BR102017010247A2

BR102017010247A2 - Method for manufacturing a component of a rotating machine and component made using the reference method

Info

Publication number: BR102017010247A2
Application number: BR102017010247-5A
Authority: BR
Inventors: Rettberg Robin; Kränzler Thomas; Würms Andreas
Original assignee: Sulzer Management Ag
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2017-12-19
Also published as: US20210039194A1; CN107443010B; AU2017203126A1; MX2017006428A; RU2017116744A; SG10201704012VA; ES2989137T3; AU2017203126B2; EP3251787B1; US10857621B2; CA2966296A1; EP3251787A1; KR20170135687A; US20170341178A1; US12090569B2; CN107443010A; RU2733502C2; RU2017116744A3

Abstract

a presente invenção refere-se a um método de fabricação de um componente de máquina rotativa, em que o componente tem pelo menos uma passagem interna (7) que se estende de um centro (6) até uma superfície limite (42) do componente e é fechado, pelo menos parcialmente, em que uma peça em bruto (10) é proporcionada que compreende a superfície limite (42) e uma superfície de topo (11), em que uma primeira etapa de usinagem subtrativa é realizada em que uma parte da passagem (7) que compreende pelo menos uma abertura (71) da passagem (7) na superfície limite (42) bem como um recorte (72) na superfície de topo (11) são fabricados por meio de produção de usinagem e em que, subsequentemente, a passagem (7) é completada por meio de produção de acúmulo na peça em bruto (10). além disso, um componente fabricado de acordo com esse método é proposto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM COMPONENTE DE UMA MÁQUINA ROTATIVA E COMPONENTE FABRICADO USANDO O REFERIDO MÉTODO".

[0001] A presente invenção refere-se a um método de fabricação de um componente de uma máquina rotativa de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente 1 e a um componente de uma máquina rotativa que é fabricada usando tal método.

[0002] Na fabricação de máquinas rotativas tais como bombas, turbinas, compressores, compactadores ou expansores, é conhecido trabalharem rotores rotativos, rodas de bomba, impulsores e difusores estacionários ou rodas de guia como componentes de peças em bruto por processos de corte ou usinagem, por exemplo por laminação A este respeito, a peça em bruto pode estar presente como material sólido ou pode já ser pré-trabalhada por um processo de moldagem primário.

[0003] Esse método é conhecido, por exemplo, da EP-B-2 012 957. O método proposto é particularmente caracterizado por permitir uma fabricação de corte do componente, pelo que se quer dizer que o componente como um todo é pelo menos substancialmente trazido para a forma final desejada a partir da peça em bruto por meio de um aparelho de corte. A união de elementos pré-fabricados do componente, por exemplo por meio de soldagem, não é mais necessária com essa fabricação integral. Isto é particularmente vantajoso porque as costuras de soldagem ou outros pontos de ligação representam um ponto fraco em partes fortemente carregadas do componente no estado operacional que pode ser a causa de uma fissura ou de danos diferentes, por exemplo, causados pela corrosão, ao componente.

[0004] Uma fabricação de corte é, assim, particularmente possível com componentes altamente carregados sem a união de elementos individuais. Tais componentes como rotores (impulsores) de bombas, por exemplo, são, portanto, produzidos a partir de material sólido, dependendo da aplicação, por exemplo, de aços inoxidáveis de alta resistência, super ligas, outros metais ou ligas metálicas adequados ou também de materiais não metálicos, por exemplo, os materiais cerâmicos, e as pás e canais do impulsor são trabalhados a partir deste material por usinagem de corte, por exemplo, através de laminação.

[0005] No entanto, tal como também já se encontra ilustrado na EP-B-2 012 957, por vezes, não é possível uma fabricação de corte total do componente por razões puramente geométricas. Esse pode ser o caso, por exemplo, quando os impulsores são configurados como impulsores cobertos ou fechados. Com essa modalidade, o impulsor compreende uma placa de cubo na qual as pás estão dispostas e compreende ainda uma placa superior que cobre as pás no seu lado afastado da placa de cubo completamente ou pelo menos parcialmente. As passagens, pelo menos parcialmente fechadas, são assim formadas entre as pás e prolongam-se, respectivamente, a partir do centro do impulsor até à sua superfície limite radial exterior.

[0006] Mesmo se for considerado que estas passagens podem ser fresadas ou usinadas a partir da peça em branco em um processo de corte a partir de ambos os lados, isto é a partir do espaço interior do impulsor e da sua superfície limite radial, usando um aparelho de corte, é claro que a geometria estabelece limites aqui e torna uma fabricação de corte total impossível em muitos casos.

[0007] Nesses casos em que também não é mais possível ou prático por motivos puramente geométricos laminar o impulsor no total em uma peça de material sólido, é por conseguinte, a técnica anterior primeiro trabalhar a placa de cubo e as lâminas fora da peça em bruto em uma maneira de corte. As passagens entre as pás são então passagens abertas que podem ser fabricadas de uma maneira simples. A placa superior é subsequentemente colocada sobre e é unida, por exemplo, soldada, à placa de cubo ou às pás. As costuras de soldadura ou os pontos de junção, respectivamente, prolongam-se onde as pás entram em contato com a placa de topo. No entanto, isto provoca a desvantagem de que as cargas são particularmente elevadas ou críticas apenas neste ponto no estado operacional. Essa região de borda entre as lâminas e a placa de topo é particularmente propensa a juntar defeitos que por vezes nem sequer são notados durante a fabricação.

[0008] Alternativamente, é também conhecido produzir as regiões das passagens que não são mais acessíveis à laminação utilizando um processo de erosão, por exemplo erosão por faísca (EDM: usina-gem por descarga elétrica). Estes métodos são, no entanto, comparativamente lentos e de custo-intensivo, em regra.

