JP2012176417A - Method for manufacturing impeller - Google Patents

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Ken Ishii
建 石井
Hiroshi Nakajima
宏 中嶋
Akio Yamashita
晃生 山下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an impeller that can enhance working efficiency while avoiding an increase in cost, and also can obtain a high-strength impeller.SOLUTION: The method for manufacturing an impeller includes a forging step of subjecting an outer circumferential region 16 that is a predetermined range from an outer circumferential side toward a radially inner side of an inclined curved surface 12 of an impeller material 11, to forge processing using molds 21, 21 corresponding to a flow path, sequentially in a circumferential direction of the material to form a groove 13 in a part to be formed into the flow path and also to form a raised part 14 in a part to be formed into a blade.

Description

本発明は、ハブ及びブレードを母材から一体的に成形するインペラの製造方法に関するものである。   The present invention relates to an impeller manufacturing method in which a hub and a blade are integrally formed from a base material.

遠心圧縮機等の回転機械に用いられるインペラは、回転軸に固定されるハブと、ハブの表面に突出して設けられる複数のブレードと、このブレードの上方を覆うシュラウドとを互いに溶接接合させることで製造されることが一般的である。
しかし、このように3つの部材を互いに溶接接合するインペラの製造方法では、ブレード間に形成される流路が狭い場合、溶接トーチを流路に挿入して操作することが難しいため、溶接不良等の欠陥が生じやすいという問題がある。
また、3つの部材を互いに溶接接合するため、溶接箇所が多くなることによって、局部的に高温となって変形が生じる箇所が多くなるという問題もある。
An impeller used in a rotary machine such as a centrifugal compressor is formed by welding a hub fixed to a rotary shaft, a plurality of blades protruding from the surface of the hub, and a shroud covering the upper side of the blade to each other. It is common to be manufactured.
However, in the impeller manufacturing method in which the three members are welded to each other in this way, when the flow path formed between the blades is narrow, it is difficult to insert and operate the welding torch into the flow path. There is a problem that this defect is easily generated.
In addition, since the three members are welded together, there is a problem that the number of locations where the deformation occurs due to high temperatures locally due to an increase in the number of weld locations.

このような問題を解消する手段として、先端部に刃物が設けられたミル工具を用い、母材としてのインペラ材に流路を切削加工することにより、ハブとブレードとをインペラ材から一体的に切り出すインペラの製造方法が知られている。   As a means for solving such a problem, the hub and the blade are integrated from the impeller material by using a mill tool having a blade provided at the tip and cutting the flow path in the impeller material as a base material. A method of manufacturing an impeller to be cut out is known.

また、この他、特許文献1には、鍛造によりチタン製のインペラを製造する方法が提案されている。この方法によれば、チタンからなる母材全体に鍛造を施すことにより最終製品に近い形状、即ち、ハブ及びブレードの原型となる部分を有する形状を形成し、その後、これら原型となる部分に機械加工を施すことによって、ハブ及びブレードを備えた最終製品としてのインペラを取得することとしている。   In addition, Patent Document 1 proposes a method of manufacturing a titanium impeller by forging. According to this method, the entire base material made of titanium is forged to form a shape close to the final product, that is, a shape having a hub and a blade as a prototype, and then a machine is formed in these prototype portions. By processing, an impeller as a final product including a hub and a blade is obtained.

特開2005−48769号公報JP 2005-48769 A

しかしながら、上記ミル工具を用いてのインペラの製造方法では、インペラ材からハブとブレードとを一体的に切り出す作業に長い時間を要し、作業効率が悪化するという問題がある。
また、特許文献1に示すように鍛造を用いたインペラの製造方法では、鍛造により母材組織が緻密になるため強度の向上を図ることができるものの、母材全体に鍛造を施すのでは加熱エネルギーの消費量増大や工数の増加による製造コストの高騰が懸念され、経済的な観点から好ましくない。
However, the impeller manufacturing method using the mill tool has a problem that it takes a long time to integrally cut the hub and the blade from the impeller material, and the working efficiency deteriorates.
In addition, as shown in Patent Document 1, in the impeller manufacturing method using forging, the strength of the base material structure can be improved by forging, so that the strength can be improved. There is a concern that the manufacturing cost will increase due to an increase in the amount of consumption and the number of man-hours.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、コストの増加を回避しながら作業効率の向上を図ることができるとともに高強度のインペラを取得することが可能なインペラの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an impeller manufacturing method capable of improving work efficiency while avoiding an increase in cost and capable of obtaining a high-strength impeller. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係るインペラの製造方法は、円盤状をなすハブに径方向に延びるブレードが周方向に間隔をあけて複数設けられ、隣り合う前記ブレードの間に流路が形成されたインペラの製造方法であって、炭素鋼からなる円盤状部材から、一端側に向かって漸次傾斜する傾斜曲面を有する母材を形成する母材形成工程と、前記傾斜曲面の外周側から径方向内側に向かっての所定範囲である外周側領域に対して、前記流路に対応する金型を用いた鍛造加工を周方向に順次施すことにより、前記流路となる部分に溝部を形成するとともに前記ブレードとなる部分に立ち上げ部を形成する鍛造工程と、前記溝部、前記立ち上げ部及び前記母材の前記外周側領域よりも径方向内側の内周側領域に切削加工を施すことで、前記ハブ、前記ブレード及び前記流路を形成する仕上げ工程とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
That is, in the impeller manufacturing method according to the present invention, a plurality of blades extending in a radial direction are provided on a disc-shaped hub at intervals in the circumferential direction, and a flow path is formed between adjacent blades. A manufacturing method comprising: forming a base material having an inclined curved surface that gradually slopes toward one end side from a disk-shaped member made of carbon steel; and extending from the outer peripheral side of the inclined curved surface toward the radially inner side. For each outer peripheral side region that is a predetermined range, a forging process using a mold corresponding to the flow path is sequentially performed in the circumferential direction, thereby forming a groove portion in a portion that becomes the flow path and the blade A forging step for forming a rising portion in a portion to be formed, and cutting the inner circumferential side region radially inward of the groove portion, the rising portion and the outer peripheral side region of the base material, the hub, The blade and Characterized in that it comprises a finishing step of forming a serial flow path.

