ES2832499T3 - Matriz de forjado en caliente y procedimiento de forjado en caliente - Google Patents
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Abstract
Matriz de forjado en caliente (1) para forjar en caliente un material de forjado en forma de barra mediante forjado radial, comprendiendo la matriz de forjado en caliente un par de partes de prensado de mitad (2) para interponer el material de forjado entre el par de partes de prensado de mitad (2), presentando cada una de las partes de prensado de mitad (2) una superficie lisa que presenta una forma cóncava configurada para rodear el material de forjado, en el que la parte de prensado de mitad incluye unas partes de procesamiento rugosas (3) y una parte de acabado (4), y una anchura de la parte de acabado en una dirección longitudinal del material de forjado es más ancha que una anchura de las partes de procesamiento rugosas, caracterizada por que la parte de acabado (4) está formada alrededor de una parte inferior de la forma cóncava, y las partes de procesamiento rugosas (3) están formadas sobre cada uno de ambos lados de la parte de acabado (4), sobre los lados de extremo opuestos de la forma cóncava.
Description
DESCRIPCIÓN
Matriz de forjado en caliente y procedimiento de forjado en caliente
Campo técnico
La presente invención se refiere a una matriz de forjado en caliente y a un procedimiento de forjado en caliente.
Técnica anterior
Por ejemplo, durante la fabricación de un álabe de turbina, un material de forjado en caliente, que presenta una forma de barra redonda, se recalca a un diámetro deseado, y una preforma, que presenta una forma de barra redonda deseada, en la que se fija el volumen de una parte para formar una parte de raíz o una parte de ala de un álabe de turbina está formada mediante forjado de matriz cerrada de manera que se obtiene un material de álabe de turbina que presenta una forma casi neta. En cuanto a la forma de la preforma, por ejemplo, la figura 2 del documento JP-A-63-238942 (documento de patente 1) muestra una preforma que presenta una forma en la que una parte para formar una parte de raíz es gruesa (el volumen es alto) y se estrecha gradualmente hacia una punta de una parte del ala.
Por ejemplo, un procedimiento de fabricación específico de la preforma incluye: forjar radialmente un material de forjado en caliente que presenta una forma de barra redonda para obtener un material de barra redonda larga que presenta un diámetro deseado; cortar el material de barra redonda larga en una dimensión predeterminada; y forjar el material de barra redonda, cortada en una forma de preforma deseada, utilizando una máquina de forjado de matriz abierta independiente.
Durante el forjado de matriz cerrada de un álabe de turbina, una parte para formar una parte de raíz o una parte de ala, o una protuberancia denominada parte en saliente, puede proporcionarse en una parte de ala del álabe de turbina. En este caso, es importante ajustar el volumen y la dimensión de una preforma para un álabe de turbina. En caso de que el ajuste del volumen y la dimensión sea insuficiente, una preforma no resulta lo suficientemente gruesa en una cara de matriz durante el forjado de matriz cerrada. Por tanto, existe un problema dado que una parte de un material de álabe de turbina que presenta una forma casi neta es deficiente después del forjado de matriz cerrada. Además, un material de un álabe de turbina es una aleación costosa tal como una superaleación resistente al calor a base de Ni o una aleación de Ti. Por tanto, en caso de que se produzca un problema, tal como la deficiencia de una parte de un material de álabe de turbina que presenta una forma casi neta después del forjado de matriz cerrada, el daño es significativo.
Por tanto, es preferible proporcionar una ranura mediante un procesamiento denominado “rebajado” durante la fabricación de una preforma de manera que la preforma resulte suficientemente gruesa en una cara de matriz durante el forjado de matriz cerrada. Sin embargo, por ejemplo, tal como se divulga en el documento JP-A-60-250843 (documento de patente 2), una ranura de procesamiento puede formarse secuencialmente mediante la realización de un rebajado en un material que presenta una forma de barra redonda utilizando una plantilla especial en una máquina de prensado.
Un material de forjado después del rebajado se forja en caliente de nuevo para realizar el recalcado (más adelante, conocido como “recalcado”) utilizando una máquina de forjado independiente con el fin de obtener una forma de preforma predeterminada. El documento JP 3208818 B2, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1, muestra una matriz de forjado en caliente y procedimiento para el forjado en caliente de un material de forjado en forma de barra mediante forjado radial.
Lista de referencias
Literatura de patentes
[PTL 1] JP-A-63-238942
[PTL 2] JP-A-60-250843
Sumario de Invención
Problema técnico
Tal como se divulga en el documento de patente 2, en la técnica relacionada, solo se mejora una plantilla para el rebajado, y una matriz de forjado en caliente apta para el recalcado que se realiza después del rebajado, no se divulga.
Con respecto a la forma de una parte de prensado divulgada en el documento de patente 2, la parte de prensado
está formada de manera que sea lisa y no es apta para formar una ranura deseada en un material difícil de trabajar. Además, una ranura formada por rebajado presenta una pequeña anchura y es verticalmente profunda. En un caso en el que está formada una ranura en una dirección perpendicular a una dirección de profundidad de un material de forjado, existe el problema de que se produzca un defecto de solapado durante el forjado en caliente en el que el material de forjado se recalca a la longitud de un álabe de turbina.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar una matriz de forjado en caliente y un procedimiento de forjado en caliente, en el que incluso un material difícil de trabajar utilizado para un álabe de turbina puede recalcarse fácilmente utilizando una máquina de forjado radial.
Solución al problema
La presente invención se ha realizado teniendo en cuenta las circunstancias anteriormente descritas.
Es decir, según la presente invención, se proporciona una matriz de forjado en caliente para forjar en caliente un material de forjado en forma de barra mediante forjado radial, según la reivindicación 1.
