JP2009034797A - 複合電気機械加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑さを軽減し、小さなバッチの効果的な製造を促進する電解放電によるロータブレードの製造方法を提供する。
【解決手段】プリフォーム１０は、翼形部１４スタブ及びダブテールハブ１６を含む。ハブ１６は、最初に電解放電加工を受けて、粗形ダブテール３２を形成する。翼形部スタブ１４は、電解加工を受けて、翼形部１８を形成する。次いで、粗形ダブテール３２は、電解放電加工を受けて、粗形舌状部３４を形成する。粗形舌状部３４は、仕上げ加工され、単一のロータブレード１２において翼形部１８から延びるダブテール２０を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に機械加工に関し、より具体的には電食機械加工に関する。

最新のガスタービンエンジンは、支持ロータディスクの周囲に装着される複数の列のロータブレードを含む。圧縮機ブレードは、圧縮機内の空気を加圧するのに使用され、タービンブレードは、支持ディスクに動力を供給する燃焼ガスを膨張させるのに使用される。

高圧タービンは、圧縮機との間に延びる駆動シャフトを通じて該圧縮機に動力を供給する。更に、低圧タービンは、ターボファン航空機エンジン用途では上流ファンに動力を供給する。海洋及び産業用途では、低圧タービンは、例えば、船用プロペラ又は発電機に動力を供給する外部駆動シャフトに動力を供給する。

ガスタービンエンジンは、多段の圧縮機及びタービンブレードを含む。従って、ガスタービンエンジンには多数のこのようなブレードが見られる。各段及び列におけるブレードは、互いに同一のものであり、通常は段毎に大きさが変化する。

圧縮機及びタービンブレードの効率的な製造のために様々な製造工程が利用可能であるが、多数のこうしたブレードは、相当の資源及び時間の消費を必要とし、これは生産速度及び最終のエンジンのコストに影響する。

圧縮機ブレードは通常、それぞれのプリフォームから最初に製造される固体超合金である。プリフォームは通常、可塑的に金属を変形する据込み工程によって棒材から作られ、比較的大きなダブテールハブ及び一体型の比較的薄い翼形部スタブを形成する。プリフォームはその全周に過剰な材料を含むので、これからロータブレードの最終形状を適切に加工することができる。

しかしながら、これらのプリフォームは、ニッケル基超合金などの超合金で作られており、ガスタービンエンジンでの使用において強度が増強されるので、この強度増強によって製造工程での金属加工がより困難になる。

ブレードの翼形部は、根元から先端までスパン方向に延び、且つ対向する前縁及び後縁間で翼弦にわたって延びるほぼ凹面形の正圧側面と対向するほぼ凸面形の負圧側面とを得るように精密に機械加工する必要がある。

ブレードのダブテールはまた、精密に機械加工されて、支持ロータディスクの周囲の対応するダブテールスロットに個々のブレードを装着するために、典型的なダブテール形状を有する一対の対向するローブ又は舌状部を形成する。ダブテールは、ロータディスクのリムに軸方向スロットにおいて支持される軸方向嵌め込み式であるか、或いは円周方向嵌め込み式であって、ロータディスクのリムの周りに延びる円周方向ダブテールスロットにおいて支持することができる。

従って、翼形部及びダブテールは互いに異なるように構成されるが、動作中に圧縮機を通じて誘導される空気に対して圧縮機能を効率的に実行する際にロータディスクの周囲に正確に支持されると同時に、動作中に受ける相当な空気力学及び遠心荷重に耐えるように互いに対して精密な構成を有する必要がある。

長年にわたり米国内で商業的に使用されている圧縮機ロータブレードの１つの従来的な製造工程では、圧縮機ブレードは連続した工程において形成される。最初に、上述のプリフォームが翼形部スタブの周りに固定され、次いで、ダブテールハブが、基準面を形成する両側に溝を備えた粗形すなわちほぼＨ型又はＩ型のダブテールに精密研削される。

次いで、プリフォームは、従来の電解加工（ＥＣＭ）機械において粗形ダブテールの周りに固定され、ここで一対の電極ツール又はプレートが翼形部スタブの両側に共に並進されて、材料を電解加工し、数ミル単位で表される所要の小さな公差範囲内で精密に構成された翼形部を形成する。

電解加工は、従来の手法であり、プリフォーム及び電極プレートはそれぞれアノード及びカソードとして電気的に駆動され、液体電解質がアノードとカソード間のギャップを循環する。ＥＣＭは、対向するプレートが互いに対して内方に並進して、２つの電極プレートの相補的輪郭に対応する翼形部の最終厚み及び形状に達するように翼形部スタブから材料を除去する。

ここで翼形部は加工されてその最終形状及び表面仕上げにされるので、通常は錫及びビスマスのような適切な軟質金属マトリクス中に封入されることによって、次の製造工程の間適切に保護される必要がある。

次に、封入された翼形部は、精密研削機械に再び適切に固定して、粗形ダブテールは、最終ダブテールの所要の形状を密接に内包する中間的な荒加工舌形状に精密研削することができるようにする。精密研削はプリフォームにかなりの負荷を加え、従って、この負荷は、対応する固定具で適切に支持される必要がある。当初の翼形部スタブは過大な大きさにされているので、スタブを支持するのに比較的簡素な固定具又はクランプを使用することができる。

しかしながら、機械加工された翼形部はその最終寸法及び表面仕上げを有し、単純な固定では、翼形部に対して許容できない損傷をもたらす可能性があるので、翼形部をカプセル封入によって保護し、次いで該カプセル封入は研削加工機に簡単に固定することができる。

完成した舌状部の研削に続いて、次にダブテールの最終形状は、これらの個々のダブテール舌状部又はローブの追加の精密加工によるなど、あらゆる従来の機械加工工程で得ることができる。

ダブテールが最終的に機械加工されると、翼形部は、これらから軟質の金属マトリクスを単に溶融させることにより封入を解除することができる。ここでプリフォームは、最終仕上げがされた翼形部及びダブテール並びにこれらの間の一体化プラットフォームを含み、次いで、例えば、所要の先端高さに翼形部の長さをトリミングするような一般的な仕上げ工程を受ける。

最終的に構成されたロータブレードにプリフォームを機械加工する際に通常必要とされる別個の工程では通常、複数の加工機及び複数のオペレータを必要とするので、これに応じた付随コストが更に増加する。

タービンエンジンの各段で必要とされる多数のブレードを考慮すると、圧縮機ブレードは通常、比較的大きなロットで処理される。例えば、８つのプリフォームは通常、同時に精密研削を受けて、粗形ダブテールを形成することができる。４０個のプリフォームは、支持固定具の周囲で精密研削を受けて、これらの粗形舌状部を形成することができる。

ＥＣＭ工程は通常、電極プレートが、通常は根元から先端まで及び前縁と後縁との間で変化する各翼形部のほぼ凹面形の正圧側面及び各翼形部のほぼ凸面形の負圧側面を相補するようにフィットされるので、単一のブレード上で同時に行われる。

プリフォームをバッチ処理することにより、これらを同時に機械加工して処理時間を短縮することが可能となるが、それでも個々のブレードを研削機に固定するのに必要な付加的な時間のために処理時間が増大する。付加的な時間はまた、複数のブレードの各々を封入し、後でこれらのブレードの封入を解除するのにも必要とされる。更に、プリフォームの大きなバッチ処理は、より少ない要求生産量が求められるより少数のブレードの処理が非経済的なものになる。

従って、複雑さを軽減し、小さなバッチの効率的な製造を促進するために、ロータブレードの電気機械加工の改善された工程を提供することが望ましい。
米国特許第６，５６２，２２７号公報 米国特許第６，７８７，７２８号公報 米国特許第４，８５１，０９０号公報

プリフォームは、翼形部スタブ及びダブテールハブを含む。ハブは、最初に電解放電加工を受けて、粗形ダブテールを形成する。翼形部スタブは、電解加工を受けて、翼形部を形成する。次いで、粗形ダブテールは、電解放電加工を受けて、粗形舌状部を形成する。粗形舌状部は仕上げ加工され、単一のロータブレードにおいて翼形部から延びるダブテールを形成する。

好ましい例示的な実施形態、並びに本発明の更なる目的及び利点に従って、本発明を添付図面を参照しながら以下の詳細な説明において具体的に説明する。

図1には、ガスタービンエンジン(図示せず)で使用されるロータブレード１２などの最終製品を製作するために機械加工を必要とする加工物又はプリフォーム１０が示されている。上述のように、一般的なガスタービンエンジンは、ロータブレード１２などの多段の圧縮機ロータブレードを含み、これらは支持ロータディスク(図示せず)の周囲に適切に装着される。

プリフォーム１０は、異なる形のダブテールハブ１６において第２の部分と一体的に形成された翼形部スタブ１４の形の第１の部分を含む。プリフォームは、ガスタービンエンジンの不利な環境に対して増強された強度を有するニッケル超合金などの適切な金属で形成される。プリフォームは、上述の据込み加工工程などの何らかの公知の方法で形成することができる。

プリフォームは、最終の所要のロータブレード１２よりも大きさが好適に大きく、翼形部スタブ１４は、ロータブレードの翼形部１８のように最終製品の第１の部分に対応するが、当初は、材料を精密に除去できるように僅かに大きくされている。

プリフォームのダブテールハブ１６は、最終ダブテール２０及び一体化プラットフォーム２２の両方のような、圧縮機内で加圧される空気の半径方向の内側境界を定める最終製品の第２の部分及び別の部分に一致する。

ロータブレード１２は、翼形部１８が通常、プラットフォームの根元から半径方向外側先端までスパンで長手方向に延び、且つ前縁と後縁との間で翼弦にわたって軸方向に延びている、あらゆる従来形状を有することができる。翼形部は、ほぼ凹面形の正圧側面及び対向するほぼ凸面形の負圧側面を含み、これらは、一般的な様態で前縁及び後縁間及び根元から先端まで厚さが変化する。

プラットフォーム２２は、一般に矩形且つ平坦であり、支持ディスクの周辺に装着されたときに全ブレード列の周囲全体と一致する。ダブテール２０は、図示のように軸方向嵌め込み式又は周辺嵌め込み式の形態のいずれかの従来のものである。

図１には、１人のオペレータ２６が好都合に操作することができる電気機械加工セル２４が概略図に示されている。

セル２４は、プリフォーム１０の電解放電加工（ＥＣＤＭ）を実行するように特に構成された第１の加工機２８を含む。セルはまた、翼形部スタブ１４の電解加工（ＥＣＭ）を実行して最終翼形部を形成するように特に構成された第２の加工機３０を含む。単一の第１の加工機２８及び単一の第２の加工機３０は、１人のオペレータ２６が操作する単一のセル２４内で互いに近接して或いは近傍に配置することができる。

