用于相匹配的、符合流體技術的表面加工方法技術

用于加工位于帶有整體葉片的轉子單元上的相匹配的、符合流體技術的表面的方法，轉子帶有輪轂和至少一個葉片凸緣，在接合區具有部件余量并材料合理的接合以后經過機械去除，其中至少一個實際表面以測量技術被確定，并被加工成與實際表面相匹配的表面。以測量技術的確定和加工在一臺加工設備上在一次轉子單元夾緊下進行。各加工部位的理論表面以被存儲數據的形式提供使用。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及權利要求1前序部分所述的用于在帶有整體葉片的轉子單元上加工出相匹配的、符合流體技術的表面的方法。帶有整體葉片的轉子單元的葉片例如通過焊接、鍛造、釬焊或粘接等材料合理地并無縫隙地與輪轂連接，在一般情況下這種轉子單元由于在強度、重量和結構體積上具有優點，因此被越來越多地應用于先進的渦輪機械設計。這里主要涉及在基本上軸向通流的轉子中一般常見的、形狀連接的渦輪葉片固定(例如以樅樹葉斷面或燕尾形斷面固定)的更換。如同早已承認的那樣，對于帶有整體葉片的轉子單元比起形狀連接的結構形式，不僅葉片固定/葉片安裝而且葉片修復/葉片更換都是昂貴而困難的。因此需要改進或研究新型的加工和修復方法，其中直線摩擦焊接提供了一種特別顯著而重要的范例。盡管其名稱為焊接，但是這種接合方法在金屬工藝上與其歸入焊接不如歸入鍛造。另一種接合方法是感應焊接，其中根據電感加熱通過接合壓力同樣產生細顆粒的“鍛造接合”。釬焊和粘接方法從原理上同樣是可行的，但是至少在接合區會形成熱學和力學上的“弱點”。現實的接合方法全都要求，至少要被接合部件之一在接合區處留有余量。這種要求可以通過部件夾緊和力傳導的形式來實現，如同在直線摩擦焊接情況下，或者通過下述準則來實現，即接合區應該全部可再加工，尤其是為了補償幾何形狀接合誤差。在接合過程本身在通常情況下出現的材料(例如摩擦焊接中的“余料”)，最終同樣必須被去除。在各種情況下至少接合區處通過其表面輪廓上的材料去除被再加工和最優化，在此要注意符合流體技術和強度要求。此外要被加工的表面要適配于現有實際表面，為此必須從測量技術方面考慮實際表面。在現代高效加工領域中測量值被符合計算技術的存儲，要被加工的表面空間地被計算并通過機械去除而成形，在此所有三個步驟“測量”、“計算”和“加工”都是以相互聯系的數據處理為基礎的。由歐洲的公開文本EP 0 837 220 A2可知一種用于修復磨損的壓縮機和渦輪機葉片的葉片頂端的方法，在這種方法中磨損的葉片頂端以確定的半徑高度h被去掉并通過根據輪廓精確匹配的修復輪廓而替換，修復輪廓的固定通過釬焊或焊接實現。磨損部位被去掉后測量在斷開面、而同時也是后來的接合面部位上的剩余葉片的實際幾何尺寸，并根據這些測量數據加工成精確匹配的修復輪廓，優選通過三維切削控制條件下的激光切割來進行加工。此外剩余葉片表面從帶修復輪廓的斷開/接合面在半徑方向上直至葉片頂端全部呈切向直線連續。如果確實如此，則只需在釬焊處或焊縫處進行再加工。放棄微不足道的再加工優點不談這種方法還有優點，即葉片在局部修復以后可以繼續應用而不必更換。這種提供了特殊“修補”形式的方法也適合于帶有整體葉片的轉子單元，但是只適用于葉片頂端處的修復。受方法的限制只能制造相匹配的表面，這種表面的外形線在高度方向上是直線形的(通過直線激光切割)，而不適應于任意的空間曲面，例如從葉片到輪轂的過渡區。