En la matriz de forjado en caliente, es preferible que la anchura de la parte de prensado de mitad aumente gradualmente en una dirección desde la parte de procesamiento rugosa hasta la parte de acabado.
En la matriz de forjado en caliente, es más preferible que la anchura de la parte de acabado sea más ancha que la anchura del parte de procesamiento rugosa en 10 mm o más.
Además, la parte de acabado puede incluir una parte cóncava que divide una superficie de prensado de la parte de acabado en dos o más zonas.
Es preferible que la matriz de forjado en caliente se utilice para recalcar el material de forjado.
Además, según la presente invención, se proporciona un procedimiento de forjado en caliente para forjar en caliente un material de forjado en forma de barra mediante forjado radial, según la reivindicación 6.
En el procedimiento de forjado en caliente, es preferible que el material de forjado en forma de barra esté formado por una superaleación resistente al calor a base de Ni o una aleación de Ti.
El procedimiento de forjado en caliente, según la presente invención, es apto para la fabricación de una preforma para un álabe de turbina.
Efectos ventajosos de la invención
Según la presente invención, incluso un material difícil de trabajar utilizado para un álabe de turbina o similares, puede recalcarse fácilmente utilizando una máquina de forjado radial.
Breve descripción de dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de matriz de forjado en caliente según la presente invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una parte de rebajado.
La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de la parte de rebajado.
La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra una máquina de forjado radial.
La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una forma de una preforma.
La figura 6 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de la matriz de forjado en caliente según la presente invención.
La figura 7 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una parte que prensa un material de forjado cuando la matriz de forjado en caliente, según la presente invención, se utiliza para forjar en caliente. La figura 8 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una parte que prensa un material de forjado cuando la matriz de forjado en caliente, según la presente invención, se utiliza para forjar en caliente. La figura 9 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de la matriz de forjado en caliente según la presente invención.
Descripción de las formas de realización
La mayor característica de la presente invención es una matriz de forjado en caliente, que presenta una forma novedosa, y un procedimiento de forjado en caliente, que utiliza la matriz de forjado en caliente, que son aplicables a la formación de una preforma para un álabe de turbina grande utilizando una máquina de forjado radial. En adelante, se describirá una matriz de forjado en caliente utilizada en la presente invención.
La figura 1 muestra una vista lateral esquemática que muestra una matriz de forjado en caliente 1 según la presente invención, una vista en sección transversal (vista en sección transversal D-D) que muestra una parte de acabado de la matriz de forjado en caliente 1, una vista en sección transversal (vista en sección transversal F-F) que muestra una parte de procesamiento rugosa de la matriz de forjado en caliente 1, y una vista en sección transversal (vista en sección transversal E-E) que muestra un espacio entre la parte de acabado y la parte de procesamiento rugosa. En la presente invención se utiliza una máquina de forjado radial que prensa un material de forjado en dos sentidos opuestos una con respecto a otra. En la figura 1, la anchura de una superficie lisa de una parte de prensado (la anchura en la dirección longitudinal de un material de forjado) aumenta gradualmente de una anchura W1 de una posición mostrada en la vista en sección transversal F-F a una anchura W2 de una posición mostrada en la vista en sección transversal E-E. Una anchura W3 de la superficie lisa de la parte de prensado en una región de la anchura W2 de la posición mostrada en la vista en sección transversal E-E a una posición (parte inferior) mostrada en la vista en sección transversal D-D es sustancialmente la misma. “La parte de acabado” descrita en la presente invención se refiere a una parte que presenta la misma anchura que incluye la posición (parte inferior) mostrada en la vista en sección transversal D-D. En la parte de acabado, una parte que prensa el material de forjado puede presentar una superficie lisa que se forma para ser cóncava tal como se muestra en la figura 1, y una parte cóncava puede proporcionarse en una parte de la parte que prensa el material de forjado tal como se describe a continuación.
Dos matrices de forjado en caliente 1 mostradas en la figura 1 se establecen como un par. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 4, las dos matrices de forjado en caliente están enfrentadas entre sí de manera que un material 21 de forjado se interpone entre los mismos, y el par de dos matrices de forjado en caliente 1 actúan en conjunto para el recalcado. La parte que recalca el material de forjado incluye partes de prensado de mitad 2 entre las que se interpone el material de forjado (no se muestra en la figura 1). El material de forjado está interpuesto entre las partes de prensado de mitad y se prensa. El material de forjado se retiene y se hace girar intermitentemente mediante un mecanismo de retención incluido en una máquina de forjado radial.