このような特徴のインペラの製造方法によれば、母材の全体ではなく、該母材の外周側領域のみに鍛造加工を施すことで流路及びブレードとなる溝部及び立ち上げ部を形成する。その後、仕上げ加工を施すことにより、ブレード及び流路を形成する。このように、鍛造によってインペラの概形を成形した後に仕上げ加工を施すことで、当初から母材に切削加工を施すことに比べて作業効率の向上を図ることができる。
ここで、インペラが回転する際には外周側に向かうに連れて遠心力が増大するため、内部に発生する応力も外周側ほど大きくなる。また、ハブの厚みは外周側に向かうに連れて小さくなるため、該ハブ剛性もまた外周側ほど小さくなる。したがって、ハブの外周側では、上記応力の影響による破損・変形が懸念される。
これに対して本発明では、母材の外周側領域に鍛造加工が施すこととしているため、当該母材の外周側では組織の緻密化により強度が高いものとなる。これにより、厚みの薄いハブの外周側でも上記遠心力に耐え得るだけの強度を実現することができ、インペラ全体を高強度とすることができる。
さらに、母材の外周側領域のみに鍛造を施す手法のため、母材全体に鍛造を施す場合に比べて加熱エネルギーの消費量や工数を抑えることができ、コストの増加を回避することができる。即ち、強度が特に必要な部分のみに鍛造加工を施すことにより、コストの低減を図りつつ高強度のインペラを得ることができる。
According to the impeller manufacturing method having such characteristics, a groove and a rising portion that become a flow path and a blade are formed by forging only the outer peripheral side region of the base material, not the whole base material. Then, a blade and a flow path are formed by finishing. In this way, by performing the finishing process after forming the general shape of the impeller by forging, it is possible to improve the working efficiency as compared with the case where the base material is cut from the beginning.
Here, when the impeller rotates, the centrifugal force increases toward the outer peripheral side, so that the stress generated inside increases toward the outer peripheral side. Further, since the hub thickness decreases toward the outer peripheral side, the hub rigidity also decreases toward the outer peripheral side. Therefore, on the outer peripheral side of the hub, there is a concern about breakage / deformation due to the influence of the stress.
On the other hand, in the present invention, since the forging process is performed on the outer peripheral side region of the base material, the strength is increased on the outer peripheral side of the base material due to the densification of the structure. Thereby, the intensity | strength which can endure the said centrifugal force is realizable also on the outer peripheral side of a thin hub, and the whole impeller can be made high intensity | strength.
Furthermore, since the forging is performed only on the outer peripheral side region of the base material, the heating energy consumption and the number of man-hours can be suppressed as compared with the case where the entire base material is forged, and an increase in cost can be avoided. . In other words, by forging only the portions that require particularly high strength, it is possible to obtain a high-strength impeller while reducing costs.

また、本発明に係るインペラの製造方法において、前記鍛造工程は、周方向に前記流路のピッチに対応する間隔をあけて配置された複数の金型によって行われることが好ましい。   In the impeller manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the forging step is performed by a plurality of molds arranged at intervals corresponding to the pitch of the flow path in the circumferential direction.

このような特徴のインペラの製造方法によれば、隣り合う金型の間の部分によって母材を挟み込むように鍛造を施すことができるため、これら金型の間の部分に形成される立ち上げ部の立ち上がり高さを大きくすることができる。これによって、母材の傾斜曲面の形状を最終製品の形状により近づけることができるため、後の仕上げ加工を容易に行うことができ、作業効率の向上を図ることが可能となる。   According to the impeller manufacturing method having such characteristics, forging can be performed so that the base material is sandwiched between portions between adjacent dies, so that the rising portion formed in the portion between these dies The rising height of can be increased. As a result, the shape of the inclined curved surface of the base material can be made closer to the shape of the final product, so that the subsequent finishing can be easily performed and work efficiency can be improved.

