一种中空离心叶轮制造方法

本发明涉及先进制造，具体涉及一种中空离心叶轮制造方法。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、整体式中空离心叶轮是涡喷发动机核心零部件，主要由叶轮的轮毂、叶片、包覆面及叶根圆角等部分组成，其轮毂内部呈空心结构，采用传统制造工艺存在刀具不可达的技术瓶颈。增材制造工艺有效解决刀具不可达的问题，但普遍存在表面质量和成形精度不高的技术瓶颈，难以独立应用于具有高精度完全封闭的中空内腔结构整体式中空离心叶轮的制造。此外，目前采用传统的材料和结构件的制备技术，成分和结构难以按照设计精准控制，其力学性能和功能特性难以按照设计精确调控，采用增减材复合制造工艺制备功能梯度材料能够解决上述问题，例如中国专利申请cn113414409a公开了一种梯度功能减振降噪复合材料增减材复合制造方法，通过数模分层、路径规划及空心球排列方式，并结合减材加工工艺实现梯度功能减振降噪复合材料制造。但该专利申请梯度功能主要靠额外预制金属球实现，工序复杂，效率较低；且未考虑金属球与熔化沉积层结合强度，对其他复杂结构零部件例如中空离心叶轮也不适用，综上所述，开发一种既能成形各种功能梯度材料的复杂结构，又能保证零件表面质量与尺寸精度的新型制造方法是十分必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种中空离心叶轮制造方法，工序简单，效率高，适用于中空离心叶轮的制造。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、本发明的实施例提供了一种中空离心叶轮制造方法，包括以下步骤：

4、制备多个梯度的复合材料粉末；

5、建立中空离心叶片的三维实体模型，并对三维实体模型进行逐层切片，获取每层切片的几何信息；

6、根据切片的几何信息，逐层对中空离心叶片的多个切片利用切片对应梯度的复合材料粉末进行激光熔覆增材沉积，直至中空离心叶轮整体沉积完成，其中，同一个梯度复合材料粉末对应的多个切片激光熔覆沉积完成后，对形成的沉积层进行减材加工。

7、可选的，所述切片的厚度为0.6mm-0.8mm。

8、可选的，所述复合材料粉末由ss316不锈钢粉末和镍基高温合金718粉末混合而成，不同梯度的复合材料粉末中ss316不锈钢粉末和镍基高温合金718粉末的配比不同。

9、可选的，ss316不锈钢粉末的粒径为58um-62um，镍基高温合金718粉末的粒径为80um-84um。

10、可选的，将多种材料粉末按照设定配比混合后，在95℃-105℃条件下烘干10-12小时，完成对应梯度的复合材料粉末的制备。

11、可选的，减材加工包括端铣和侧铣，其中沉积层的上表面的目标加工区域采用端铣加工，沉积层侧面的目标加工区域采用侧铣加工。

12、可选的，减材加工时，铣削速度为80-120m/min，侧吃刀量0.05-0.3mm，每齿进给量0.1-0.5mm。

13、可选的，激光熔覆增材沉积前，去除基板表面的氧化物杂质，并利用丙酮对基板表面进行清洗，清洗完成后在基板上进行激光熔覆增材沉积。

14、可选的，激光熔覆增材沉积时，激光功率为1000-2000w，扫描速度为7-9mm/s，搭接率为30％-50％，送粉率为10-12g/min。

15、可选的，每个梯度复合材料粉末对应的沉积层利用激光熔覆增材完成后，对形成的沉积层上表面进行铣削加工。

16、本发明的有益效果如下：

17、1.本发明的中空离心叶轮制造方法，采用激光熔覆沉积增材和减材加工交替进行的方式进行制造，融合了激光直接能量沉积制造和传统减材铣削加工制造，两种工艺优势互补，实现具有高精度复杂内腔结构中空离心叶轮的精密制造，而且本发明的制造方法，每个切片层采用对应梯度的复合材料制成，所有切片层沉积完成后，形成梯度功能材料的工件，无需利用额外的加工手段来形成材料梯度功能，工序简单，生产效率高，适用于中空离心叶轮等复杂零部件的制造。

18、2.本发明的中空离心叶轮制造方法，采用激光熔覆沉积的方法来进行增材制造，生产周期短，成本低，适用于中空离心叶轮等体积较大的零部件的制造。

技术特征：

1.一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，所述切片的厚度为0.6mm-0.8mm。

3.如权利要求1所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，所述复合材料粉末由ss316不锈钢粉末和镍基高温合金718粉末混合而成，不同梯度的复合材料粉末中ss316不锈钢粉末和镍基高温合金718粉末的配比不同。

4.如权利要求3所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，ss316不锈钢粉末的粒径为58um-62um，镍基高温合金718粉末的粒径为80um-84um。

5.如权利要求1所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，将多种材料粉末按照设定配比混合后，在95℃-105℃条件下烘干10-12小时，完成对应梯度的复合材料粉末的制备。

6.如权利要求1所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，减材加工包括端铣和侧铣，其中沉积层的上表面的目标加工区域采用端铣加工，沉积层侧面的目标加工区域采用侧铣加工。

7.如权利要求6所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，减材加工时，铣削速度为80-120m/min，侧吃刀量0.05-0.3mm，每齿进给量0.1-0.5mm。

8.如权利要求1所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，激光熔覆增材沉积前，去除基板表面的氧化物杂质，并利用丙酮对基板表面进行清洗，清洗完成后在基板上进行激光熔覆增材沉积。

9.如权利要求1所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，激光熔覆增材沉积时，激光功率为1000-2000w，扫描速度为7-9mm/s，搭接率为30％-50％，送粉率为10-12g/min。

10.如权利要求1所述的一种中空离心叶轮制造方法，其特征在于，每个梯度复合材料粉末对应的沉积层利用激光熔覆增材完成后，对形成的沉积层上表面进行铣削加工。

技术总结
本发明涉及一种中空离心叶轮制造方法，包括以下步骤：制备多个梯度的复合材料粉末；建立中空离心叶片的三维实体模型，并对三维实体模型进行逐层切片，获取每层切片的几何信息；根据切片的几何信息，逐层对中空离心叶片的多个切片利用切片对应梯度的复合材料粉末进行激光熔覆增材沉积，直至中空离心叶轮整体沉积完成，其中，同一个梯度复合材料粉末对应的多个切片激光熔覆沉积完成后，对形成的沉积层进行减材加工，本发明的制造方法工序简单，适用于中空离心叶轮的制造。

技术研发人员：杨玉莹,屈硕硕,许崇海,陈照强,衣明东,苏伟光
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15