Tal como se muestra en la vista lateral esquemática de la figura 1, cada una de las partes de prensado de mitad 2 incluye una pluralidad de superficies continuas (una superficie de prensado tal como superficie de trabajo, y superficies laterales inclinadas que se proporcionan en lados opuestos de la superficie de prensado), y que forman una forma convexa continua para rodear el material de forjado. Dado que las partes de prensado presentan una forma de mitad, el material de forjado puede interponerse entre las partes de prensado de las dos matrices de forjado en caliente que actúan conjuntamente. Además, “ la forma que es continua para rodear el material de forjado” se refiere a una forma en la que la periferia del material 21 de forjado está rodeado por las partes de procesamiento rugosas y las partes de acabado, tal como se muestra en la figura 4. La parte de prensado de mitad 2 está formada de manera que una superficie lisa presenta forma cóncava, y la parte de prensado presenta una forma de arco cuando se observa desde un lado (en la vista lateral esquemática de la figura 1). La parte de prensado de mitad 2 incluye una parte de acabado 4 y partes de procesamiento rugosas 3. La parte de acabado 4 se forma alrededor de la parte inferior cóncava, y las partes de procesamiento rugosas 3 se forman en cada uno de ambos lados (lados de extremo opuesto de la parte cóncava (con forma de arco)) de la parte de acabado. La distancia entre las partes de procesamiento rugosas aumenta en una dirección de la parte inferior de la parte de acabado 4 a las partes de extremo de las partes de procesamiento rugosas 3 opuestas. Cuando las dos matrices de forjado en caliente prensan el material de forjado, el material de forjado puede prensarse de una forma convexa continua. En el caso de que el material de forjado se forje en caliente por la matriz de forjado en caliente 1 que presenta la forma descrita anteriormente, las partes de procesamiento rugosas convexas formadas en la matriz de forjado en caliente entran en contacto con el material de forjado en primer lugar de manera que el material de forjado puede formarse secuencialmente en una dimensión predeterminada. Por tanto, “ la forma convexa” descrita en la presente invención se refiere a una forma cuando se observa desde la dirección de las vistas en sección transversal respectivas. Es decir, la sección transversal se refiere a una sección transversal vista desde una dirección perpendicular a la dirección longitudinal del material de forjado. La parte de prensado (superficie de trabajo) que se forma para ser convexa, y recalca el material de forjado, presenta una estructura con una superficie lisa que se forma para dar una forma cóncava. Por tanto, en la presente invención, la parte de prensado anteriormente descrita (superficie de trabajo) también se denominará “parte de prensado lisa”.
Además, cada una de las partes de prensado de mitad 2 incluye: unas partes de procesamiento rugosas 3; y una parte de acabado lisa 4 en la que una anchura de la parte de prensado (anchura en la dirección longitudinal del material de forjado) es más ancha que la de la parte de procesamiento rugosa 3. El motivo para esto se describe a continuación. En la etapa inicial del recalcado, la zona de contacto se reduce para un rebajado eficaz de manera que, incluso un material de forjado difícil de trabajar, puede recalcarse eficientemente cuando el forjado del material
de forjado se inicia desde las partes de procesamiento rugosas. Junto con el progreso del recalcado, el material de forjado se prensa secuencialmente hacia la parte de acabado que presenta una anchura amplia de la parte de prensado, de manera que la forma del material de forjado se ajusta a una forma final. La parte de prensado divulgada en los documentos de patente 1 y 2 anteriormente descritos se forma para presentar la misma anchura. Sin embargo, es ventajoso cambiar la zona de contacto, especialmente cuando se recalca un material difícil de trabajar.
Es decir, en la presente invención, inicialmente, el material de forjado puede recalcarse eficientemente por la parte de procesamiento rugosa 3 que presenta una pequeña zona de contacto con el material de forjado. A continuación, el material de forjado puede formarse eficientemente en una forma final por la parte de acabado 4 que presenta una anchura más amplia de la parte de prensado que la parte de procesamiento rugosa 3. Por tanto, es preferible que la anchura de la parte de prensado aumente gradualmente desde la anchura de la parte de prensado de la parte de procesamiento rugosa 3 hasta la anchura de la parte de prensado (superficie de acabado) de la parte de acabado 4 que presenta una anchura más amplia que la parte de procesamiento rugosa.
La parte de prensado real puede repararse, por ejemplo, mediante soldadura por pasadas transversales, y entonces, la forma puede mecanizarse manualmente. Por tanto, la forma de la parte de prensado real no es necesariamente una forma lisa que no presente sustancialmente ninguna irregularidad. Por tanto, “ la forma lisa” descrita en la presente invención solo debe ser una forma lisa que no presenta ninguna irregularidad significativa que presente un margen de error generado por soldadura por pasadas transversales o mecanizado. La forma puede determinarse a partir de una forma aproximada. Además, la matriz de forjado en caliente, según la presente invención, incluye las partes de prensado de mitad. Por tanto, la superficie de trabajo es curva para rodear el material de forjado.
Es preferible que la anchura de la parte de prensado de la parte de acabado 4 según la presente invención (la anchura en la dirección longitudinal del material de forjado) sea más ancha que la anchura de la parte de prensado de la parte de procesamiento rugosa 3 en 10 mm o más. El motivo para esto se describe a continuación. Al aumentar una diferencia entre las zonas de contacto para aumentar la cantidad de procesamiento en la etapa inicial del recalcado, el material de forjado puede acabarse de manera precisa para dar una forma predeterminada en la etapa final del recalcado. En caso de que una diferencia de anchura entre la parte de acabado y la parte de procesamiento rugosa sea menor de 10 mm, el efecto no puede obtenerse de manera suficiente. Por tanto, la diferencia se ajusta para ser 10 mm o más. La diferencia es preferentemente de 15 mm o más.
Es preferible que una inclinación 0 de un flanco formado en una parte continua que conduce a la parte de acabado 4 sea preferentemente de 15° a 35°. El flanco es una superficie que se forma en un lado en el que se suministra el material de forjado. El flanco se transfiere al material de forjado en una forja en caliente y la parte transferida (parte A en la figura 6) se forja en la forja. Como resultado, puede impedirse la aparición de un defecto de solapado en el material de forjado. En la figura 1, los flancos se forman a ambos lados de la parte de acabado. En caso de que se utilice la matriz de forjado en caliente que presenta la estructura anteriormente descrita, el material de forjado puede recalcarse mientras se alterna el material de forjado. Por ejemplo, en caso de que el material de forjado se recalque en una única dirección, el flanco puede formarse solo un lado en el que se suministra el material de forjado tal como se muestra en la figura 6.