セル２４は、最終のロータブレード１２を作るための新規の改良されたシーケンスでプリフォーム１０の電食加工を可能にする。処理工程は、何らかの公知の様態で予め製造されたプラットフォーム１０を準備することで始まる。

プリフォームは、最初にダブテールハブ１６を電解放電加工することによって初期機械加工され、粗形ダブテール３２などの第１のすなわち中間的な粗形又は形状を形成し、該形状は、翼形部スタブ１４を横断するほぼＨ輪郭か、又はスタブと長手方向で整列したほぼＩ輪郭を有する。

次いで、プリフォーム１０は、１人のオペレータにより第１の加工機２８から取り出されて第２の加工機３０に装着され、ここで翼形部スタブ１４は電解加工を受けて、前縁と後縁の間及び根元から先端まで、並びにこれらの正圧側面及び負圧側面に沿って数ミルよりも小さい公差範囲の寸法で精密に構成された最終の第１の部分又は最終翼形部１８が形成される。

次に、プリフォームは、オペレータ２６によって第２の加工機３０から取り出され、同じ第１の加工機２８に再設置されて、粗形ダブテール３２の２回目の電解放電加工を受けて、ダブテール２０自体の最終の包絡面に密接に一致する小矩形ブロックである粗形舌状部３４などの中間的な第２の形態又は形状を形成する。

第２の加工機３０は、ロータブレードの翼形部を電解加工するためのあらゆる公知の構成を有することができる。また、プラットフォーム２２の外表面は、必要であれば同じ加工機でＥＣＭを受けることができる。プラットフォーム２２の下面もまた、必要であれば同じ加工機でＥＣＭを受けることができる。プラットフォーム２２の下側は、粗形舌状部３４の共通の第２のＥＣＤＭ加工で形成することができる。

共通のセル２４内の第１の加工機２８及び第２の加工機３０の両方を組み合わせる特定の利点は、対応するプリフォーム１０からロータブレード１２を順次的に製作する際に必要とされる両方の加工機を共通のオペレータが操作できることである。ＥＣＤＭ工程自体は従来のものであり、電気的エネルギーを利用してプリフォームから金属を迅速に除去又は侵食させるが、結果として得られた粗形の表面仕上げは、完成ロータブレード１２で要求される精細な表面仕上げ及び正確な寸法に対してそれだけでは明らかに許容可能ではない。

それでも尚、２つの加工機は、複数段でプリフォーム１０の複合電気機械加工するよう動作され、プリフォームからバルク材料を迅速に除去すること、及びその一方で翼形部１８自体を精密に仕上げ加工することの両方を行うために２つの異なるタイプの機械２８、３０の異なる利点を利用する。

次いで、１つ又はそれ以上の従来の仕上げ加工機３６を用いて粗形舌状部３４を仕上げ加工し、一体形の最終プラットフォーム２２を有する単体のロータブレードの最終翼形部下方に延びた最終のダブテール２０にすることができる。仕上げ加工機３６はまた、翼形部１８の遠位先端の一部を研削することにより翼形部を適当な長さに切削するのに用いることができる。

例えば、仕上げ加工機３６は、あらゆる従来構成の精密研削加工機とすることができ、２つの対向するローブ又は舌状部を有するダブテール２０の最終輪郭を形成するのに特に使用され、例えば精密研削は、ＥＣＤＭ工程中に生じる改鋳層及び熱影響域（ＨＡＺ）の両方を除去するのにも有効である。ＥＣＤＭは、材料がプリフォームから侵食されるときに高温を発生する大電流電力を使用し、その侵食材料の一部は改鋳層として再堆積され、高温によって、粗形舌状部３４を囲む薄い熱影響域におけるプリフォームの冶金特性が軽減される。

従って、図１に概略的に示された単一の電気機械加工セル２４は、好ましい実施形態において第１の加工機２８で始まり、第２の加工機３０に続いて第１の加工機２８に戻り、次いで第２の加工機３０をバイパスして仕上げ加工機３６で最終処理を行う巡回工程経路で単一のプリフォーム１０の多段又は複合電気機械加工を提供する。

図１では、順次にプリフォーム１０を加工する異なる工程中の段階が独立して示されている。図２では、プリフォーム１０が、該プリフォームから過剰材料を除去することにより機械加工された最終のロータブレード１２の側面図及び断面図で示されている。更に、図３から図５は、粗形ダブテール３２を形成するためのハブ１６の第１のＥＣＤＭ、その次に、粗形舌状部３４を形成するための粗形ダブテール３２の第２のＥＣＤＭの両方を実行する適切な手段で特に構成された第１のＥＣＤＭ加工機２８を概略的に示す。

かなり高速の材料除去で効率的にＥＣＤＭを行うために、図４及び図５に示される第１の加工機２８は、対応する電気モータにより適切に駆動される共通の回転スピンドル又は心軸３８を含む。心軸は、第１の電極ツール切削ディスク４０及び軸方向に間隔を置いて配置された別の第２の電極ツール切削ディスク４２の両方を共通して支持するように構成される。第１のディスク４０は、ダブテールハブ１６の第１のＥＣＤＭを実行するように特に構成され、第２のディスク４２は、第１のＥＣＤＭにより予め形成される粗形ダブテール３２に対して第２のＥＣＤＭを実行するように特に構成されている。