[0009] É também técnica anterior fabricar tais componentes tendo passagens interiores em uma maneira técnica de moldagem, em que as passagens interiores são então produzidas por uma concretização correspondente do molde ou dos núcleos de fundição. Um componente fundido tem a desvantagem, no entanto, de que defeitos nas condições estruturais podem ocorrer durante a moldagem, por exemplo, que têm um efeito negativo sobre a capacidade de carga ou sobre a estabilidade do componente. Como regra geral, as qualidades de superfície realizáveis e as precisões dimensionais das regiões não mais acessíveis à laminação são, além disso, limitadas no processo de moldagem.

[0010] Um método para a fabricação de corte de um impulsor fechado é por isso proposto na EP-A-2 669 042 em que o componente a ser produzido (impulsor) é dividido em dois subvolumes que são adjacentes um ao outro em uma interface. A este respeito, os subvolumes são fixos de modo a que a interface não inclua ou corte qualquer das superfícies limite das passagens e de tal modo que as passagens como um todo possam ser trabalhadas a partir do primeiro subvolume que compreende mais tarde a totalidade das passagens por meio de um método de corte, por exemplo, laminação. O segundo subvolume, que é então apenas parte da placa de topo, é fabricado como um elemento separado e é ligado ao primeiro subvolume após a conclusão das passagens ou o segundo subvolume é construído no primeiro subvolume por meio de um método de usinagem de deposição, por exemplo por meio de soldadura de depósito. Deve, por conseguinte, ser possível, por um lado, produzir as passagens completamente por uma manufatura de corte e deve ser evitado, por outro lado, que a interface corte ou limite as passagens de modo que não possam ocorrer defeitos de união entre as pás e a placa superior. Este método é, contudo, também sujeito a limites geometricamente causados.

[0011] Este problema explicado com referência a impulsores fechados está, contudo, também presente com outros componentes que têm uma passagem interior cuja posição ou geometria é tal que uma fabricação de corte total não é particularmente possível ou não é prática por razões geométricas. Estatores fechados, difusores ou também passagens de arrefecimento, por exemplo, para ar de arrefecimento, em pás de turbina, podem ser aqui nomeados como exemplos.

[0012] Partindo deste estado da técnica, é, por conseguinte, um objetivo da invenção proporcionar um método diferente de fabricação de um componente de uma máquina rotativa que tem pelo menos uma passagem interna, método pelo qual em particular os componentes podem também ser fabricados que não permitem qualquer fabricação de corte total da passagem por razões geométricas, em que o método deve permitir uma elevada confiabilidade do componente no estado de funcionamento. Deve ainda ser proporcionado um componente correspondente pela invenção.

[0013] Os elementos da invenção que satisfazem este objetivo são caracterizados pelas características da reivindicação independente da respectiva categoria.

[0014] De acordo com a invenção, proporciona-se, portanto, um método para a fabricação de um componente de uma máquina rotativa, componente que tem pelo menos uma passagem interior que se estende de um centro até uma superfície limite do componente e está pelo menos parcialmente fechada, em que uma peça em bruto é proporcionada a peça em bruto que compreende a superfície limite e uma superfície de topo, em que é realizada uma primeira etapa de usina-gem subtrativa em que uma parte da passagem que compreende, pelo menos, uma abertura da passagem para dentro da superfície limite assim como um recorte na superfície superior é fabricada por meio de produção de corte, e em que subsequentemente a passagem é completada por meio de produção por acumulação na peça em branco.

[0015] O método de acordo com a invenção combina assim vantajosamente uma usinagem subtrativa em que o material é removido da peça em branco com uma fabricação ou usinagem de aditivo ou de acumulação em que o material é depositado. A este respeito, apenas uma parte da passagem é fabricada por uma produção de corte, enquanto que o restante da passagem é gerado por uma produção por acumulação. É possível por esta combinação gerar uma passagem tendo - pelo menos quase - qualquer geometria desejada.

[0016] Uma vez que a peça em bruto não tem que ser fabricada em um processo de fundição técnica, a peça em branco pode compreender vantajosamente um material forjado que é então usinado em um processo de corte. Todas as vantagens do material forjado são mantidas pela usinagem de corte. A este respeito, pelo menos a abertura da passagem para a superfície limite do componente é fabricada em um processo de corte na primeira etapa de usinagem subtrativa. Com um componente de uma máquina rotativa, por exemplo com um impulsor fechado, esta abertura ou as paredes que o limitam são tipicamente aquela região que é exposta às maiores cargas pelo fluido que flui no estado de funcionamento. Com o impulsor de uma bomba, esta região compreende a borda de saída da pá que limita a passagem interior que é escoada através do fluido. Sabe-se que as maiores cargas mecânicas ou hidrodinâmicas ocorrem na borda de saída da pá no estado operacional com o impulsor de uma bomba. Uma vez que esta abertura da passagem é fabricada em um processo de corte, são mantidas todas as propriedades vantajosas do material forjado que a peça em bruto contém. A região da abertura é assim caracterizada por uma capacidade de carga mecânica e estabilidade particularmente elevadas. Tais processos de usinagem, tais como a soldadura, que provocam uma elevada entrada de calor no material que podería ter um efeito negativo sobre as propriedades e sobre as condições estruturais, podem em particular ser dispensados na abertura.

[0017] Além disso, na primeira etapa de usinagem subtrativa, uma parte da passagem é fabricada em um processo de corte como um recorte na superfície superior da peça em branco, estando esta parte ligada à abertura da passagem para a superfície limite. Apenas uma parte da passagem que começa como uma reentrância na superfície de topo da peça em branco e se prolonga até à abertura na superfície limite é assim completada após a extremidade da primeira etapa de usinagem subtrativa. A este respeito, a primeira etapa de usinagem subtrativa pode compreender quer uma laminação a partir da superfície limite quer uma laminação a partir da superfície de topo da peça em bruto. Naturalmente, também é particularmente possível que a primeira etapa de usinagem subtrativa compreenda tanto uma fresa-gem quanto uma usinagem de corte a partir da superfície de topo e uma laminação a partir da superfície limite.

[0018] Uma vez terminada a primeira etapa de usinagem subtrativa, a passagem é completada por meio de uma produção por acumu- lação e o componente é levado para a sua forma final.

