一种叶轮混合制造工艺
阅读说明：本技术 一种叶轮混合制造工艺 (Impeller mixing manufacturing process ) 是由 杨波 彭志学 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种叶轮混合制造工艺,其特征在于：具体步骤如下所示：S1：增材制造加工轴状基础件和部分盖板、S2：减材制造加工轴状基础件和部分盖板、S3：第一段叶轮加工、S4：第二段叶轮加工、S5：第三段叶轮加工。本发明通过混合制造加工工艺加工叶轮,能很好的解决铺粉式金属3D打印支撑多、难去除的问题；并且采用增材制造和减材制造的配合加工能够有效提高叶轮加工精度。(The invention provides an impeller mixing manufacturing process, which is characterized in that: the specific steps are as follows: s1: additive manufacturing processing of the shaft-like base member and the partial cover plate, S2: reducing material, manufacturing and processing a shaft-shaped base part and a partial cover plate, S3: first-stage impeller machining, S4: second-stage impeller machining, S5: and (4) processing the impeller in the third stage. According to the invention, the impeller is processed by a mixed manufacturing and processing technology, so that the problems of more support and difficulty in removal of powder-laying type metal 3D printing can be well solved; and the machining precision of the impeller can be effectively improved by adopting the matched machining of additive manufacturing and subtractive manufacturing.)
技术领域
本发明涉及喷粉式3D打印以及五联动数控加工技术领域，具体的涉及一种叶轮混合制造工艺。
背景技术
叶轮是涡轮机、汽轮机等装置的的关键零件，广泛应用于航天航空、船舶机械、石油化工等领域。整体叶轮的空间结构较复杂，叶片扭曲较大，因此，其内流道和叶片的粗、精加工一直是制造领域的难点，而且，毕式叶轮由于上、下盖板的存在，加工时极易产生干涉。
目前，叶轮制造主要有2种加工方式，即：
1、铸造+传统机加，该方法是目前主流的叶轮制造方法，首先通过铸模制造出整体叶轮，然后通过数控车、铣床等设备对叶轮外表面进行精加工。该工艺最主要的困难是铸造缺陷很多(如气孔、砂眼、浇不足等)导致成品率底下，而且由于叶轮上、下盖板的干涉，导致无法对盖板间的叶片内流道进行机加和抛磨，导致内流道表面粗糙，进一步导致叶轮工作效率和使用寿命低下；
2、铺/送粉式3D打印，该方法通过铺/送粉式3D打印设备导入叶轮三维模型和点位数据，通过激光直接成型技术(DMD)一次打印成型，但是，由于毕式叶轮在结构上盖板和叶片的存在，设计时支撑过多，这样不仅浪费粉材、去支撑困难、耗时，而且影响抛光处理后内流道表面精度。
发明内容
本发明提供了一种叶轮混合制造工艺，通过混合制造加工工艺加工叶轮，能很好的解决铺粉式金属3D打印支撑多、难去除的问题；并且采用增材制造和减材制造的配合加工能够有效提高叶轮加工精度。
为解决上述的技术问题，本发明提供了一种叶轮混合制造工艺，其特征在于：具体加工步骤如下所示：
S1：增材制造加工轴状基础件和部分盖板：首先选取基材把其倒入第一送粉器中，使第一送粉器与3D激光打印器相连，设置第一坐标系及第一零点，通过DMD技术3D打印出轴类基础件和部分盖板；
S2：减材制造加工轴状基础件和部分盖板：把步骤S1增材制造加工好的轴类基础件和部分盖板固定在加工中心旋转工作台上，重新设置第二坐标系及第二零点，应用四轴联动数控加工技术铣削3D打印出的轴类基础件和部分盖板；
S3：第一段叶轮加工：先控制3D激光打印器使激光头伸入加工中心并根据固定好的轴类基础件和部分盖板相应调整坐标系及零点，在轴类基础件上堆积出第一段叶片和支撑，堆积过程中，激光头只做X、Y、Z轴方向上的运动，然后通过加工中心旋转工作台的运动，实现五轴联动，堆积出所需第一段叶片形状，再然后根据第二坐标系及第二零点利用数控铣刀具对第一段叶片部分进行精加工；
