用于制造涡轮机构件的方法技术

一种用于制造涡轮机构件的方法，包括以下步骤：(a)通过添加制造来生产涡轮机构件(1)的多个分开的节段(1S)，其具有包围对应于涡轮机构件的大块部分的空体积(11V)的表皮；(b)将涡轮机构件的分开的节段组装在一起，形成半成品构件，其中具有空腔；(c)利用可流动的松散材料填充半成品构件的腔；(d)致密化和凝固腔中的可流动的松散材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造涡轮机构件的方法
本公开涉及涡轮机制造。更具体地，本文所公开的主题涉及用于制造涡轮机构件(特别地诸如但并非排它地为涡轮机叶轮，例如用于离心泵和压缩机的叶轮)的方法。
技术介绍
涡轮机包括一个或更多个旋转构件和一个或更多个固定构件。流过涡轮机的流体被旋转构件的旋转运动加速，并且在固定构件中被减慢下来，此处流体的动能转换成压力能。离心涡轮机(诸如离心泵和压缩机)通常包括安装成用于在旋转轴上旋转的一个或更多个叶轮。轴支承在壳体中。各个叶轮包括具有前表面和后表面、且设有中心孔的盘，中心孔用于安装在旋转轴上。叶片从盘的前表面延伸，并且在它们之间限定了流体通路。叶轮可进一步包括护罩，其连接至叶片，并且在与盘相反的一侧上封闭流体通路。形成于相邻的叶片之间的流体通路通常具有复杂的形状，其受流体动力因素控制。各个叶轮与扩散器组合，扩散器接收由叶轮加速的流体，且其中，流体的动能转换成压力能，因此增大流体压力。扩散器通常形成于容纳在机器壳体中的所谓的固定涡轮隔板(diaphragm)中。与流体流相互作用的涡轮机构件通常具有相当复杂的形状。这既应用于固定构件，也应用于旋转构件，诸如叶轮。诸如扩散器和叶轮的复杂的涡轮机构件的制造有时通过数控的除屑机加工来执行。然而，通过除屑进行机加工局限于一些种类的扩散器和叶轮，因为并非所有流体动力表面都可以通过除屑工具来机加工。制造涡轮机叶轮的另一选项是通过所谓的放电加工(EDM)：一种其中盘状的工件放置在电介质液体中且与电极共同作用的技术。在工件与电极之间施加电压差，从而产生电火花，其侵蚀工件的表面。电极成形为使得通过侵蚀获得所需要的腔。顺序地使用具有不同电极的不同的工具，以机加工工件直至获得最终的叶轮形状。同样，EDM具有限制和缺点，特别是由于需要使用不同形状的若干电极以便实现叶轮的需要的最终形状。电极经受磨损，且必须经常更换。此外，放电加工是非常缓慢的过程。因此，存在对于制造复杂的涡轮机构件(特别是诸如但不限于用于泵和压缩机的离心叶轮)的改进的方法的需要。
技术实现思路
根据本文所公开的主题的一些实施例，一种方法，其实现了通过添加制造来制造大的涡轮机构件，克服了由添加制造装置的结构所施加的限制。根据本文所公开的主题的实施例，提供了一种方法，其包括如下步骤：通过添加制造来生产涡轮机构件的多个分开的节段，分开的节段的至少一些具有包围对应于涡轮机构件的大块部分的至少一个空体积的表皮。该方法可进一步包括将涡轮机构件的分开的节段组装在一起而形成半成品涡轮机构件的步骤。分开的节段的空体积因此形成半成品涡轮机构件中的至少一个内部腔。根据一些实施例，内部腔具有环形延伸部。根据本文所公开的方法的示例性实施例，进一步提供了利用可流动的松散材料(bulkflowablematerial)填充半成品涡轮机构件的至少一个内部腔的步骤。根据一些实施例，可流动的松散材料可为液体或者半液体材料。在一些示例性实施例中，可流动的松散材料可包括悬浮在液相中的固体材料的微粒。根据本公开的其它实施例，可流动的松散材料可为粉末形式。根据本文所公开的实施例，该方法可进一步包括密封地闭合填充有可流动的松散材料的至少一个内部腔的步骤。可流动的松散材料可被致密化且被转换成固体材料，填充内部腔且形成涡轮机构件的内芯体。本文所公开的主题的示例性实施例提供了利用粉末材料填充内部腔，以及通过高温等静压(即所谓的“热等静压(hipping)”)来致密化粉末材料。在密封内部腔之前，气态物质可从半成品涡轮机构件移除。在一些实施例中，半成品构件的该或者各个内部腔设有与表皮部分的外部(即，通过由添加制造获得的组装节段形成的半成品涡轮机构件的固体部分)连通的两个孔口。双孔口使得利用可流动的松散材料填充内部腔更容易，因为可流动的松散材料可穿过一个孔口引入，且气态物质从另一孔口排出。涡轮机构件的各个节段的添加制造过程步骤继而可包括以下步骤：在目标表面处分配第一粉末材料的层；将能量束引导至该层处，且沿着包围未熔融的粉末材料的内部区域的周边区域熔融粉末材料；对于多个层重复步骤(a)到(b)，在各个层中形成的周边区域与之前形成的层的周边区域熔合，从而产生构件的节段的表皮部分；冷却构件的节段，并且从其内部体积移除未熔融的粉末材料。在特别有利的应用中，该方法可用于制造涡轮机叶轮，诸如但不限于用于涡轮泵以及涡轮-压缩机或者其它涡轮机的离心叶轮。该方法可有利地也用于制造向心涡轮机的构件，诸如用于涡轮-膨胀器以及涡轮的叶轮。本文所公开的主题的实施例涉及制造叶轮，其提供了具有毂的盘和从盘延伸的多个叶片，且在成对的相邻的叶片之间形成流动通路。在一些实施例中，带护罩的叶轮可利用本文所公开的方法来制造。通过分开地制造涡轮机构件节段，以及组装节段来形成中间半成品涡轮机构件，然后其利用可流动的松散材料来填充并且经历随后的致密化和凝固，可使用比较小的添加制造机器和设备来制造相对大的涡轮机构件，诸如大的离心叶轮。用于各个涡轮机构件节段的外表皮部分的添加制造的粉末材料通常是金属粉末。根据一些实施例，用于填充半成品涡轮机构件的内部腔的可流动的松散材料可为粉末材料。在本文所公开的实施例中，金属粉末可用于填充内部腔。用于填充半成品涡轮机构件的内部腔的粉末材料可为金属粉末。但是，并不排除使用陶瓷材料。如果期望减小构件重量，例如用于低温应用，可流动的松散材料可包括聚合物基材料。例如可使用热塑性聚合物材料。在其它实施例中，也可采用热固性聚合物。