[0019] O recorte na superfície superior, de preferência, é produzido na primeira etapa de usinagem subtrativa de tal modo que se estende até ao centro, onde a passagem começa. Uma vez que a superfície superior da peça em bruto esteja livremente acessível a um aparelho de corte, é vantajoso já configurar a passagem como um recorte na superfície superior até à sua extremidade disposta no centro na primeira etapa de usinagem subtrativa. No entanto, isto não significa que a passagem seja assim concluída. A região da passagem próxima do centro é então apenas configurada como um recorte na superfície superior e ainda não como uma passagem fechada ou interior. A superfície de base da passagem e, opcionalmente, partes de suas paredes laterais de fronteira são geradas por esta usinagem de corte enquanto a conclusão é feita somente subsequentemente pela produção por acumulação.

[0020] Em uma modalidade preferida, o componente compreende uma pluralidade de passagens interiores das quais cada uma se prolonga para fora do centro até à superfície limite, em que as passagens adjacentes são, cada uma delas, separadas por uma parede divisória, em que uma parte respectiva da passagem é fabricada na primeira subtração de cada passagem, compreendendo a referida porção, pelo menos, uma abertura da passagem para a superfície limite e um recorte na superfície de topo, e em que cada parede de divisão é completada apenas por meio da produção por acumulação. É particularmente preferido neste aspecto se a abertura de cada passagem para a superfície limite é configurada na primeira etapa de usinagem subtrativa de tal modo que a abertura da respectiva passagem já esteja configurada como coberta ou fechada pela superfície de topo da peça em bruto. As aberturas representam então, respectivamente, aberturas na superfície limite limitadas em todos os lados.

[0021] A peça em bruto é, de preferência, um corpo sólido e, em particular, um corpo simétrico em rotação, isto é, a peça em bruto não tem cavidades interiores. Um furo cilíndrico axial e contínuo pode, contudo, ser preferencialmente proporcionado no centro da peça em bruto e serve, por exemplo, para fixar o componente completado em um eixo, por exemplo, ao eixo de acionamento de uma bomba, isto é, a superfície superior da peça em bruto tem, preferencialmente, no máximo, uma abertura central, antes da primeira etapa de usinagem subtrativa que está disposta radialmente para dentro, de modo que cada início de uma passagem disposta no centro é separada da abertura central por um corpo de anel no estado completado do componente.

[0022] De acordo com uma modalidade particularmente preferida, a primeira etapa de usinagem subtrativa é realizada de tal modo que a superfície superior da peça em bruto tenha uma região contígua em forma de anel, após a sua conclusão, a qual é adjacente à superfície limite e que cobre todas as aberturas de modo que todas as aberturas já estão configuradas como partes fechadas das respectivas passagens. Isto significa que todas as aberturas das passagens e as paredes que as limitam, respectivamente, são já fabricadas na forma de extremidade do componente a ser fabricado na primeira etapa de usinagem subtrativa. Isto tem a vantagem de que as regiões de abertura das passagens que estão expostas às tensões mais elevadas no estado de funcionamento têm uma capacidade de carga particularmente elevada e assim também uma elevada confiabilidade em operação porque estas regiões de abertura são fabricadas em um processo puramente de corte e, portanto, não são expostas a qualquer entrada de calor elevado no processo de produção tal como seria, por exemplo, causado por soldadura, injeção térmica ou outros métodos.

[0023] A produção por acumulação ocorre, preferencialmente, em camadas. É possível, a este respeito, que cada camada seja orientada perpendicularmente a uma direção axial. Naturalmente, também é possível aplicar as camadas em outros alinhamentos, isto é, de modo que a respectiva superfície normal da camada esteja alinhada obliquamente em relação à direção axial. Isto significa que a acumulação aditiva na peça em bruto ocorre após o fim da primeira fase de usina-gem subtrativa por uma aplicação sucessiva de camadas de material até que o componente seja completado. A aplicação de camadas tem lugar em uma variante preferida tal que as camadas individuais são simétricas em rotação. Particularmente, isso também é possível quando as camadas são orientadas perpendicularmente à direção axial, mas também em uma aplicação de camadas em que as camadas individuais são orientadas obliquamente em relação à direção axial.

[0024] Uma outra medida preferida compreende a produção por acumulação compreende uma pluralidade de etapas de usinagem aditiva para construir sucessivamente o componente.

[0025] É particularmente preferido se pelo menos uma etapa de usinagem subtrativa adicional for realizada entre as etapas de usinagem aditiva. A estrutura construída no etapa de usinagem aditiva anterior pode então ser retrabalhada, por exemplo, através de laminação, esmerilhamento ou polimento nesta outra etapa de usinagem subtrativa. Esta medida permite atingir uma otimização da superfície ou uma geometria particularmente confiável.

[0026] É especialmente preferido que uma etapa de usinagem subtrativa adicional respectiva seja realizada entre duas etapas de usinagem aditiva. Isto significa que as etapas de usinagem aditiva e as etapas de usinagem subtrativa adicionais são realizadas alternada-mente. Isto permite, particularmente, uma alta precisão e qualidade de superfície do componente a ser produzido.

[0027] São conhecidos hoje aparelhos de usinagem com os quais podem ser realizados ambos os processos de produção aditiva, por exemplo, processos de soldadura por acumulação a laser e de produção subtrativa, por exemplo, laminação ou esmerilhamento. Tais aparelhos, por exemplo, têm cabeças de usinagem diferentes que podem ser trocadas automaticamente, com uma cabeça de usinagem sendo configurada para soldadura por acumulação a laser, por exemplo, enquanto uma outra cabeça de usinagem é configurada para laminação. Exatamente tal aparelho de usinagem permite uma mudança rápida e livre de problemas entre processos de usinagem subtrativa e aditiva, sem que a peça de trabalho a ser usinada tenha de ser presa novamente ou transferida para outra estação de usinagem para este fim. Isto permite uma fabricação particularmente rápida, barata e de alta qualidade de componentes que são produzidos de uma maneira muito precisa.

