[0001] 本发明涉及水轮机转轮制造技术领域，确切地说涉及对水轮机转轮使用增减材进行制造的方法。

[0002] 水轮机是重要的水电设备是水力发电行业必不可少的组成部分，是充分利用清洁可再生能源实现节能减排、减少环境污染的重要设备，其技术发展与我国水电行业的发展规模相适应。在我国电力需求的强力拉动下，我国水轮机及辅机制造行业进入快速发展期，其经济规模及技术水平都有显著提高，我国水轮机制造技术已达世界先进水平。

[0003] 水轮机转轮是水轮机的重要部件，随着社会的不断发展，水轮机转轮的制造技术也越来越完善。现有的水轮机转轮制造通常至少包括叶片、上冠、下环的制造、装配与组焊过程。而水轮机转轮的精密性和制造成本对于水轮机在使用与制造过程显得尤为重要。

[0004] 现有水轮机转轮的制造通常采用分体式制造方案，即单独加工叶片后与上冠、下环装配、焊接成整体转轮，其缺点在于具有不可避免的装配、组焊误差，转轮整体一致性不好，精度不佳，有大量的焊接、装配作业，效率低下。同时叶片采用铸件，有大量的切削材料浪费。由于曲面复杂、空间狭小，属于数控加工难点，因此几乎无法整体制造。3D打印（即增材制造）带来了新的制造方式，然而其表面粗糙度和尺寸误差一直难以达到高标准，相比机械加工相差很多。为此，现有技术中提出了授权公告号为CN108581397A，授权公告日为2020年2月18日的中国发明专利文献，来解决上述所存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：增减材复合制造涡轮叶片的加工方法包括：增材成形和减材加工；增材成形与减
材加工交替循环进行；增材成形包括：A1、整体建模分层；A2、局部特殊分层；A3、规划增材路径；A4、单周期增材加工；减材加工分为：端铣和侧铣两种加工类型；根据加工类型不同减材加工方法包括：B1、加工区域划分；B2、设置工艺参数；B3、局部特殊参数设置；B4、单周期减材加工；增材成形和减材加工循环重复，直到完成整个涡轮叶片。本发明具有方法新颖、工艺简便、提高加工精度、尤其细节特征精加工、提高加工效率、适用范围广等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的增减材复合制造涡轮叶片的加工方法。

[0005] 上述技术在实际使用过程中，能部分有效地解决涡轮叶片与减材刀具就存在干涉的问题，并且采用增减材复合制造的方法不受叶片高度的限制，不考虑减材刀具与涡轮叶片的干涉问题，采用铣削或磨削等，得到好的表面质量。但由于其采用的方案主要是直接对叶片使用三维建模软件绘制拟制备的金属工件模型，使用切片软件将三维模型切片，无法避免的会出现台阶效应，使得成型件的表面与理论模型表面存在偏差。该技术以相同的层厚对模型分层，其算法较简单，但无法同时满足成型效率和精度的要求，且上述加工方法是对单个叶片的单独加工，对于叶片的加工一致性无法保证，若要适用于水轮机，还需要对上冠、下环的制造、装配与组焊的过程，转轮的整体一致性较差，且本专利采用铣削或磨削等方式，增材之后减材去除的材料较多，存在造成浪费的问题。

[0039] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0040] 除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

[0041] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0042] 实施例1作为本发明的一个较佳实施方式，本发明包括转轮叶片的制造包括以下步骤：
a、将叶片2模型按STL格式导入至增材设备，将叶片2模型按STL格式导入至增材设备，并对该模型进行采用自适应分层切片，先对叶片2模型进行倾斜度分析，再针对叶片2模型成型方向6倾斜度更大的区域采用较小层厚的切片，针对叶片2模型成型方向6倾斜度更小的区域采用较大层厚的切片，确定增材制造参数，设定增材制造参数完成；
b、设定分层参数、加工速度、保护气体充盈、高能束的能量大小、持续时间、运动轨迹划分、加工过程中的温度控制和保护气体控制完成后，利用等离子束制造所有叶片2至设定好的层数；
c、增材所有叶片2至设定好的层数后，利用多轴数控加工刀具切削进行对所有叶
片2同步进行加工，去除多余的余量，并修正叶片2变形，叶片2修正完成后，再次利用等离子束增材制造所有叶片2至下一设定的层数；
d、循环上述增材所有叶片2至设定好的层数，利用刀具切削对所有叶片2同步进行加工，去除多余的余量，并修正叶片2完成变形的步骤，直至所有的叶片2整体完成并修正完成，直至所有的叶片2整体完成并修正完成；
所述的转轮叶片2经增减材复合加工完成后，与制造好的上冠3和下环1分别组焊
形成整体转轮。