Por ejemplo, en caso de que se forme una preforma para un álabe de turbina, el procesamiento denominado rebajado se realiza antes del recalcado del material de forjado. La matriz de forjado en caliente 11 utilizada para el rebajado incluye una parte de rebajado 7 que forma una ranura de procesamiento. Una parte de prensado para el rebajado proporcionada en la parte de rebajado 7 se forma de manera que incluye una parte de cambio gradual que presenta una sección transversal en forma de arco de la parte de prensado en la que el radio de curvatura de la sección transversal en forma de arco de la parte de prensado aumenta gradualmente desde la parte de procesamiento rugosa (secciones transversales C-C y G-G) hasta la parte de acabado (secciones transversales A-A, B-B, E-E y F-F) tal como se muestra en las figuras 2 y 3. La parte de rebajado 7 para el rebajado incluye un par de partes de prensado de mitad 12 entre las que se interpone el material de forjado, en el que cada una las partes de prensado de mitad 12 presenta una parte convexa que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular, siendo la parte convexa continua para rodear el material de forjado, y cada una de las partes de prensado de mitad 12 incluye una parte de procesamiento rugosa 13 que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular y una parte de acabado 14. Además, cada una de las partes de prensado de mitad incluye la parte de procesamiento rugosa y la parte de acabado convexa que presenta una parte convexa que presenta un radio de curvatura mayor que la parte de procesamiento rugosa. El radio de curvatura de la sección transversal de la parte de prensado de mitad, desde una posición mostrada en la sección transversal B-B hasta una posición mostrada en la sección transversal A-A y el radio de curvatura de la sección transversal de la parte de prensado de mitad desde una posición mostrada en la sección transversal F-F hasta una posición mostrada en la sección transversal E-E, es idéntico.
La configuración básica es la misma que la de la matriz de forjado en caliente apta para el recalcado. Del mismo modo, dos matrices de forjado en caliente 11 para el rebajado se establecen como un par. Durante el rebajado del material de forjado, el material de forjado se retiene y se hace girar por un mecanismo de retención incluido en una
máquina de forjado radial de manera que el par de matrices de forjado en caliente 11 para el rebajado actúan conjuntamente para formar una ranura predeterminada en el material de forjado (no mostrado).
Además, en la matriz de forjado en caliente para el rebajado, tal como se muestra en la figura 3, puede formarse una pluralidad de partes de prensado 12 para el rebajado en la dirección longitudinal del material de forjado. El motivo para esto se describe a continuación. En caso de que se formen dos o más ranuras de procesamiento por rebajado, es ventajoso formar una pluralidad de partes de prensado 12 para el rebajado en una matriz desde el punto de vista de la productividad. En particular, un material de aleación utilizado para un álabe de turbina es un material difícil de trabajar. Por tanto, es preferible que el forjado se termine en el menor tiempo posible en un intervalo de temperatura en el que sea posible el forjado en caliente. La formación simultánea de una pluralidad de ranuras mediante rebajado es efectiva en una parte para formar una parte en saliente que se proporciona en una parte de ala de un álabe de turbina.
La formación simultánea de una pluralidad de ranuras mediante rebajado puede realizarse utilizando una máquina de forjado radial en combinación con la matriz de forjado en caliente, según la presente invención en la que la zona de contacto de la parte de prensado aumenta gradualmente de una zona pequeña a una zona grande.
En la matriz de forjado en caliente que presenta una estructura mostrada en las figuras 2 y 3, de manera similar, la parte de acabado es una parte (que oscila entre una posición mostrada en la vista en sección transversal F-F y una posición mostrada en la vista en sección transversal E-E y que oscila entre una posición mostrada en la vista en sección transversal B-B y una posición mostrada en la vista en sección transversal A-A) que presenta un radio de curvatura idéntico que incluye una posición (inferior) mostrada en la vista en sección transversal E-E y la vista en sección transversal A-A.
A continuación, se describirá como ejemplo un procedimiento de forjado en caliente para formar una preforma para el álabe de turbina de 50 pulgadas utilizando la matriz de forjado en caliente según la presente invención.
La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una máquina de forjado radial. La matriz de forjado en caliente 11 mostrada en la figura 2 o 3 está unida a la máquina de forjado radial. Cada una de las matrices de forjado en caliente 11 se proporciona en cada una de las superficies opuestas al material de forjado, de manera que el material 21 de forjado se interpone entre las matrices de forjado en caliente 11. En la figura 4, el material 21 de forjado se retiene en la máquina de forjado radial. El material de forjado se calienta a una temperatura de forjado en caliente predeterminada en un horno de calentamiento (no mostrado) y se fija a la máquina de forjado radial.
La temperatura de calentamiento varía dependiendo del material del material de forjado. Por ejemplo, en caso de que el material del material de forjado sea una superaleación resistente al calor a base de Ni, la temperatura de calentamiento es de 950°C a 1150°C. En caso de que el material del material de forjado sea una aleación de Ti, la temperatura de calentamiento es de 800°C a 1000°C. Además, en caso de que el material del material de forjado sea un acero inoxidable endurecido por precipitación, la temperatura de calentamiento está comprendida entre 900°C y 1200°C. Además, la forma del material de forjado es una forma de barra. El material de forjado en forma de barra solo debe ajustarse para dar una forma predeterminada utilizando una máquina de forjado o una máquina de prensado. En caso de que el material de forjado presente forma de barra redonda, es preferible que el diámetro del material de forjado sea el mismo que la distancia de las partes de procesamiento rugosas de la matriz de forjado en caliente 11 para el rebajado.
De los materiales de forjado anteriormente descritos, el material de forjado que presenta una forma de barra redonda predeterminada se une a la máquina de forjado radial.
