향 외측 부분, 덮개 판(4)의 일부분 및 쉬라우드(2)의 일부분이다. 추가로, 환형체(21) 및/또는 원통형 영역(41)의 부분은빌드업 공정으로 제조된다.
따라서, 이 실시 형태에서, 먼저빌드업 공정이 각각의 외부 윤곽(AK)의 외부 윤곽 표면(AKF)에서 시작되며, 채널(7)이 마무리된다. 즉,빌드업 공정은 처음에 외부 윤곽 표면(AKF)의 법표면의 방향으로 일어난다. 채널(7)이 마무리된 후에, 부품은 그의 최종 형태로 된다.
일 바람직한 실시 형태에서, 여전히 없는 부분은빌드업 공정에서 레이저빌드업 용접으로 생성된다. 레이저빌드업 용접법은 이의 다른 변형예와 함께 당업자에게 잘 알려져 있고, 그래서 이에 대한 추가 설명은 필요 없다.
그래서, 블랭크(10)의빌드업 공정을 층층이 수행할 수 있다.
다른 바람직한 실시 형태는 부품(1)을빌드업 공정에서 부분별로 만드는 것인데, 즉 예컨대 분리 벽(3) 또는 채널(7)의 덮개로서의 부품(1)의 개별 부분은 이러한 의미로 연이어 만들어지는데, 먼저 일 부분, 예컨대 분리 벽이 그의 최종 상태로 완전히 만들어지고 그리고 나서 다음 부분이 완전히 만들어진다. 이 공정은 부품이 마무리될 때까지 반복된다.
또한, 부품(1)의 개별 부분은 완전히 만들어지지 않고 부분별로 만들어질 수 있는데, 다시 말해, 먼저 분리 벽(3)의 일부분이 만들어지고, 그리고 나서 채널(7)의 덮개의 일 부분, 그런 다음에 다시 분리 벽(3)의 일 부분이 만들어질 수 있다. 이때, 추가의 제거 공정 단계가 바람직하게 부분적인빌드업 후에 수행될 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 일 바람직한 실시 형태에 따르면,빌드업 공정은 부품(1)을 연속적으로 만들기 위헤 여러 개의 부가 공정을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 부가 공정 단계 사이에 적어도 하나의 추가 제거 공정 단계를 수행하는 것이 특히 바람직하다.
원하는 기하학적 구조로부터의 편차는, 그러한 추가 제거 공정 단계에서 예컨대 기계 가공 공정으로 보상될 수 있고, 그 편차는 이전 부가 공정 단계에서 생긴 것이다. 따라서, 예컨대, 부가 공정 단계에서 너무 많이 가해진 그러한 재료를 제거하거나 서로 인접하는 층들 사이의 이음부를 고르게 하거나 연삭하기 위해 밀링 또는 연삭 작업을 이 추가 제거 공정 단계에서 수행할 수 있다.
각 경우에 2개의 부가 공정 단계 사이에서 추가 제거 공정 단계를 수행하는 것이 특히 바람직한데, 즉, 부가 공정 단계와 추가 제거 공정 단계가 교대로 또는 차례로 각각 수행된다. 이리하여 특히 높은 품질과 정밀도를 갖는 부품(1)이 얻어진다.
오늘날 현대의 처리 기계가 알려져 있는데, 이 기계로 제거 공정 단계 및 부가 공정 단계가, 블랭크(10) 또는 부품(1)을 다시 클램핑하거나 이것들을 다른 홀더에 둘 필요 없이, 동일한 공정 챔버에서 수행될 수 있다. 블랭크(10)는 단지 한번만 홀더에 클램핑되고, 그런 다음에 블랭크는 제거적으로 또는 부가적으로 선택적으로 또는 교대로 처리될 수 있다. 이러한 처리 기계는 이러한 목적으로 여러 개의 처리 헤드를 포함하는데, 그 중의 적어도 하나는 제거 공정을 위해 예컨대 밀링 공구로서 설계되어 있고, 그 중의 적어도 하나는 부가 공정을 위해 예컨대 레이저빌드업 용접용 장치로서 설계되어 있다. 에컨대 부가 공정 단계가 끝난 후에, 처리 기계는 처리 헤드를 자동으로 교환하고 그런 다음에 제거 공정 단계를 수행할 수 있고 그 반대도 가능하다. 이때, 부품(1)의 특히 빠르고 매우 정밀한 제조가 가능하다.