[0028] Uma outra medida preferida compreende o componente sendo construído elemento por elemento após a primeira etapa de usinagem subtrativa, com inicialmente apenas cada parede de divisão sendo preferencialmente completada. Todas as paredes de divisão são assim, por exemplo, em primeiro lugar, completamente construídas entre as passagens após o final da primeira etapa de usinagem subtrativa e as partes que ainda faltam só são construídas subsequentemente, por exemplo, aquelas partes que transformam as passagens em passagens fechadas.

[0029] É particularmente preferido, por razões técnicas do processo, se a produção por acumulação for realizada com a ajuda de um laser.

[0030] Aplicações que são particularmente relevantes para a prática são quando o componente é configurado como um impulsor, como um estator ou como um difusor de uma máquina rotativa, em particular de uma bomba, de uma turbina, de um compressor, de um compacta-dor ou de um expansor.

[0031] Um componente de uma máquina rotativa é adicionalmente proporcionado pela invenção que é fabricado de acordo com um método de acordo com a invenção.

[0032] De acordo com uma modalidade preferida, cada parede de divisão é configurada como uma pá.

[0033] Aplicações que são particularmente relevantes para a prática são quando o componente é configurado como um impulsor, como um estator ou como um difusor de uma máquina rotativa, em particular de uma bomba, de uma turbina, de um compressor, de um compacta-dor ou de um expansor.

[0034] Outras medidas e modalidades vantajosas da invenção resultam das reivindicações dependentes.

[0035] A invenção será explicada com mais pormenores no que se segue com referência às modalidades e ao desenho. São mostrados no desenho: [0036] FIGURA. 1: uma representação em corte axial de uma modalidade de um impulsor fechado;

[0037] FIGURA. 2: uma representação em perspectiva de uma modalidade de uma peça em bruto para a realização de uma modalidade de um método de acordo com a invenção;

[0038] FIGURA. 3: uma representação em perspectiva da peça em bruto da figura. 1 após o fim da primeira etapa de usinagem subtrativa;

[0039] FIGURA. 4: uma representação em perspectiva de um estado intermediário durante a produção por acumulação; e [0040] FIGURA. 5: uma representação em perspectiva do componente completado que é fabricado a partir da peça em bruto de acordo com a Figura. 1 e a Figura. 2.

[0041] O método de acordo com a invenção serve para a fabricação de um componente de uma máquina rotativa, em que o componente tem pelo menos uma passagem interior que se estende de um centro até uma superfície limite do componente e está pelo menos parcialmente fechada. A este respeito, uma passagem fechada significa uma passagem que está completamente fechada com exceção de uma entrada ou de uma saída, isto é, é configurada como tubular, isto é, a passagem é limitada em toda a parte por uma ou mais paredes perpendiculares à sua direção principal de fluxo. Ao contrário, uma passagem aberta significa uma que não está delimitada por uma parede, mas está aberta, em uma direção perpendicular à sua direção principal de escoamento, isto é, em uma direção perpendicular à sua extensão longitudinal. Uma passagem com uma parede em forma de U ou em forma de V é assim uma passagem aberta, por exemplo. Se o lado aberto da seção U ou da seção V fosse coberto por um topo, a passagem seria uma passagem fechada.

[0042] Uma passagem parcialmente fechada significa então uma que está configurada parcialmente como uma passagem fechada e parcialmente como uma passagem aberta.

[0043] Na descrição seguinte da invenção, é feita referência com caráter exemplificativo a um exemplo importante para a prática em que 0 componente é um impulsor (rotor) fechado ou coberto de uma tur-bomáquina, por exemplo de uma bomba. Para melhor compreensão, a Figura. 1 mostra uma representação em corte axial de uma modalidade de um impulsor fechado que é fornecido como um todo com o número de referência 1 e que pode ser fabricado por meio de um método de acordo com a invenção.

[0044] No estado de funcionamento, o impulsor gira em torno de um eixo de rotação que fixa uma direção axial A. Uma direção perpendicular a esta direção axial A é chamada de direção radial. A FIGURA. 1 mostra o impulsor 1 em uma representação seccional ao longo da direção axial A. O impulsor 1 compreende de uma maneira conhecida per se uma placa de cubo 2 pela qual o impulsor 1 é tipicamente mon- tado ou fixo a um eixo ou veio, não ilustrado, bem como, além disso, uma pluralidade de pás 3 que estão dispostas na placa de cubo 2 e uma placa de topo 4 que cobre pelo menos parcialmente as pás 3 no seu lado ou borda afastada da placa de cubo 2. A este respeito, a placa de topo 4 estende-se mais do que a placa de cubo 2 de acordo com a representação (Figura. 1) em relação à direção axial A. Um espaço interior 6 é assim formado por cima das pás 3 de acordo com a representação que é limitada pela placa de topo 4 em relação à direção radial. Este espaço interior 6 representa a entrada através da qual um fluido flui sobre o impulsor 1 no estado operacional. Uma respectiva passagem interior 7 que está a como uma passagem pelo menos parcialmente fechada 7 e que está aqui configurada como uma passagem fechada está presente entre duas pás adjacentes 3 e, respectivamente, estende-se a partir de um centro que é formado pelo espaço interior 6 até uma superfície limite 42 do impulsor 1. A superfície limite 42 representa a superfície radialmente exterior do impulsor 1 que se prolonga em paralelo com a direção axial A, que é a superfície que limita o impulsor na direção radial. A superfície limite 42 compreende as superfícies radialmente externas da placa de topo 4 e da placa de cubo 2, bem como as bordas de extremidade radialmente exteriores das pás 3 que são chamadas de bordas de saída 31 (ver figura 3).