さらに本発明に係るインペラの製造方法において、前記鍛造工程は、前記母材の外周面をリング状部材によって拘束した状態で行われることを特徴とする。   Furthermore, in the method for manufacturing an impeller according to the present invention, the forging step is performed in a state where an outer peripheral surface of the base material is constrained by a ring-shaped member.

これによって、外周側領域に鍛造を行う際に、母材が外周側に広がってしまうことを防止することができる。したがって、母材の外周側が必要以上に薄くなってしまい強度が低下してしまうことを回避することができ、インペラ全体としての強度を高く維持することができる。   Thereby, when forging the outer peripheral side region, it is possible to prevent the base material from spreading to the outer peripheral side. Therefore, it can avoid that the outer peripheral side of a preform | base_material becomes thin more than necessary, and a strength falls, and the intensity | strength as the whole impeller can be maintained high.

本発明に係るインペラの製造方法によれば、母材に対して径方向外側から内側に向かっての一部範囲である外周側領域のみに鍛造を施してインペラを製造することにより、コストの増加を回避しながら作業効率の向上を図ることができ、さらに高強度を維持できるインペラを取得することが可能となる。   According to the impeller manufacturing method of the present invention, the cost is increased by manufacturing the impeller by forging only the outer peripheral side region which is a partial range from the radially outer side to the inner side with respect to the base material. It is possible to improve the working efficiency while avoiding the above, and to obtain an impeller capable of maintaining high strength.

本実施形態の第一実施形態のインペラの製造方法により製造されるインペラの斜視図である。It is a perspective view of the impeller manufactured by the manufacturing method of the impeller of 1st embodiment of this embodiment. 本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法に関し、円盤状部材をテーブルユニット上に載置した際の斜視図である。It is a perspective view at the time of mounting a disk-shaped member on the table unit regarding the manufacturing method of the impeller which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法に関し、母材形成工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining a base material formation process about a manufacturing method of an impeller concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法に関し、鍛造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining a forge process regarding the manufacturing method of the impeller concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法に関し、鍛造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining a forge process regarding the manufacturing method of the impeller concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法に関し、鍛造工程を説明する上面図である。It is a top view explaining a forge process regarding the manufacturing method of the impeller concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法に関し、鍛造工程のインペラ材の上面図である。It is a top view of the impeller material of a forge process regarding the manufacturing method of the impeller which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法に関し、仕上げ工程についての説明図である。It is explanatory drawing about a finishing process regarding the manufacturing method of the impeller which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係るインペラの製造方法に関し、鍛造工程を説明する上面図である。It is a top view explaining a forge process regarding the manufacturing method of the impeller which concerns on 2nd embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の第一実施形態に係るインペラの製造方法ついて説明する。
本実施形態により製造されるインペラ1は例えば圧縮機やタービン等の回転機械に用いられるものであって、図1に示すように、互いに一体をなすハブ2とブレード3とから構成されている。
ハブ2は、略円盤状をなす部材であって、一方の端面が小径とされ他方の端面が大径とされている。これら二つの端面は、一端側から他端側に向かうに従って漸次拡径する曲面によって接続されている。
Hereinafter, an impeller manufacturing method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The impeller 1 manufactured according to the present embodiment is used for a rotary machine such as a compressor or a turbine, for example, and includes a hub 2 and a blade 3 which are integrated with each other as shown in FIG.
The hub 2 is a substantially disk-shaped member, and one end surface has a small diameter and the other end surface has a large diameter. These two end surfaces are connected by a curved surface that gradually increases in diameter from one end side toward the other end side.

また、ブレード3は、上記ハブ2における曲面から立ち上がるように複数が設けられている。各ブレード3は、それぞれ径方向内側から外側に向かうにしたがって周方向一方側に向かって湾曲するように延在しており、本実施形態においては周方向に一定間隔をあけて12条のブレード3が形成されている。
そして、インペラ1においては、ハブ2の上記曲面上における隣り合うブレード3の間の領域が、流体が流通する流路4とされている。
A plurality of blades 3 are provided so as to rise from the curved surface of the hub 2. Each blade 3 extends so as to curve toward one side in the circumferential direction as it goes from the inside in the radial direction to the outside, and in this embodiment, 12 blades 3 are spaced at regular intervals in the circumferential direction. Is formed.
In the impeller 1, a region between adjacent blades 3 on the curved surface of the hub 2 is a flow path 4 through which fluid flows.