본 발명은 또한 회전 기계의 손상된 또는 마모된 부품을 수리하기 위한 유사한 방법을 제안한다. 회전 기계의 부품(1), 예컨대 펌프의 임펠러(1)를 수리하기 위한 방법에 대해서는, 이는 전술한 바와 같은 유사한 방식으로 진행되지만, 블랭크(10)는 손상된 또는 마모된 임펠러(1)로부터 생성된다. 예컨대, 이는 임펠러(1)일 수 있는데, 이 임펠러의 베인(3) 또는 분리 벽(3)의 후미 가장자리(31) 또는 채널(7)의 반경방향 외측 영역이 손상된다. 상기 방법에 대해, 부품(1)의 손상된 영역은 한정 영역(42) 또는 채널(7) 또는 분리 벽에서 확인되며, 블랭크(10)는 손상된 영역의 기계 가공 또는 분리 제거로 제조되며, 이 블랭크는 부품(1)의 중심부를 포함하고, 제거된 손상된 영역은 부품(1)의 최종 형태를 만들기 위해 블랭크(10)에 대한빌드업 공정에 의해 교체된다.
부품을 수리하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 외측 표면(11)의 영역에 있는 외부 윤곽(AK)이 만들어지도록 블랭크(10)는 제 1 제거 공정 단계에서 제거적으로 처리되는 것을 특징으로 하며, 외부 윤곽은 적어도 반경방향으로 연장되어 있다. 그런 다음, 채널(7)이 블랭크(10)에 대한빌드업 공정에 의해 마무리되고, 추가적으로, 제거된 모든 손상된 영역은 바람직하게는빌드업 공정으로 교체된다.
부품을 수리하기 위한 본 발명에 따른 방법에 대해, 블랭크(10)는 부품을 제조하기 위한 방법에서와 유사한 방법으로 제조되며, 블랭크에서 부품(1)의 여전히 없는 부분 또는 영역은 추후에빌드업 공정으로 만들어진다. 수리 방법과 관련하여, 여기서 블랭크(10)는 부품의 손상된 영역을 제거하여 생성된다. 손상된 영역을 제거하여 블랭크(10)를 만든 후에, 블랭크는 원리적으로, 제 1 제거 공정 단계를 수행한 후에 부품을 제조하기 위한 방법으로 제조된 블랭크(10)(도 4 및 5 참조)에 대응한다.
손상된 영역의 제거는, 기계 가공 방법, 예컨대 밀링으로 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 분리 공정, 예컨대 펀칭, 절단, 토치 절단 또는 톱질로 손상된 영역을 제거하는 것도 가능하다.
유리한 수단 및 변형예를 포함하는 부품(1)을 제조하기 위한 방법에 관한 도시는 부품(1)을 수리하기 위한 방법에 대해서도 동일한 또는 유사한 방식으로 유효하다.
부품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 부품을 수리하기 위한 본 발명에 따른 방법에 대해,빌드업 공정을 위해 하나 또는 여러 개의 재료를 사용할 수 있는데, 그 재료는 블랭크를 이루는 재료와는 다르다. 물론,빌드업 공정 중에 재료를 교환하여빌드업 공정을 위해 다른 재료, 예컨대 최대 4개의 다른 재료를 사용하는 것도 가능하다. 따라서, 예컨대, 제 1 부가 공정 단계에 대해 제 1 재료를 사용할 수 있고, 그 재료는 블랭크(10)의 재료와 같거나 다르며, 그런 다음에, 추가의 부가 공정 단계에 대해서는 제 2 재료를 사용할 수 있고, 이 재료는 제 1 재료와 다르다.
