技術領域：

本發明涉(she)及(ji)一種機械加工與(yu)增(zeng)材制(zhi)(zhi)造(zao)相(xiang)結合的水輪(lun)機模型轉(zhuan)輪(lun)制(zhi)(zhi)造(zao)方法。

背景技術：
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隨(sui)著(zhu)發電設備制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)行業(ye)競爭(zheng)的(de)(de)日趨加(jia)(jia)劇，水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)模(mo)型(xing)(xing)轉輪(lun)(lun)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術在水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)轉輪(lun)(lun)開發過程(cheng)中越(yue)來越(yue)重(zhong)要(yao)(yao)(yao)，在某(mou)種程(cheng)度上甚至決定了大型(xing)(xing)水(shui)(shui)電項目競標(biao)的(de)(de)成敗(bai)。模(mo)型(xing)(xing)轉輪(lun)(lun)是用以驗證設計(ji)的(de)(de)單件(jian)產品，每個電站項目均需(xu)要(yao)(yao)(yao)10臺(tai)左右的(de)(de)模(mo)型(xing)(xing)轉輪(lun)(lun)，目前主要(yao)(yao)(yao)采用鑄造(zao)銅坯(pi)(pi)進行數控加(jia)(jia)工來實(shi)現，此種制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)方法(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)周(zhou)期長、成本高，另外(wai)，鑄造(zao)銅坯(pi)(pi)利(li)用率低(di)，同時(shi)，因(yin)鑄造(zao)銅坯(pi)(pi)缺陷報廢或(huo)后續處(chu)理將進一步增加(jia)(jia)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)周(zhou)期和(he)成本。此外(wai)，對(dui)于葉(xie)片(pian)高度較(jiao)小、空(kong)間(jian)較(jiao)窄(zhai)的(de)(de)轉輪(lun)(lun)，葉(xie)片(pian)根(gen)部(bu)圓角過渡無法(fa)實(shi)現和(he)保證，引(yin)起流(liu)道的(de)(de)變化(hua)或(huo)帶來間(jian)隙(xi)流(liu)問題(ti)。水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)模(mo)型(xing)(xing)轉輪(lun)(lun)的(de)(de)設計(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)與(yu)增材制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)術擁有著(zhu)完美的(de)(de)契合點。

增材制(zhi)造技(ji)術(又稱3d打(da)印技(ji)術)，誕生于20世紀(ji)80年(nian)代后期，是基于材料(liao)(liao)堆(dui)積法(fa)的(de)一種(zhong)新(xin)型制(zhi)造技(ji)術，可以(yi)根據(ju)零件或物(wu)體的(de)三(san)維模型數據(ju)，通過成型設(she)備以(yi)材料(liao)(liao)累加的(de)方(fang)式制(zhi)成實物(wu)模型的(de)技(ji)術。可以(yi)自動(dong)、直(zhi)接(jie)、快速、精(jing)確(que)地將設(she)計(ji)思想(xiang)轉變(bian)為(wei)具有一定(ding)功能的(de)原型或直(zhi)接(jie)制(zhi)造零件，從而為(wei)零件原型制(zhi)作、新(xin)設(she)計(ji)思想(xiang)的(de)校驗等提供(gong)了(le)一種(zhong)高效低成本(ben)的(de)實現手段。