修復部件的表面輪廓通過激光加工成最終尺寸必需在其固定在剩余葉片上以前進行，以至于幾何形狀上的接合誤差幾乎不再可能被補償(不存在可加工的余量)。修復部件/修補片在接合以后通過激光切割加工成最終尺寸是不可能的，因為從葉片頂端徑向向中心切割的激光射線將至少部分地侵入剩余葉片并損傷剩余葉片。德國的公開文本DE 40 14 808 A1涉及一種用于機械加工工藝自動化的機械識別系統/視覺系統。該系統能夠具體應用于通過激光-焊藥-堆焊修整磨損的渦輪機葉片頂端。葉片頂端具有特殊的幾何形狀，其中薄的、包圍輪廓的葉片外壁在徑向上突出于本身的端面。當在渦輪機殼體里或殼體襯層里擦過時突出的葉片壁受到磨損，這種磨損可以通過堆焊去除。磨損的葉片壁-端面棱邊首先被磨光，即被找平并磨光。由端面棱邊構成的、成形的環面通過照相機以光電技術確定并以局部確定的厚度(寬度)換算成數學環形曲線。數據直接用于控制焊接工藝，其中局部的材料覆層(焊藥流量、激光強度)要適配于當時的剩余葉片壁厚度。由此使缺陷通過材料覆層與至少鄰近的平整的端面連續成外部和內部的實際輪廓，其中肯定需要某種再加工。在德國雜志“Werkstatt und Betrieb”第129期(1996)第672-674頁上以“壓縮機葉片和渦輪機葉片自動修復”為題描述了葉片頂端和葉片棱邊通過燒焊的修復。其中各葉片靠近焊縫的空間實際曲線被分成多段掃描并存儲。實際曲線通過計算連續到燒焊部位并通過數控設備來加工。其中葉片頂端上的特殊幾何形狀，如彎曲或折拐的外形線也可以被考慮到。例如主葉片上的這種特殊幾何形狀被掃描和存儲。帶有誤差的實際幾何形狀與主葉片幾何形狀之間的“智能”補償也被提示。盡管如此專業人員不能獲得直觀的指示，這種補償應該如何實現。在帶有整體葉片的轉子單元中，用于相匹配的表面加工的幾何形狀區域可能延伸于整個環室高度，即從輪轂直到葉片頂端。在此從時間順序上來看第一種應用情況是新部件加工，在新部件的范圍內葉片、優選大部分已被加工過的葉片以接合技術與輪轂連接，并至少在緊靠輪轂的接合區的部位平整成形為相匹配的表面。在轉子運行中可能產生磨損現象和損傷，這就需要修復。在最嚴重的情況下將更換整個葉片，而更多情況下則只更換大部分或少部分葉片部件或部位。當然在大多數情況下更換葉片的進入棱邊和排出棱邊以及葉片頂端。被損傷的部位被去除，例如通過激光切割，并更換成帶有余量的部件或修補片。如果葉片材料只有很微小的損傷，只采用帶有余量的材料覆層可能就足以了，例如通過激光焊藥-堆焊，而不需要徹底更換部件。在實踐中經常采用“葉片更換”，“葉片部件更換/修復”和“材料覆層”這些措施的組合是更有意義的，因為在較長時間的運行狀態下可能產生不同的損傷形式。出于這種狀況本專利技術的任務在于，提供一種在帶有整體葉片的轉子單元上相匹配的、符合流體技術的表面加工方法，這種方法同樣適用于新部件加工和修復，這種方法可以應用到整個葉片表面直到緊靠輪轂附近、包括直到輪轂的過渡區，這種方法在考慮到最小曲率的情況下能夠形成任意彎曲的、無臺階并無拐點的表面，這種方法允許不同形式的材料去除以及在此之前進行的接合或材料覆層，這種方法能夠特別精確、快速而經濟的運行。這個任務通過權利要求1表征的特征組合并結合前序部分中所述的特征而解決。按照特征A，在轉子單元恒定夾緊在一個循環里時實現在一臺加工設備上的測量技術確定和加工。由此提高加工精確度，縮短加工周期。基于特征B加工設備“識別”了各要被加工部位的理論表面以及最佳的、力爭實現的部件輪廓。按照特征C測量技術實際數據和給定的理論數據首先有系統的轉化成計算技術上的、空間的表面，接著轉化成現實的被加工部件表面，其中附屬特征a至c限定細節。附屬特征a確定了要被加工的表面與實際表面或所謂的修復表面之間的過渡方式，修復表面全部固定在部件實際表面以內并被加工。附屬特征b限定了要被加工表面的范圍特征，其中數字的/理論上的要求在實踐中盡可能符合加工技術的實現，即盡可能符合其所耗費用的實現。附屬特征c考慮到這些情況，在這些情況里理論表面(理論位置上的理論輪廓)不能或不能完全被制造而是盡可能接近相對于理論位置上的理論表面。對于專業人員來說這是很明確的，現實的機械加工過程受硬件和軟件條件的限制可能導致并經常導致相對于理論上/數學上要求的偏差。但是通過可靠的而精本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于加工位于帶有整體葉片的轉子單元上的相匹配的、符合流體技術的表面的方法，轉子優選為軸向結構形式，轉子帶有輪轂并帶有至少一個葉片凸緣，在至少一個葉片與輪轂和／或至少一個葉片部件與至少一個葉片材料合理地接合以后和／或在材料合理的、局部的材料覆層以后經過機械去除，其中至少這些部件的一個或材料覆層的一部分在去除前在接合區域部位上整個或局部地分別具有余量，尤其是在渦輪機新部件加工和被稱為葉片輪（Ｂｌｉｓｋｓ （Ｂｌａｄｅｄ Ｄｉｓｋｓ））和葉片環（Ｂｌｉｎｇｓ （Ｂｌａｄｅｄ Ｒｉｎｇｓ））的修復范圍內具有余量，其中以測量技術確定至少一個被稱為局部部件輪廓的實際表面，而加工一個符合流體技術和加工技術地有效形成接合區的、與實際表面相匹配的、符合流體技術的表面，這種組合具有下列特征：Ａ）至少一個實際表面（Ｉ１至Ｉ６）的 測量技術確定和至少一個相匹配的表面（０１，０３至０６）的加工在加工設備上在轉子單元（１，２，３）保持不變的夾緊條件下而實現，即在一個相關的測量、計算和加工循環中實現，Ｂ）從葉片頂端（１２，１３）直到靠近輪轂（４，５，６）的各個要被加工部 位的沿徑向外切理論位置上的理論輪廓的理論表面（Ｓ３至Ｓ７）在形式上被處理成可供加工設備使用的存儲數據，Ｃ）從至少一個以測量技術確定的、延伸到接合區（１４至１７）附近的、在幾何尺寸上大部分包括誤差的實際表面（Ｉ１至Ｉ６）分別按照下面的標準 被計算成越過接合區（１４至１７）延伸的表面（０１，０３至０６）并通過去除被加工：ａ）要被加工的、符合流體技術的表面（０１，０３至０６）切向地（盡可能十分連續的）接近到每個點，即沒有拐點和臺階、以直線和／或以局部可變的可預先給定的最小曲率 接近到至少一個實際表面（Ｉ１至Ｉ６）和／或接近到一個首先是理論上的修復表面（Ｒ），其中修復表面被定義為相對于被測量的實際表面（Ｉ４）以局部可變的可預先給定的最小距離在部件內被限定和加工，ｂ）要被加工的、符合流體技術的表面（０１，０３至０ ６）最大可能地對應于數學連續的、立體的、至少大部分彎曲的表面，該表面在每個點上具有局部的和／或取決于方向可變的可預先給定的最小曲率，ｃ）在每個部位，在這些部位要被加工的、符合流體技術的表面（０１，０３至０６）可能由于ａ）和／或ｂ）和／或 局部的部件偏差的原因沒有或沒有完全對應于沿徑向外切理論位置上的理論輪廓的理論表面（Ｓ３至Ｓ７），表面（０１，０３至０６）在考慮...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P梅青格，R斯特爾策，R海默爾，G穆沙爾，A格萊澤爾，
申請(專利權)人：MTU飛機發動機有限公司，
類型：發明
國別省市：DE[德國]