ES2835953T3 - 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), siendo cada una de las partes de prensado de mitad (2) una parte convexa que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular cuando es vista desde una dirección perpendicular a una dirección longitudinal del material de forjado, siendo la parte convexa continua de manera que rodee el material de forjado, en la que cada una de las partes de prensado de mitad incluye unas partes de procesamiento rugosas (3) y siendo una parte de acabado (4) una parte convexa que presenta un radio de curvatura mayor en la sección transversal sustancialmente semicircular que las partes de procesamiento rugosas (3); caracterizada por que cada una de las partes de prensado de mitad (2) presenta una forma de arco, incluyendo cada una de las partes de prensado de mitad (2): la parte de acabado (4) formada alrededor de una parte inferior de la forma de arco, y unas partes de procesamiento rugosas (3) formadas sobre cada uno de ambos lados de extremo de la forma de arco.
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 es estriado hasta 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 se forma 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 de 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 estar prevista 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 rellena lo suficientemente una cara de matriz durante el forjado de matriz cerrado. 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 “realizar un estrechamiento” (del inglés, “necking”) durante la fabricación de una preforma de manera que la preforma rellene suficientemente 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 estrechamiento en un material que presenta una forma de barra redonda utilizando una plantilla especial en una máquina de prensado. En el documento JP 3208818 B2, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1, divulga una matriz de forjado en caliente y procedimiento para forjar un material de forjado con 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
Con respecto a la forma de la plantilla divulgada en el documento de patente 2, que se usa para realizar un estrechamiento, una parte de prensado de la plantilla está fomrada plana para presentar la misma anchura. Por tanto, la plantilla no es apta para formar una ranura deseada en un material difícil de trabajar. Además, una ranura formada por estrechamiento presenta una pequeña anchura y es verticalmente profunda. En un caso en el que se forma una ranura en una dirección perpendicular a una dirección de profundidad de un material de forjado, existe el problema de que se produce un defecto de solapado durante el forjado en caliente en el que el material de forjado se estira hasta 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 ser estrechado 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, está prevista 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 cada una de las partes de prensado de mitad incluya una parte de cambio gradual en la que un radio de curvatura 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 un radio de curvatura de la parte convexa que presente una forma sustancialmente semicircular en la parte de acabado sea mayor que un radio de curvatura de una parte convexa que presente una forma sustancialmente semicircular en la parte de procesamiento rugosa en 10 mm o más.
En la matriz de forjado en caliente, cada una de las partes de prensado de mitad presenta una parte de prensado para realizar un estrechamiento.
En la matriz de forjado en caliente, una pluralidad de las partes de prensado para realizar un estrechamiento se proporciona en una dirección longitudinal del material de forjado.
Además, según la presente invención, está previsto un procedimiento de forjado en caliente para forjar en caliente un material de forjado en forma de barra mediante forjado radial, según la reivindicación 7.
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 puede ser estrechado 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 matriz de forjado en caliente según la presente invención.
La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una parte de estiramiento.
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 una parte que prensa un material de forjado cuando la matriz de forjado en caliente, según la presente invención, se usa para el forjado en caliente. 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 de estiramiento.
Descripción de las formas de realización
En el documento de patente 2, un objeto para realizar un estrechamiento es un producto pequeño denominado barra de conexión. Por otro lado, el tamaño de un álabe de turbina ha aumentado recientemente, y un material de la misma es una superaleación resistente al calor a base de Ni, o una aleación de Ti que se conoce como material difícil de trabajar. En particular, algunas de las aleaciones presentan un intervalo de temperatura pequeño en donde es posible el forjado en caliente. Por tanto, la temperatura de un material de forjado que se forma a partir de esta
aleación disminuye durante el forjado de matriz abierta en el que se usa una plantilla para realizar un estrechamiento. Por tanto, aunque depende del peso de un material de forjado, por ejemplo, se requiere que un material de forjado para un álabe de turbina de 40 a 60 pulgadas se recaliente de siete a diez veces. A medida que aumenta el tamaño de un álabe de turbina, aumenta el número de veces de recalentamiento.
