CN102873242A

CN102873242A - 制造涡轮叶片的方法

Info

Publication number: CN102873242A
Application number: CN2012102406699A
Authority: CN
Inventors: 木村浩二; 浅野弘; 熊泽郁乃
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: US20130014388A1; CN102873242B; DE102012106208A1; JP2013019294A; US8726504B2; JP5802972B2; KR20130007994A; KR101939838B1

Abstract

本发明涉及一种制造涡轮叶片的方法，其包括：（a）在多个涡轮叶片沿长度方向一体连接的状态下，锻造所述多个涡轮叶片，（b）在所述一体连接的状态下对所述多个涡轮叶片进行热处理，（c）在所述一体连接的状态下对所述多个涡轮叶片进行机械加工，和（d）将所述多个涡轮叶片分离成单独的涡轮叶片。根据该方法，能够减少锻造加工的步骤数，并且能够提高锻造效率。此外，能够减少锻造加工过程中产生的毛边的量，因此，与以单体的形式锻造涡轮叶片的情况相比，能够改善材料的产率。

Description

制造涡轮叶片的方法

技术领域

本发明涉及制造涡轮叶片的方法。

背景技术

传统地，作为涡轮叶片的制造方法，通常采用将涡轮叶片一个接一个地从块体材料刮削出的制造涡轮叶片的方法。

然而，在将涡轮叶片从块体材料刮削出的情况下，存在诸如工作量大、材料的产率低以及加工费时、难以提高生产率等问题。

另一方面，还已知以单体的形式通过锻造制造涡轮叶片的方法。例如，在下述专利文献1和专利文献2中公开了以单体的形式锻造形成涡轮叶片的方法。

然而，在以该方式、以单体的形式锻造涡轮叶片以及使各涡轮叶片分别经受机械加工的情况下，锻造需要的步骤数增多，并且随后的机械加工的步骤数也增多。

具体地，在锻造后的涡轮叶片经受机械加工的情况下，首先进行机械加工的设置，然后进行机械加工，之后取出机械加工后的产品。在该情况下，对锻造后的每一个涡轮叶片必须进行一系列的机械加工步骤，因此，机械加工存在大量的不便并且费时。

专利文献1：特开平2-80149号公报

专利文献2：特开昭63-112039号公报

发明内容

考虑到上述情况而做出本发明，本发明的目的是提供一种制造涡轮叶片的方法，在该方法中，能够节省锻造涡轮叶片所需要的步骤数以及机械加工所需要的步骤数和机械加工所需要的时间，因此，能够高效地制造涡轮叶片。

1.一种制造涡轮叶片的方法，其包括：

（a）在多个涡轮叶片沿长度方向一体连接的状态下，锻造所述多个涡轮叶片，

（b）在进行所述锻造之后，在所述一体连接的状态下对所述多个涡轮叶片进行热处理，

（c）在进行所述热处理之后，在所述一体连接的状态下对所述多个涡轮叶片进行机械加工，和

（d）在进行所述机械加工之后，将所述多个涡轮叶片分离成单独的涡轮叶片。

2.根据上述第1项所述的制造涡轮叶片的方法，在进行所述锻造时，连接部设置于各所述涡轮叶片的彼此相邻的端部之间作为连接各所述涡轮叶片的所述端部的余出部，并且在各所述涡轮叶片通过所述连接部在长度方向上一体连接的状态下锻造所述涡轮叶片。

3.根据上述第1项或第2项所述的制造涡轮叶片的方法，在进行所述锻造时，以使得壁厚大于叶片部的壁厚的厚壁部位于相邻的两个所述涡轮叶片的长度方向上的两个端部的方式进行所述锻造。

如上所述，根据本发明，通过锻造来形成涡轮叶片。在这种情况下，在沿长度方向一体连接的状态下锻造多个涡轮叶片。

根据该方法，能够通过锻造从单块锻造材料同时形成多个涡轮叶片。结果，能够减少锻造加工的步骤数，从而能够提高锻造效率。

此外，能够减少锻造加工过程中产生的毛边的量，因此，与以单体的形式锻造涡轮叶片的情况相比，能够改善材料的产率。

根据本发明，之后，对锻造后的涡轮叶片实施热处理，以实现期望的硬度。

通常，作为热处理，进行淬火处理和退火处理。

根据本发明，如上所述，使多个涡轮叶片在一体连接的状态下经受热处理。

在该情况下，因为在一体连接的状态下对多个涡轮叶片进行热处理，所以能够提高热处理的效率。此外，如图1所示，在涡轮叶片以可以消除两个叶片部的扭曲的方式连接的情况下，能够有利地抑制热处理过程中的变形（翘曲或扭曲）的发生。