第１の加工機２８はまた、動作中にスピニング又は回転ディスクを係合するためにプリフォーム１０の１つ又はそれ以上を適切に固定し装着することができる並進テーブル４４を含む。

図３から図５に示すように、心軸３８は、ある位置で第１の加工機２８に固定して装着され、電気モータによって適切に駆動されて、回転方向又は軸線Ａの周りで心軸に固定して装着された両ディスク４０、４２を回転させる。これに対応して、支持テーブル４４は、好ましくは２つの軸Ｘ及びＺの並進移動のために第１の加工機に適切に装着されて、プリフォームを精密に位置付けし、プリフォームのＥＣＤＭを実行するため２つのディスク４０及び４２を別個に係合する。

以下に更に説明するように、心軸３８は、更に、長手方向又は中心線軸Ｙに沿って並進移動を周期的に振動させるように加工機に装着することができる。

適切な制御装置４８の制御下で４次動作Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａを行い且つ協働するための適切な電気モータ及び機械的駆動システム４６が提供される。制御装置４８は、第１の加工機の全ての動作構成要素の従来的なコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）を行うディジタルコンピュータの好ましい形式である。

図３に示すように、第１の加工機２８はまた、カソード（−）としてディスク４０、４２に適切に接続され、アノード（＋）としてテーブル４４上に装着された１つ又はそれ以上のプリフォーム１０に適切に接続される導線を有する従来型のＤＣ電源５０を含む。また、第１の加工機２８には適切な冷却液供給源５２が提供され、該冷却供給源は、プリフォームがＥＣＤＭを受ける際に回転するツールとプリフォームとの間に維持される小ギャップに適切な冷却液５４を誘導するための適切な導管及びノズル、並びに関連するハウジングを含む。

図３から図５に概略的に示された第１のＥＣＤＭ加工機２８は、従来の３軸Ｘ、Ｙ、Ｚ精密ＣＮＣ研削機から修正することができ、この加工機械おいて、２つの電極ディスク４０、４２が研磨ホイールの代わりに心軸３８上に装着されることになる。次いで、基本研削加工機は、電源５０及び冷却液供給源５２、並びに任意選択の心軸に対する周期振動軸Ｙを含むように更に修正されることになる。

図３から図５に示される同じ第１の加工機２８は、第２のＥＣＭ加工機３０を用いた複合電気機械加工において同じプリフォーム１０に対する第１及び第２のＥＣＤＭ動作を行うための２つの異なる動作で使用される。第１及び第２のＥＣＤＭ動作は、異なる構成の第１及び第２の電極ディスク４０、４２が適切な速度で回転して、比較的高い材料除去速度でプリフォームから超過する超合金を電気侵食させて、最初にダブテールハブ１６から第１の形状の粗形ダブテール３２を形成した後、次に、異なる第２の形状の粗形舌状部３４を形成することを含み、翼形部のＥＣＭ動作はこれらの間に行われる。

ＥＣＤＭの間、冷却液供給源５２は、ハブ1６が異なるスピニングディスク４０及び４２を順に横切ってテーブル４４と共に並進するときに、ハブ1６との間の電解質として冷却液５４を循環させる手段を提供する。電源５０は、ハブとスピニングディスクとの間に維持される小ギャップ内で電気スパーク及びアーク放電を発生又は生じさせてハブ１６から材料を電気侵食するために、ハブ１６とディスク４０、４２に給電する手段を提供する。

電解放電加工（ＥＣＤＭ）は、従来の電解加工（ＥＣＭ）及び従来の放電加工（ＥＤＭ）とは基本的に異なる従来の工程であり、加工物から材料を迅速に除去するのに使用され、粗面仕上げ、再堆積材料の改鋳層及び浅い熱影響域（ＨＡＺ）を相応して残す。

ＥＣＤＭの２つの実施例は、米国特許第６，５６２，２２７号及び第６，７８７，７２８号に見出され、双方とも本発明の出願人に譲渡され、引用により本明細書に組み込まれる。ＥＣＭの実施例は、米国特許第４，８５１，０９０号に見出され、これもまた本発明の出願人に譲渡され、引用により本明細書に組み込まれる。これらの例示的な特許の種々の機能を第１及び第２の加工機２８、３０に組み込み、複合電気機械加工用に特に構成されたそれぞれのＥＣＤＭ及びＥＣＭ工程を実行することができる。

効果的なＥＣＤＭにおいて、２つの電極ディスク４０及び４２は、好ましくは、工具寿命を改善し、通常は単価を下げるために銅材料又は銅及びタングステン材料などによってもたらされる適切な熱抵抗を有する導体材料で形成される。

冷却液５４は、動作中に発生した有意な熱を除去すると共に、切削剤を提供し、この切削剤を通ってプリフォームと切削ディスクとの間に電気回路が完成される。冷却液５4は、電解質から誘電体付近にまで及ぶことができ、好ましくは防錆添加剤を含む弱電解質である。適切な冷却液は、重炭酸ナトリウム水溶液である。

冷却液は、プリフォームとスピニングディスク間に形成されるギャップに加圧下で注入されて、電気回路を完成させ、動作中にプリフォームから侵食された材料を洗い流す。スピニングディスクは、温度負荷をその周辺に分散して、動作中発生する相当な熱の除去を助ける。