次に、上記インペラ1の製造方法の手順について説明する。
まず、作業者は、インペラ材11作製工程を実行する。即ち、作業者は、炭素鋼からなる細長い円柱形状材を切断することにより、図2に示すような平面視略円形の円盤状部材10を作製する。
Next, the procedure of the method for manufacturing the impeller 1 will be described.
First, an operator performs the impeller material 11 production process. That is, the operator cuts an elongated columnar material made of carbon steel to produce a disk-like member 10 having a substantially circular shape in plan view as shown in FIG.

そして、作業者は、図2に示すように、作製した円盤状部材10を、鉛直軸線周りに回転駆動可能とされたテーブルユニット20の上面に載置する。この際、テーブルユニット20の上面に円盤状部材10の一方側の部材が当接するように該円盤状部材10が載置される。   Then, as shown in FIG. 2, the operator places the produced disk-shaped member 10 on the upper surface of the table unit 20 that can be driven to rotate around the vertical axis. At this time, the disk-shaped member 10 is placed so that the member on one side of the disk-shaped member 10 contacts the upper surface of the table unit 20.

続いて作業者は、テーブルユニット20、及び円盤状部材10を回転させ、回転した円盤状部材10に対し、半径方向及び軸方向に移動するロールを押圧させることにより、の上に固定した円盤状部材10に対し、外周面に刃物が設けられたいわゆるロールミル(図示省略)を押圧させることにより、円盤状部材10の上部外周を加工する母材形成工程を行う。これにより、図3に示すように、円盤状部材10の上部には上方、即ち、一端に向かうに従って漸次縮径する傾斜曲面12が形成され、インペラ材11が完成する。このインペラ材11は、製造しようとするインペラ1の母材となるものである。   Subsequently, the operator rotates the table unit 20 and the disk-shaped member 10, and presses a roll that moves in the radial direction and the axial direction against the rotated disk-shaped member 10, thereby fixing the disk shape on the disk-shaped member 10. A base material forming step for processing the upper outer periphery of the disk-shaped member 10 is performed by pressing a so-called roll mill (not shown) having a blade provided on the outer peripheral surface against the member 10. As a result, as shown in FIG. 3, an inclined curved surface 12 whose diameter is gradually reduced toward the upper end, that is, toward one end, is formed on the upper portion of the disk-shaped member 10, and the impeller material 11 is completed. The impeller material 11 is a base material of the impeller 1 to be manufactured.

次に、作業者は、鍛造工程を実施する。この鍛造工程は、図4〜図6に示すように、一対の金型21,21により行われる。この金型21,21は、インペラ材11の外周側領域15の上方において、周方向に上記流路4のピッチの分だけ間隔をあけて配置されている。ここで、外周側領域15とは、詳しくは図6に示すように、インペラ材11における傾斜曲面12の外周側から径方向外側に向かっての所定範囲の環状の領域のことを意味している。この外周側領域15は、例えばインペラ材11の半径の1/2〜1/3の範囲の環状領域として設定することができる。   Next, the operator performs a forging process. This forging process is performed by a pair of molds 21 and 21, as shown in FIGS. The molds 21, 21 are disposed above the outer peripheral side region 15 of the impeller material 11 with an interval corresponding to the pitch of the flow path 4 in the circumferential direction. Here, the outer peripheral side region 15 means an annular region in a predetermined range from the outer peripheral side of the inclined curved surface 12 in the impeller material 11 toward the radially outer side, as shown in FIG. . The outer peripheral side region 15 can be set as an annular region in a range of 1/2 to 1/3 of the radius of the impeller material 11, for example.

また、上記金型21,21は、その平面視形状がインペラ1の流路4の平面視形状に対応しており、即ち、平面視において流路4内に収まる形状に設定されている。本実施形態においては、金型21,21の平面視形状はインペラ材11の径方向外側に向かうに従って広がる略四角形状とされており、金型21,21の全体形状は、当該略四角形状を上下方向、即ち、インペラ材11の軸線方向に延ばした形状をなしている。   Further, the molds 21 and 21 have a plan view shape corresponding to a plan view shape of the flow path 4 of the impeller 1, that is, a shape that fits in the flow path 4 in the plan view. In the present embodiment, the shape of the molds 21 and 21 in plan view is a substantially square shape that widens toward the radially outer side of the impeller member 11, and the overall shape of the molds 21 and 21 is the substantially square shape. It has a shape extending in the vertical direction, that is, in the axial direction of the impeller material 11.