이렇게 해서, 층들이 생성될 수 있는데, 예컨대, 특히 작업 상태시 부품에서 가장 높은 부하가 발생되는 영역을 보호하기 위한 마모 보호 코팅이 생성된다. 여기서 그러한 코팅은, 제거 공정 단계에서 제조된 영역 또는 이전의 부가 공정 단계에서 생성된 영역에서 직접 생성될 수 있다.
이렇게 해서, 부품의 영역들이 특히 경도, 내마모성, 내부식성 등에 있어 최적화될 수 있다.
펌프의 임펠러와 관련하여, 예컨대, 채널 사이에 있는 분리 벽(베인)의 반경방향 외측 영역, 베인의 후미 가장자리 및 임펠러의 반경방향 한계 표면의 영역이 가능하다. 그리고, 이들 영역은빌드업 공정에서 내마모성이 특히 높은 재료로 만들어질 수 있다.
물론,빌드업 공정 중에, 따라서 예컨대 처음에빌드업 공정 중에 재료를 사용하여 재료를 교환할 수 있고, 그 재료는 예컨대 블랭크의 재료와 동일하고, 그런 다음, 예컨대 부품의 반경방향 외측 영역에 대해서는 다른 재료를 사용하여 교환할수 있다.
이렇게 해서,빌드업 공정으로 부품의 개별 부품 또는 영역에 층, 예컨대 마모 보호 코팅을 생성할 수 있다.
따라서, 이러한 방안으로, 예컨대 부품의 마모 표면에서 부품의 더 높은 경도를 선택적으로 실현할 수 있다. 이리하여, 부품의 수명이 증가된다. 펌프의 임펠러와 관련하여, 특히 마모 링(임펠러에 제공될 수 있음)이 없어도 되고 또한 마모 링을빌드업 공정으로 생성된 코팅으로 대체할 수 있다.
본 발명을 임펠러(1)의 제조 또는 수리와 관련하여 설명했지만, 물론 본 발명은 그러한 임펠러(1) 또는 그의 제조 또는 수리에 한정되지 않고, 본 발명은 복수의 다른 부품(1), 특히 기하학적 구조로 인해 블랭크(10)를 기계 가공하거나 제거적으로 가공하여 적정한 비용으로 만들어질 수 없는 적어도 하나의 내부 채널(7)이 제공되어 있는 부품(1)에도 적합하다.
특히, 부품(1)은 회전 기계의 임펠러 또는 디퓨저로서 설계될 수 있고, 회전 기계는 특히 펌프, 터빈 또는 압축기 또는 컴팩터 또는 확장기일 수 있다.
내부 채널은 예컨대 터빈 블레이드에 있는 냉각 채널, 예컨대 냉각 공기 채널일 수 있다.

Claims (15)

  1. 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 부품은 축방향(A) 및 축방향에 수직인 반경방향(R)으로 연장되어 있고 또한 적어도 하나의 내부 채널(7)을 가지고 있으며, 내부 채널은 상기 부품의 중심부(6)의 코어(K)의 제 1 단부(72)에서부터 상기 부품을 반경방향(R) 외측으로 한정하는 상기 부품의 반경방향 한계 표면(42)에 있는 제 2 단부(71)까지 연장되어 있고 또한 적어도 부분적으로 폐쇄되어 있으며,
    상기 부품의 코어(K)를 포함하는 블랭크(10)가 제공되고, 블랭크(10)는 반경방향(R)으로 외측 표면(11)에 의해 한정되며,
    상기 블랭크(10)는,
    적어도 반경방향(R)으로 연장되어 있는 외부 윤곽(AK)이 상기 외측 표면(11)의 영역에 만들어지고 또한 블랭크(10) 안에서 적어도 부분적으로 상기 제 1 단부(72)까지 반경방향으로 연장되어 있는 채널(7)의 일부분이 만들어지도록, 제 1 제거 공정 단계에서 제거적으로 처리되며,
    그런 다음 상기 채널(7)은 블랭크(10)에 대한 빌드업(build-up) 공정에 의해 마무리되는. 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 윤곽(AK)은 상기 부품의 덮개 판(4)의 일부분 및/또는 부품의 쉬라우드(shroud)(2)의 일부분을 포함하는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 빌드업 공정은 적어도 상기 축방향(A)에 수직인 방향으로 층층이 수행되는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 빌드업 공정은 추가적으로 축방향(A)으로 층층이 