JP2009241153A6 - 孔の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザビーム(4)が部品表面に部品材料が気化され孔(2)が形成されるように照射される、部品(2)に孔(2)を製造する方法に関し、これを、レーザビームとの相互作用により孔壁面の損傷が生じないように改良する
【解決手段】複数の製造工程でそれぞれ孔(2)の部分体積(2a、2b)がレーザビーム(4)による孔(2)の孔壁面(3a、3b)の切除加工によって除去され、そのレーザビーム(4)は、レーザビーム(4)が被切除加工孔壁面(3a、3b)と8°以上の角度を成すように方向づけられている。
【選択図】図2
【解決手段】複数の製造工程でそれぞれ孔(2)の部分体積(2a、2b)がレーザビーム(4)による孔(2)の孔壁面(3a、3b)の切除加工によって除去され、そのレーザビーム(4)は、レーザビーム(4)が被切除加工孔壁面(3a、3b)と8°以上の角度を成すように方向づけられている。
【選択図】図2
Description
本発明は、孔を部品に製造する方法であって、部品材料が気化されて孔が形成されるようにレーザビームが部品表面に照射される方法に関する。
部品への孔の製造方法は従来知られている。即ち、例えば特許文献1にタービン翼における冷却空気孔をレーザで形成する方法が記載されている。その場合、タービン翼の表面にレーザパルスを連続して照射するようにされている。その場合、タービン材料の一部が気化され、これにより、Z軸線に沿って孔が形成される。そのレーザビームは加工中においてZ軸線に対して±10〜20°の角度だけ傾けて翼表面に照射される。
その冷却空気孔の製造中、レーザビームと孔壁面との間で許容できない相互作用が生ずることがある。そのような不利な相互作用は、加工中にレーザビームが或る範囲において孔壁面に接近しかつ孔壁面とほぼ平行に延びるように翼表面に向けられているときに生ずる。その範囲においてレーザビームと孔壁面との間で相互作用が生じ、その結果、レーザビームのエネルギの一部が孔壁面により吸収される。そのために孔壁面が損傷されてしまう。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を、孔壁面にレーザビームとの相互作用により損傷が生じないように改良することにある。
この課題は本発明に基づいて、複数の製造工程でそれぞれ孔の部分体積がレーザビームによる孔壁面の切除加工によって除去され、そのレーザビームは、このレーザビームが被切除加工孔壁面と8°以上の角度を成すように方向づけられていることによって解決される。
従って本発明の基本的考えは、製造すべき孔の全体積を複数の部分体積に分けることおよびそれらの部分体積を個別の製造工程で切除することにある。個々の部分体積の部品材料は孔壁面がレーザビームで切除加工されることによって除去される。その場合、レーザビームはレーザビームが被切除加工孔壁面と8°以上の角度を成すように方向づけられている。
孔の製造中にレーザビームが既に形成された孔壁面に近接せず、孔壁面と平行には向けられていないので、レーザビームと孔壁面との間で許容できない相互作用が生ずることが防止される。また、孔の総体積の複数の部分体積への分割は複雑な孔形状の形成を可能とする。
本発明の第1実施態様によれば、レーザビームは、切除加工される孔壁面と10°以上で90°以下、好適には、15°以上で80°以下、特に好適には20°以上で60°以下の角度を成すように方向づけられている。その角度は特に好適には9°である。
本発明の他の実施例においては、パルス的レーザビームを部品表面に照射することが計画されている。その場合、可変パルス幅のレーザビームが利用される。そのパルス幅は50〜800ns、好適には、70〜600ns、特に好適には、200〜500nsの範囲にある。特に400nsのパルス幅が好適である。このようなパルス的レーザビームにより、部品材料は特に急速に気化される。
有利な様式で、レーザビームは20〜40kHz、好適には、25〜35kHz、特に好適には、28〜32kHzの範囲の周波数で部品表面に照射される。
本発明は有利な発展形態においてタービン部品特にタービン翼に孔を加工するために利用される。その孔は特に完全な冷却空気孔あるいは冷却空気孔のディフューザ開口である。
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
図1〜図3に部品2における孔1の製造方式が概略的に示されている。その部品2は特に冷却空気孔が形成されるタービン翼である。