鍛造工程は、図4及び図5に示すように、図示しない加熱手段によってインペラ材11を例えば1000℃以上に加熱しながら金型21,21を上下移動させることによって、インペラ材11の傾斜曲面12に金型21,21による圧力を作用させることによって行われる。即ち、一対の金型21,21が傾斜曲面12に上方から衝突することで傾斜曲面12に圧力を与え、該傾斜曲面12を変形させる。これによって、インペラ材11の母材の外周側領域15には、図6に示すように、一対の金型21,21の圧力によって凹んだ一対の溝部13と、これら溝部13を周方向に隔てる立ち上げ部14とが形成される。これら溝部13及び立ち上げ部14は、最終的にインペラ1の流路4及びブレード3となる部分である。   As shown in FIGS. 4 and 5, in the forging process, the inclined curved surface 12 of the impeller material 11 is moved by moving the dies 21 and 21 up and down while heating the impeller material 11 to, for example, 1000 ° C. or higher by a heating means (not shown). It is performed by applying pressure by the molds 21 and 21 to the mold. That is, the pair of molds 21 and 21 collide with the inclined curved surface 12 from above to apply pressure to the inclined curved surface 12 to deform the inclined curved surface 12. As a result, as shown in FIG. 6, in the outer peripheral side region 15 of the base material of the impeller material 11, the pair of groove portions 13 recessed by the pressure of the pair of molds 21, 21 and the groove portions 13 are separated in the circumferential direction. A rising portion 14 is formed. The groove 13 and the rising portion 14 are portions that finally become the flow path 4 and the blade 3 of the impeller 1.

この立ち上げ部14は、一対の金型21,21により挟まれた部分であって、金型21,21の圧力により溝部13が形成される際に当該溝部13となる部分に存在した炭素鋼の一部が、一対の金型21,21の間に集まることによって形成される。
また、このような一対の金型21,21による鍛造は、金型21,21の上下移動に応じてテーブルユニット20を間欠回転駆動させることにより、インペラ材11の傾斜曲面12の外周側領域15全域に対して周方向に順次施されていく。これによって、傾斜曲面12の外周側領域15の全域に、図7に示すように、周方向に等間隔をあけて複数の溝部13及び立ち上げ部14が形成される。本実施形態においては、周方向に30°の間隔をあけてそれぞれ12の溝部13及び立ち上げ部14が形成される。
The rising portion 14 is a portion sandwiched between the pair of molds 21 and 21, and the carbon steel present in the portion that becomes the groove portion 13 when the groove portion 13 is formed by the pressure of the molds 21 and 21. Is formed by gathering between a pair of molds 21, 21.
In addition, the forging by the pair of molds 21 and 21 is performed by intermittently driving the table unit 20 according to the vertical movement of the molds 21 and 21, so that the outer peripheral side region 15 of the inclined curved surface 12 of the impeller material 11. Sequentially applied circumferentially to the entire area. As a result, as shown in FIG. 7, a plurality of groove portions 13 and rising portions 14 are formed at equal intervals in the circumferential direction over the entire outer peripheral side region 15 of the inclined curved surface 12. In the present embodiment, twelve groove portions 13 and rising portions 14 are formed at intervals of 30 ° in the circumferential direction.

このような鍛造工程の後、作業者は、溝部13及び立ち上げ部14が形成されたインペラ材11に対して仕上げ加工を行う。この仕上げ加工は、溝部13、立ち上げ部14及び傾斜曲面12の外周側領域15よりも径方向内側の部分である内周側領域16(図6及び図7参照)に対して、例えば図8に示すように、切削加工により行われる。これにより、母材からハブ2とブレード3とが一体的に切り出され、ハブ2の表面上における隣り合うブレード3の間の部分が流路4とされる。そして作業者は、流路4の底面及びブレード3の側面について研磨を行う。これにより、図1に示すインペラ1が完成する。   After such a forging process, the operator performs a finishing process on the impeller material 11 in which the groove 13 and the rising portion 14 are formed. This finishing process is performed on the inner peripheral side region 16 (see FIGS. 6 and 7), which is a portion radially inward of the outer peripheral side region 15 of the groove portion 13, the rising portion 14, and the inclined curved surface 12, for example, FIG. As shown in FIG. Thereby, the hub 2 and the blade 3 are integrally cut out from the base material, and a portion between the adjacent blades 3 on the surface of the hub 2 serves as the flow path 4. The operator then polishes the bottom surface of the flow path 4 and the side surface of the blade 3. Thereby, the impeller 1 shown in FIG. 1 is completed.

以上のようなインペラ1の製造方法によれば、母材としてのインペラ材11の全体ではなく、該インペラ材11の外周側領域15のみに鍛造加工を施すことで流路4及びブレード3となる溝部13及び立ち上げ部14を形成し、その後、仕上げ加工を施すことにより、ブレード3及び流路4を形成することとしている。このように、鍛造によってインペラ1の概形を成形した後、即ち、ニアネットシェープ化を行った後に仕上げ加工を施すことで、当初から母材に切削加工を施すことよりインペラ1を製造する場合に比べて作業効率の向上を図ることができる。   According to the manufacturing method of the impeller 1 as described above, the flow path 4 and the blade 3 are obtained by forging only the outer peripheral side region 15 of the impeller material 11 instead of the entire impeller material 11 as a base material. The groove portion 13 and the rising portion 14 are formed, and then the finishing process is performed to form the blade 3 and the flow path 4. As described above, after the rough shape of the impeller 1 is formed by forging, that is, the impeller 1 is manufactured by cutting the base material from the beginning by performing a finishing process after forming the near net shape. Compared to the above, work efficiency can be improved.