Durante el forjado en caliente, el material de forjado se rebaja haciendo girar el material de forjado 21 calentado y prensando simultáneamente el material de forjado, utilizando cada una de las partes de prensado de mitad del par de dos matrices de forjado en caliente 11 que están enfrentadas entre sí. La forma de la matriz de forjado en caliente para el rebajado es la que se muestra en la figura 2 o 3. Durante el rebajado, el forjado en caliente comienza a partir de las partes de procesamiento rugosas 13 de la matriz de forjado en caliente 11. La matriz de forjado en caliente, según la presente invención, presenta una forma en la que la distancia entre las partes de procesamiento rugosas aumenta en una dirección desde la parte de acabado 14 hasta las partes de procesamiento rugosas 13 y en la que, cuando las dos matrices de forjado en caliente prensan el material de forjado, el material de forjado puede prensarse en una forma convexa sustancialmente semicircular. Además, durante el rebajado inicial, el material de forjado rota en la misma posición (no se mueve en la dirección longitudinal del material de forjado).
Ejemplos de un procedimiento de rebajado incluyen dos procedimientos. Como primer procedimiento, se describirá en primer lugar un procedimiento en el que se enfatiza la forma después de completar el rebajado.
En caso de que el forjado en caliente comience desde dos sentidos opuestos una con respecto a otra, tal como se muestra en la figura 7(A), las posiciones predeterminadas del material de forjado comienzan a prensarse por las
partes de procesamiento rugosas 13 en primer lugar. Las posiciones de contacto (forjado) entre el material 21 de forjado y la matriz de forjado en caliente durante el procesamiento rugoso se indican mediante flechas. Como resultado, el material de forjado se forja en caliente en los dos sentidos opuestos uno con respecto a otro y, en la etapa inicial de forjado, comienza a prensarse por las partes de procesamiento rugosas formadas en las dos matrices de forjado en caliente que actúan conjuntamente para forjar el material de forjado. Por tanto, el número de posiciones en las que se prensa el material de forjado al inicio del forjado es de cuatro. En caso de que el rebajado comience en las cuatro posiciones al mismo tiempo, la zona de contacto es pequeña, y por tanto, puede formarse una ranura eficientemente. Al forjar en caliente secuencialmente el material de forjado hacia las partes de acabado, la forma del material de forjado se ajusta a una forma predeterminada en las partes de acabado que se forman en el par de matrices de forjado en caliente. En la etapa final de acabado, tal como se muestra en la figura 7(B), el número de posiciones en las que se prensa el material 21 de forjado durante el forjado en caliente en las partes inferiores de las partes de acabado es de dos. Es decir, en la etapa inicial de rebajado, las cuatro posiciones se forjan (rebajan) utilizando el par de matrices de forjado en caliente. Durante el ajuste de una forma final, las dos posiciones se forjan utilizando el par de matrices de forjado en caliente. Como resultado, puede ajustarse la forma del material de forjado. Además, el material de forjado puede formarse eficientemente para dar una forma final en las partes de acabado convexas 14 que presentan un radio de curvatura mayor que las partes de procesamiento rugosas. Además, la forma final del material de forjado puede ajustarse a la forma inferior de la parte de acabado indicada por una flecha. Por tanto, este procedimiento es adecuado en un caso en el que se enfatiza la forma de acabado final.
Un segundo procedimiento es un procedimiento que puede aplicarse a un caso en el que el tiempo de procesamiento sea corto.
En caso de que el forjado en caliente comience desde dos sentidos opuestos uno con respecto a otro, tal como se muestra en la figura 8(A), las posiciones predeterminadas del material de forjado comienzan a prensarse por las partes de procesamiento rugosas 13 en primer lugar. Las posiciones de contacto (forjado) entre el material 21 de forjado y la matriz de forjado en caliente durante el procesamiento rugosas se indican mediante flechas. Como resultado, el material de forjado se forja en caliente en los dos sentidos opuestos uno con respecto a otro y, en la etapa inicial de forjado, comienza a prensarse por las partes de procesamiento rugosas formadas en las dos matrices de forjado en caliente que actúan conjuntamente para forjar el material de forjado. Por tanto, el número de posiciones en las que se prensa el material de forjado al inicio del forjado es de cuatro. En caso de que el rebajado comience en las cuatro posiciones al mismo tiempo, la zona de contacto es pequeña y, por tanto, puede formarse una ranura eficientemente. Al forjar en caliente secuencialmente el material de forjado hacia las porciones de acabado, la forma del material de forjado se ajusta a una forma predeterminada en las partes de acabado 14 que se forman en el par de matrices de forjado en caliente.
Tal como se describió anteriormente, en una región desde la posición mostrada en la vista en sección transversal B-B hasta una posición (inferior) mostrada en la vista en sección transversal A-A, el radio de curvatura es sustancialmente el mismo. Por tanto, el acabado no se realiza en las partes inferiores de las partes de acabado y puede acabarse en un estado en el que el número de posiciones en las que se prensa el material de forjado en caliente durante el acabado es de cuatro tal como se muestra en la figura 8(B). Incluso en este caso, el material de forjado puede formarse eficientemente en una forma final en la parte de acabado convexa 14 que presenta un radio de curvatura mayor que la parte de procesamiento rugosa. Además, dado que el número de posiciones en las que se prensa el material de forjado en caliente es de cuatro, el rebajado puede acabarse en un corto periodo de tiempo. Por tanto, este procedimiento es adecuado en un caso en el que se desea que el tiempo de forjado sea corto.
En el procedimiento en el que se enfatiza el tiempo de forjado, es importante ajustar el radio de curvatura (el radio de curvatura cuando se observa desde una dirección perpendicular a la dirección longitudinal del material de forjado mostrado en la figura 8) de la parte inferior (posición mostrada en la vista en sección transversal A-A) de la parte de acabado para que sea menor que el radio de curvatura del diámetro después del rebajado. En este caso, es preferible que la parte inferior de la parte de acabado sea curva para evitar una concentración excesiva de tensión durante el forjado en caliente.