[0045] Naturalmente, também é possível, dependendo da modalidade do componente, que as bordas de extremidade das pás 3 estejam afastadas em relação à direção radial, isto é, não estão dispostos na superfície limite 42. A placa de topo 4 e/ou a placa de cubo 2 proje-ta-se então para além das pás 3 ou para além das bordas de extremidade das pás 3 em relação à direção radial. Essa concretização, em particular, também é possível com um impulsor de uma turbina em que as bordas de extremidade exteriores das pás 3, tipicamente, representam as bordas de entrada.

[0046] Cada uma das passagens fechadas 7 é assim rodeada por uma superfície limite 8 que é composta, respectivamente, pelas superfícies voltadas mutuamente de duas pás adjacentes 3 bem como dos segmentos de superfície interpostos das superfícies opostas da placa de cubo 2 e da placa de topo 4. As pás 3 portanto formam uma parede de partição entre duas passagens interiores adjacentes 7. Cada passagem 7 compreende uma abertura 71 com a qual abre para a superfície limite 42. As aberturas 71 adjacentes na direção periférica são cada uma delas separadas uma da outra por uma borda de saída 31.

[0047] O impulsor 1 tem adicionalmente um furo axial central 9 que serve para receber um veio ou um eixo no qual o impulsor 1 pode ser montado.

[0048] Uma modalidade do método de acordo com a invenção será explicada com mais pormenores no que se segue com referência às Figuras. 2 - 4. Em primeiro lugar, é fornecido uma peça em bruto de acordo com o método de acordo com a invenção. FIGURA. A figura 2 mostra, em uma representação em perspectiva, uma concretização de peça em bruto que é designada como um todo pelo número de referência 10. A peça em bruto 10 compreende a superfície limite 42 assim como uma superfície de topo 11 que limita a peça em bruto 10 na direção axial A.

[0049] A peça em bruto preferencialmente compreende um material forjado que pode ser um metal ou uma liga metálica. O aço nas suas concretizações conhecidas é assim adequado, por exemplo, ou alumínio, titânio, níquel, uma liga de base de níquel ou cobalto ou um metal não ferroso. Outros materiais forjados são naturalmente também possíveis, por exemplo, um material fundido, um material plástico ou um material compósito ou outro material cortável.

[0050] A peça em bruto 10 está configurada como um corpo sólido, isto é, em particular, sem cavidades interiores - para além do furo axial central 9 opcionalmente já presente. A peça em bruto 10 é fabricada ou usinada de tal modo que já compreende uma parte da placa de cubo 2, bem como uma parte da placa superior 4, estando estas peças, cada uma delas, configurada - com exceção das passagens -na sua forma final desejada ou pelo menos substancialmente na sua forma final. "Substancialmente", neste contexto, significa que a pós-usinagem pode naturalmente ainda ser realizada em um momento posterior, tal como polimento, esmerilhamento ou similar, mas a forma substancial já está completa com a peça em bruto 10.

[0051] O mesmo também se aplica à superfície limite 42. Esta também está na sua forma final ou substancialmente na sua forma final separada das aberturas 71 das passagens 7. Isto significa em particular que a extensão H da superfície limite 42 na direção axial A já é a que tem o componente concluído. A superfície superior 11 pode ser configurada como uma superfície circular planar que é orientada perpendicularmente à direção axial A e que tem opcionalmente uma abertura central que é gerada pelo furo axial central 9.

[0052] Contudo, na modalidade aqui descrita, a superfície de topo 11 não está configurada como uma superfície planar. A superfície de topo 11 compreende uma região em forma de anel 111 que está disposta para fora em relação à direção radial, que é adjacente à superfície limite 42 e que é, de preferência, orientada perpendicularmente à direção axial A. Uma região 112 de uma forma de superfície cônica está adjacente à zona em forma de anel 111 de uma maneira disposta radialmente para dentro e forma uma conicidade dirigida para dentro. Uma região de anel central circular 113 contígua à região 112 de forma de superfície cônica em uma maneira disposta radialmente para dentro, envolve o furo axial central 9 coaxialmente e é igualmente orientada perpendicularmente à direção axial A. Isto significa que a região em forma de anel 111 e a região do anel central 113 são coaxiais, sendo a região do anel central 113 mais baixa em relação à direção axial A de acordo com a representação do que a região em forma de anel 111 e está ligada à mesma através da região 112 em forma de superfície cônica. A peça em bruto (10), por conseguinte, tem uma reentrância na sua superfície de topo 11 globalmente.

[0053] Naturalmente, também é possível que a região em forma de anel 111 ou a região de anel central 113 não esteja orientada perpendicularmente à direção axial. Isto pode ser vantajoso, por exemplo, na produção de impulsores semiaxiais.

[0054] Além da abertura central, a superfície superior 11 está configurada como uma superfície contígua que não tem mais aberturas. A zona em forma de anel 111, disposta radialmente para fora, forma, de preferência, uma parte da placa superior 4 do componente acabado 1.

[0055] A peça em bruto 10 - como também ilustrado na Figura. 2 -é, de um modo particularmente preferido, configurada como simétrica rotacionalmente em relação à direção axial A.

[0056] Uma primeira etapa de usinagem subtrativa é agora realizada nesta peça em bruto 10 e será explicada a seguir. A FIGURA 3 mostra uma representação em perspectiva da peça em bruto 10 após o final da primeira etapa de usinagem subtrativa. A primeira etapa de usinagem subtrativa é realizada especificamente por meio da produção de corte.

[0057] Uma etapa de usinagem subtrativa a este respeito significa que o material é extraído ou removido da peça de trabalho - aqui a peça em bruto 10 - em uma etapa de usinagem. Uma produção de corte como geralmente usual significa uma produção na qual o material em excesso é cortado da peça em bruto 10 ou da peça de trabalho em uma forma de aparas para obter uma forma geométrica desejada. Processos de corte de produção são, por exemplo, fresagem, torneamen-to, perfuração, aplainamento, limadura, esmerilhamento, afiação ou lapidação, para citar apenas alguns exemplos.