ここで、インペラ1を取り付けた回転機械において該インペラ1が回転する際には、外周側に向かうに連れて遠心力が増大するため、内部に発生する応力も外周側ほど大きくなる。また、ハブ2の厚みは外周側に向かうに連れて小さくなるため、該ハブ2は外周側ほど剛性が小さくなる。このように、ハブ2の外周側では、遠心力の増大と低い剛性によって、上記応力の影響による破損・変形が懸念される。   Here, when the impeller 1 rotates in the rotating machine to which the impeller 1 is attached, the centrifugal force increases toward the outer peripheral side, so that the stress generated inside increases toward the outer peripheral side. Further, since the thickness of the hub 2 becomes smaller toward the outer peripheral side, the rigidity of the hub 2 becomes smaller toward the outer peripheral side. As described above, on the outer peripheral side of the hub 2, there is a concern about breakage / deformation due to the influence of the stress due to an increase in centrifugal force and low rigidity.

これに対して本実施形態においては、インペラ材11の外周側領域15に鍛造加工を施すこととしているため、当該インペラ材11の外周側では組織の緻密化により強度が高いものとなる。これにより、厚みの薄いハブ2の外周側でも上記遠心力に耐え得るだけの強度を実現することができ、インペラ1全体を高強度に維持することができる。   On the other hand, in this embodiment, since the forging process is performed on the outer peripheral side region 15 of the impeller material 11, the strength is increased due to the densification of the structure on the outer peripheral side of the impeller material 11. Thereby, the intensity | strength which can endure the said centrifugal force is realizable also on the outer peripheral side of the hub 2 with thin thickness, and the impeller 1 whole can be maintained at high intensity | strength.

なお、例えばインペラ材11における傾斜曲面12の全体に鍛造加工を施してニアシェープ化を図る手法も考えられるが、この場合、加熱エネルギーの消費量増大や工数の増加を招いてしまい、製造コストが高騰してしまう。この点、本実施形態においては、強度を高く維持すべきインペラ材11の外周側領域15のみに鍛造を施すことにより、インペラ材11全体に鍛造を施す場合に比べて加熱エネルギーの消費量や工数を抑えることができる。即ち、強度を特に要する部分にのみ鍛造加工を施すことによって、コストの増加を回避しながら高強度のインペラ材11を効率良く製造することができる。   For example, a method of forging the entire inclined curved surface 12 of the impeller material 11 to achieve near shaping can be considered. Resulting in. In this respect, in the present embodiment, by forging only the outer peripheral side region 15 of the impeller material 11 that should be maintained at a high strength, the consumption amount of heat energy and the number of man-hours are compared with the case of forging the entire impeller material 11. Can be suppressed. That is, the forging process is performed only on the portion requiring particularly high strength, so that the high-strength impeller material 11 can be efficiently manufactured while avoiding an increase in cost.

また、周方向に流路4の間隔をあけて配置された一対の金型21,21によって鍛造加工を行うことにより、これら一対の金型21,21の間の部分によってインペラ材11を挟み込むように鍛造を施すことができるため、これら金型21,21の間の部分に形成される立ち上げ部14の立ち上がり高さを大きくすることができる。これによって、インペラ材11の傾斜曲面12の形状を最終製品の形状により近づけることができるため、後の仕上げ加工を容易に行うことができ、作業効率の向上を図ることが可能となる。   Further, by performing forging with a pair of molds 21, 21 arranged with a gap between the flow paths 4 in the circumferential direction, the impeller material 11 is sandwiched by a portion between the pair of molds 21, 21. Therefore, the rising height of the rising portion 14 formed in the portion between the molds 21 and 21 can be increased. As a result, the shape of the inclined curved surface 12 of the impeller material 11 can be made closer to the shape of the final product, so that the subsequent finishing can be easily performed and the working efficiency can be improved.

次に、第二実施形態のインペラ1の製造方法について説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第二実施形態は、鍛造工程の手法が第一実施形態とは相違する。即ち、この第二実施形態においては、図9に示すように、インペラ材11の外周をリング状部材23によって拘束した状態で鍛造工程が行われる。
Next, the manufacturing method of the impeller 1 of 2nd embodiment is demonstrated. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
This second embodiment is different from the first embodiment in the method of the forging process. That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 9, the forging process is performed in a state where the outer periphery of the impeller material 11 is restrained by the ring-shaped member 23.