根据本发明，在进行上述热处理之后，进行机械加工（切削加工），该机械加工用于对涡轮叶片赋予期望的最终的形状和尺寸。

此时，根据本发明，在一体连接的状态下保持多个涡轮叶片时，进行机械加工。

还可以如下操作：首先，将处于连接状态下的多个涡轮叶片分离成单独的涡轮叶片，然后，对各涡轮叶片单独实施机械加工。然而，在该情况下，机械加工的步骤数增多，更为费时。

另一方面，在根据本发明使多个涡轮叶片在一体连接的状态下经受机械加工的情况下，能够减少机械加工的步骤数和机械加工中的不便，而且也能够减少需要的时间。

例如，在使两个涡轮叶片以单体的形式单独地经受机械加工的情况下，首先对一个涡轮叶片进行机械加工的设置，然后进行机械加工。之后，从机械加工设备移除机械加工后的产品。之后，对另一涡轮叶片进行机械加工的设置并且进行机械加工，进一步地，在机械加工之后进行产品的移除。以此方式，移除和机械加工的设置必须进行两次。

另一方面，在例如使两个涡轮叶片在连接的状态下同时经受机械加工的情况下，仅需要执行一次诸如移除和机械加工的设置等步骤。因此，整体上能够减少机械加工需要的步骤和时间，并且能够有利地提高机械加工的效率。

之后，在随后的分离步骤中，将如上所述在一体连接状态下的机械加工过的涡轮叶片分离成单独的涡轮叶片。

根据本发明，在锻造步骤中，可以将连接部设置于各涡轮叶片的彼此相邻的端部之间作为连接涡轮叶片的端部的余出部，并且在通过连接部在长度方向上一体连接涡轮叶片的状态下锻造涡轮叶片（第2项）。

在如上所述将连接部设置于两个涡轮叶片之间作为余出部的情况下，可以在锻造步骤之后，通过机械加工设备的卡盘（chuck）抓持连接部而在连接状态下进行机械加工。结果，能够有效地防止处于连接状态下的加长的涡轮叶片发生摇摆，因此，能够以高的精度执行机械加工。

此外，根据本发明，在锻造步骤中，能够以如下方式进行锻造：使得壁厚大于叶片部的壁厚的厚壁部位于相邻的两个涡轮叶片的长度方向上的两个端部（第3项）。

以此方式，在锻造步骤之后使多个涡轮叶片在一体连接的状态下经受机械加工时，通过由机械加工设备的卡盘抓持位于两个涡轮叶片的长度方向上的两个端部的厚壁部，能够稳定牢固地抓持并保持处于连接状态下的相邻的两个涡轮叶片。结果，涡轮叶片在机械加工过程中的摇摆被抑制，并且能够以高的精度同时对这些涡轮叶片执行机械加工。

特别地，在单体的转动侧的转子叶片经受机械加工的情况下，虽然该转子叶片的叶片根部、即厚壁部能够由长度方向上的一端的卡盘抓持，但是薄的叶片部本身必须由另一端的卡盘抓持以进行机械加工。在该情况下，在机械加工之后必须通过切割而将叶片部的由卡盘抓持的部分去除。

然而，根据上述第3项，在相邻的两个涡轮叶片均为转子叶片的情况下，在涡轮叶片以涡轮叶片的作为厚壁部的涡轮叶片的叶片根部位于长度方向上的两个端部的方式沿长度方向相对的状态下锻造涡轮叶片，能够在由卡盘抓持位于长度方向上的两个端部的作为厚壁部的两个叶片根部的状态下，对相邻的两个转子叶片施加机械加工。结果，能够消除由卡盘抓持壁厚较小的叶片部的必然性。

附图说明

图1是示出处于单体状态下以及一体连接的状态下的转子叶片的图，该转子叶片是作为本发明的制造方法的适用对象的一个示例的涡轮叶片。

图2是说明根据本发明的实施方式的制造方法的步骤的图表。

图3A和图3B是示出图2中的关键部分以及相对于根据本发明的实施方式的对比实施方式的图。

图4A和图4B是示出根据本发明的另一实施方式的关键部分以及相对于该实施方式的对比实施方式的图。

附图标记说明

10，12转子叶片（涡轮叶片）

14，16，36，38叶片部

30，50连接部

32，34导向叶片

具体实施方式

现在，将参照附图详细说明本发明的实施方式。

在图1的（B）中，附图标记10和附图标记12表示作为实施方式的适用对象的涡轮叶片。具体地，在本实施方式中，涡轮叶片10和涡轮叶片12为用于燃气涡轮的转子叶片（blade）。涡轮叶片10一体地设有壁厚较小的叶片部14和壁厚较大的叶片根部18，涡轮叶片12一体地设有壁厚较小的叶片部16和壁厚较大的叶片根部20。