Una vez completado el rebajado, la matriz de forjado en caliente 11 se sustituye por la matriz de forjado en caliente 1 que incluye una parte de prensado para el recalcado. Cuando se sustituyen las matrices de forjado en caliente, el material de forjado se recalienta a una temperatura de forjado predeterminada.
La matriz de forjado en caliente 1 sustituida incluye una parte de recalcado 5 que incluye la parte de prensado para recalcar que recalca el material de forjado.
La parte de prensado para el recalcado presenta una forma mostrada en la figura 1. Cuando la matriz de forjado en caliente que incluye la parte de prensado para recalcado se observa desde la dirección longitudinal del material de forjado, la forma de la parte de prensado es la misma que la de la matriz de forjado en caliente 11 para el rebajado mostrada en la figura 7(A). Por tanto, en caso de que el forjado en caliente comience desde dos sentidos opuestos, uno con respecto a otro, posiciones predeterminadas del material de forjado, comienzan a ser prensadas por las
partes de procesamiento rugosas 3 en primer lugar. Como resultado, el material de forjado se forja en caliente en los dos sentidos opuestos uno con respecto a otro y, en la etapa inicial de recalcado (forjado), comienza a prensarse por las partes de procesamiento rugosas formadas en las dos (el par de) matrices de forjado en caliente que actúan conjuntamente para forjar el material de forjado. Por tanto, el número de posiciones en las que se prensa el material de forjado al inicio del forjado es de cuatro. En caso de que el recalcado comience en las cuatro posiciones al mismo tiempo, la zona de contacto es pequeña, y por tanto el material de forjado puede recalcarse eficientemente. El material de forjado se mueve secuencialmente en la dirección longitudinal del material de forjado al tiempo que se hace girar intermitentemente por la máquina de forjado radial, y entonces se forja en caliente secuencialmente hacia las partes de acabado. Como resultado, la forma del material de forjado se ajusta a una forma predeterminada en las partes de acabado que se forman en el par de matrices de forjado en caliente. Es decir, en la etapa final de acabado, tal como se muestra en la figura 7(B), el número de posiciones en las que se prensa el material de forjado durante el forjado en caliente en las partes de acabado 14 es de dos. El procedimiento de ajuste de la forma final a la forma inferior de la parte de acabado es adecuado en caso de que se enfatice la forma acabada final.
Además, con el fin de reducir el tiempo de forjado en caliente durante el forjado en caliente utilizando la parte de prensado para el recalcado, el número de posiciones en las que se prensa el material de forjado en caliente, desde la etapa inicial hasta la etapa final del forjado en caliente, se ajusta a cuatro tal como se muestra en la figura 8. Como resultado, el material de forjado puede recalcarse en un corto periodo de tiempo.
En la presente invención, la matriz de forjado en caliente que incluye la parte de prensado para el recalcado puede realizarse para presentar una forma mostrada en la figura 9. En la matriz de forjado en caliente 1, mostrada en la figura 9, se forma una parte cóncava 6 en una región desde la parte inferior en la anchura de la parte de acabado 4 (la anchura en dirección longitudinal del material de forjado) hasta la parte de procesamiento rugosa. Debido a la parte cóncava 6, la superficie de prensado de la parte de acabado se divide en dos zonas. Al formar una o más partes cóncavas en la anchura (W3) de la parte de acabado 4 para dividir la superficie de prensado de la parte de acabado en dos o más zonas, puede evitarse de manera más fiable que el material de forjado se flexione durante el recalcado. En caso de que el material de forjado se forje en caliente utilizando la matriz de forjado en caliente mostrada en la figura 9, la etapa final de forjado se realiza en la parte inferior de la parte de acabado mostrada en la vista en sección transversal A-A. Cuando se prensa el material de forjado, existen dos partes que incluyen: una parte prensada que se prensa por la parte de acabado; y una parte que no se prensa por la parte de acabado y que es adyacente a la parte prensada por la parte de acabado. Una parte de la parte prensada fluye hacia la parte no prensada de manera que la sección transversal del material de forjado es ligeramente elíptica. Es probable que el material de forjado elíptico se flexione durante el forjado. Sin embargo, en la estructura de la matriz de forjado en caliente, mostrada en la figura 9, la superficie prensada (parte de acabado) se divide por la parte cóncava. Por tanto, el material de forjado se hace girar intermitentemente mediante forjado radial en la parte de prensado inicial y se acaba en la siguiente superficie de prensado. En este momento, se prensan cuatro partes en total en la estructura mostrada en la figura 9. Por tanto, tal como se describió anteriormente, pueden corregirse una forma elíptica y una forma curva en la superficie de prensado. Al formar la parte cóncava en posiciones que incluyen la parte inferior de la parte de acabado (la posición en contacto con la línea recta A-A en la figura 9), el efecto de impedir la flexión puede exhibirse en la medida de lo posible.
De esta manera, el material de forjado puede forjarse en caliente de manera continua para dar una forma predeterminada utilizando la misma máquina de forjado radial no solo para el rebajado, sino también para el recalcado. Por tanto, a diferencia de la técnica relacionada, no es necesario realizar el recalcado utilizando una máquina de forjado independiente después de utilizar una plantilla para el rebajado. Es decir, puede reducirse un proceso problemático. Por tanto, aunque se reduce el número de veces de recalentamiento, puede fabricarse una preforma para un álabe de turbina de alta precisión.
Según la presente invención, incluso un material difícil de trabajar utilizado para un álabe de turbina puede recalcarse fácilmente utilizando una máquina de forjado radial. Además, según el nuevo procedimiento de forjado en caliente que utiliza una máquina de forjado radial, puede reducirse significativamente el número de veces de recalentamiento de un material de forjado, puede mejorarse la productividad, y este procedimiento es extremadamente eficaz en cuanto a ahorro de energía.
Ejemplos
(Ejemplo 1)
Se preparó la matriz de forjado en caliente 11 mostrada en la figura 3.
La parte de rebajado 7 de la matriz de forjado en caliente 11 preparada para el rebajado incluye un par de partes de prensado de mitad 12 entre las que se interpone el material de forjado, en el que cada de una las partes de prensado de mitad 12 presenta una parte convexa que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular que es continua para rodear el material 21 de forjado, y cada una de las partes de prensado de mitad 12 incluye una parte de procesamiento rugosa 13 y una parte de acabado 14 que presenta una parte convexa que presenta un radio de curvatura mayor que la parte de procesamiento rugosa. El radio de curvatura de la parte de
rebajado 7 cambia gradualmente, en el que el radio de curvatura de la parte convexa sustancialmente semicircular de la parte de procesamiento rugosa 13 es de 30 mm, y el radio de curvatura de la parte convexa sustancialmente semicircular de la parte de acabado 14 es de 50 mm.
Además, con respecto a la parte de prensado para el recalcado proporcionada en la parte de recalcado 5 de la matriz de forjado en caliente 1 que recalca el material 21 de forjado después del rebajado, la parte de prensado se forma lisa; y la forma de la misma se muestra en la figura 1. La parte de prensado para el recalcado incluye un par de partes de prensado de mitad 2 entre las que se interpone el material de forjado, en la que cada una de las partes de prensado de mitad 2 presenta una forma convexa sustancialmente semicircular que es continua para rodear el material 21 de forjado; y cada una de las partes de prensado de mitad 2 incluye una parte de procesamiento rugosa sustancialmente plana 3 y una parte de acabado 4. La anchura de la parte de prensado para el recalcado cambia gradualmente, en la que la anchura de la parte de procesamiento rugosa 3 es de 50 mm, y la anchura de la parte de acabado 4 es de 100 mm. La inclinación 0 del flanco es de 18°. La matriz de forjado en caliente presenta una forma en la que se enfatiza una forma final.
Las dos matrices de forjado en caliente descritas anteriormente se establecieron como un par y el par de matrices de forjado en caliente estaba unido a una máquina de forjado radial.
Se calentó un material de forjado para un álabe de turbina de 50 pulgadas en un horno de calentamiento calentado a 950°C. El material de forjado estaba formado por una aleación de titanio, en la que el diámetro era de ^200 mm y la longitud era de 1100 mm.
Se extrajo el material de forjado del horno de calentamiento y comenzó a forjarse en caliente en la máquina de forjado radial. Se retuvo el material de forjado por un manipulador.
Durante el forjado en caliente, se rebajó el material de forjado haciendo girar el material 21 de forjado calentado y prensando simultáneamente el material de forjado, utilizando cada una de las partes de prensado de mitad del par de dos matrices de forjado en caliente 1 que estaban enfrentadas. Durante el rebajado inicial, se forjó en caliente el material de forjado para dar una forma predeterminada mientras se hacía girar el material de forjado en la misma posición (sin moverse en la dirección longitudinal del material de forjado). Tal como se muestra en la figura 3, se formaron una pluralidad de partes de prensado de mitad 12 para el rebajado en una matriz, y se rebajaron dos partes al mismo tiempo utilizando esta matriz.
Después de completar el rebajado, se sustituyó la matriz de forjado en caliente por la matriz de forjado en caliente 1 de la figura 1 que incluye la parte de prensado para el recalcado. En este momento, se extrajo el material de forjado de la máquina de forjado radial y se recalentó a una temperatura de forjado predeterminada. Después de completar la sustitución por la matriz de forjado en caliente 11, que incluye la parte de prensado para el recalcado, se unió el material de forjado nuevamente a la máquina de forjado radial y se forjó en caliente utilizando la parte de prensado para el recalcado. Se hizo girar el material de forjado intermitentemente por la máquina de forjado radial y se movió secuencialmente en la dirección longitudinal de manera que la forma del mismo se ajustó a una forma predeterminada. Como resultado, se forjó en caliente el material de forjado para dar una forma de preforma. Una preforma 22 después del forjado en caliente presentó la forma mostrada en la figura 5 que era adecuada para formar una parte de raíz, una parte de ala, o una parte en saliente. En la preforma después del forjado en caliente, no se produjo una preforma tal como un defecto de solapado.
Con el procedimiento según la presente invención, incluso un material difícil de trabajar utilizado para un álabe de turbina o similares, puede recalcarse fácilmente utilizando una máquina de forjado radial. Además, puede forjarse en caliente y rebajarse un material de forjado para dar una forma de preforma predeterminada utilizando una máquina de forjado radial. Por tanto, a diferencia de la técnica relacionada, un proceso problemático, tal como la utilización de una plantilla para el rebajado, puede reducirse. Por tanto, aunque se reduce el número de veces de recalentamiento, puede fabricarse una preforma para un álabe de turbina de alta precisión.
(Ejemplo 2)
En el ejemplo 2, se verificó el efecto de la matriz de forjado en caliente mostrado en la figura 9. En la matriz de forjado en caliente mostrada en la figura 9, la anchura de la parte de prensado para el recalcado cambia gradualmente, en la que la anchura de la parte de prensado para el recalcado 5 en la parte de procesamiento rugosa es de 3 mm, y la anchura de la parte de prensado para el recalcado 5 en la parte de acabado 4 es de 120 mm. Se formó una parte cóncava que presenta una anchura de 50 mm en el centro de la parte de acabado, y el número de superficies de prensado en la parte de acabado fue de 2. La anchura de cada una de las dos superficies de prensado divididas fue de 35 mm. Se utilizó la misma matriz de forjado en caliente para el rebajado que en el ejemplo 1.
Se calentó un material de forjado para un álabe de turbina de 50 pulgadas en un horno de calentamiento calentado a 950°C. El material de forjado estaba formado por una aleación de titanio, en la que el diámetro era de ^200 mm y la longitud era de 1100 mm.
Se extrajo el material de forjado del horno de calentamiento y comenzó a forjarse en caliente en la máquina de forjado radial. Se retuvo el material de forjado por un manipulador.
Durante el forjado en caliente, se rebajó el material de forjado haciendo girar el material 21 de forjado calentado y presionando simultáneamente el material de forjado utilizando cada una de las partes de prensado de mitad del par de dos matrices de forjado en caliente 11 que estaban enfrentadas entre sí. Durante el rebajado inicial, se forjó en caliente el material de forjado para dar una forma predeterminada mientras se hacía girar el material de forjado en la misma posición (sin moverse en la dirección longitudinal del material de forjado). Tal como se muestra en la figura 3, se formaron una pluralidad de partes de prensado de mitad 12 para el rebajado en una matriz, y se rebajaron dos partes al mismo tiempo utilizando esta matriz.
Después de completar el rebajado, se sustituyó la matriz de forjado en caliente por la matriz de forjado en caliente 1 de la figura 9 que incluye la parte de prensado para el recalcado. En este momento, se extrajo el material de forjado de la máquina de forjado radial y se recalentó a una temperatura de forjado predeterminada. Después de completar la sustitución por la matriz de forjado en caliente 1 que incluye la parte de prensado para el recalcado, se unió el material de forjado nuevamente a la máquina de forjado radial y se forjó en caliente utilizando la parte de prensado para el recalcado. Se hizo girar el material de forjado intermitentemente por la máquina de forjado radial y se movió secuencialmente en la dirección longitudinal de manera que la forma del mismo se ajustó a una forma predeterminada. Como resultado, se forjó en caliente el material de forjado para dar una forma de preforma. Finalmente, se sustituyó la matriz de forjado en caliente por la matriz de forjado en caliente 1 mostrada en la figura 9, y se acabó el material de forjado utilizando un forjado radial de 10 pasadas. Una preforma 22 después del forjado en caliente presentó la forma mostrada en la figura 5 que era adecuada para formar una parte de raíz, una parte de ala, o una parte en saliente. En la preforma después del forjado en caliente, no se produjo una preforma tal como un defecto de solapado. Con respecto a la flexión de la preforma que presenta una longitud total de aproximadamente 1500 mm, se verificó que se suprimió una flexión de unos 5 mm comparando la preforma obtenida en el ejemplo 2 con la preforma obtenida en el ejemplo 1.
Con el procedimiento según la presente invención, incluso un material difícil de trabajar utilizado para un álabe de turbina o similares, puede recalcarse fácilmente utilizando una máquina de forjado radial. Además, puede forjarse en caliente y rebajarse un material de forjado para dar una forma de preforma predeterminada utilizando una máquina de forjado radial. Por tanto, a diferencia de la técnica relacionada, puede reducirse un proceso problemático tal como la formación de una marca en una posición de rebajado. Por tanto, aunque se reduce el número de veces de recalentamiento, puede fabricarse una preforma para un álabe de turbina de alta precisión.
Claims (8)
1. Matriz de forjado en caliente (1) para forjar en caliente un material de forjado en forma de barra mediante forjado radial, comprendiendo la matriz de forjado en caliente un par de partes de prensado de mitad (2) para interponer el material de forjado entre el par de partes de prensado de mitad (2), presentando cada una de las partes de prensado de mitad (2) una superficie lisa que presenta una forma cóncava configurada para rodear el material de forjado, en el que la parte de prensado de mitad incluye unas partes de procesamiento rugosas (3) y una parte de acabado (4), y una anchura de la parte de acabado en una dirección longitudinal del material de forjado es más ancha que una anchura de las partes de procesamiento rugosas,
caracterizada por que la parte de acabado (4) está formada alrededor de una parte inferior de la forma cóncava, y las partes de procesamiento rugosas (3) están formadas sobre cada uno de ambos lados de la parte de acabado (4), sobre los lados de extremo opuestos de la forma cóncava.
2. Matriz de forjado en caliente (1) según la reivindicación 1, en la que la anchura de la parte de prensado de mitad (2) aumenta gradualmente en una dirección desde la superficie de procesamiento rugosa hasta la superficie de acabado.
3. Matriz de forjado en caliente (1) según la reivindicación 1 o 2, en la que la anchura de la parte de acabado (4) es más ancha que la anchura de la parte de procesamiento rugosa (3) en 10 mm o más.
4. Matriz de forjado en caliente (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la parte de acabado (4) incluye una parte cóncava (6) que divide una superficie de prensado de la parte de acabado (4) en dos o más zonas.
5. Matriz de forjado en caliente (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la matriz de forjado en caliente es una matriz de forjado en caliente para el recalcado del material de forjado.
6. Procedimiento de forjado en caliente para forjar en caliente un material de forjado en forma de barra mediante forjado radial utilizando la matriz de forjado en caliente (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el procedimiento de forjado en caliente comprende:
una etapa de calentamiento de material de forjado de calentamiento del material de forjado a una temperatura de forjado en caliente; y
una etapa de forjado en caliente para recalcar el material de forjado haciendo girar el material de forjado calentado y prensando simultáneamente el material de forjado con la matriz de forjado en caliente (1) en el par de las partes de prensado de mitad (2) enfrentadas entre sí.
7. Procedimiento de forjado en caliente según la reivindicación 6, en el que el material de forjado en forma de barra está formado por una superaleación resistente al calor a base de Ni o una aleación de Ti.
8. Procedimiento de forjado en caliente según la reivindicación 6 o 7, en el que el material de forjado es una preforma para un álabe de turbina.
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