このリング状部材23は、例えば鋼材からなる環状の部材であって、その内径がインペラ材11の外径と略同一に設定されている。また、このリング状部材23の厚み、即ち、軸線方向の寸法はインペラ材11の外周の厚みよりも大きく設定されている。
作業者は、このリング状部材23を、鍛造工程に先立ってインペラ材11の外周に外嵌する。これにより、リング状部材23の内周面は、周方向全域にわたってインペラ材11の外周と密着した状態となり、インペラ材11の外周全域が拘束される。
The ring-shaped member 23 is an annular member made of, for example, a steel material, and the inner diameter thereof is set to be substantially the same as the outer diameter of the impeller material 11. Further, the thickness of the ring-shaped member 23, that is, the dimension in the axial direction is set larger than the thickness of the outer periphery of the impeller material 11.
The operator externally fits the ring-shaped member 23 to the outer periphery of the impeller material 11 prior to the forging process. As a result, the inner peripheral surface of the ring-shaped member 23 is in close contact with the outer periphery of the impeller material 11 over the entire circumferential direction, and the entire outer periphery of the impeller material 11 is constrained.

そして、このようにリング状部材23をインペラ材11に外嵌した後、作業者は、第一実施形態と同様、テーブルユニット20を間欠回転駆動させるとともに一対の金型21,21を上下移動させることで、インペラ材11の傾斜曲面12の周方向全域に、溝部13及び立ち上げ部14を形成する。   And after fitting the ring-shaped member 23 to the impeller material 11 in this way, the operator drives the table unit 20 intermittently and moves the pair of molds 21 and 21 up and down as in the first embodiment. Thus, the groove portion 13 and the rising portion 14 are formed in the entire circumferential direction of the inclined curved surface 12 of the impeller material 11.

この第二実施形態のインペラ1の製造方法によれば、外周側領域15に鍛造を行う際に、インペラ材11が外周側に広がってしまうことを防止することができる。これによって、インペラ1の外周側が必要以上に薄くなってしまい強度が低下してしまうことを回避することができ、インペラ1全体としての強度を高く維持することができる。   According to the manufacturing method of the impeller 1 of the second embodiment, the impeller material 11 can be prevented from spreading to the outer peripheral side when the outer peripheral side region 15 is forged. As a result, it can be avoided that the outer peripheral side of the impeller 1 becomes unnecessarily thin and the strength is lowered, and the strength of the impeller 1 as a whole can be maintained high.

なお、本実施形態のように、一対の金型21,21を用いて鍛造を行う場合、金型21,21のインペラ材11への一度の衝突による該インペラ材11の変形量が単一の金型21,21を用いて鍛造を行う場合に比べて大きくなるため、インペラ材11の径方向外側への広がり量も大きくなってしまうが、リング状部材23を用いることで当該デメリットを回避することができる。したがって、一対の金型21,21による鍛造とリング状部材23の設置とを併用することで、高強度のインペラ1をより効率良く、かつ、低コストで製造することが可能となる。   When forging is performed using a pair of molds 21 and 21 as in this embodiment, the amount of deformation of the impeller material 11 due to a single collision of the molds 21 and 21 with the impeller material 11 is single. Since it becomes larger than the case where forging is performed using the molds 21 and 21, the amount of spread of the impeller material 11 outward in the radial direction is also increased, but the disadvantage is avoided by using the ring-shaped member 23. be able to. Therefore, by using the forging by the pair of molds 21 and 21 and the installation of the ring-shaped member 23, the high-strength impeller 1 can be manufactured more efficiently and at low cost.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、金型21,21の形状については、平面視四角形状のものに限られず、種々の形状のものを採用することが可能である。例えば、流路4の平面視形状と略同一の平面視形状、即ち、湾曲した平面視形状を有する金型21,21を用いて溝部13及び立ち上げ部14を形成してもよい。この場合、溝部13及び立ち上げ部14をより流路4及びブレード3の形状に近づけることができるため、後の仕上げ加工をより容易に行うことができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, unless it deviates from the technical idea of this invention, it is not limited to these, A some design change etc. are possible.
For example, the shapes of the molds 21 and 21 are not limited to a rectangular shape in plan view, and various shapes can be employed. For example, the groove portion 13 and the rising portion 14 may be formed by using molds 21 and 21 having a planar view shape substantially the same as the planar view shape of the channel 4, that is, a curved planar view shape. In this case, since the groove portion 13 and the rising portion 14 can be made closer to the shape of the flow path 4 and the blade 3, the subsequent finishing process can be performed more easily.

