[发明专利]一种水轮机转轮增减材复合制造方法

说明书

本发明公开了一种水轮机转轮增减材复合制造方法，转轮叶片的制造包括以下步骤：a、将叶片模型按STL格式导入至增材设备，并将该模型基自适应分层切片，确定增材制造参数，设定增材制造参数完成；b、设定增材制造参数完成后，增材设备利用高能束制造所有叶片至设定好的层数；c、增材所有叶片至设定好的层数后，利用刀具切削对所有叶片同步进行加工，去除多余的余量，并修正叶片变形，叶片修正完成后，再次利用高能束增材制造所有叶片至下一设定的层数；d、循环上述增材所有叶片至设定好的层数，利用刀具切削对所有叶片同步进行加工，去除多余的余量，并修正叶片完成变形的步骤，直至所有的叶片整体完成并修正完成。还包括制造上冠的步骤和制造下环的步骤。通过本方法制造水轮机转轮拥有整体一致性更好，避免了材料浪费，表面光洁度高和尺寸精度好的优点。

技术领域

本发明涉及水轮机转轮制造技术领域，确切地说涉及对水轮机转轮使用增减材进行制造的方法。

背景技术

水轮机是重要的水电设备是水力发电行业必不可少的组成部分，是充分利用清洁可再生能源实现节能减排、减少环境污染的重要设备，其技术发展与我国水电行业的发展规模相适应。在我国电力需求的强力拉动下，我国水轮机及辅机制造行业进入快速发展期，其经济规模及技术水平都有显著提高，我国水轮机制造技术已达世界先进水平。

水轮机转轮是水轮机的重要部件，随着社会的不断发展，水轮机转轮的制造技术也越来越完善。现有的水轮机转轮制造通常至少包括叶片、上冠、下环的制造、装配与组焊过程。而水轮机转轮的精密性和制造成本对于水轮机在使用与制造过程显得尤为重要。

现有水轮机转轮的制造通常采用分体式制造方案，即单独加工叶片后与上冠、下环装配、焊接成整体转轮，其缺点在于具有不可避免的装配、组焊误差，转轮整体一致性不好，精度不佳，有大量的焊接、装配作业，效率低下。同时叶片采用铸件，有大量的切削材料浪费。由于曲面复杂、空间狭小，属于数控加工难点，因此几乎无法整体制造。3D打印（即增材制造）带来了新的制造方式，然而其表面粗糙度和尺寸误差一直难以达到高标准，相比机械加工相差很多。为此，现有技术中提出了授权公告号为CN108581397A，授权公告日为2020年2月18日的中国发明专利文献，来解决上述所存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：

增减材复合制造涡轮叶片的加工方法包括：增材成形和减材加工；增材成形与减材加工交替循环进行；增材成形包括：A1、整体建模分层；A2、局部特殊分层；A3、规划增材路径；A4、单周期增材加工；减材加工分为：端铣和侧铣两种加工类型；根据加工类型不同减材加工方法包括：B1、加工区域划分；B2、设置工艺参数；B3、局部特殊参数设置；B4、单周期减材加工；增材成形和减材加工循环重复，直到完成整个涡轮叶片。本发明具有方法新颖、工艺简便、提高加工精度、尤其细节特征精加工、提高加工效率、适用范围广等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的增减材复合制造涡轮叶片的加工方法。

上述技术在实际使用过程中，能部分有效地解决涡轮叶片与减材刀具就存在干涉的问题，并且采用增减材复合制造的方法不受叶片高度的限制，不考虑减材刀具与涡轮叶片的干涉问题，采用铣削或磨削等，得到好的表面质量。但由于其采用的方案主要是直接对叶片使用三维建模软件绘制拟制备的金属工件模型，使用切片软件将三维模型切片，无法避免的会出现台阶效应，使得成型件的表面与理论模型表面存在偏差。该技术以相同的层厚对模型分层，其算法较简单，但无法同时满足成型效率和精度的要求，且上述加工方法是对单个叶片的单独加工，对于叶片的加工一致性无法保证，若要适用于水轮机，还需要对上冠、下环的制造、装配与组焊的过程，转轮的整体一致性较差，且本专利采用铣削或磨削等方式，增材之后减材去除的材料较多，存在造成浪费的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种水轮机转轮增减材复合制造方法，本发明避免了装配和焊接误差，整体一致性更好，同时增材之后减材去除的材料更少，保证了叶片的光洁度和尺寸精度，避免了材料浪费，对于水轮机无论是在使用方面，还是水轮机的成本方面考虑，都极为重要。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：