図1は加工開始前の部品1を示し、その場合、製造すべき孔2の左右の孔壁面3a、3bが破線で示されている。製造すべき孔2の全体積が左右の部分体積2a、2bに同様に破線で仕切られている。その左側部分体積2aの切除加工が図2に示され、図3には右側部分体積2bの切除加工が示されている。
第1製造工程において部品1における孔2の左側部分体積2aを切除加工するために、レーザビーム4がレーザ5から部品表面に照射される。そのレーザ5は、レーザビーム4が左側孔壁面3aと5°以上の角度を成し、まず、左側部分体積2aの左側孔壁面3aに直接に隣接する部位に当たり、そこの部品材料の一部を気化するように調整されている。
レーザビーム4はそのレーザビーム4が左側孔壁面を得るまでの間にわたり部品表面に照射される。そしてレーザ5が図において右に移動され、これによって、レーザビーム4はなお部分体積2aに存在する部品材料に当てられ、その部品材料が左側孔壁面3aを得るまで気化される。このようにしてレーザビーム4によって、部分体積2aの全孔壁面3aが切除加工される。
このようにして孔2の部分体積2a全部が切除加工された後、レーザ5が反時計方向に回転され、レーザビーム4が右側孔壁面3bと8°以上の角度を成し、まず、右側部分体積2bの右側孔壁面3bに直に隣接する部位に当たり、そこの部品材料の部分を気化するように調整される。続いて上述したようにして、右側部分体積2bも切除加工するために、右側孔壁面3bがレーザビーム4で加工される。
孔2の製造中、レーザビーム4といずれの孔壁面3a、3bとの間でも容認できない相互作用は生じない。これによって、孔壁面の損傷が防止される。
図4は図1の部品1を示しているが、ここでは孔壁面3a、3bで規定された孔形状が異なっている。この孔形状において、部分体積2a、2bは上下に位置され、その一方の部分体積2bは特に部品1の外側表面に鋭角に隣接している。
この異なった形状の孔2は既に述べた様式で製造される。
1 部品
2 孔
3a 孔壁面
3b 孔壁面
4 レーザビーム
5 レーザ
2 孔
3a 孔壁面
3b 孔壁面
4 レーザビーム
5 レーザ
Claims (9)
- 部品(2)に孔(2)を製造する方法であって、レーザビーム(4)が部品表面に方向づけられて部品材料が気化されて孔(2)が形成される製造方法において、
複数の製造工程でそれぞれ孔(2)の部分体積(2a、2b)がレーザビーム(4)による孔(2)の孔壁面(3a、3b)の切除加工によって除去され、そのレーザビーム(4)が、レーザビーム(4)が被切除加工孔壁面(3a、3b)と8°以上の角度を成すように方向づけられていることを特徴とする部品に孔を製造する方法。 - レーザビーム(4)が、被切除加工孔壁面(3a、3b)と10°以上で90°以下、好適には、15°以上で80°以下、特に好適には20°以上で60°以下の角度を成すように方向づけられていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- パルス的レーザビーム(4)が部品表面に照射されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- レーザビーム(4)が可変パルス幅で部品表面に照射されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- レーザビーム(4)が50〜800ns、好適には、70〜600ns、特に好適には、200〜500nsの範囲のパルス幅で部品表面に照射されることを特徴とする請求項3又は4に記載の方法。
- レーザビーム(4)が20〜40kHz、好適には、25〜35kHz、特に好適には、28〜32kHzの範囲の周波数で部品表面に照射されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の方法。
- 孔(2)がタービン部品を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の方法。
- タービン翼の冷却空気孔を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- タービン翼の冷却空気孔のディフューザ開口を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
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