[0058] A primeira etapa de usinagem subtrativa compreende preferencialmente uma laminação por meio de um aparelho de corte que, por exemplo, compreende uma ferramenta de laminação controlada por computador. O aparelho de corte é configurado, de um modo particularmente preferido, pelo menos como uma máquina de laminação de cinco eixos com a qual a forma geométrica desejada é trabalhada a partir da peça em bruto 10. A ferramenta de laminação, tipicamente, é guiada por um manipulador, com a orientação ocorrendo em uma maneira auxiliada por computador.

[0059] Na primeira etapa de usinagem subtrativa, é fabricada uma parte de cada passagem 7 que pelo menos compreende a abertura 71 da passagem 7 na superfície limite 42 assim como um recorte 72 na superfície de topo 11 da peça em bruto. Como a Figura. 3 mostra, a região da abertura 71 da passagem 7 é, neste aspecto, configurada como uma seção de passagem fechada. Cada uma das aberturas 71 é laminada na superfície limite 42, estando as aberturas adjacentes 71 separadas uma da outra por uma borda de saída 31. A região 111 em forma de anel, disposta radialmente para fora, da superfície superior 11 da peça em bruto 10, neste caso, cobre cada uma das aberturas 71 das passagens 7 de tal modo que todas as passagens 7 são fechadas pela zona em forma de anel 111. Isto significa que, após o final da primeira etapa de usinagem subtrativa (ver Figura. 3), a superfície superior 11 da placa 10 compreende a seção em forma de anel 111 que é adjacente à superfície limite 42 e está configurada como uma superfície contígua em forma de anel que não tem abertura, ou seja, é contínua em relação à direção periférica e que cobre todas as aberturas 71 das passagens 7.

[0060] Os recortes 72 que são produzidos na superfície de topo 11 da peça em bruto, isto é, na região de anel central 113 e na região 112 em forma de superfície cônica na modalidade aqui descrita, formam ainda zonas de passagem abertas das passagens 7 subsequentemente ainda a ser completada após esta primeira etapa de usinagem sub-trativa. Cada recorte 72 é laminado de modo que a sua superfície de base 81 já tenha substancialmente a forma final para a passagem 7, que em particular também já compreende a extensão geométrica da respectiva passagem 7.

[0061] Cada entalhe 72, de preferência, é produzido na primeira etapa de usinagem subtrativa de tal modo que se estende até ao centro, aqui para o espaço interior 6, onde a passagem 7 começa. Cada recorte 72 começa de um modo radialmente para dentro, afastado da abertura central que é gerada a partir do furo axial central 9, isto é, nenhum dos recortes 72 está ligado ou abre para esta abertura. Cada entrada de uma passagem 7 disposta no centro - aqui o espaço interior 6 - é assim separada da abertura central do furo 9 por um corpo de anel 21. No estado concluído, este corpo de anel 21 forma uma parte da placa de cubo 2.

[0062] Os recortes 72 e as aberturas 71 são laminados no primeiro etapa de usinagem de tal modo que estão ligados uns aos outros, isto é cada recorte 72 funde-se na região que compreende a respectiva abertura 71 da passagem associada 7.

[0063] Depois do final da primeira etapa de usinagem subtrativa (ver Figura. 3), a peça em bruto 10 tem, portanto, a seguinte forma: A abertura 71 de cada passagem 7 já está configurada pelo menos substancialmente na forma do componente acabado 1 na superfície limite 42 e é coberta pela região em forma de anel 111 da superfície superior 11 da peça em bruto 10. A respectiva passagem 7 prolonga-se a partir da respectiva passagem 71 para o interior da peça em bruto 10 e funde-se para dentro da respectiva abertura 72 que é aberta no topo de acordo com a ilustração (figura 3) e que se estende até o início da res- pectiva passagem 7 disposta no centro, com a superfície de base 81 de cada recorte 72 já pelo menos substancial mente tendo a configuração da superfície de base da passagem acabada 7. Enquanto as passagens 7, portanto, já estão na sua forma final ou pelo menos substancialmente na sua forma final na região das suas aberturas 71, a região disposta radialmente para dentro de cada passagem 7 que compreende o recorte aberto para cima 72 ainda não tem a sua forma final completada.

[0064] O mesmo se aplica consequentemente às paredes divisórias 3 que formam depois as pás 3 do impulsor 1 e em que cada uma separa duas passagens adjacentes 7 uma da outra. Na zona da superfície limite 42, cada parede divisória 3 já tem a sua forma final ou pelo menos a forma substancialmente final, isto é, a borda de saída 31 de cada parede divisória 3 está, em particular, já terminada e está pelo menos substancialmente presente na sua configuração final. Na zona disposta radialmente para dentro da peça em bruto 10, as paredes de divisão 3 estão cada uma apenas parcialmente presentes; Não estão ainda terminados e, em particular, ainda não atingiram a sua altura final em relação à direção axial A.

[0065] Entende-se que a primeira etapa de usinagem subtrativa pode compreender tanto uma laminação a partir da superfície de topo 11 como uma laminação a partir da superfície limite 42. A este respeito, é vantajoso para muitas aplicações se os recortes 72 são laminados a partir da superfície superior 11 e se as aberturas 71 são laminadas a partir da superfície limite 42. Dependendo do componente 1, naturalmente, também é possível que a usinagem tenha lugar apenas na primeira etapa de usinagem subtrativa a partir da superfície de topo 11 ou apenas a partir da superfície limite 42 de um modo laminado ou de corte.

[0066] Uma vantagem particular da modalidade aqui descrita com- preende em particular a região das aberturas 71 tendo as bordas de saída 31 dispostas entre elas e a região em forma de anel 111 que cobre as aberturas 71 e que é parte da placa de topo 4 já estando na sua forma final ou pelo menos substancialmente na sua forma final após a primeira etapa de usinagem subtrativa. Particularmente, as bordas de saída 31 e especificamente a interface entre as bordas de saída 31 e a placa de topo 4 são as regiões críticas nas quais as cargas mais elevadas ocorrem no estado operacional e onde as formações de fissuras, degradações ou outros fenômenos desvantajosos de desgaste ou fadiga são mais susceptíveis de ocorrer. Uma vez que estas regiões críticas podem ser fabricadas com a ajuda de processos de produção de corte no método de acordo com a invenção, podem ser produzidas com uma precisão extremamente elevada, por um lado, e métodos de produção que proporcionam uma entrada de calor muito elevada no material, por exemplo, processos de soldadura ou de união com os quais os elementos estão permanentemente ligados, podem ser completamente dispensados nestas regiões críticas, por outro lado. Estes métodos com alta entrada de calor podem resultar em defeitos de união ou alterações indesejadas nas condições estruturais que têm um efeito negativo na capacidade de carga do componente.

[0067] Uma vantagem adicional da produção puramente de corte é que com uma peça em bruto 10 de um material forjado, são mantidas todas as propriedades positivas do material foijado.

[0068] Uma vez terminado a primeira etapa de usinagem subtrativa (ver Figura. 3), as partes que ainda faltam do componente 1 são fabricadas por meio de uma produção por acumulação e o componente 1 é levado à sua forma final. A FIGURA. 5 mostra uma representação em perspectiva do componente completado 1, isto é, o impulsor coberto 1.

[0069] A produção por acumulação compreende uma ou mais eta- pas de usinagem aditivas. Uma etapa de usinagem aditiva ou uma produção aditiva que é também designada produção geradora, neste caso, significa uma etapa de usinagem na qual o material é aplicado ou depositado sobre a peça de trabalho, isto é, aqui, a peça em bruto 10. As estruturas desejadas são tipicamente geradas, por exemplo, por adição de uma peça de trabalho, em uma produção aditiva a partir de um material sem forma, por exemplo, líquidos ou pós, ou também a partir de um material de forma neutra, por exemplo, material em forma de banda ou em forma de arame, por meios químicos e/ou processos físicos. Os processos de produção aditiva para materiais metálicos conhecidos per se são, por exemplo, processos de soldadura de acumulação, especificamente processos de gás inerte tais como soldadura de gás inerte de tungsténio (TIG) ou soldadura a laser ou processos de plasma ou fusão a laser seletiva (SLM).

[0070] Uma vez terminada a primeira etapa de usinagem subtrati-va, as regiões que ainda faltam do componente 1 são, em particular, partes das paredes divisórias 3, partes da tampa para fechar as passagens 7 - isto é, na modalidade aqui descrita, partes placa superior 4 - e as partes da placa de cubo 2 - são geradas na produção por acumulação.

[0071] A região ainda faltante das paredes de divisão 3 (pás 3) e as regiões em falta da placa de topo 4 e da placa de cubo 2 são, por exemplo, geradas por fusão a laser seletiva. Neste método conhecido per se, o material a ser processado é aplicado à peça em bruto 10 em uma película fina em forma de pó. O material pulverulento é fundido localmente, de maneira completa, por meio de radiação a laser e forma uma película de material sólido após a sua solidificação. A peça em bruto 10 é subsequentemente abaixada pela quantidade de uma espessura de camada e o material é novamente aplicado na forma de pó que é depois novamente fundido localmente por meio de radiação a laser. Este ciclo é repetido por tanto tempo até que o componente 1 seja completado. Naturalmente, é possível, também, que a pós-usinagem tal como a esmerilhamento, polimento ou semelhante possa ter lugar, subsequentemente.

[0072] Em uma outra modalidade preferida, as partes ainda em falta são geradas na produção por acumulação por meio de soldadura de formação a laser. O método de soldadura por formação a laser com as suas diferentes variantes é suficientemente conhecido do especialista na técnica e, portanto, não requer aqui qualquer explicação [0073] É possível, a este respeito, executar a camada de produção por acumulação e, em particular, usando a configuração rotacional-mente simétrica da peça em bruto 10.

[0074] É outra modalidade igualmente preferida construir o componente 1 elemento por elemento na produção por acumulação, isto é, os elementos individuais do componente 1, tais como as paredes de divisão 3 ou as tampas das passagens 7, são sucessivamente construídos no sentido de que o primeiro elemento, por exemplo, as paredes divisórias, é construído completamente até o seu estado final e, subsequentemente, o próximo elemento é completamente construído. Este processo é repetido por tanto tempo até que o componente seja concluído.

[0075] Além disso, é possível que os elementos individuais do componente 1 não sejam construídos completamente, mas apenas parcialmente, isto é, em primeiro lugar é construída uma parte das paredes divisórias 3, então, uma parte das tampas das passagens 7, depois novamente uma parte das paredes divisórias 3, etc. A este respeito, uma etapa de usinagem subtrativa adicional pode, de preferência, ser realizada após uma acumulação parcial.

[0076] A FIGURA 4 mostra como um exemplo em uma representação em perspectiva um estado intermediário dessa produção por acumulação na qual o componente 1 é construído elemento por elemento. Neste exemplo, depois do fim da primeira etapa de usinagem subtrativa, são primeiro construídas todas as regiões ainda em falta das paredes divisórias 3, isto é, as pás 3 do impulsor 1. A FIGURA. 4 mostra o impulsor 1 em um estado intermediário de produção por acumulação no qual as pás 3, isto é, as paredes de separação 3 entre passagens adjacentes 7, assim como a placa de cubo 2, são apenas construídas completamente, isto é na sua forma final. Subsequentemente, a região ainda em falta da placa superior 4 é então construída por meio da produção por acumulação para assim completar o impulsor 1. Este impulsor 1 completo é mostrado na Figura. 5.

[0077] Como já mencionado, de acordo com uma modalidade preferida, a produção por acumulação pode compreender uma pluralidade de etapas de usinagem aditiva para construir sucessivamente o componente 1. É particularmente preferido neste aspecto se pelo menos uma etapa de usinagem subtrativa adicional é realizada entre as etapas de usinagem aditiva.