第1の加工機２８は、例えば約２５０〜９００アンペア／平方インチの１，０００〜５，０００アンペアのかなり高い電流容量を有し、５ＶＤＣから３５ＶＤＣの動作電圧範囲を有するＤＣ電源で特に構成されている。

第１の加工機の制御装置４３は、電極ディスクのスピニング周辺と整列した直線状の送り経路に沿って個々のプリフォームを精密に送り、電気火花又はアークを発生させてプリフォームから材料を熱的に侵食させる小さな作動ギャップを間に維持するように支持ディスクテーブル４４の並進移動を協働させる。

上述のように、ＥＣＤＭは、第２の加工機３０で使用されるＥＣＭとは基本的に異なる。図１に概略的に示される第２の加工機３０はまた、従来型の電源及び液体電解質供給源、並びに翼形部スタブから材料を電解加工するために翼形部スタブ１４に対して一対の異なる電極ツールプレート５６及び５８を精密に移動させる対応するキャリッジを含む。

第１のプレート５６は、結果として得られる翼形部１８の所要のほぼ凹面状正圧側面に一致又は相補するほぼ凸面状の切削面を有する。第２のプレート５８は、翼形部１８のほぼ凹面状負圧側面を相補するほぼ凹面状の切削面を含む。

液体電解質６０は、翼形部スタブ１４と２つの電極プレート５６、５８との間を動作中適切に循環される。電力は、アノードとしてスタブ１４に、カソードとして２つの切削プレート５６、５８に供給され、２つのプレート５６、５８がスタブの両側で共に並進して液体電解質が循環される小ギャップを維持すると、スタブ１４から材料を電気化学的に除去する。

第２の加工機３０はまた、スタブ１４に対して電極プレート５６、５８の移動を協働させると共に、電解加工動作中のプレートとハブとの間のあらゆる電気火花又はアーク放電を意図的に検出して回避するように電源を制御する適切な制御装置を含む。

ＥＣＭは、加工物から材料を精密に除去すると同時に、非常に滑らかな表面仕上げを形成して、数ミルよりも十分小さな公差を有する所要の精密な最終寸法を得るようにする精密加工工程である。

従って、第１のＥＣＤＭ加工機２８は、回転切削ディスク４０、４２を使用するように構成され、更に、プリフォームと電極ディスクとの間の電気火花又はアーク放電で見られる高熱エネルギーを用いてプリフォームから材料を迅速に侵食させるように特に構成される。対照的に、第２のＥＣＭ加工機３０は、２つの電極プレート５６、５８の精密な並進を利用して、プリフォームと電極プレートとの間に火花を生じることなく、電解加工を使用して対応したより小さな速度で精密に材料を除去する。

図３及び図４に示すように、当初のプリフォーム１０は、テーブル４４上の翼形部スタブ１４から水平方向又は横方向に適切に固定され、ハブの片面又は両面を第１の回転ディスク４０に露出させてそこに溝６２を切削する。

これに対応して、図５に示す第１のディスク４０は、ハブ１６の側面にわたって所要の輪郭又は溝６２を形成するように特に構成された、より小さな直径の側部盤（側部ランド）６６によって両側が境界付けられた中央平坦部又は隆起部６４を備えた周囲輪郭を有する。溝６２の最大深さは、ダブテールハブにわたる第１のディスクのワンパスで形成することができる。

この第１のＥＣＤＭ動作は、特大の翼形部スタブ１４が利用可能であるので、プリフォームは、スタブ１４自体上に機械的クランプを設けてプリフォームをテーブル４４に堅固に装着する比較的簡単な第１の固定具６８でテーブル４４に装着することができる。

図３及び図４に概略的に示される第１の固定具６８は、そこに単一のプリフォーム、又は必要に応じて共通の水平面に整列された小ロットの３つのプリフォームを装着するように構成することができる。このようにして、支持テーブル４４は、Ｘ軸に沿って並進し、回転している第１のディスク４０の周囲を最初にハブ１４の片面と係合して、そこに第１の溝６２を切削し、次いで、同じ第１のディスク４０を同じハブ１４の対向する第２の面に沿って通過させて、そこに同じ第２の溝を切削する。

図４は、プリフォームが横方向外側に延び、テーブル４４の片側に突き出ていることを示しており、テーブル４４は、ワンパスで最初に回転する第１のディスク４０の下を通過し、次いでＺ軸に沿って高さ方向に引き上げられて、再度第１のディスク４０の上を通過してハブ内に対向する溝を形成することができる。

このようにして、対向する溝を当初のダブテールハブ１６に形成し、その両側面に対向する溝６２を有する粗形ダブテール３２を形成することができ、粗形ダブテールは、翼形部スタブ１４に対して横方向にほぼＨ型の輪郭、又はスタブ１４と長手方向に整列したほぼＩ型の輪郭を形成する。各溝６２は、第１のディスクの単一パス又は複数パスでそれぞれの面にわたって形成することができる。

次いで、図１に示された第１のＥＣＤＭで形成された粗形ダブテール３２は、ハブの側面の対向する第１及び第２の溝６２を含み、これらの溝は、後で翼形部スタブ１４を機械加工のための基準面を提供するのに好都合に使用することができる。プリフォームは、オペレータによって第１の加工機２８から取り外されて第２の加工機３０に好適に固定され、２つの溝３２は基準面を提供し、この基準面に対して翼形部スタブを正確に機械加工する。