電(dian)(dian)(dian)弧增材制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)技術以電(dian)(dian)(dian)弧為載能束，采用(yong)逐層(ceng)堆焊的(de)方(fang)式(shi)(shi)制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)金屬實體(ti)構(gou)(gou)(gou)件，該成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)零(ling)件由全焊縫構(gou)(gou)(gou)成(cheng)(cheng)(cheng)，化(hua)學成(cheng)(cheng)(cheng)分均勻(yun)、致密度高，開放的(de)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)環境對成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)件尺(chi)寸(cun)無(wu)限制(zhi)(zhi)，成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)速率高，但電(dian)(dian)(dian)弧增材制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的(de)零(ling)件表面波動較大，成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)件表面質(zhi)量較低(di)，一般需(xu)要(yao)二次表面機加工，電(dian)(dian)(dian)弧增材制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)技術的(de)主要(yao)應(ying)用(yong)目標是大尺(chi)寸(cun)復雜構(gou)(gou)(gou)件的(de)低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)本、高效快速近凈成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)。其中，冷(leng)金屬過(guo)渡技術具有(you)低(di)熱(re)輸入、無(wu)飛濺等特點，而且(qie)，其送絲運動與熔滴過(guo)渡過(guo)程(cheng)可進(jin)行數字(zi)化(hua)協調，在物質(zhi)輸入方(fang)面具有(you)更高的(de)可操控性，可能會成(cheng)(cheng)(cheng)為將來電(dian)(dian)(dian)弧增材制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的(de)主要(yao)熱(re)源(yuan)方(fang)式(shi)(shi)。

技術實現要素：
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本發明涉(she)及一種(zhong)機械加(jia)工與增材(cai)制造(zao)相結合的水輪(lun)機模型轉輪(lun)制造(zao)方法，具(ju)有加(jia)工精度高、周(zhou)期短(duan)和成(cheng)本低的優勢。

本發明的技術方案為：

1)進行上(shang)冠(guan)的下料(liao)，材(cai)質為(wei)304奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼板，下料(liao)后采用機(ji)械加工的方法完成(cheng)上(shang)冠(guan)的制造(zao)；

2)進行(xing)下環的(de)(de)下料(liao)，材質為304奧氏體(ti)不銹鋼板，下料(liao)后采用機(ji)械加工的(de)(de)方法完成下環的(de)(de)制造；

3)將水輪機模(mo)型轉(zhuan)輪的(de)三維數學(xue)模(mo)型導入專用軟(ruan)件，以上冠(guan)(guan)過流面為增(zeng)(zeng)材制造基礎，確定(ding)每個葉片(pian)在上冠(guan)(guan)的(de)相對位置，并對葉片(pian)過流面自動增(zeng)(zeng)加2.0mm的(de)加工余量，對葉片(pian)數學(xue)模(mo)型沿水平方向進(jin)行切(qie)片(pian)和焊接(jie)路(lu)徑規劃；

4)將規劃的(de)焊接路徑轉化成機(ji)器人控制程序，控制機(ji)器人采用冷金屬過渡(du)的(de)電弧(hu)增(zeng)材制造(zao)(zao)方法，焊材為304l奧氏體不銹鋼焊絲，按照葉片(pian)的(de)數學模型切片(pian)，每次完(wan)成所有葉片(pian)的(de)同水平片(pian)層制造(zao)(zao)，而后進行所有葉片(pian)的(de)下一(yi)層制造(zao)(zao)，以此類推，最(zui)終完(wan)成葉片(pian)的(de)自動(dong)增(zeng)材制造(zao)(zao)，通形(xing)成近凈成型的(de)葉片(pian)；

5)對制(zhi)造完成(cheng)的上(shang)冠和(he)(he)葉(xie)片(pian)(pian)整體(ti)部件進(jin)行(xing)消應(ying)力熱處理(li)，而后，在數控加(jia)工(gong)中(zhong)心對葉(xie)片(pian)(pian)進(jin)行(xing)機械(xie)加(jia)工(gong)，隨后對上(shang)冠和(he)(he)葉(xie)片(pian)(pian)整體(ti)進(jin)行(xing)拋光(guang)處理(li)；