また、仕上げ加工での切削により種々の形状の流路4及びブレード3を形成可能とすべく、これら種々の形状の流路4及びブレード3のそれぞれに形成可能な溝部13及び立ち上げ部14を形成する形状の金型21,21を採用してもよい。即ち、ある形状のインペラ1に対応した溝部13及び立ち上げ部14を成型可能な金型21,21を用いるのではなく、種々のインペラ1に対して汎用性のある溝部13及び立ち上げ部14を成形可能な金型21,21を用いてもよい。この場合、金型21,21の平面視形状は、例えば略長方形や略正方形等の単純な形状とすることができる。   Moreover, in order to be able to form the flow paths 4 and the blades 3 of various shapes by cutting in the finishing process, the groove portions 13 and the rising portions 14 that can be formed in the flow paths 4 and the blades 3 of the various shapes are provided. You may employ | adopt the metal mold | dies 21 and 21 of the shape to form. That is, rather than using the molds 21 and 21 that can mold the groove 13 and the rising portion 14 corresponding to the impeller 1 having a certain shape, the groove 13 and the rising portion 14 that are versatile for various impellers 1 are used. Molds 21 and 21 that can be molded may be used. In this case, the shape of the molds 21 and 21 in a plan view can be a simple shape such as a substantially rectangular shape or a substantially square shape.

さらに、本実施形態においては一対の金型21,21により鍛造を行ったが、単一の金型21,21で行ってもよいし、3つ以上の複数の金型21,21で鍛造を行ってもよい。   Further, in the present embodiment, forging is performed with a pair of molds 21 and 21, but forging may be performed with a single mold 21 and 21, and forging with three or more molds 21 and 21. You may go.

また、実施形態においては、オープンインペラを例として製造方法を説明したが、本発明を複数のブレード3全体を覆うシュラウドを設けたクローズドインペラの製造方法に適用してもよい。この場合、仕上げ工程の後に、作業者がブレード3の上にシュラウドを溶接して固定する。   In the embodiment, the manufacturing method has been described by taking an open impeller as an example. However, the present invention may be applied to a manufacturing method of a closed impeller provided with a shroud that covers the entire plurality of blades 3. In this case, the operator welds and fixes the shroud onto the blade 3 after the finishing process.

1 インペラ
2 ハブ
3 ブレード
4 流路
10 円盤状部材
11 インペラ材
12 傾斜曲面
13 溝部
14 立ち上げ部
20 テーブルユニット
21 金型
22 ロールミル
23 リング状部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impeller 2 Hub 3 Blade 4 Flow path 10 Disc-shaped member 11 Impeller material 12 Inclined curved surface 13 Groove portion 14 Raising portion 20 Table unit 21 Mold 22 Roll mill 23 Ring-shaped member

Claims (3)

円盤状をなすハブに径方向に延びるブレードが周方向に間隔をあけて複数設けられ、隣り合う前記ブレードの間に流路が形成されたインペラの製造方法であって、
炭素鋼からなる円盤状部材から、一端側に向かって漸次縮径する傾斜曲面を有する母材を形成する母材形成工程と、
前記傾斜曲面の外周側から径方向内側に向かっての所定範囲である外周側領域に対して、前記流路に対応する形状の金型を用いた鍛造加工を周方向に順次施すことにより、前記流路となる部分に溝部を形成するとともに前記ブレードとなる部分に立ち上げ部を形成する鍛造工程と、
前記溝部、前記立ち上げ部及び前記母材の前記外周側領域よりも径方向内側の内周側領域に切削加工を施すことで前記ハブ、前記ブレード及び前記流路を形成する仕上げ工程とを備えることを特徴とするインペラの製造方法。
A method of manufacturing an impeller in which a plurality of blades extending in a radial direction are provided at intervals in a circumferential direction on a hub having a disk shape, and a flow path is formed between adjacent blades,
From a disk-shaped member made of carbon steel, a base material forming step of forming a base material having an inclined curved surface that gradually decreases in diameter toward one end side;
For the outer peripheral side region that is a predetermined range from the outer peripheral side of the inclined curved surface toward the radially inner side, forging using a mold having a shape corresponding to the flow path is sequentially performed in the circumferential direction, A forging step of forming a groove in a portion to be a flow path and forming a rising portion in a portion to be the blade;
A finishing step for forming the hub, the blade, and the flow path by cutting the inner peripheral side region radially inward of the groove portion, the rising portion, and the outer peripheral side region of the base material. An impeller manufacturing method characterized by the above.
前記鍛造工程は、周方向に前記流路のピッチに対応する間隔をあけて配置された複数の金型によって行われることを特徴とする請求項1に記載のインペラの製造方法。   2. The impeller manufacturing method according to claim 1, wherein the forging step is performed by a plurality of molds arranged at intervals corresponding to a pitch of the flow path in a circumferential direction. 前記鍛造工程は、前記母材の外周をリング状部材によって拘束した状態で行われることを特徴とする請求項1又は2に記載のインペラの製造方法。   The impeller manufacturing method according to claim 1, wherein the forging step is performed in a state where an outer periphery of the base material is constrained by a ring-shaped member.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016093072A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 川崎重工業株式会社 Impeller for supercharger
JP2016113902A (en) * 2014-12-11 2016-06-23 川崎重工業株式会社 Impeller of supercharger

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