粗形ダブテール３２は、図１に概略的に示されるように、対応する溝６２で適切な固定具７０に装着され、次いで、２つの電極プレート５６、５８は、ＥＣＭを受けるために翼形部スタブの両側上を共に並進し、２つの溝６２により定められる基準面に対して最終の翼形部１８を加工することができる。

上記に示したように、ＥＣＭは、従来の実施における粗形ダブテールの従来型の精密研削に続いてこれまでに使用されていた従来の工程である。しかしながら、以前の粗形ダブテールは、精密研削によって形成されていたが、本発明の粗形ダブテールは、上述のようにＥＣＤＭによってより迅速且つ効率的に形成することができる。

第２の加工機３０における翼形部１８の加工後、オペレータ２６は、第２の加工機からプリフォームを取り出し、次の粗形舌状部３４の加工のために第１の加工機２８にプリフォームを再設置する。図３〜図５は、プリフォーム１０がここではテーブル４４上にこれまでに加工された翼形部１８から垂直方向に固定されて、粗形舌状部３４を形成するのに使用される第２の切削ディスク４０に対して粗形ダブテール３２の底部を露出させることを示している。

図３〜図５はまた、第２の固定具７２を概略的に示し、この固定具は、固定具内に下方向に延びる機械開口された翼形部１８とテーブルから上方に直立して延びる粗形ダブテール３２と共にテーブル４４上に垂直又は直立して個々のプリフォームをクランプするためのあらゆる好適な形状を有することができる。第２の固定具７２は、翼形部１８の両側を掴む適切な機械的クランプを含むことができ、プリフォームの１つ又はそれ以上を第２の固定具７２中に装着することができ、３個のプリフォームは小ロットでそこに装着される。

上述のように、粗形ダブテール３２は、第２の加工機３０で使用される基準面を形成する側溝６２を含み、該基準面に対して最終の翼形部１８が精密に機械加工される。これに応じて、ここで加工された翼形部１８は、第２の固定具７２に装着され、ここで翼形部に対して粗形舌状部３４を精密に形成するために対応する基準面を提供する。ここで粗形舌状部は、第２のＥＣＤＭ動作で形成されるので、翼形部１８の従来の封入はもはや必要とはされず、従って、翼形部は、封入無しに第２の固定具７２内に取り付けることができる。

上述のように、これまでの製造工程で加工された翼形部では、以前に粗形舌状部を形成するのに使用されていた精密研削加工機において堅固な支持のための軟質の金属マトリクスを用いた封入を必要とした。研削は、プリフォームに相当の負荷を加え、翼形部の封入は、予め加工された翼形部を損傷することなくこれらの加えられた負荷に容易に耐えることができる。

ＥＣＤＭ加工機２８は、プリフォームからの材料の迅速な除去に有効であるだけでなく、プリフォームの電気侵食に起因する装着固定具に対して、プリフォーム全体を通じて保持される比較的小さな反動負荷を得る。

第２の切削ディスク４２は、図４及び図５に示され、粗形舌状部３４の所要の輪郭に一致するように特に構成される。例えば、第２のディスク４２は、図５に最も良く示されるより大きな直径の側部盤（側部ランド）７６によって両側で境界付けられる中心溝７４を含む周囲輪郭を有する。

図３及び図５に示すように、第２の切削ディスク４２は、テーブル４４がＸ軸に沿って並進するときに第２の固定具７２に垂直方向に装着された当初の粗形ダブテール３２の露出底面に沿って通過して、両側の溝６２及び周囲の材料を粗形ダブテール３２から同時に切削して、粗形舌状部を形成する。中心溝７４及び側部ランド７６は、図１及び図５に示されるように、粗形舌状部３４の所要の形状及びプラットフォーム２２の底面を好ましくは第２のディスク４３にわたるワンパスで、又は必要に応じて複数パスで加工するように構成されている。

結果として得られた粗形舌状部３４は、プラットフォーム２２の下面に中心が置かれた小さな矩形ブロックであり、そこに隠れている最終ダブテール２０の目的とする形状をより密接に囲む。

図３から図５は、幾つかのプリフォームをそれぞれ固定具６８、７２を使用して共通のテーブル４４に同時に装着できることを示している。このようにして、同じＥＣＤＭ加工機２８は、２つの異なる切削ツール４０、４２で動作して、効率を最大にするように様々な段階でプリフォームを機械加工することができる。

例えば、図４は、最初にハブ１６の側面に溝の１つを形成し、次いでハブの両側に対向する溝を形成する、プリフォームの一部の工程中の機械加工を示している。粗形ダブテール３２がこのように加工された後、ダブテールは、図１に示された第２の加工機３０に送られ、そこで翼形部１８が精密に加工される。次に、これらのプリフォームは、図４に示される同じ第１の加工機２８に戻され、ここで加工された翼形部１８を装着するように特に構成された第２の固定具７２に再度装着される。

しかしながらまた、複数のプリフォーム１０を第１の固定具６８に装着して、両固定具が様々な加工段階でプリフォームの全てを含むようにすることができる。次に、図５に示される第１の加工機２８を動作させて、第２の切削ディスク４２を使用して粗形ダブテール３２を加工し、粗形舌状部３４を形成することができる。

このようにして、同じＥＣＤＭ加工機２８は、最初に、当初の翼形部スタブ１４からの粗形ダブテール３２を加工し、次に、予め加工された粗形ダブテール３２から粗形舌状部３４を加工し、続いて、対応する翼形部スタブ１４からの翼形部１８の予備電解加工を行うように連続した段階で用いることができる。