Con el fin de resolver el problema, resulta extremadamente eficaz utilizar una máquina de forjado radial para realizar un estrechamiento. Sin embargo, en una máquina de forjado radial, normalmente, se utiliza una matriz denominada yunque que presenta una parte de prensado plana. Por tanto, una máquina de forjado radial en la que se utiliza un yunque de la técnica relacionada no puede utilizarse para realizar un estrechamiento.
La presente invención puede resolver este problema, y la mejor característica del mismo es una forma novedosa que puede aplicarse 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 utilizado 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 A-A) que muestra una parte de acabado de la matriz de forjado en caliente 1, una vista en sección transversal (vista en sección transversal C-C) 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 B-B) 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 direcciones opuestas una con respecto a otra. En la figura 1, en una región desde una posición mostrada en la vista en sección transversal C-C, hasta una posición mostrada en la vista en sección transversal B-B, el radio de curvatura de cada una de las partes de prensado de mitad mostrada en las vistas en sección transversal aumenta gradualmente. 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. “La parte de acabado” descrita en la presente invención se refiere a una parte que presenta el mismo radio de curvatura que incluye la posición (inferior) mostrada en la vista en sección transversal A-A.
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 de forjado 21 esté interpuesto entre los mismos, y el par de dos matrices de forjado en caliente 1 actúan en conjunto para realizar un estrechamiento. Específicamente, las dos matrices de forjado en caliente 1 mostradas en la figura 1 se establecen como un par, e incluyen 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 presenta una parte convexa que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular que es continua para rodear el material de forjado. Dado que las partes de prensado presentan una forma a la 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 se forma una parte cóncava sobre una superficie plana, y la parte de prensado presenta una forma de arco cuando es vista desde un lado de la parte de prensado de mitad 2 (en la vista lateral esquemática de la figura 1). La parte de prensado de mitad 2 incluye una parte de acabado 4 y unas partes de procesamiento rugosas 3. La parte de acabado 4 está formada alrededor de la parte inferior cóncava (con forma de arco), y las partes de procesamiento rugosas 3 se forman en cada uno de ambos lados (ambos lados de extremo 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 sustancialmente semicircular. 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 sobre la matriz de forjado en caliente entran en contacto con el material de forjado en primer lugar de manera que puede formarse secuencialmente una ranura necesaria mediante la realización de un estrechamiento. Por tanto, “ la parte convexa que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular” descrita en la presente invención se refiere a una forma cuando es vista desde la dirección de las vistas en sección transversal respectivas. Es decir, la sección transversal se refiere a una sección transversal cuando es vista desde una dirección perpendicular a una dirección longitudinal del material de forjado.
Además, cada una de las partes de prensado de mitad 2 incluye la parte de procesamiento rugosa 3; y la parte de acabado 4 que presenta una parte convexa que presenta un mayor radio de curvatura que la parte de procesamiento rugosa. El motivo para esto se describe a continuación. En la etapa inicial del forjado, la zona de contacto se reduce para realizar un estrechamiento eficaz de manera que una ranura que presenta una profundidad predeterminada puede formarse de manera eficaz incluso en un material de forjado difícil de trabajar cuando el
forjado del material de forjado se inicia desde las partes de procesamiento rugosas. Junto con el progreso de forjado, el material de forjado se prensa secuencialmente hacia la parte de acabado de manera que la anchura de la ranura aumenta y se ajusta una forma de estrechamiento. Incluso después del forjado en caliente por la parte de acabado, la profundidad de la ranura puede no alcanzar una profundidad de estrechamiento. Por tanto, incluso en la parte de acabado, se reduce la zona de contacto tanto como sea posible mediante la formación de una parte de prensado que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular. Como resultado, la forma del estrechamiento puede ajustarse de manera eficaz.
Es decir, en la presente invención, inicialmente, la ranura puede estar formada de manera eficaz por la parte de procesamiento rugosa 3 que presenta un radio de curvatura pequeño. A continuación, puede conformarse la ranura para dar una forma final mediante la parte de acabado 4 que presenta un mayor radio de curvatura que el de la parte de procesamiento rugosa 3. Por tanto, puede formarse una parte de cambio gradual, en la que el radio de curvatura aumenta gradualmente desde la parte de prensado sustancialmente semicircular formada en la parte de procesamiento rugosa 3 y en la que el radio de curvatura en la parte de acabado convexa 4 es mayor que el de la parte de procesamiento rugosa.
En la parte de prensado real puede formarse una parte convexa sustancialmente semicircular, por ejemplo, mediante soldadura por pasadas transversales, y entonces la forma puede mecanizarse manualmente. Por tanto, la parte convexa formada no presenta necesariamente el mismo radio de curvatura. Por tanto, la forma “sustancialmente semicircular” descrita en la presente invención solo debe ser una forma convexa que presenta una curvatura que presenta un margen de error generado mediante la soldadura por pasadas transversales o mecanizado. La curvatura puede obtenerse a partir de una forma aproximada. Además, la parte que prensa el material de forjado solo presenta una parte convexa que presenta una curvatura, y la curvatura de la parte de prensado está configurada según la presente invención.
En la presente invención, es preferible que un radio de curvatura de una parte convexa sustancialmente semicircular en la parte de acabado 4 sea mayor que un radio de curvatura de una parte convexa sustancialmente semicircular en la parte de procesamiento rugosa 3 en 10 mm o más. El motivo de esto se describe a continuación. El material de forjado según la presente invención es una preforma para un álabe de turbina grande, y en la preforma para un álabe de turbina grande (larga), es preferible que la zona de contacto entre la parte de procesamiento rugosa y la parte de acabado sea grande. Además, otro motivo es que, en el caso de que el radio de curvatura de la parte convexa sustancialmente semicircular en la parte de acabado sea grande, una ranura de procesamiento que presenta una anchura amplia puede formarse fácilmente. Con el fin de evitar un defecto de solapado en una parte estrechada durante forjado en caliente para el estiramiento que se realiza después del forjado en caliente para realizar el estrechamiento, es preferible que la anchura de la ranura de procesamiento formada por estrechamiento sea grande. En caso de que una diferencia del radio de curvatura 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, el radio de curvatura de una parte convexa sustancialmente semicircular en la parte de acabado 4 se ajusta para ser mayor que el radio de curvatura de la parte convexa sustancialmente semicircular en la parte de procesamiento rugosa 3 en 10 mm o más. La diferencia es, preferentemente, de 15 mm o más.
Tal como se describió anteriormente, la matriz de forjado en caliente 1 según la presente invención es apta para realizar un estrechamiento. Tal como se muestra en la figura 2, puede formarse una pluralidad de partes de prensado de mitad 2 para realizar un estrechamiento 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 estrechamiento, es ventajoso formar una pluralidad de partes de prensado de mitad 2 para realizar un estrechamiento 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 la realización de un estrechamiento 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 la realización de un estrechamiento 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 la figura 2, de manera similar, la parte de acabado es una parte que presenta el mismo radio de curvatura que incluye una posición (inferior) mostrada en la vista en sección transversal E-E (que oscila entre una posición mostrada en una vista en sección transversal F-F y una posición mostrada en una vista en sección transversal E-E).
Después del forjado para realizar un estrechamiento, el material de forjado se estira para dar una forma de preforma predeterminada. Una matriz de forjado en caliente 11 utilizada en este caso incluye una parte de estiramiento 7 que estira el material de forjado. Con respecto a la parte de prensado para el estirado que se proporciona en la parte de estiramiento 7, tal como se muestra en la figura 3, la parte de prensado se forma plana (plana en la
dirección longitudinal del material de forjado 2 y curva de manera que el material de forjado 2 se inserta en la misma). La parte de estiramiento 7 para el estiramiento incluye un par de partes de prensado de mitad 12 entre las que se interpone el material de forjado, en donde cada una de las partes de prensado de mitad 12 presenta una forma convexa sustancialmente semicircular que es 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 sustancialmente plana y una parte de acabado 14. La configuración básica es la misma que para la matriz de forjado en caliente para el estrechamiento. Del mismo modo, dos matrices de forjado en caliente 11 para el estiramiento en la figura 3 se disponen como un par. Durante el estiramiento del material de forjado, el material de forjado se retiene y se hace rotar mediante 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 estiramiento actúan en conjunto para reducir el diámetro del material de forjado (no mostrado). Además, junto con la rotación del material de forjado, el material de forjado retenido se mueve en la dirección longitudinal y también se estira en la dirección longitudinal.
Con respecto a la parte de prensado plana de la matriz de forjado en caliente para el estiramiento, es preferible que la anchura de la parte de prensado sustancialmente plana formada en la parte de procesamiento rugosa 13 esté dispuesta para ser más estrecha y la anchura de la parte de prensado formada en la parte de acabado 14 está dispuesta para ser más ancha que la de la parte de procesamiento rugosa 13 de manera que la zona de contacto se reduce para un estiramiento eficaz en la etapa inicial de forjado y entonces se obtiene una forma predeterminada.
Tal como se describió anteriormente, en la matriz de forjado en caliente 11 para el estiramiento, la forma de la matriz de forjado en caliente se ajusta al tiempo que se estira el material de forjado en la dirección longitudinal. Por tanto, la parte de prensado se vuelve plana. En caso de que la anchura de la parte de prensado plana (la anchura en la dirección longitudinal del material de forjado) sea excesivamente ancha, una presión requerida para el forjado es grande. Por tanto, es preferible que la anchura de la parte de prensado plana se ajuste para ser adecuada para una máquina de forjado teniendo en consideración la zona de contacto de manera que el material de forjado pueda estirarse de manera eficaz impactando contra el mismo una vez.
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. Las matrices de forjado en caliente 1 mostradas en la figura 1 están unidas a la máquina de forjado radial. Cada una de las matrices de forjado en caliente 1 se proporciona en cada una de superficies opuestas al material de forjado de manera que el material de forjado 21 está interpuesto entre las matrices de forjado en caliente 1. En la figura 4, el material de forjado 21 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 en función 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 está comprendida entre 800°C y 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 1 para el estrechamiento.
De entre los materiales de forjado anteriormente descritos, el material de forjado que presenta una forma de barra redonda predeterminada está unido a la máquina de forjado radial.
Durante el forjado en caliente, el material de forjado es estrechado 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 están enfrentadas entre sí. La forma de la matriz de forjado en caliente para la realización de un estrechamiento es la que se muestra en la figura 1. Durante el estrechamiento, el forjado en caliente comienza a partir de las partes de procesamiento rugosas 3 de la matriz de forjado en caliente 1. 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 4 hasta las partes de procesamiento rugosas 3 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 estrechamiento inicial, el material de forjado gira en la misma posición (no se mueve en la dirección longitudinal del material de forjado).
Ejemplos de un procedimiento de estrechamiento incluyen dos procedimientos. Como primer procedimiento, se describirá en primer lugar un procedimiento en el que se enfatiza la forma después de completar el estrechamiento.
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 6(A), las posiciones predeterminadas del material de forjado comienzan a prensarse por las partes de procesamiento rugosas 3 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 las dos direcciones opuestas una con respecto a otra y, en la etapa inicial de forjado, comienza a prensarse por las partes de procesamiento rugosas formadas sobre 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 estrechamiento 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 6(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 estrechamiento, las cuatro posiciones se forjan (estrechan) 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 4, teniendo cada una parte convexa 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 7(A), las posiciones predeterminadas del material de forjado comienzan a prensarse por las partes de procesamiento rugosas 3 en primer lugar. Las posiciones de contacto (forjado) entre el material de forjado 21 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 sobre 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 estrechamiento 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 4 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 7(B). Incluso en este caso, el material de forjado puede formarse eficientemente en una forma final en la parte de acabado convexa 4 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 estrechamiento 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 7) 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 estrechamiento. 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 estrechamiento, la matriz de forjado en caliente 1 se sustituye por la matriz de forjado en caliente 11 que incluye la parte de prensado para el estiramiento. 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 11 sustituida incluye la parte de estiramiento 7 que incluye la parte de prensado para estirar que estira el material de forjado. La parte de prensado para el estiramiento presenta una forma mostrada en la figura 3. Cuando la matriz de forjado en caliente 11 que incluye la parte de prensado para el estiramiento 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 1 para el estrechamiento mostrado en la figura 6(A). Por tanto,
en caso de que el forjado en caliente comience desde dos direcciones opuestas una con respecto a otra, posiciones predeterminadas del material de forjado comienzan a prensarse por las partes de procesamiento rugosas 13 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 estiramiento (forjado), comienza a prensarse por las partes de procesamiento rugosas formadas sobre los 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 estiramiento comience en las cuatro posiciones al mismo tiempo, la zona de contacto es pequeña, y por tanto el material de forjado puede estirarse 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 6(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 estiramiento, 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 7. Como resultado, el material de forjado puede ser estirado en un corto periodo de tiempo.
Además, la matriz de forjado en caliente que incluye la parte de prensado para el estiramiento puede realizarse para presentar una forma mostrada en la figura 8. En la matriz de forjado en caliente 11 mostrada en la figura 8, una parte cóncava 8 está formada en una región desde la parte inferior en la anchura de la parte de acabado 14 (la anchura en dirección longitudinal del material de forjado) hasta la parte de procesamiento rugosa. Debido a la parte cóncava 8, la parte de prensado de la parte de acabado se divide en dos zonas. Al formar una o más partes cóncavas en la anchura de la parte de acabado 14 para dividir la parte 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 estiramiento. En caso de que el material de forjado sea forjado en caliente utilizando la matriz de forjado en caliente mostrada en la figura 8, 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 8, la parte de prensado (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 parte de prensado. En este momento, se prensan cuatro partes en total en la estructura mostrada en la figura 8. Por tanto, tal como se describió anteriormente, pueden corregirse una forma elíptica y una forma curva en la parte 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 8), 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 realizar un estrechamiento, sino también para realizar un estiramiento. Por tanto, a diferencia de la técnica relacionada, no es necesario realizar el estiramiento utilizando una máquina de forjado independiente después de utilizar una plantilla para realizar un estrechamiento. 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 estar estrechado 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 1 mostrada en la figura 2 según la presente invención.
Una parte de estrechamiento 5 de la matriz de forjado en caliente 1 preparada para realizar un estrechamiento incluye un par de partes de prensado de mitad entre las que se interpone el material de forjado, en el que cada de
una las partes de prensado de mitad presenta una parte convexa que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular que es continua para rodear el material de forjado, y cada una de las partes de prensado de mitad incluye una parte de procesamiento rugosa y una parte de acabado 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 estrechamiento 5 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 estiramiento proporcionada en la parte de estiramiento 7 de la matriz de forjado en caliente 11 que estira el material de forjado después del estrechamiento, la parte de prensado se forma plana, y la forma de la misma se muestra en la figura 3. La parte de estiramiento 7 para el estiramiento incluye un par de partes de prensado de mitad 12 entre las que se interpone el material de forjado, en la que cada una de las partes de prensado de mitad 12 presenta una forma convexa sustancialmente semicircular que es continua para rodear el material de forjado, y cada una de las partes de prensado de mitad 12 incluye una parte de procesamiento rugosa sustancialmente plana 13 y una parte de acabado 14. La anchura de la parte de prensado para el estiramiento cambia gradualmente, en la que la anchura de la parte de procesamiento rugosa 13 es de 50 mm, y la anchura de la parte de acabado 14 es de 100 mm. El estiramiento se realizó utilizando una matriz de forjado en caliente que presenta una forma en la que se enfatizó una forma final.
Las dos matrices de forjado en caliente descritos 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, el material de forjado se estrechó 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 1 que estaban enfrentadas entre sí. Durante el estrechamiento inicial, se forjó en caliente el material de forjado para dar una forma predeterminada mientras se hacía rotar 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 2, se formaron una pluralidad de partes de prensado de mitad 2 para realizar un estrechamiento en una matriz, y se estrecharon dos partes al mismo tiempo utilizando esta matriz.
Después de completar el estrechamiento, se sustituyó la matriz de forjado en caliente por la matriz de forjado en caliente 11 que incluye la parte de prensado para el estiramiento. 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 estiramiento, 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 estiramiento. 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 7 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.
(Ejemplo 2)
En el ejemplo 2, se verificó el efecto de la matriz de forjado en caliente mostrada en la figura 8. Se utilizó la misma matriz de forjado en caliente para realizar un estrechamiento que en el ejemplo 1.
En el ejemplo 2, se verificó el efecto de la matriz de forjado en caliente 11 mostrada en la figura 8. En la matriz de forjado en caliente mostrada en la figura 8, la parte de estiramiento 7 para el estiramiento incluye un par de partes de prensado de mitad 12 entre las que se interpone el material de forjado, en donde cada una de las partes de prensado de mitad 12 presenta una forma convexa sustancialmente semicircular que es continua para rodear el material de forjado, y cada una de las partes de prensado de mitad 12 incluye una parte de procesamiento rugosa sustancialmente plana 13 y una parte de acabado 14. La anchura de la parte de prensado para el estiramiento cambia gradualmente, en donde la anchura de la parte de procesamiento rugosa 13 es de 50 mm, y la anchura de la parte de acabado 14 es de 100 mm. Se formó una parte cóncava que presenta una anchura de 80 mm en el centro de la parte de acabado, y el número de partes de prensado en la parte de acabado fue de 2. La anchura de cada una de las dos partes de prensado fue de 270 mm. Se utilizó la misma matriz de forjado en caliente para realizar un estrechamiento 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, el material de forjado se estrechó haciendo girar el material de forjado 21 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 1 que estaban enfrentadas entre sí. Durante el estrechamiento 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 estrechamiento en una matriz, y se estrecharon dos partes al mismo tiempo utilizando esta matriz.
Después de completar el estrechamiento, se sustituyó la matriz de forjado en caliente por la matriz de forjado en caliente 11 de la figura 3 que incluye la parte de prensado para el estiramiento. 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 estiramiento, 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 estiramiento. Se hizo rotar 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 11 mostrada en la figura 8, 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 aproximadamente 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 puede estirarse fácilmente utilizando una máquina de forjado radial. Además, un material de forjado puede forjarse en caliente y estrecharse en 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 utilización de una plantilla para el estrechamiento. Por tanto, aunque se reduce el número de veces de recalentamiento, puede fabricarse una preforma para un álabe de turbina de alta precisión.
Claims (9)
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), siendo cada una de las partes de prensado de mitad (2) una parte convexa que presenta una sección transversal sustancialmente semicircular cuando es vista desde una dirección perpendicular a una dirección longitudinal del material de forjado, siendo la parte convexa continua de manera que rodee el material de forjado,
en la que cada una de las partes de prensado de mitad incluye unas partes de procesamiento rugosas (3) y siendo una parte de acabado (4) una parte convexa que presenta un radio de curvatura mayor en la sección transversal sustancialmente semicircular que las partes de procesamiento rugosas (3);
caracterizada por que cada una de las partes de prensado de mitad (2) presenta una forma de arco, incluyendo cada una de las partes de prensado de mitad (2):
la parte de acabado (4) formada alrededor de una parte inferior de la forma de arco, y
unas partes de procesamiento rugosas (3) formadas sobre cada uno de ambos lados de extremo de la forma de arco.
2. Matriz de forjado en caliente (1) según la reivindicación 1, en la que cada una de las partes de prensado de mitad (2) incluye una parte de cambio gradual en la que un radio de curvatura en la sección transversal sustancialmente semicircular de la parte de prensado de mitad (2) aumenta gradualmente en una dirección desde la parte de procesamiento rugosa (3) hasta la parte de acabado (4).
3. Matriz de forjado en caliente (1) según la reivindicación 1, en la que un radio de curvatura en la sección transversal sustancialmente semicircular de la parte de procesamiento rugosa (3) aumenta gradualmente en una dirección hacia la parte de acabado (4).
4. Matriz de forjado en caliente (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que un radio de curvatura en la sección transversal sustancialmente semicircular de la parte convexa en la parte de acabado (4) es mayor que un radio de curvatura en la sección transversal sustancialmente semicircular de la parte convexa en la parte de procesamiento rugosa (3) en 10 mm o más.
5. Matriz de forjado en caliente (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que las partes de prensado de mitad (2) presentan una parte de prensado para realizar un estrechamiento.
6. Matriz de forjado en caliente (1) según la reivindicación 5, en la que una pluralidad de las partes de prensado para realizar un estrechamiento están previstas en una dirección longitudinal del material de forjado.
7. Procedimiento de forjado en caliente para forjar en caliente un material de forjado en forma de barra por forjado radial mediante la utilización de la matriz de forjado en caliente (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el procedimiento de forjado en caliente comprende:
una etapa de calentamiento de material de forjado para calentar el material de forjado a una temperatura de forjado en caliente; y
una etapa de forjado en caliente para realizar un estrechamiento del 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.
8. Procedimiento de forjado en caliente según la reivindicación 7, 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.
9. Procedimiento de forjado en caliente según la reivindicación 7 u 8, en el que el material de forjado es una preforma para un álabe de turbina.
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