形成旋转部件制造技术

公开了一种形成旋转部件的方法。该方法包括(a)围绕轴线旋转心轴，(b)将金属进料输送到心轴的表面上，和(c)将表面处的颗粒暴露于高能量释放，使得颗粒熔化在一起形成金属表面层。该方法还包括通过随后将金属进料输送到形成的表面层上，重复步骤(a)至(c)，以形成从心轴径向到外周的具有所需尺寸和形状的旋转部件。还公开了通过该方法形成的旋转部件，和用于根据该方法形成旋转部件的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成旋转部件
本专利技术涉及旋转设备构件和部件，以及它们的形成方法。本专利技术具体地，但非排他地，应用于泵的旋转部件。一种常见类型的旋转部件是叶轮，例如用于阀的叶轮和用于液体或浆料泵的叶轮。这些阀和泵用于能源领域和矿物加工。更具体地，本专利技术涉及一种形成这种旋转部件的方法，由此形成的旋转部件以及包括由此形成的旋转部件的泵和阀。本专利技术还涉及一种用于形成旋转部件的设备。
技术介绍
用于矿物加工和能源领域的泵和阀门中的叶轮经受非常腐蚀性的条件。结果，叶轮通常由高耐磨的材料形成，例如铸铁，镍或钛合金。铸造过程包括在炉中制备一定量的熔融合金并将熔融合金浇注在适当形状的模具中。将铸造叶轮从模具中取出，并通过修整掉任何多余的铸造金属来完成表面处理。由于由特定组合物的熔融合金铸造，叶轮将具有大体一致的组成。这意味着低磨损区域由具有与高磨损区域相同组成的合金形成。在合金组合物包含昂贵的合金元素添加剂的情况下这是有问题的，该合金元素添加剂，例如铌和镍，将被结合至不会受到高磨损的叶轮区域。在提供极少或没有功能优势的区域中添加昂贵的合金元素仅增加了叶轮的总成本。鉴于叶轮的高磨损区域通常位于外周区域，一种选择是离心铸造叶轮。这依赖于在主体金属中具有固体、耐磨夹杂物，使得在主体金属凝固之前模具的旋转导致固体夹杂物集中在或接近铸件的外径向周边处。虽然这提供了具有高磨损区域的铸件，其中高磨损区域包括高磨损夹杂物的更高度集中，然而主体金属仍然需要相对耐磨，且因此，其仍然在某种程度上遭受与上述相同的问题。换句话说，改进耐磨性的可溶性合金元素仍将均匀地分散在整个铸件中，包括在低磨损区域。因此，通过该方法不能优化可溶于主体金属的合金元素的成本。结果是离心铸造更适合于更稀有和昂贵的不溶性合金夹杂物，例如铌。
技术实现思路
申请人认为，当前通过铸造制造的旋转部件(例如用于阀和泵的叶轮)可以替代地通过添加剂制造来形成。更具体地，申请人认为直接金属(和其他材料)沉积可用于形成具有不同设计特征的旋转部件，其改善部件性能和/或在部件的不同位置处具有不同的组成成分。在一个方面中提供了一种在心轴上形成旋转部件的方法。该方法包括：(a)绕轴线旋转心轴，(b)将金属进料输送到心轴的表面，(c)将在表面的进料暴露于高能量释放，使颗粒熔化在一起形成金属的表面层；和(d)通过随后将金属进料输送到形成的表面层上而重复步骤(a)至(c)，以形成从心轴径向地到外周的具有所需尺寸和形状的旋转部件。可以根据所形成的旋转部件的区域来选择金属进料的组成。因此，预期通过根据上述方面的方法用于形成旋转部件的昂贵合金元素的总量将小于铸造的旋转部件中包括的昂贵合金元素的总量，因为昂贵的合金元素被结合到旋转部件的选定目标区域中。这意味着旋转部件可以由进料制成，该进料与用于通过铸造形成相同旋转部件的进料的成本相比具有较低的总成本。在一个实施方式中，步骤(b)由将材料进料输送到心轴表面上的步骤代替，其中该材料是非金属的。在一个实施方式中，步骤(b)包括子步骤(b1)基于用于待形成旋转部件的部分的指定无量纲标准而从多个进料源中确定一金属进料源，(b2)选择所确定的金属进料源，和(b3)从所选择的金属进料源输送金属进料至心轴的表面。根据该实施方式，确定金属进料源的步骤包括：访问旋转部件的数字设计文件，使用来自形成旋转部件的设备的三维位置信息，以定位与待形成的旋转部件的一部分对应的数字设计文件的相关部分，并从数字设计文件的相关部分读取指定的标准。