冲击式水轮机转轮的制造工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104625650A(43)申请公布日2015.05.20(21)申请号201510030647.3(22)申请日2015.01.21(71)申请人重庆科技学院地址401331重庆市沙坪坝区虎溪大学城重庆科技学院申请人胡竞(72)发明人胡桂川(74)专利代理机构北京鸿元知识产权代理有限公司11327代理人王玉芝姜萤(51)Int.Cl.B23P15/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称冲击式水轮机转轮的制造工艺(57)摘要本发明工况了一种冲击式水轮机转轮的制造工艺，本工艺按以下步骤进行：制造转轮的锻造毛坯：进行转轮的三维实体造型设计，构建转轮轮盘以及轮盘与水斗连接区域的实体模型，精炼制造转轮的不锈钢，并浇铸钢锭，锻造轮盘以及轮盘与水斗连接区域，并进行正火、回火处理，得到锻造毛坯；对锻造毛坯进行机械粗加工到精加工所要求的尺寸精度和表面粗糙度；对工件进行水斗形状的机器人堆焊；对工件进行机械精加工，得到成品转轮。本工艺提高了水轮机转轮的材质性能和整体强度，增加了冲击式水轮机转轮性能和使用寿命，降低了水轮机转轮的生产成本。CN104625650ACN104625650A权利要求书1/2页1.一种冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于，本工艺按以下步骤进行：步骤1)制造转轮的锻造毛坯：1.1根据所需制造的转轮的形状参数，利用机械设计软件进行转轮的三维实体造型设计；1.2根据转轮在射流冲击下、高速旋转一周的过程中，转轮的应力、变形及其分布规律，构建转轮轮盘以及轮盘与水斗连接区域的实体模型，利用该实体模型设计锻造毛坯图，锻造毛坯的两个端面设计足够的机械加工余量；1.3采用氩氧脱碳法AOD或真空吹氧脱碳法VOD精炼制造转轮的不锈钢，并浇铸钢锭，再根据步骤1.2设计的锻造毛坯图，用浇铸的钢锭采用整体锻造方式锻造轮盘以及轮盘与水斗连接区域，并进行正火、回火处理，得到锻造毛坯；步骤2)对步骤1)所得的锻造毛坯进行机械粗加工：采用普通机床加工，将锻造毛坯的轮盘部分加工到精加工所要求的尺寸精度和表面粗糙度；采用数控机床加工，将轮盘与水斗连接区域加工到精加工所要求的尺寸精度和表面粗糙度；步骤3)对步骤2)所得的工件进行水斗形状的机器人堆焊：3.1制造堆焊回转工作台及其驱动系统、分度系统；3.2构建需堆焊的水斗部分的三维实体模型，并根据最优堆焊厚度，将水斗部分的三维实体模型切成一系列的二维平面模型；3.3利用步骤3.2切成的二维平面模型，进行机器人的路径规划；3.4利用机器人离线编程技术，进行机器人路径设计；3.5利用熔化极气体保护焊堆焊转轮水斗，通过逐渐叠加二维薄层的方法堆焊出转轮的水斗部分，在完成一个水斗截面的堆积后，旋转堆焊回转工作台进行下一个水斗截面的堆焊，最终堆焊出转轮的所有水斗，堆焊后转轮的水斗区域预留足够的机械加工余量；步骤4)对步骤3)所得的工件进行机械精加工，得到成品转轮。2.根据权利要求1所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：步骤1.2中，利用有限元分析技术分析转轮在射流冲击下、高速旋转一周的过程中，转轮的应力、变形及其分布规律。3.根据权利要求1所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：对步骤1)所得的锻造毛坯的两个端面进行超声波探伤，保证进入步骤2)的锻造毛坯没有白点、裂纹、缩孔缺陷。4.根据权利要求1所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：对步骤2)所得的工件进行超声波检查，保证进入步骤3)工件的轮盘与水斗连接区域没有裂纹、缩孔缺陷。5.根据权利要求1所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：步骤3.1中，堆焊回转工作台通过步进电机进行驱动，根据转轮的水斗数量用分度头实现分度。6.根据权利要求1所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：步骤3.5中，利用熔化极气体保护焊堆焊转轮水斗，堆焊过程中，采用连续等速送进可熔化的焊丝，以电弧作为热源来熔化焊丝、形成熔池和焊缝的弧焊成型方法进行转轮水斗堆焊。7.根据权利要求6所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：步骤3.5中，以2CN104625650A权利要求书2/2页机器人为主体，配合多自由度变位机及相关的焊接传感控制器件，在中央计算机的综合控制下，实现堆焊接规划、离线编程、图形仿真及焊接参数的在线调整。8.根据权利要求7所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：步骤3.5中，利用红外测温仪，采用红外线点测温的扫描方式，对焊接熔敷成型部位进行温度预测及分析，有针对性地对金属成型过程中的温度进行在线监测，为金属成型过程控制提供依据。9.根据权利要求1所述的冲击式水轮机转轮的制造工艺，其特征在于：步骤4)中，利用多轴数控机床对步骤3)所得的工件进