6)裝配下(xia)環(huan)，進一步進行拋光(guang)處理，完成水輪機模(mo)型轉輪的制造。

技術效果：

水輪(lun)機(ji)(ji)(ji)模(mo)型轉(zhuan)輪(lun)在水輪(lun)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)設計開發和(he)(he)水力(li)試驗(yan)最重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)核心部件，其(qi)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)質量和(he)(he)精度(du)(du)是(shi)設計驗(yan)證和(he)(he)試驗(yan)數據正(zheng)確性(xing)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)保證，同(tong)時，還必須考慮模(mo)型轉(zhuan)輪(lun)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的(de)(de)(de)(de)周期(qi)、成(cheng)本，以及盡可能避免(mian)由原(yuan)有制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)工(gong)藝限制(zhi)(zhi)(zhi)帶來的(de)(de)(de)(de)葉(xie)片(pian)根(gen)部圓角過度(du)(du)不好引起的(de)(de)(de)(de)流道變(bian)化和(he)(he)間隙流問題，而且，由于(yu)轉(zhuan)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)上(shang)冠(guan)(guan)、下環和(he)(he)每個葉(xie)片(pian)均是(shi)單獨制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)，最終(zhong)裝配制(zhi)(zhi)(zhi)作完成(cheng)，存在一(yi)定的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸誤差和(he)(he)葉(xie)片(pian)一(yi)致(zhi)性(xing)誤差。本發明提出(chu)了(le)一(yi)種利用電(dian)弧(hu)增(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)葉(xie)片(pian)的(de)(de)(de)(de)水輪(lun)機(ji)(ji)(ji)模(mo)型轉(zhuan)輪(lun)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，充分結(jie)合利用機(ji)(ji)(ji)械加工(gong)和(he)(he)增(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)兩種技術(shu)的(de)(de)(de)(de)優點，對于(yu)機(ji)(ji)(ji)構簡單，易(yi)于(yu)機(ji)(ji)(ji)械加工(gong)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的(de)(de)(de)(de)上(shang)冠(guan)(guan)和(he)(he)下環，采用機(ji)(ji)(ji)械加工(gong)的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，利用鋼板制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)。對于(yu)具有空間曲面(mian)結(jie)構，加工(gong)難度(du)(du)大的(de)(de)(de)(de)葉(xie)片(pian)，采用增(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)近凈成(cheng)型的(de)(de)(de)(de)葉(xie)片(pian)。在完成(cheng)上(shang)冠(guan)(guan)和(he)(he)葉(xie)片(pian)整體制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)和(he)(he)消(xiao)應力(li)處理后，利用數控加工(gong)中心對葉(xie)片(pian)進行(xing)精加工(gong)，這(zhe)樣(yang)保證了(le)葉(xie)片(pian)的(de)(de)(de)(de)精度(du)(du)和(he)(he)一(yi)致(zhi)性(xing)，同(tong)時避免(mian)了(le)流道變(bian)化和(he)(he)間隙流問題。與(yu)原(yuan)有模(mo)型轉(zhuan)輪(lun)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)方(fang)(fang)法(fa)(fa)相(xiang)比，機(ji)(ji)(ji)械加工(gong)上(shang)冠(guan)(guan)和(he)(he)下環與(yu)冷金屬(shu)過渡電(dian)弧(hu)增(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)葉(xie)片(pian)相(xiang)結(jie)合的(de)(de)(de)(de)水輪(lun)機(ji)(ji)(ji)模(mo)型轉(zhuan)輪(lun)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)方(fang)(fang)法(fa)(fa)具有加工(gong)精度(du)(du)高、周期(qi)短和(he)(he)成(cheng)本低的(de)(de)(de)(de)優勢(shi)。

附圖說明：

圖1是機械加工上冠示(shi)意圖。

圖(tu)2是(shi)機械(xie)加工下環(huan)示(shi)意圖(tu)。

圖(tu)3是以上冠(guan)過流面為基(ji)礎增材制造葉片(pian)示(shi)意圖(tu)。

圖4是增材(cai)制造葉片分布示意圖。

圖5是本發明的結(jie)構示意圖。

附圖中：

1機械加(jia)工上冠；2冷金(jin)屬過渡電弧(hu)增材制造(zao)葉片；

3機械加工下環。

具體實施方式

下(xia)面結合附圖和具體(ti)實施方式對本(ben)發明做進一步的描述：

如1圖所示(shi)，進(jin)行上(shang)冠1的(de)下料(liao)，材質為304奧氏體不銹(xiu)鋼板，下料(liao)后(hou)采用機械加工的(de)方法完(wan)成上(shang)冠1的(de)制造；