数字设计文件可以将旋转部件分成以旋转部件的旋转轴线为中心的多个同心环，该环可以具有不同的指定标准，使得进料源的确定和选择取决于哪个环包括旋转部件的待形成的部分。指定的标准可以包括硬度因子，该硬度因子表示旋转部件的该部分的所需的材料硬度。该方法可以包括在形成期间监测旋转部件的旋转角度，以使得能够从数字设计文件的相关部分中正确地选择金属进料源。环的径向厚度可以在50微米至3毫米的范围内。在一个实施方式中，金属进料源包括多个源。每个都具有不同的金属进料组合物，其在金属进料源被输送并暴露于高能量放电之后与不同的指定标准相关联。根据该实施方式，金属进料可以包括用于叶轮的高磨损区域的耐磨金属，并且金属进料可以包括用于叶轮的比高磨损区域经受更少磨损的区域的替代组合物。在另一个实施方式中，金属进料源包括多个源，包括基础合金进料源和多个合金成分进料源，并且其中步骤(b1)包括确定基础合金进料源与一种或多种合金成分进料源的混合，这将为金属进料源提供用于旋转部件的待形成部分的指定标准。根据该实施方式，多个合金成分进料源可包括可溶于基础合金的合金成分，并且包括不溶于基础合金的合金成分。可选地，可以改变金属进料的组合物，以为旋转部件提供具有在高磨损区域和低磨损区域之间的耐磨性的分级组合物。高能量释放可包括激光束，电子束或电弧。金属进料可以是粉末或线材形式。因此，在包含粉末的进料金属的实施方式中，步骤(b)可以包括将金属颗粒流股输送到表面层。金属颗粒流股可夹带在惰性载气中。可选地，金属进料可以是以选定的进料速度进料的线材。可选地，步骤(b)和(c)可以围绕心轴的多个位置同时进行，以便在围绕心轴的多个位置处同时形成表面层。该方法可以包括用于精加工操作的附加步骤，其与步骤(a)至(c)同时进行或顺序进行。精加工操作可以在围绕心轴的多个位置处进行，或者可以整体地进行。精加工操作可包括以下中的一个或多个：热处理，机加工，车削，研磨，自紧法(或其他压力处理)，以及改善表面精加工的处理(例如，促进另一种材料的粘合，以减少摩擦等)。表面精加工处理包括通过激光，电子束或电弧进行热处理以降低表面粗糙度或改变旋转部件的表面处的化学性质。例如，表面精加工处理可包括间隙元素吸收，例如氮化或渗碳。可以中断旋转部件的形成以允许加工内部特征或表面。该方法还可包括在形成的旋转部件上沉积弹性体材料，塑料材料，嵌有塑料材料或陶瓷材料的碳纤维。另一方面提供了一种根据该方法方面形成的旋转部件。另一方面提供了一种旋转部件，包括具有入口和出口的壳体，以及设置在壳体中的叶轮，使得旋转部件的旋转将流体或浆料从入口泵送到出口，且其中旋转部件根据该方法方面形成。在另一方面，提供了一种用于形成旋转部件的设备，例如泵或阀叶轮。该设备包括：(a)沉积头，其限定环形通道并包括高能量释放；(b)心轴支撑件，其被配置成使心轴与沉积头对准，并使心轴围绕轴线旋转，从而在心轴上形成旋转部件；(c)第一进料源，其储存第一材料进料并与环形通道流体连通，用于通过该环形通道输送金属进料；(d)第二进料源，其存储具有与第一材料进料不同特性的第二材料进料，并且与环形通道流体连通，用于通过该环形通道输送进料；(e)控制器，其可操作以：确定待形成的旋转部件的部分，基于与数字设计文件中的旋转部件的相应部分相关联的指定的非量纲标准选择一进料源，并从选择的进料源输送进料到心轴或数字设计文件的先前形成的部分。根据该方面，控制器可操作以(i)在形成旋转部件期间记录沉积头的三维位置信息，(ii)访问旋转部件的数字设计文件，(iii)使用记录的三维位置信息以定位数字设计文件的相应部分，(iv)读取与数字设计文件的相应部分相关联的指定非量纲标准，(v)使用读取的指定非量纲标准来从进料源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在心轴上形成旋转部件的方法，该方法包括：(a)绕轴线旋转心轴；(b)将金属进料输送到所述心轴的表面；(c)将在表面的颗粒暴露于高能量释放，使颗粒熔化在一起形成金属的表面层；和(d)通过随后将金属进料输送到形成的表面层上来重复步骤(a)至(c)，以形成从心轴径向到外周的具有所需尺寸和形状的旋转部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.30 AU 20169034511.