优选地，使用JIS SUS410J1、DIN X12C r13、EN1.4006、EN1.4024、UNS S41025、UNS S41000、AISI410或类似材料作为转子叶片10和转子叶片12的材料。

在本实施方式中，转子叶片10和转子叶片12为级数不同的不同类型的叶片。然而，级数差仅为一级。尺寸较大的转子叶片10为第n级（stage），而尺寸较小的转子叶片12为第（n+1）级。

因此，转子叶片10和转子叶片12的形状彼此非常接近。

转子叶片10的叶片根部18和转子叶片12的叶片根部20、即转子叶片10和转子叶片12的厚壁部被固定到转子的轮盘，由此与转子一体地转动。

注意，薄壁叶片部14和薄壁叶片部16为扭曲形状。如图1的（B）所示，叶片14和叶片16在沿长度方向彼此相对的状态下朝相反的方向扭曲。

图2示出在本实施方式中制造转子叶片10和转子叶片12的方法的步骤。

在图2中，附图标记22表示由JIS SUS410J1材料（可以使用其他材料）形成的棒状的锻造材料。在本实施方式的步骤（Ⅰ）中，作为第一步，使用该锻造材料22进行锻造加工。

在该步骤（Ⅰ）的步骤（Ⅰ-1）中执行粗锻，通过该粗锻，将锻造材料22形成为两端设有厚壁部的预成型产品24。

然后，在步骤（Ⅰ-2）中，对预成型产品24实施精锻，可以获得作为精锻产品的处于具有毛边28的状态的连接体26，在该连接体26中，转子叶片10和转子叶片12在长度方向上一体地连接。

此后，在步骤（Ⅰ-3）中进行毛边28的去除，将毛边28从连接体26分离并去除。

如图1的（A）和图2所示，在本实施方式中，以长度方向上一体连接的连接体26的形式，由单个模具同时锻造作为涡轮叶片的转子叶片10和转子叶片12两个转子叶片。

在转子叶片10和转子叶片12以作为厚壁部的叶片根部18和叶片根部20分别位于连接体26的长度方向上的两个端部的方式沿长度方向彼此相对的状态下，转子叶片10和转子叶片12被一体锻造。

在连接体26中，附图标记30表示连接部，该连接部设置于转子叶片10的端部和转子叶片12的端部之间作为连接转子叶片10的相应的端部和转子叶片12的相应的端部的余出部（superfluous）。转子叶片10和转子叶片12在通过该余出部30彼此连接的状态下被一体锻造。

在本实施方式中，在随后的步骤（Ⅱ）中，进行用于增大转子叶片10和转子叶片12的硬度的热处理。具体地，作为热处理，这里进行淬火处理和退火处理。此时，转子叶片10和转子叶片12借助于连接部30一体连接的连接体26经受热处理。

在该步骤（Ⅱ）中，在热处理之后还进行氧化皮去除处理、即除锈处理（de-scaling treatment）。具体地，在本实施方式中进行喷丸处理（shot blast treatment）。

此后，在步骤（Ⅲ）中，对转子叶片10和转子叶片12的整个表面进行机械加工（切削加工）。在机械加工过程中，转子叶片10和转子叶片12还在彼此连接的状态下、即以连接体26的形式经受机械加工。

此时，壁厚比叶片部16大的叶片根部18和叶片根部20分别位于连接体26的长度方向上的两个端部。因此，通过由机械加工设备的卡盘（chuck）来抓持具有高的刚度的叶片根部18和叶片根部20，能够牢固地可靠地保持转子叶片10和转子叶片12两个转子叶片、即保持连接体26。

另外，由于连接体26在长度方向上的中间部分具有连接部30，所以还可以由机械加工设备的卡盘来抓持该连接部30，因此能够更牢固地保持连接体26。

此外，在本实施方式中，可以由机械加工设备的卡盘来抓持连接体26的长度方向上的两个端部和中间部分，由此在整个连接体被牢固地可靠地保持的状态下执行机械加工。因此，能够有效地防止转子叶片10和转子叶片12在机械加工过程中摇摆（sway），能够以高的精度执行机械加工。