[0043] 实施例2作为本发明的最佳实施方式，参照说明书附图4和附图5，包括以下步骤：
a、对转轮上冠3进行加工；
b、将叶片2模型按STL格式导入至增材设备，将叶片2模型按STL格式导入至增材设备，并对该模型进行采用自适应分层切片，先对叶片2模型进行倾斜度分析，再针对叶片2模型成型方向6倾斜度更大的区域采用较小层厚的切片，针对叶片2模型成型方向6倾斜度更小的区域采用较大层厚的切片，确定增材制造参数，设定增材制造参数完成；
c、设定分层参数、加工速度、保护气体充盈、高能束的能量大小、持续时间、运动轨迹划分、加工过程中的温度控制和保护气体控制完成后，通过多轴联动增材的方式利用电子束于转轮上冠3上直接同步制造所有的叶片2至设定好的层数；
d、多轴联动增材所有的叶片2至设定好的层数后，利用多轴数控加工刀具切削对
所有叶片2同步进行多轴联动减材加工，去除多余的余量，保证光洁度至一定要求，并修正叶片2变形叶片2修正完成后，再次利用电子束多轴联动增材制造所有叶片2至下一设定的层数；
e、循环上述增材所有叶片2至设定好的层数，利用刀具切削对所有叶片2同步进行加工，去除多余的余量，并修正叶片2完成变形的步骤，直至所有的叶片2整体完成并修正完成，上述步骤中每两次相邻刀具切削进行加工的减材过程中设置有部分重叠区域，直至所有的叶片2整体完成并修正完成；
f、与加工后的下环1装配和组焊形成整体转轮。

[0044] 实施例3作为本发明的另一较佳实施例，包括以下步骤：
a、对转轮上冠3进行加工；
b、将叶片2模型按STL格式导入至增材设备，并对该模型利用STL模型中的三角面
片三个顶点的三维坐标以及其单位法向量数据作为判定特征，及先采用最大分层厚度对STL模型进行切片，然后查找与当前切片层中所有相交的三角形面片的特征三角面片作为本层的表征三角面片，然后通过“尖端高度方法”来判定是否需要再次细分的层厚，同时再判定当前层是否含有特征面，特征线，以及特征点，如果有，则以最小的分层高度对当前层进行再次细分的自适应分层对叶片2进行切片，确定增材制造参数，设定增材制造参数完成；
c、设定激光功率、扫描速度、扫描间距、扫描路径、保护气体控制完成后，通过多轴联动增材的方式利用激光于转轮上冠3上直接同步制造所有的叶片2至设定好的层数；
d、多轴联动增材所有的叶片2至设定好的层数后，利用多轴数控加工使用刀具切
削对所有叶片2同步进行多轴联动减材加工，去除多余的余量，保证光洁度至一定要求，并修正叶片2变形叶片2修正完成后，再次利用激光多轴联动增材制造所有叶片2至下一设定的层数；
e、循环上述增材所有叶片2至设定好的层数，利用刀具切削对所有叶片2同步进行加工，去除多余的余量，并修正叶片2完成变形的步骤，直至所有的叶片2整体完成并修正完成，直至所有的叶片2整体完成并修正完成；
f、与加工后的下环1装配和组焊形成整体转轮。

[0045] 实施例4作为本发明的又一较佳实施方式，参照说明书附图6，包括以下步骤：
a、对转轮上冠3进行加工；
b、将叶片2模型按STL格式导入至增材设备，将叶片2模型按STL格式导入至增材设备，并对该模型进行采用自适应分层切片，先对叶片2模型进行倾斜度分析，再针对叶片2模型成型方向6倾斜度更大的区域采用较小层厚的切片，针对叶片2模型成型方向6倾斜度更小的区域采用较大层厚的切片，确定增材制造参数，设定增材制造参数完成；
c、设定分层参数、加工速度、保护气体充盈、高能束的能量大小、持续时间、运动轨迹划分、加工过程中的温度控制和保护气体控制完成后，通过三轴联动增材的方式利用等离子束于转轮上冠3上直接同步制造所有的叶片2至设定好的层数；
d、三轴联动增材所有的叶片2至设定好的层数后，利用三轴立式加工使用刀具切
削对所有叶片2同步进行三轴联动减材加工，去除多余的余量，保证光洁度至一定要求，并修正叶片2变形叶片2修正完成后，再次利用等离子束三轴联动增材制造所有叶片2至下一设定的层数；
e、循环上述增材所有叶片2至设定好的层数，利用刀具切削对所有叶片2同步进行加工，去除多余的余量，并修正叶片2完成变形的步骤，直至所有的叶片2整体完成并修正完成，上述步骤中每两次相邻刀具切削进行加工的减材过程中设置有部分重叠区域，直至所有的叶片2整体完成并修正完成；
f、与加工后的下环1装配和组焊形成整体转轮。

[0046] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。