수행되는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 빌드업 공정은 반경방향(R)에 대해 각도(α)로 연장되어 있는 주변 방향 (U)으로 층층이 추가적으로 수행되는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부품에는 복수의 내부 채널(7)이 만들어지며, 각 내부 채널은 상기 부품의 코어(K)의 제 1 단부(72)에서부터 상기 부품의 반경방향 한계 표면(42)에 있는 제 2 단부(71)까지 연장되어 있고, 서로 인접하는 채널(7)은 분리 벽(3)에 의해 각각 분리되어 있는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 블랭크(10)는 제 1 제거 공정 단계 전에 중앙 보어(9)를 가지며, 상기 중앙 보어는, 부품의 마무리된 상태에서 중심부(6)에 배치되어 있는 채널(7)의 각 제 1 단부가 환형체(21)에 의해 상기 중앙 보어(9)로부터 분리되도록, 반경방향 내측에 배치되어 있는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 빌드업 공정은 부품(1)에 대한 빌드업을 연속적으로 하기 위해 여러 개의 부가 공정 단계를 포함하는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 제거 공정 단계가 상기 부가 공정 단계들 사이에 수행되는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 부품에 대한 빌드업은 제 1 제거 공정 단계 후에 부분별로 이루어지며, 먼저 각 분리 벽(3)만 마무리되는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 빌드업 공정은 레이저로 수행되는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부품은 펌프, 터빈, 압축기, 컴팩터 또는 확장기의 임펠러, 안내 휠 또는 디퓨저로 설계되어 있는, 회전 기계의 부품을 제조하기 위한 방법.
  13. 회전 기계의 부품을 수리하기 위한 방법으로서, 상기 부품은 축방향 및 축 방향에 수직인 반경방향으로 연장되어 있고 또한 복수의 내부 채널(7)을 포함하며, 각 내부 채널은 상기 부품의 중심부(6)에 있는 제 1 단부(72)에서부터 상기 부품을 반경방향 외측으로 한정하는 상기 부품의 반경방향 한계 표면(42)에 있는 제 2 단부(71)까지 연장되어 있고, 서로 인접하는 채널(7)은 분리 벽(3)에 의해 각각 분리되어 있고, 상기 한계 표면(42) 또는 상기 채널(7) 중의 하나 또는 분리 벽(3) 중의 하나에 있는 상기 부품의 손상된 영역이 확인되며, 상기 손상된 영역의 기계 가공 제거 또는 분리 제거에 의해 블랭크(10)가 만들어지고, 블랭크는 상기 부품의 중심부(6)의 코어(K)를 포함하고 반경방향으로 외측 표면(11)에 의해 한정되고, 최종 형태의 부품(1)을 만들기 위해 제거된 손상된 영역은 블랭크(10)에 대한빌드업 공정에 의해 교체되고,
    상기 블랭크(10)는,
    적어도 반경방향(R)으로 연장되어 있는 외부 윤곽(AK)이 상기 외측 표면(11)의 영역에 만들어지도록, 제 1 제거 공정 단계에서 제거적으로 처리되며,
    그런 다음에 블랭크(10)에 대한빌드업 공정에 의해 상기 채널(7)이 마무리되고, 제거된 모든 손상된 영역이빌드업 공정에 의해 다시 추가적으로 보충되는, 회전 기계의 부품을 수리하기 위한 방법.
  14. 제 1 항, 제 2 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    빌드업 공정을 위해 적어도 하나의 재료가 사용되고, 상기 재료는 블랭크(10)를 이루는 재료와는 다른, 부품을 제조하거나 수리하기 위한 방법.
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