在该步骤（Ⅲ）中，还对连接体26实施研磨。

在进行步骤（Ⅲ）的机械加工过程中，因为转子叶片10和转子叶片12形成为一体的连接体26，所以转子叶片10和转子叶片12两个转子叶片可以同时经受机械加工。

因此，在对转子叶片10和转子叶片12实施机械加工时，对机械加工及机械加工后产品的移除仅执行一次设置，就足够了。

在如上所述完成机械加工和研磨之后，在步骤（Ⅳ）中将连接部30从连接体26切断，由此使转子叶片10和转子叶片12两个转子叶片分离（见图1）。

以此方式，能够获得作为单个的涡轮叶片的转子叶片10和转子叶片12。

在上述实施方式中，能够从一块锻造材料22通过锻造同时形成转子叶片10和转子叶片12两个转子叶片。结果，能够减少锻造加工的步骤数，因而能够提高锻造效率。

此外，由于能够减少在锻造加工过程中产生的毛边28的量，所以与以单体的形式锻造转子叶片10和转子叶片12的情况相比，能够改善材料的产率。

此外，在本实施方式中，因为能够在一体连接的状态下对转子叶片10和转子叶片12进行热处理，所以能够提高热处理的效率。

此外，在本实施方式中，能够在转子叶片10和转子叶片12在一体连接的状态下被保持时，执行机械加工。

结果，能够减少机械加工的步骤数和机械加工中的不便，还能够减少所需时间。

虽然上述说明涉及转子叶片，但是也可以将本发明应用于制造固定侧的导向叶片（vane）。

在图4A和图4B中，附图标记32和附图标记34表示导向叶片。这里，导向叶片32和导向叶片34被设定为级数彼此不同。具体地，导向叶片32的级数和导向叶片34的级数的差为一级。

附图标记36和附图标记38分别表示导向叶片32的叶片部和导向叶片34的叶片部。

在图中右端侧，导向叶片32一体地设有叶片根部（未示出），该叶片根部为待固定到涡轮壳体的厚壁部；在图中左端侧，以相同的方式，导向叶片34一体地设有叶片根部（未示出），该叶片根部为待固定到涡轮壳体的厚壁部。

导向叶片32、34的与叶片根部相反的一侧的端部、即在导向叶片32、34安装到涡轮壳体的状态下的径向内侧的相应的端部，分别一体地设有待固定到环状构件的罩40和罩42，所述环状构件形成为围绕转子轴的环状。

附图标记44表示连接体，在该连接体中，导向叶片32和导向叶片34以沿长度方向相对的方式一体连接。

特别地，同样在该实施方式中，导向叶片32和导向叶片34以沿长度方向相对的方式在长度方向上一体连接，由此形成连接体44。

并置的罩40和罩42以与上述实施方式相同的方式借助于连接部50彼此连接。

顺便提及，以连接体44的形式锻造导向叶片32和导向叶片34两个导向叶片的步骤和工序以及随后的热处理的步骤、机械加工的步骤和将连接体44分离成导向叶片32和导向叶片34两个导向叶片的步骤与如图2所示的制造转子叶片的情况基本相同。

在根据本实施方式以连接体44的形式锻造导向叶片32和导向叶片34两个导向叶片的情况下，也能够在由机械加工设备的卡盘抓持位于长度方向上的两个端部的叶片根部的情况下进行机械加工。

同时，可以在由卡盘抓持位于中间部分的连接部50的情况下进行机械加工。

至此已经详细说明了本发明的实施方式。然而，仅作为示例说明了实施方式。

例如，在上述实施方式中，说明了如下情况：通过在连接状态下锻造涡轮叶片以及使涡轮叶片在该连接状态下经受机械加工来制造级数差彼此仅为一级的不同类型的两个涡轮叶片。然而，根据本发明，也可以通过在连接状态下锻造涡轮叶片以及使涡轮叶片在该连接状态下经受机械加工来制造级数差大于一级（即，在两级以上）的两个涡轮叶片。

此外，在上述实施方式中，说明了两个涡轮叶片被连接的情况。然而，特别地在制造小尺寸的涡轮叶片的情况下，不论是转子叶片还是导向叶片，还可以在连接状态下锻造多于两个（即，三个以上）的多个涡轮叶片并且在该连接状态下进行机械加工。

此外，可以在不偏离本发明的要旨的范围内以诸如将各种变型加入本发明的方式而做出本发明。例如，本发明还可以应用于制造用于燃气涡轮以外的其他涡轮的叶片。

本发明基于2011年7月11日递交的日本专利申请NO.2011-152494，该申请的全部内容通过引用而包含于此。

Claims

1.一种制造涡轮叶片的方法，其包括：

2.根据权利要求1所述的制造涡轮叶片的方法，其特征在于，在进行所述锻造时，连接部设置于各所述涡轮叶片的彼此相邻的端部之间作为连接各所述涡轮叶片的所述端部的余出部，并且在各所述涡轮叶片通过所述连接部在长度方向上一体连接的状态下锻造所述涡轮叶片。

3.根据权利要求1所述的制造涡轮叶片的方法，其特征在于，在进行所述锻造时，以使得壁厚大于叶片部的壁厚的厚壁部位于相邻的两个所述涡轮叶片的长度方向上的两个端部的方式进行所述锻造。

4.根据权利要求2所述的制造涡轮叶片的方法，其特征在于，在进行所述锻造时，以使得壁厚大于叶片部的壁厚的厚壁部位于相邻的两个所述涡轮叶片的长度方向上的两个端部的方式进行所述锻造。