[0078] Em uma fase de usinagem subtrativa adicional, os desvios da geometria desejada que surgiram na etapa de usinagem aditiva anterior podem, por exemplo, ser compensados pela produção de corte. O trabalho de laminação ou o trabalho de esmerilhamento podem assim ser realizados nesta etapa de usinagem subtrativa adicional para retirar o material o qual foi depositado demasiadamente na etapa de usinagem aditiva ou para nivelar, esmerilhar ou tratar de forma semelhante as transições entre camadas adjacentes.

[0079] É particularmente preferido se uma etapa de usinagem subtrativa adicional subsequente é realizada entre duas etapas de usinagem aditiva, isto é, as etapas de usinagem aditiva e as etapas de usinagem subtrativa adicionais são realizadas alternadamente ou alternativamente. Uma qualidade e precisão particularmente elevada do com- ponente 1 pode ser aqui assegurada.

[0080] São conhecidas ferramentas de usinagem modernas com as quais tanto as etapas de usinagem subtrativa como as etapas de usinagem aditiva podem ser realizadas na mesma câmara de usinagem sem que seja necessário, desta forma, recondicionar a peça em bruto 10 ou o componente 1 ou transferi-la para outro suporte. A peça em bruto 10 é apenas apertada em um suporte uma vez e pode então ser mecanizada seletiva ou alternadamente, subtrativa ou aditivamen-te. Tais ferramentas de usinagem compreendem uma pluralidade de cabeças de usinagem para esta finalidade das quais pelo menos uma está configurada para produção subtrativa, isto é, por exemplo, como ferramenta de fresagem, e pelo menos uma está configurada para produção aditiva, isto é, por exemplo, como um aparelho para a soldadura por acumulação a laser. Após o fim, por exemplo, da etapa de usinagem aditiva, a ferramenta de usinagem muda autonomamente a cabeça de usinagem e pode subsequentemente realizar uma etapa de usinagem subtrativa e vice-versa. Uma fabricação particularmente rápido e altamente precisa do componente 1 é aqui tornada possível.

[0081] Embora a invenção tenha sido explicada com referência à produção de um impulsor 1, a invenção, naturalmente, não está limitada a tais componentes 1 ou a sua fabricação, mas é bastante adequada para uma pluralidade de outros componentes 1, em particular para os componentes 1 em que é proporcionada pelo menos uma passagem interior 7 cuja geometria não permite que ela seja trabalhada de modo cortante ou subtrativo a partir de uma peça em bruto 10 com um esforço justificável.

[0082] O componente 1 pode também, em particular, ser configurado como estator ou como difusor de uma máquina rotativa, sendo a máquina rotativa, em particular, uma bomba ou uma turbina ou um compressor ou um compactador ou um expansor.

[0083] A passagem interior pode, por exemplo, ser também uma passagem de arrefecimento, por exemplo, em uma pá de turbina, por exemplo, uma passagem de ar de arrefecimento.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método de fabricação de um componente de uma máquina rotativa que tem, pelo menos, uma passagem interior (7) que se estende de um centro (6) até uma superfície limite (42) do componente e é pelo menos parcialmente fechada, caracterizado pelo fato de ser proporcionada uma peça em bruto (10) que compreende a superfície limite (42) e uma superfície de topo (11); em que é realizada uma primeira etapa de usinagem subtrativa, na qual uma parte da passagem (7) que compreende pelo menos uma abertura (71) da passagem (7) na superfície limite (42), assim como um recorte ( 72) na superfície superior (11) é fabricada por meio da produção de usinagem; e em que, subsequentemente, a passagem (7) é completada por meio de produção por acumulação na peça em bruto (10).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o recorte (72) ser produzido na superfície superior (11) na primeira fase de usinagem subtrativa de tal modo que se prolonga até ao centro (6), onde a passagem (7) começa.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o componente compreender uma pluralidade de passagens interiores (7), cada uma das quais estende-se para fora do centro (6) até à superfície limite (42); em que as passagens adjacentes (7) estão cada uma separadas por uma parede divisória (3); em que uma parte respectiva da passagem (7) é fabricada na primeira etapa de usinagem subtrativa de cada passagem (7), compreendendo, pelo menos, uma abertura (71) da passagem (7) na superfície limite (42) e uma parte de recorte (72) na superfície superior (11); e em que cada parede de divisão (3) só é completada por meio da produção por acumulação.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a superfície superior (11) da pe- ça em bruto (10) ter, no máximo, uma abertura central antes da primeira etapa de usinagem subtrativa que está disposta em uma disposição radialmente para dentro tal que cada entrada de uma passagem (7) disposta no centro (6) é separada da abertura central por um corpo de anel (21) no estado completado do componente.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a primeira etapa de usinagem subtrativa ser efetuada de tal modo que, após a sua conclusão, a superfície superior (11) da peça em bruto (10) tenha uma região contígua em forma de anel (111) que é adjacente à superfície limite (42) e cobre todas as aberturas (71).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a produção por acumulação ocorrer em camadas.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a produção por acumulação compreender uma pluralidade de etapas de usinagem aditiva para construir, sucessivamente, o componente (1).

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de pelo menos uma etapa de usinagem subtrativa adicional ser efetuada entre os etapas de usinagem aditiva.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de se realizar uma etapa de usinagem subtrativa adicional entre as duas etapas de usinagem aditiva.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o componente (1) ser construído elemento por elemento após a primeira etapa de usinagem subtrativa, sendo preferencial mente completada cada parede de divisão (3).

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções anteriores, caracterizado pelo fato de a produção por acumulação ser realizada com a ajuda de um laser.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o componente (1) estar configurado como impulsor ou como estator ou como difusor de uma máquina rotativa, em particular de uma bomba, de uma turbina, de um compressor, de um compactador ou de um expansor.

13. Componente de uma máquina rotativa, caracterizado pelo fato de ser fabricado de acordo com um método, como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.

14. Componente, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de cada parede divisória ser configurada como uma pá (3).

15. Componente, de acordo com a reivindicação 13 ou 14 caracterizado pelo fato de ser configurado como impulsor ou como estator ou como difusor de uma máquina rotativa, em particular de uma bomba, de uma turbina, de um compressor, de um compactador ou de um expansor.