例如环氧树脂，聚酰亚胺，BMI(双马来酰亚胺)或者其它聚合物材料都是用于本文所述的应用中的合适的聚合物材料。根据另外的实施例，可流动的松散复合材料包括塑料材料，且可使用散布在其中的陶瓷微粒。根据一些实施例，可使用从10nm到250微米大小的微粒。在一些实施例中，聚合物或者复合的可流动的松散材料以粉末或者液体穿过表皮注射到内部腔中。然后施加能量，促使材料固化，因此形成致密化且凝固的芯体。在一些实施例中，能量以热的形式施加。聚酰亚胺可在典型地低于500°C的温度下固化。环氧树脂可在低于250°C的温度下固化。根据一些实施例，涡轮机构件的分开的节段利用第一金属粉末制造，且半成品涡轮机构件的至少一个内部腔填充有第二金属粉末，第二金属粉末不同于第一金属粉末。例如，第一金属粉末具有小于第二金属粉末的颗粒大小。在一些实施例中，第一金属粉末具有10与48微米之间的颗粒大小。在一些实施例中，第二金属粉末具有50与100微米之间的颗粒大小。根据本文所公开的方法的可行的实施例，第一金属粉末和第二金属粉末具有不同的化学成分。例如，第一金属粉末可为或者可包括主要百分比的镍基超合金粉末或者钛合金粉末。第二金属粉末可为或者可包括主要百分比的钢粉末。在其它实施例中，钢可用于通过添加制造制成的外表皮，而较轻的材料(诸如铝合金)可用于由热等静压制成的内芯体。根据一些实施例，该方法可进一步包括以下步骤：设置延伸穿过包围至少一个内部腔的表皮的至少两个孔口；穿过孔口中的一个利用金属粉末填充该至少一个内部腔，以及从上述孔口中的另一孔口移除气态物质；密封地闭合孔口。在一些实施例中，该方法进一步包括以下步骤：在各个孔口处提供空冒口；以及利用金属粉末填充冒口。密封地闭合孔口的步骤可包括密封地闭合填本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产涡轮机构件的方法，包括以下步骤：(a) 通过添加制造来生产所述涡轮机构件的多个分开的节段，所述分开的节段的至少一些具有表皮，所述表皮包围对应于所述涡轮机构件的大块部分的至少一个空体积；(b) 将所述涡轮机构件的所述分开的节段组装在一起，形成半成品构件，所述节段的所述空体积形成所述半成品构件中的至少一个内部腔；(c) 利用可流动的松散材料填充所述半成品构件的所述至少一个内部腔；(d) 密封地闭合填充有可流动的松散材料的所述至少一个内部腔；(e) 致密化以及凝固所述至少一个内部腔中的所述可流动的松散材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.26 IT FI2014A0001221.一种用于生产涡轮机构件的方法，包括以下步骤：(a)通过添加制造来生产所述涡轮机构件的多个分开的节段，所述分开的节段的至少一些具有表皮，所述表皮包围对应于所述涡轮机构件的大块部分的至少一个空体积；(b)将所述涡轮机构件的所述分开的节段组装在一起，形成半成品构件，所述节段的所述空体积形成所述半成品构件中的至少一个内部腔；(c)利用可流动的松散材料填充所述半成品构件的所述至少一个内部腔；(d)密封地闭合填充有可流动的松散材料的所述至少一个内部腔；(e)致密化以及凝固所述至少一个内部腔中的所述可流动的松散材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮机构件的所述节段利用第一粉末材料制造。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一粉末材料是第一金属粉末。4.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，所述可流动的松散材料是第二粉末材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二粉末材料是第二金属粉末。6.根据权利要求4或者5所述的方法，其特征在于，所述第二粉末材料不同于所述第一粉末材料。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一粉末材料具有小于所述第二粉末材料的颗粒大小。8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述可流动的松散材料通过高温等静压而致密化以及凝固。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一粉末材料具有10与48微米之间的平均颗粒大小，而所述第二粉末材料具有50与100微米之间的平均颗粒大小。10.根据权利要求5至9中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料具有不同的化学成分。11.根据权利要求2至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一粉末材料是超合金粉末。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述超合金选自由镍基超合金和钛合金组成的集合。13.根据权利要求4至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二粉末材料是选自由不锈钢、碳钢、镍基超合金、钛合金、铝合金组成的集合的粉末。14.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述可流动的松散材料是可固化的材料，且其中，所述可流动的松散材料通过固化而致密化以及凝固。15.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M吉安诺兹，I焦文内蒂，G梅西，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT