[發(fā)明專利]一種空腔渦輪盤的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710439200.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN107457529B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永康;楊青天;蔡顯新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23P15/00
• 分類號(hào): B23P15/00;B22F3/105;B22F3/24;B22F5/00;B33Y10/00
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明采用連續(xù)激光熔敷高溫合金粉末、脈沖激光沖擊鍛打復(fù)合加工技術(shù)加工含有空腔的渦輪盤，使得成形件的綜合性能不低于鍛造件的綜合性能，在成形空腔渦輪盤的過(guò)程中，同時(shí)進(jìn)行空腔和渦輪盤表面的高精度銑削，一次成形，工藝精簡(jiǎn)，該方法屬于典型的增材制造工藝，材料利用率高，制造效率高，而且不需要大型擠壓設(shè)備，運(yùn)行費(fèi)用較低，空腔渦輪盤減重效果明顯，對(duì)發(fā)展高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種渦輪盤的制造方法，具體涉及一種空腔渦輪盤的制造方法。

背景技術(shù)

渦輪盤是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主要零件之一，作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心轉(zhuǎn)動(dòng)部件，其承受著高溫和高應(yīng)力的疊加作用，工作條件極為苛刻，制備工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，長(zhǎng)期以來(lái)都是我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的難點(diǎn)之一。

當(dāng)前，粉末高溫合金渦輪盤件制造技術(shù)是先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)志之一，西方國(guó)家現(xiàn)役軍用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)很多都采用了超塑性等溫鍛造的粉末高溫合金渦輪盤。目前世界上只有美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、法國(guó)和德國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握了粉末高溫合金部件的生產(chǎn)技術(shù)。粉末高溫合金渦輪盤件的生產(chǎn)工藝主要有粉末熱擠壓+超塑性鍛造成形、直接熱等靜壓成形和熱等靜壓(HIP)+鍛造成形。

由于上述三種生產(chǎn)工藝要求具有大噸位的擠壓設(shè)備，還要求具有全封閉的等溫鍛造壓機(jī)及裝置，投資巨大，運(yùn)行費(fèi)用較高，而且渦輪盤坯件制作工藝復(fù)雜，耗時(shí)耗力。鍛造成形的渦輪盤，是一種實(shí)體渦輪盤，對(duì)制造高推比發(fā)動(dòng)機(jī)貢獻(xiàn)較小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種空腔渦輪的制造方法，該方法利用連續(xù)激光束作為熱源，熔敷高溫合金粉末成形渦輪盤，同時(shí)采用脈沖激光束對(duì)熔敷金屬層進(jìn)行沖擊鍛打，消除熔敷層內(nèi)的殘余應(yīng)力，提高熔敷層的綜合機(jī)械性能，在熔積成形數(shù)層后利用銑刀對(duì)渦輪盤空腔表面進(jìn)行銑削加工，消除空腔壁上的應(yīng)力集中源，同時(shí)對(duì)已熔積成形的渦輪盤外表面進(jìn)行銑削加工，以滿足渦輪盤表面粗糙度的要求，當(dāng)空腔無(wú)法容納銑刀加工時(shí)，停止內(nèi)部空腔的銑削，只對(duì)渦輪盤的外表面進(jìn)行銑削，直至整個(gè)渦輪盤加工完成。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種空腔渦輪的制造方法，包括以下步驟：

(1).在三維繪圖軟件中繪制空腔渦輪盤的3D模型，然后對(duì)3D模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成加工代碼；

(2).連續(xù)光束激光器與送粉送氣系統(tǒng)根據(jù)加工代碼，激光束照射金屬粉，由機(jī)械臂控制光內(nèi)同軸送粉裝置根據(jù)加工路徑掃描加工基板，進(jìn)行熔敷成形，同時(shí)短脈沖激光緊隨連續(xù)激光束對(duì)熔敷區(qū)進(jìn)行激光沖擊鍛打；

(3).當(dāng)熔敷層達(dá)到一定高度時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)加工基板至銑床工作區(qū)，利用銑刀對(duì)渦輪盤進(jìn)行銑削加工；

(4).銑削完后對(duì)渦輪盤進(jìn)行清理，然后由機(jī)器人將加工基板再移至激光加工區(qū)，進(jìn)行后續(xù)的激光熔敷-激光沖擊鍛打作業(yè)；

(5).重復(fù)步驟(2)(3)(4)，如此循環(huán)，直至整個(gè)三維實(shí)體的制造完成。

優(yōu)選地，所述機(jī)械臂由數(shù)控系統(tǒng)控制，所述數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)接收的加工代碼控制所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述的送粉送氣系統(tǒng)輸送的粉是制造渦輪盤用的高溫合金金屬粉，輸送的氣是保護(hù)氣體氮?dú)猓凰龅墓鈨?nèi)同軸送粉裝置外側(cè)有所述的保護(hù)氣體氮?dú)庑纬傻沫h(huán)形氣簾，以保護(hù)熔融金屬不被氧化。

優(yōu)選地，所述的連續(xù)激光的參數(shù)可調(diào)，所述參數(shù)包括能量密度、光斑形狀(圓形或方形)及大小、移動(dòng)速度，所述的脈沖激光的參數(shù)可調(diào)，所述參數(shù)包括脈沖能量、脈沖寬度、脈沖頻率、光斑形狀(圓形或方形)及大小、移動(dòng)速度；所述脈沖激光沖擊鍛打的熔敷區(qū)存在一個(gè)區(qū)間范圍，所述區(qū)間范圍由所述熔敷區(qū)的溫度界定，所述的溫度界定為所述高溫合金熔點(diǎn)溫度的0.5倍至0.8倍的溫度區(qū)間，即溫度在0.5倍至0.8倍的高溫合金熔點(diǎn)溫度的熔敷區(qū)為脈沖激光沖擊鍛打區(qū)域，所述的溫度區(qū)間由紅外溫度檢測(cè)儀測(cè)定。