S4：第二段叶轮加工：控制激光头在步骤S3中增材制造出的支撑上激光堆积出部分上盖板和下盖板；
S5：第三段叶轮加工：利用激光头在加工中心工作台旋转的过程中堆积出第二段叶片及叶盘，然后通过加工中心进行数控铣削加工，提高叶片和叶盘表面精度，最后激光堆积上盖板并进行数控铣削，完成对叶轮的加工。
进一步：所述的步骤S1中的基材选用316L或者TC4金属材料。
又进一步：所述的步骤S1中增材制造出的轴类基础件长度为146mm，直径101.6mm。
又进一步：所述的步骤S1、步骤S3、步骤S4和步骤S5中的激光头的激光功率选取范围为50-950KW。
又进一步：所述的步骤S3和步骤S5在堆积出第一段叶片、第二段叶片以及叶盘的过程中，通过分段式加工在第一段叶片、第二段叶片以及叶盘的表面堆积一层耐磨耐腐蚀的涂层。
又进一步：所述的耐磨耐腐蚀的涂层是通过向第二送粉器中投放材料，然后使第二送粉器与3D激光打印器相连，通过激光打印堆积出涂层。
又进一步：所述的耐磨耐腐蚀的涂层所应用的材料为316L、17-4PH、15-5PH、420、18Ni300、AlSi10Mg、CoCrMoW、CoCrMo、IN625、IN718、GH3536、CuSn10中金属材料的一种或者B4C、Al2O3、WC、TiB2、B4N中陶瓷材料的一种。
再进一步：所述的第一送粉器和第二送粉器的送粉器转速为280-900r/min。
采用上述结构后，本发明采用增材制造与减材制造配合的混合制造加工叶轮，能够有效起到减少支撑面、有效的减少粉材浪费以及减少后处理方面去支撑和抛光处理的时间，提高叶轮制造的效率；并且本发明可以在在第一段叶片、第二段叶片以及叶盘的表面熔覆上耐磨耐腐蚀的涂层，提高了表面性能，起到了减少磨损和延长叶轮使用寿命的作用。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1为轴状基础件和部分盖板的示意图。
图2为第一段叶轮制造的示意图。
图3为第二段叶轮加工的示意图。
图4为第三段叶轮制造的示意图。
图5为叶轮的结构示意图。
图6为第二段叶片以及叶盘的结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种叶轮混合制造工艺，其具体加工步骤如下所示：
S1：增材制造加工轴状基础件和部分盖板：首先选取基材把其倒入第一送粉器中，使第一送粉器与3D激光打印器相连，设置第一坐标系及第一零点，通过DMD技术3D打印出轴类基础件和部分盖板；
S2：减材制造加工轴状基础件和部分盖板：把步骤S1增材制造加工好的轴类基础件1和部分盖板2固定在加工中心旋转工作台上，重新设置第二坐标系及第二零点，应用四轴联动数控加工技术铣削3D打印出如图1所示的轴类基础件1和部分盖板2；
S3：第一段叶轮加工：如图2所示先控制3D激光打印器使激光头伸入加工中心并根据固定好的轴类基础件和部分盖板相应调整坐标系及零点，在轴类基础件上堆积出第一段叶片3和支撑4，堆积过程中，激光头只做X、Y、Z轴方向上的运动，然后通过加工中心旋转工作台的运动，实现五轴联动，堆积出所需第一段叶片形状，再然后根据第二坐标系及第二零点利用数控铣刀具对第一段叶片部分进行精加工；
S4：第二段叶轮加工：如图3所示控制激光头在步骤S3中增材制造出的支撑上激光堆积出部分上盖板5和下盖板6；
S5：第三段叶轮加工：如图4所示利用激光头在加工中心工作台旋转的过程中堆积出如图6所示的第二段叶片7及叶盘8，然后通过加工中心进行数控铣削加工，提高叶片和叶盘表面精度，最后激光堆积上盖板并进行数控铣削，完成对如图5所示的叶轮的加工。
上述的步骤S1中的基材选用316L或者TC4金属材料；所述的步骤S1中增材制造出的轴类基础件长度为146mm，直径101.6mm。
上述的步骤S1、步骤S3、步骤S4和步骤S5中的激光头的激光功率选取范围为50-950KW。
上述的步骤S3和步骤S5在堆积出第一段叶片、第二段叶片以及叶盘的过程中，通过分段式加工在第一段叶片、第二段叶片以及叶盘的表面堆积一层耐磨耐腐蚀的涂层。
上述的耐磨耐腐蚀的涂层是通过向第二送粉器中投放材料，然后使第二送粉器与3D激光打印器相连，通过激光打印堆积出涂层。
上述的耐磨耐腐蚀的涂层所应用的材料为316L、17-4PH、15-5PH、420、18Ni300、AlSi10Mg、CoCrMoW、CoCrMo、IN625、IN718、GH3536、CuSn10中金属材料的一种或者B4C、Al2O3、WC、TiB2、B4N中陶瓷材料的一种。
上述的第一送粉器和第二送粉器的送粉器转速为280-900r/min。
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