一种在心轴上形成旋转部件的方法，该方法包括：(a)绕轴线旋转心轴；(b)将金属进料输送到所述心轴的表面；(c)将在表面的颗粒暴露于高能量释放，使颗粒熔化在一起形成金属的表面层；和(d)通过随后将金属进料输送到形成的表面层上来重复步骤(a)至(c)，以形成从心轴径向到外周的具有所需尺寸和形状的旋转部件。2.如权利要求1所述的方法，其中根据所形成的叶轮的区域选择金属进料组合物。3.如权利要求1或2所述的方法，其中步骤(b)包括以下子步骤：(b1)基于针对待形成的旋转部件的部分的指定无量纲标准而从多个进料源确定金属进料源，(b2)选择所确定的金属进料源；和(b3)将金属进料从选择的金属进料源输送到所述心轴的表面上。4.如权利要求3所述的方法，其中确定金属进料源的步骤包括：访问所述旋转部件的数字设计文件，使用到目前为止形成的部件的三维位置信息以定位数字设计文件的与待形成的旋转部件的部分对应的相关部分，并且从所述数字设计文件的相关部分读取指定标准。5.如权利要求3或4所述的方法，其中所述数字设计文件将所述旋转部件分成以所述旋转部件的旋转轴线为中心的多个同心环，所述环可具有不同的指定标准，以便基于包括待形成的旋转部件的部分的环而确定和选择进料源。6.如权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述指定标准包括硬度因子，所述硬度因子指示所述旋转部件的该部分所需的材料硬度。7.如权利要求3至6中任一项所述的方法，其中所述方法包括在形成期间监测所述旋转部件的旋转角度，以使得能够从所述数字设计文件的相关部分中正确地选择金属进料源。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述环的径向厚度在75微米至3毫米的范围内。9.如权利要求3至8中任一项所述的方法，其中所述金属进料源包括多个源，每个源具有不同的金属进料组合物，在所述金属进料源被输送和暴露至高能量释放之后，该不同的金属进料组合物与不同的指定标准相关联。10.如权利要求9所述的方法，其中所述多个金属进料源中的一个包括用于所述旋转部件的高磨损区域的耐磨金属，并且其余金属进料源中的至少一个包括用于所述叶轮的经受比所述高磨损区域较少的磨损的区域的可选组合物。11.如权利要求3至8中任一项所述的方法，其中所述金属进料源包括多个源，其包括基础合金进料源和多个合金成分进料源，并且其中步骤(b1)包括确定基础合金进料源与一种或多种合金成分进料源的混合，这将为金属进料源提供具有用于待形成的旋转部件的部分的指定标准。12.如权利要求11所述的方法，其中所述多种合金成分进料源包括可溶于所述基础合金的合金成分，并且包括不溶于所述基础合金的合金成分。13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中改变所述金属进料的组合物，以在所述叶轮上提供具有在高磨损区域和低磨损区域之间的耐磨性的分级组合物。14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述高能量释放是激光束、电子束或电弧。15.如前述权利要求中任一项的方法，其中金属进料包含金属颗粒，且步骤(b)包括将熔融金属颗粒的流股输送到心轴或表面层。16.如权利要求15所述的方法，其中金属颗粒的流股被夹带在惰性载气中。17.如权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：S特索帕诺斯，
申请(专利权)人：伟尔集团IP有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB