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      一種分子泵轉(zhuǎn)子及其制造方法與流程

      文檔序號(hào):11128722閱讀:980來源:國知局
      一種分子泵轉(zhuǎn)子及其制造方法與制造工藝

      本發(fā)明屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域,具體是涉及一種分子泵轉(zhuǎn)子。



      背景技術(shù):

      在做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各類真空泵中,分子泵是一種結(jié)構(gòu)縝密,方法要求高的泵,其原理是靠高速運(yùn)動(dòng)的剛體表面?zhèn)鬟f給氣體分子以動(dòng)量,使氣體分子在鋼體表面的運(yùn)動(dòng)方向上產(chǎn)生定向流動(dòng),從而達(dá)到抽氣的目的。

      渦輪分子泵是由一系列動(dòng)靜相間的葉輪互相配合組成,有的類型還包含旋轉(zhuǎn)鼓桶和槽筒。每個(gè)葉輪的葉片與葉輪水平面成一定角度,動(dòng)片和靜片傾角方向相反。主軸帶動(dòng)葉輪在靜止的定葉片間高速旋轉(zhuǎn),高速旋轉(zhuǎn)的葉片和鼓桶等表面將動(dòng)量傳遞給氣體分子并使其產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)抽氣目的。

      分子泵的轉(zhuǎn)子因?yàn)橐哂袠O高的線速度,在運(yùn)動(dòng)中受離心力極大,對(duì)材料強(qiáng)度要求較高,隨著分子泵轉(zhuǎn)速的要求越來越高,轉(zhuǎn)子所承受的離心力也越來越大,較軟的鋁合金已經(jīng)逐漸無法滿足強(qiáng)度要求,且抗腐蝕性差。現(xiàn)在分子泵轉(zhuǎn)子的加工方式一般為五軸加工中心銑削加工,加工時(shí)間長,成本也較高,而且五軸加工中心的投入更是巨大。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      為了解決以上問題,本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:

      一種分子泵轉(zhuǎn)子,包括葉片和芯軸,其中,所述葉片與所述芯軸一體化成型,并且所述葉片與所述芯軸由鈦合金材料制成。

      所述葉片為上下分層設(shè)置的多層葉片,并環(huán)繞設(shè)置在所述芯軸的側(cè)面圓周上,所述每層組葉片包括多個(gè)葉齒,每層組葉齒相同,所述葉齒與所述芯軸圓形截面之間具有傾斜角。

      所述每層組葉片中葉齒與芯軸圓形截面的傾斜角度沿芯軸的上底面至下底面逐漸減小,所述每層組葉片中葉齒的數(shù)目沿芯軸的上底面至下底面逐漸增大。

      所述轉(zhuǎn)子還包括主軸,所述主軸與所述葉片、所述芯軸一體化成型,所述主軸由鈦合金材料制成。

      所述轉(zhuǎn)子還包括鼓桶,所述鼓桶與所述葉片、所述芯軸一體化成型,所述鼓桶為鈦合金材料制成。

      所述轉(zhuǎn)子還包括鼓桶,所述鼓桶、所述葉片、所述芯軸和所述主軸一體化成型,所述鼓桶為鈦合金材料制成。

      所述鈦合金材料為TC、TB或TA系列。

      一種制造如權(quán)利要求1-7中任一所述分子泵轉(zhuǎn)子的方法,其中,包括如下步驟:

      (1)制作鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯:設(shè)計(jì)分子泵轉(zhuǎn)子的三維模型,然后通過切片軟件對(duì)該轉(zhuǎn)子三維模型進(jìn)行切片分層,得到各截面的輪廓數(shù)據(jù),由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑,并導(dǎo)入設(shè)備控制;鋪粉裝置在基板上均勻地鋪一層鈦合金粉末,設(shè)備控制激光束按照當(dāng)前層的填充輪廓線選區(qū)熔化基板上的鈦合金粉末,成形出轉(zhuǎn)子當(dāng)前層的形狀;鋪粉裝置在已加工好的層面上再鋪一層鈦合金粉末,激光束按照模型的下一層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇熔化,如此往復(fù)循環(huán),逐步堆疊成鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯;

      (2)拋光:對(duì)鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯先后進(jìn)行機(jī)械拋光和電化學(xué)拋光,達(dá)到葉片要求的光潔度。

      (3)后加工:在鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯表面銑制動(dòng)平衡孔,并對(duì)關(guān)鍵尺寸及形位公差進(jìn)行車加工和磨加工得到所述分子泵轉(zhuǎn)子。

      所述鈦合金粉末的鋪層厚度為20-100um,激光功率為200-400W,成型速度為5-15cm3/s。

      所述機(jī)械拋光為機(jī)械式振動(dòng)研磨拋光機(jī),磨料為氧化鋁粉、碳化硅粉或鋼珠。

      利用拋光液進(jìn)行所述化學(xué)拋光,拋光液由10%氨基磺酸、87%酰胺和3%糖精鈉組成。

      有益效果:本發(fā)明提供的分子泵轉(zhuǎn)子為鈦合金材料,并采用鈦合金激光一次成型技術(shù)制造而成,轉(zhuǎn)子重量輕,強(qiáng)度高,設(shè)計(jì)容易,加工方便,具有極高的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性。

      附圖說明

      圖1A為本發(fā)明的鈦合金葉片和芯軸一體化成型并設(shè)有主軸連接部的結(jié)構(gòu)圖;

      圖1B為本發(fā)明的鈦合金葉片和芯軸一體化成型并設(shè)有鼓桶連接部的結(jié)構(gòu)圖;

      圖2為本發(fā)明的鈦合金葉片、芯軸和鼓桶一體化成型并設(shè)有主軸連接部的結(jié)構(gòu)圖;

      圖3A為本發(fā)明的鈦合金葉片、芯軸和主軸一體化成型的結(jié)構(gòu)圖;

      圖3B為本發(fā)明的鈦合金葉片、芯軸和主軸一體化成型并設(shè)有有鼓桶連接部的結(jié)構(gòu)圖;

      圖4為本發(fā)明的鈦合金葉片、芯軸、主軸和鼓桶一體化成型的結(jié)構(gòu)圖。

      具體實(shí)施方式

      下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明,但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

      如圖1A所示,一種分子泵轉(zhuǎn)子,包括:葉片01、芯軸02和主軸連接部(圖中未示出),葉片01和芯軸02為鈦合金材料一體化成型的整體結(jié)構(gòu),主軸連接部位于葉片01和芯軸02的內(nèi)部,與主軸相配合,用于將主軸安裝到葉片01和芯軸02一體化成型的結(jié)構(gòu)上,其中,該鈦合金材料可以為TC、TB、TA系列。

      如圖1B所示,一種分子泵轉(zhuǎn)子,包括:葉片01、芯軸02、鼓桶連接部05和主軸連接部(圖中未示出),葉片01和芯軸02為鈦合金材料一體化成型的整體結(jié)構(gòu),主軸連接部位于葉片01和芯軸02的內(nèi)部,與主軸相配合,用于將主軸安裝到葉片01和芯軸02一體化成型的結(jié)構(gòu)上,鼓桶連接部05為圓柱形,位于葉片01和芯軸02的底部,與鼓桶相配合,用于將鼓桶安裝到葉片01和芯軸02的底部。其中,該鈦合金材料可以為TC、TB、TA系列。

      參照?qǐng)D2,一種分子泵轉(zhuǎn)子,包括:葉片01、芯軸02和鼓桶03,并預(yù)留有主軸連接部,葉片01、芯軸02和鼓桶03為鈦合金材料一體化成型的整體結(jié)構(gòu),可另外安裝主軸,其中,該鈦合金材料可以為TC、TB、TA系列。

      如圖3A所示,一種分子泵轉(zhuǎn)子,包括:葉片01、芯軸02和主軸04,葉片01、芯軸02和主軸04為鈦合金材料一體化成型的整體結(jié)構(gòu),其中,該鈦合金材料可以為TC、TB、TA系列。

      如圖3B所示,一種分子泵轉(zhuǎn)子,包括:葉片01、芯軸02、主軸04和鼓桶連接部05,葉片01、芯軸02和主軸04為鈦合金材料一體化成型的整體結(jié)構(gòu),鼓桶連接部05為圓柱形,位于葉片01和芯軸02的底部,并環(huán)繞設(shè)置在主軸04上,鼓桶連接部05與鼓桶03相配合,用于將鼓桶03安裝到葉片01芯軸02和主軸04的一體化結(jié)構(gòu)上。其中,該鈦合金材料可以為TC、TB、TA系列。

      參照?qǐng)D4,一種分子泵轉(zhuǎn)子,包括:葉片01、芯軸02、鼓桶03和主軸04,葉片01、芯軸02、鼓桶03和主軸04為鈦合金材料一體化成型的整體結(jié)構(gòu),其中,該鈦合金材料可以為TC、TB、TA系列。

      如圖1A、1B、2、3A、3B和4所示,芯軸02、鼓桶03和主軸04截面為圓形,葉片01環(huán)繞設(shè)置在芯軸02的側(cè)面圓周上,且上下分層布置,每層葉片包括多個(gè)葉齒,每層中的多個(gè)葉齒均勻分布在芯軸02的側(cè)面圓周上,每層中葉齒具有相同的厚度,葉齒與芯軸02圓形截面之間具有傾斜角,同層組葉片中葉齒與中心圓盤之間的傾斜角相同,不同層組葉片01中葉齒與中心圓盤之間的傾斜角沿芯軸02的上底面至下底面逐漸減小,范圍在45°-10°,每層組葉片中葉齒的數(shù)目沿芯軸的上底面至下底面逐漸增大。

      一種制造上述分子泵轉(zhuǎn)子的方法,包括如下步驟:

      (1)制作鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯:先在計(jì)算機(jī)上利用三維造型軟件設(shè)計(jì)出分子泵轉(zhuǎn)子的三維實(shí)體模型,然后通過切片軟件對(duì)該轉(zhuǎn)子三維模型進(jìn)行切片分層,得到各截面的輪廓數(shù)據(jù),由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑,并導(dǎo)入設(shè)備控制,鋪粉裝置在基板上均勻地鋪一層鈦合金粉末,設(shè)備控制激光束按照當(dāng)前層的填充輪廓線選區(qū)熔化基板上的鈦合金粉末,成形出轉(zhuǎn)子當(dāng)前層的形狀;然后鋪粉裝置在已加工好的層面上再鋪一層鈦合金粉末,激光按照模型的下一層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇熔化,如此往復(fù)循環(huán),逐步堆疊成三維鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯,其中,鋪層厚度可以為20-100微米,激光功率為200-400W,成型速度為5-15cm3/s;其中鈦合金材料可以為TC、TB、TA系列,例如TC4、TB13、TA16等,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要、結(jié)合本發(fā)明的教導(dǎo)來選擇適當(dāng)?shù)拟伜辖鸩牧稀?/p>

      (2)拋光:對(duì)鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯進(jìn)行機(jī)械拋光。例如可以使用機(jī)械式振動(dòng)研磨拋光機(jī),磨料根據(jù)具體材料進(jìn)行選擇,可以為氧化鋁粉、碳化硅粉或鋼珠等;然后進(jìn)行電化學(xué)拋光,拋光液可以根據(jù)具體使用進(jìn)行選擇,例如可以為10%氨基磺酸、87%酰胺和3%糖精鈉組成的拋光液或氯化銨60-300g/L、體積比為65-91%的乳酸和體積比9-35%的硝酸組成的拋光液,拋光后達(dá)到葉片要求的光潔度。

      (3)后加工:在鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯表面銑制動(dòng)平衡孔,并對(duì)關(guān)鍵尺寸及形位公差進(jìn)行車加工和磨加工。

      實(shí)施例1,TC4鈦合金葉片和芯軸一體化成型并設(shè)有主軸連接部的分子泵轉(zhuǎn)子

      (1)制作TC4鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯:先在計(jì)算機(jī)上利用三維造型軟件設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)子的三維實(shí)體模型,該轉(zhuǎn)子模型包括:葉片、芯軸和主軸連接部,然后通過切片軟件對(duì)該三維模型進(jìn)行切片分層,得到各截面的輪廓數(shù)據(jù),由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑,并導(dǎo)入設(shè)備控制;鋪粉裝置在基板上均勻地鋪一層鈦合金粉末,設(shè)備控制激光束按照當(dāng)前層的填充輪廓線選區(qū)熔化基板上的鈦合金粉末,成形出轉(zhuǎn)子當(dāng)前層的形狀;然后鋪粉裝置在已加工好的層面上再鋪一層鈦合金粉末,激光束按照模型的下一層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇熔化,如此往復(fù)循環(huán),逐步堆疊成三維鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯,其中,鋪層厚度為30um,激光功率為300W,成型速度為12.5cm3/s;

      (2)拋光:對(duì)鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯進(jìn)行機(jī)械拋光,使用機(jī)械式振動(dòng)研磨拋光機(jī),磨料為40目氧化鋁粉,加速度4g,振動(dòng)5min以上;然后進(jìn)行電化學(xué)拋光達(dá)到葉片要求的光潔度,拋光液由10%氨基磺酸、87%酰胺和3%糖精鈉組成;

      (3)后加工:在鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯表面銑制動(dòng)平衡孔,并對(duì)關(guān)鍵尺寸及形位公差進(jìn)行車加工和磨加工;

      (4)安裝主軸:在主軸連接部安裝上不為鈦合金材料的主軸。

      實(shí)施例2,葉片、芯軸、主軸和鼓桶一體化成型的TB13鈦合金轉(zhuǎn)子

      (1)制作TB13鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯:先在計(jì)算機(jī)上利用三維造型軟件設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)子的三維實(shí)體模型,該轉(zhuǎn)子模型包括:葉片、芯軸、主軸和鼓桶,然后通過切片軟件對(duì)該三維模型進(jìn)行切片分層,得到各截面的輪廓數(shù)據(jù),由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑,并導(dǎo)入設(shè)備控制;鋪粉裝置在基板上均勻地鋪一層鈦合金粉末,設(shè)備控制激光束按照當(dāng)前層的填充輪廓線選區(qū)熔化基板上的鈦合金粉末,成形出轉(zhuǎn)子當(dāng)前層的形狀;然后鋪粉裝置在已加工好的層面上再鋪一層鈦合金粉末,激光束按照模型的下一層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇熔化,如此往復(fù)循環(huán),逐步堆疊成三維鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯,其中,鋪層厚度為30um,激光功率為400W,成型速度為12.5cm3/s;

      (2)拋光:對(duì)鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯進(jìn)行機(jī)械拋光,使用機(jī)械式振動(dòng)研磨拋光機(jī),磨料為40目氧化鋁粉,加速度4g,振動(dòng)5min以上;然后進(jìn)行電化學(xué)拋光達(dá)到葉片要求的光潔度,拋光液為10%氨基磺酸、87%酰胺和3%糖精鈉組成;

      (3)后加工:在鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯表面銑制動(dòng)平衡孔,并對(duì)關(guān)鍵尺寸及形位公差進(jìn)行車加工和磨加工后,得到葉片、芯軸、主軸和鼓桶一體化成型的TB13鈦合金轉(zhuǎn)子。

      實(shí)施例3,TA16鈦合金葉片、芯軸和主軸一體化成型并設(shè)有鼓桶連接部的分子泵轉(zhuǎn)子

      (1)制作TA16鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯:先在計(jì)算機(jī)上利用三維造型軟件設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)子的三維實(shí)體模型,該轉(zhuǎn)子模型包括:葉片、芯軸、主軸和鼓桶連接部,然后通過切片軟件對(duì)該三維模型進(jìn)行切片分層,得到各截面的輪廓數(shù)據(jù),由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑,并導(dǎo)入設(shè)備控制;鋪粉裝置在基板上均勻地鋪一層鈦合金粉末,設(shè)備控制激光束按照當(dāng)前層的填充輪廓線選區(qū)熔化基板上的鈦合金粉末,成形出轉(zhuǎn)子當(dāng)前層的形狀;然后鋪粉裝置在已加工好的層面上再鋪一層鈦合金粉末,激光束按照模型的下一層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行選擇熔化,如此往復(fù)循環(huán),逐步堆疊成三維鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯,其中,鋪層厚度為30um,激光功率為300W,成型速度為12.5cm3/s;

      (2)拋光:對(duì)鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯進(jìn)行機(jī)械拋光,使用機(jī)械式振動(dòng)研磨拋光機(jī),磨料為40目氧化鋁粉,加速度4g,振動(dòng)5min以上;然后進(jìn)行電化學(xué)拋光達(dá)到葉片要求的光潔度,拋光液由10%氨基磺酸、87%酰胺和3%糖精鈉組成;

      (3)后加工:在鈦合金轉(zhuǎn)子毛坯表面銑制動(dòng)平衡孔,并對(duì)關(guān)鍵尺寸及形位公差進(jìn)行車加工和磨加工;

      (4)安裝鼓桶:在鼓桶連接部安裝上不為鈦合金材料的鼓桶。

      本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述,以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的裝置及其核心思想;同時(shí),對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本發(fā)明的思想,在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處,綜上所述,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

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