粗形ダブテール３２は、対応する第１の切削ツール４０のワンパスで形成することができ、粗形舌状部３４もまた、第２の切削ディスク４２のワンパスで形成することができる。或いは、これらの切削ツール４０、４２の複数パスを用いて、連続したスキムカットで要求通りに粗形ダブテール及び舌状部を形成することができる。

例えば、図４に概略的に示される第１の切削ディスク４０は、ハブの両側に連続パスで溝５２を切削して、Ｙ軸に沿った横方向振動で結果として得られる溝６２をより精密に形成するようにＥＣＤＭ工程中に構成され動作させることができる。第１のディスク４０は、最初に溝６２をこれらに求められる深さよりも僅かに短く切削するように動作させることができる。次いで、第１のディスク４０の第２のパスを用いて、第１のディスクを両側間で適切且つ迅速な横方向振動させて、溝６２の各々の対向する表面上の比較的薄いスキムカットを機械加工で除去し、その基準面の仕上げを改善するようにすることができる。

溝６２及びこれらの基準面は、第２の加工機３０において翼形部１８の後続の加工に必要とされ、その後はもはや必要とされない。従って、第２の切削ディスク４２は、粗形ダブテール３２の両方の溝６２を同時に切除し、単純な矩形ブロックの粗形舌状部３４を形成するように構成される。

次に、図１に関して上記に示されたように、完成翼形部１８及び粗形舌状部３４を有するプリフォーム１０は、第１の加工機２８から取り出され、続いて、必要に応じて仕上げ加工機３６の１つ又はそれ以上に装着され、粗形舌状部３４をダブテール２０の最終形状にまで機械加工され、該加工機は、同時に粗形舌状部中に見出された改鋳及びＨＡＺを除去する。予め加工された翼形部１８は、仕上げ加工機３６で使用して、従来の方法でのダブテール２０の仕上げ加工用に基準面を提供することができる。

図１に概略的を示された複合電気機械加工セル２４は、１人のオペレータが、プリフォームの１つ又はそれ以上を連続して効率的に加工するために、第１のＥＣＤＭ加工機２８及び第２のＥＣＭ加工機３０の両方を効率的に管理することを可能にする。第１の加工機２８を使用して、最初に粗形ダブテール３２を形成し、次いで翼形部１８の中間の電解加工に続いて粗形舌状部３４を形成する複数段階において翼形部スタブ１４から迅速に材料を除去するのを促進させる。

これらのシーケンスは、両加工機に比較的簡単な固定具を使用して、粗形舌状部３４を形成するための加工された翼形部１８の封入の必要性を排除するように行うことができる。

２つの切削ディスク４０、４２は、粗形ダブテール３２の側溝の所要の形状及び粗形舌状部３４の所要の形状を加工するように別個に構成することができる。２つのディスク４０、４２は、複数パスで動作して、約２０ミルより小さい最終のスキムカットで各段階でダブテールハブを加工することができる。

第１のディスク４０の振動は、対向する溝６２の各々を荒切削する際に単一パスで使用されて、これらの溝の表面仕上げを改善することができる。このようにして、スキムカットを排除することができる。

しかしながら、２つの溝６２の僅かに改善された表面仕上げは、第１の工具４０の振動が、これらの溝を仕上げるためのスキムカットの間に行われる場合に得ることができる。また、工具の振動を利用して、ディスク側壁の摩耗を補償することができる。

必要であれば、図４及び図５に示される同じ心軸３８を用いて、研磨ホイールパック（図示せず）を心軸上に付加的に装着し、粗形舌状部３４から所要のダブテール２０を仕上げ研削することができる。これは、製造工程における下流側の動作を排除することになる。

しかしながら、心軸３８は次に、ＥＣＤＭ中に２つのディスク４０、４２を回転させるのに必要な速度を大きく超える速度で回転するように構成されることになり、この回転速度は、典型的な研削に必要とされる約３，０００ＲＰＭ或いはそれ以上とすべきである。

従って、上記で開示された複合電気機械加工セルは、対応するプリフォームから圧縮機ロータブレードの工程中の製造において多くの有意な利点を提供する。付随する利点は、加工時間の短縮、関連コストの削減、プリフォーム及び結果として得られる加工ブレードの大量在庫を必要としない個別又は小ロットのロータブレード加工の柔軟性の増大を含む。

本発明の好ましく且つ例示的と考えられる実施形態を本明細書で説明してきたが、本発明の他の修正形態は、本明細書の教示から当業者には明らかであり、従って、本発明の真の精神及び範囲内にある全てのこのような改良を添付の請求項において保護されることが望ましいものとする。

従って、米国特許証によって保護されることが望ましいものは、添付の請求項で定義され識別される本発明である。

初期プリフォームからロータブレードを製作する方法の概略フローチャート。 図１に示されるプリフォーム及びこれから機械加工されて結果として得られる最終的に構成されたローラブレードの部分断面図。 プリフォームから材料を除去するための図１に示されたＥＣＤＭ加工機の概略正面図。 図３に示され線４−４に沿ったＥＣＤＭ加工機の概略正面図。 プリフォームから材料を除去する際の加工機の別の用途を示す、図３に示され図４と同様のＥＣＤＭ加工機の側面図。