如2圖所示，進行下環3的下料，材質(zhi)為304奧氏(shi)體不銹鋼板(ban)，下料后采用機械加工的方法完成下環3的制造；

如3圖所(suo)示，將水輪(lun)機模(mo)型(xing)轉(zhuan)輪(lun)的(de)(de)三維(wei)數(shu)(shu)學模(mo)型(xing)導(dao)入專用軟(ruan)件，以上冠1過(guo)流面(mian)為增(zeng)材(cai)制造(zao)基礎(chu)，確定每(mei)個(ge)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2在(zai)上冠1的(de)(de)相(xiang)對位置，并對葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2過(guo)流面(mian)自動增(zeng)加(jia)2.0mm的(de)(de)加(jia)工(gong)余量，對葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2數(shu)(shu)學模(mo)型(xing)沿(yan)水平(ping)方(fang)向(xiang)進(jin)(jin)行(xing)(xing)切(qie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)和(he)焊(han)接(jie)路徑(jing)規劃(hua)；將規劃(hua)的(de)(de)焊(han)接(jie)路徑(jing)轉(zhuan)化成(cheng)機器(qi)人控(kong)(kong)制程序(xu)，控(kong)(kong)制機器(qi)人采用冷金屬過(guo)渡的(de)(de)電(dian)弧增(zeng)材(cai)制造(zao)方(fang)法，焊(han)材(cai)為304l奧氏體(ti)不銹鋼焊(han)絲，按照(zhao)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2的(de)(de)數(shu)(shu)學模(mo)型(xing)切(qie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)，每(mei)次完(wan)成(cheng)所(suo)有葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2的(de)(de)同水平(ping)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)層(ceng)制造(zao)，而(er)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)所(suo)有葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2的(de)(de)下一(yi)層(ceng)制造(zao)，以此類推，最終(zhong)完(wan)成(cheng)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2的(de)(de)自動增(zeng)材(cai)制造(zao)，通形(xing)成(cheng)近凈成(cheng)型(xing)的(de)(de)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2；對制造(zao)完(wan)成(cheng)的(de)(de)上冠1和(he)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2整(zheng)體(ti)部件進(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)應力熱處(chu)理(li)，而(er)后(hou)(hou)，在(zai)數(shu)(shu)控(kong)(kong)加(jia)工(gong)中心(xin)對葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2進(jin)(jin)行(xing)(xing)機械(xie)加(jia)工(gong)，隨后(hou)(hou)對上冠1和(he)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)2整(zheng)體(ti)進(jin)(jin)行(xing)(xing)拋光處(chu)理(li)；

如4圖所示，增材制造完成后葉片(pian)2(總計(ji)9片(pian))在上(shang)冠1的分(fen)布(bu)；

如圖(tu)5所示(shi)，裝配下環3，隨后進(jin)(jin)一步(bu)進(jin)(jin)行(xing)拋光處(chu)理，完成水輪機模型轉輪的(de)制(zhi)造。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種機械加工與增材制造相結合的水輪機模型轉輪制造方法，模型轉輪上冠和下環采用鋼板機械加工制造。在成型的上冠上，采用電弧增材制造技術，利用冷金屬過渡的堆焊方式，將模型轉輪數學模型導入計算機，通過軟件完成葉片的切片與焊接路徑規劃，控制機器人系統完成葉片的增材制造，形成近凈成型的葉片，對制造完成的上冠和葉片整體部件進行消應力熱處理。在數控加工中心對葉片進行機械加工，對上冠和葉片整體進行拋光，最終裝配下環，完成水輪機模型轉輪的制造。該方法具有加工精度高、周期短和成本低的優勢。

技術研發人員：程廣福
受保護的技術使用者：哈爾濱電機廠有限責任公司
技術研發日：2017.05.24
技術公布日：2017.09.12