符号の説明

１０ プリフォーム
１２ ロータブレード製品
１４ 翼形部スタブ
１６ ダブテールハブ
１８ 第１の部分−翼形部
２０ 第２の部分−ダブテール
２２ プラットフォーム
２４ 電気機械加工セル
２６ １人のオペレータ
２８ 第１の加工機
３０ 第２の加工機
３２ 第１の形状−粗形ダブテール
３４ 第２の形状−粗形舌状部
３６ 仕上げ加工機
３８ 心軸
４０ 第１の切削ディスク
４２ 第２の切削ディスク
４４ 並進テーブル
４６ 駆動システム
４８ 制御装置
５０ 電源
５２ 冷却液供給源
５４ 液体冷却液
５６ 第１のＥＣＭプレート
５８ 第２のＥＣＭプレート
６０ 液体電解質
６２ 溝
６４ 隆起部
６６ 側部ランド
６８ 第１の固定具
７０ ＥＣＭ固定具
７２ 第２の固定具
７４ 中心溝
７６ 側部ランド

Claims (10)

1. ロータブレード（１２）を製作する方法であって、
   翼形部スタブ（１４）とダブテールハブ（１６）とを含むプリフォーム（１０）を提供する段階と、
   第１の回転電極ディスク（４０）使用して前記ハブ（１６）の第１の電解放電加工（ＥＣＤＭ）を行い粗形ダブテール（３２）を形成する段階と、
   前記スタブ（１４）を電解加工（ＥＣＭ）して翼形部（１８）を形成する段階と、
   第２の回転電極ディスク（４２）を使用して前記粗形ダブテール（３２）の第２の電解放電加工（ＥＣＤＭ）を行い粗形舌状部（３４）を形成する段階と、
   前記粗形舌状部（３４）を仕上げ加工して、単一のロータ翼形部（１２）で前記翼形部（１８）から延びるダブテール（２０）を形成する段階と、
   を含む方法。
2. 前記第１のディスク（４０）が、両側を直径がより小さい盤（６６）によって境界付けられた中央隆起部（６４）を有する周囲輪郭を含み、
   前記第２のディスク（４２）が、両面を直径がより大きな盤（７６）によって境界付けられた中心溝（７４）を有する周囲輪郭を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ハブ（１６）の第１の側面に沿って前記第１のディスク（４０）を通過させて、該ハブに第１の溝（６２）を切削する段階と、
   前記ハブ（１６）の対向する第２の側面に沿って前記第１のディスク（４０）を通過させて、第２の溝（６２）を切削する段階と、
   前記粗形ダブテール（３２）の底部に沿って前記第２のディスク（４２）を通過させて、前記第１及び第２の溝（６２）の両方を切除し、前記粗形舌状部（３４）を形成する段階と、
   を更に含む請求項２に記載の方法。
4. 電解質冷却剤（５４）を前記ハブ（１６）と前記ディスク（４０、４２）との間で循環させる段階と、
   前記ハブ（１６）及び前記ディスク（４０、４２）に給電して、これらの間に電気的火花を生じさせ、前記ハブ（１６）から材料を電気侵食する段階と、
   一対の電極プレート（５６、５８）を前記スタブ（１４）の両側で共に並進させる段階と、
   電解質（６０）を前記スタブ（１４）と前記プレート（５６、５８）との間で循環させる段階と、
   前記スタブ（１４）及び前記プレート（５６、５８）に給電して、前記スタブ（１４）から材料を電気化学的に除去し、火花を回避しながら前記翼形部（１８）を形成する段階と、
   を更に含む請求項３に記載の方法。
5. ＥＣＤＭ加工機（２８）において前記ディスク（４０、４２）を支持する心軸（３８）に隣接して支持テーブル（４４）上に前記スタブ（１４）を固定する段階と、
   前記心軸（３８）及び前記ディスク（４０、４２）を回転させ、前記テーブル（４４）及びプリフォーム（１０）を並進させて、前記ハブ（１６）に前記溝（６２）を切削して前記粗形ダブテール（３２）を形成する段階と、
   を更に含む請求項４に記載の方法。
6. 前記プリフォーム（１０）が、前記テーブル（４４）上に前記スタブ（１４）から横方向に固定され、前記ハブ（１４）の片側を前記第１のディスク（４０）に対して露出させてそこに前記溝（６２）を切削し、
   前記プリフォーム（１０）が、前記テーブル（４４）上に前記翼形部から垂直方向に固定され、前記粗形ダブテール（３２）の底部を前記第２のディスク（４２）に対して露出させてそこから前記荒加工舌部（３４）を形成する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記粗形ダブテール（３２）が、その両側上に基準面を形成する前記第１及び第２の溝（６２）を含み、
   前記粗形ダブテール（３２）が、前記ＥＣＤＭの間に前記溝（６２）に固定され、前記基準面に対して前記翼形部（１８）を形成する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記翼形部（１８）が、前記第２のＥＣＤＭの間に固定されて、これに対して前記粗形舌状部（３４）を形成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記粗形舌状部（３４）を仕上げ加工する段階が、該粗形舌状部に精密研削を行って前記ＥＣＤＭに起因する改鋳域及び熱影響域を除去する段階を含む請求項８に記載の方法。
10. 前記第１及び第２のＥＣＤＭが、両動作のために単一のＥＣＤＭ加工機（２８）を使用して実行され、
    前記ＥＣＭが、１人のオペレータ（２６）によって制御される共通のセル（２４）において前記ＥＣＤＭ加工機（２８）近傍に配置されたＥＣＭ加工機（３０）を使用して実行される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。

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