JP2017148813A - Hot forging mold and hot forging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱間鍛造にてタービンブレード用素材を製造する際に用いる熱間鍛造用金型及びそれを用いた熱間鍛造方法に関するものである。 The present invention relates to a hot forging die used when manufacturing a turbine blade material by hot forging and a hot forging method using the same.
近年、蒸気タービンの高効率化の要請により、蒸気タービンに用いられるタービンブレードも長尺化してきている。約１５００ｍｍを超える長尺のタービンブレード用素材を製造する場合では、素材を上型と下型の間に挟み込んで、大型のプレス鍛造でタービンブレード用素材に成形する方法が主流である。
この大型タービンブレードを製造する方法として、例えば、特開昭６３−２４１１１８号公報（特許文献１）に開示されているような、三次元形状に複雑に捩れた大型タービン翼を鍛造により製造する方法において、翼根から翼先端に亘って水平状態を維持したまま型鍛造し、該型鍛造終了後タービン翼に所要の捩り加工を施し、かかる状態下において強制拘束矯正を行った後拘束状態で熱処理する大型タービン翼の製造方法の発明がある。
また、タービンブレード用予備成形体に着目した発明としては、例えば、特開平２−８０１４９号公報（特許文献２）に開示されているような、単純形状の素材を用い、翼部はダイスにより、一方、翼根部は密閉金型内に前後方押出により成形し、かつ、さらにつば部を据え込みにより成形するタービンブレード用予備成形体の成形方法の発明がある。
In recent years, turbine blades used in steam turbines have become longer due to the demand for higher efficiency of steam turbines. In the case of manufacturing a turbine blade material having a length exceeding about 1500 mm, the mainstream method is to insert the material between an upper die and a lower die and form the turbine blade material by large press forging.
As a method of manufacturing the large turbine blade, for example, a method of manufacturing a large turbine blade complicatedly twisted into a three-dimensional shape by forging as disclosed in JP-A-63-241118 (Patent Document 1). Then, the die is forged while maintaining the horizontal state from the blade root to the blade tip, and after the die forging is completed, the turbine blade is subjected to the necessary torsion processing, subjected to forced restraint correction in such a state, and then heat-treated in the restrained state. There is an invention of a method for manufacturing a large turbine blade.
Moreover, as invention which paid its attention to the preform for turbine blades, for example, the material of a simple shape as disclosed in JP-A-2-80149 (Patent Document 2) is used, and the wing portion is formed by a die. On the other hand, there is an invention of a method for forming a preform for a turbine blade in which a blade root portion is formed by front-rear extrusion into a closed mold and further a flange portion is formed by upsetting.
上述した特許文献１に記載の方法では、捩り加工という特殊な加工が必要であり、加工の工数が増えることから経済的ではない。効率よくブレード用素材を熱間鍛造で得ようとするのであれば、ニアネット形状の金型を用いて熱間鍛造を行うのが有利である。しかし、特許文献２で示されるようなタービンブレード用予備成形体では、金型にタービンブレード用予備成形体を載置した際に位置決めを行う手段がないことから、ニアネット形状の金型を用いて熱間鍛造すると位置ずれを起こして欠肉等の欠陥を生じるおそれがある。また、この欠肉を防止するにはタービンブレード用予備成形体の重量を大きくする方法もあるが、歩留まりが悪くなるだけでなく、熱間鍛造時の荷重も大きくなってしまう。
この問題を解決し、大型タービンブレードを製造する方法として、例えば、国際公開ＷＯ２０１５／０５００１３パンフレット（特許文献３）に開示されるように、予備成形体の両端部に突起部を設け、その突起部を熱間鍛造用金型に形成された位置決め溝部に挿入して熱間鍛造する方法の発明がある。
The method described in Patent Document 1 described above is not economical because a special process called twisting is required and the number of processes increases. If the blade material is to be obtained efficiently by hot forging, it is advantageous to perform hot forging using a near net-shaped mold. However, in the turbine blade preform as disclosed in Patent Document 2, there is no means for positioning when the turbine blade preform is placed on the mold, so a near-net mold is used. If hot forging is performed, there is a possibility that a position shift occurs and a defect such as a lack of wall occurs. In addition, there is a method of increasing the weight of the turbine blade preform in order to prevent this thinning, but not only the yield is deteriorated, but also the load during hot forging is increased.
As a method of solving this problem and manufacturing a large turbine blade, for example, as disclosed in International Publication WO2015 / 050013 (Patent Document 3), protrusions are provided at both ends of the preform, and the protrusions There is an invention of a method of hot forging by inserting a hole into a positioning groove formed in a hot forging die.
上述した特許文献３に示す方法は、大型熱間鍛造機を用いて大型の製品を製造するのに好適な方法であり、数万トンの荷重で、しかも、１ブローで大型タービンブレードを製造することが可能である。
ところで、今後益々タービンブレードは大型化することが予想される。その場合、特許文献３に示される方法では、位置決め溝部が熱間鍛造用金型に形成されるため、突起部の寸法が変化することが予想されるが、熱間鍛造用金型に直接溝部を形成する方法では、その溝部に応じた加工が必要となる。
本発明の目的は、高い生産性を維持しながら、より大型のタービンブレードにも適応可能で、より確実に欠陥の無い大型鍛造品を得ることができる熱間鍛造用金型とそれを用いた熱間鍛造方法を提供することである。
The method shown in Patent Document 3 described above is a method suitable for manufacturing a large product using a large-sized hot forging machine, and manufactures a large turbine blade with a load of tens of thousands of tons and with one blow. It is possible.
By the way, it is expected that turbine blades will become larger in the future. In that case, in the method shown in Patent Document 3, since the positioning groove is formed in the hot forging die, it is expected that the dimension of the protrusion changes, but the groove is directly in the hot forging die. In the method of forming the film, processing corresponding to the groove portion is required.
The object of the present invention is to use a hot forging die that can be applied to larger turbine blades while maintaining high productivity and can obtain a large forged product without defects more reliably. It is to provide a hot forging method.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、タービンブレード用予備成形体を熱間鍛造し、翼部と根部とを有するタービンブレード用素材を製造するために用いられる熱間鍛造用金型において、前記タービンブレード用予備成形体は、鍛造されて翼部になる部分と根部になる部分とが一体に成形された本体部を有し、前記本体部の軸方向の両端部にはそれぞれ軸方向に突出する突起部を備え、前記熱間鍛造用金型は、前記両端部の突起部を収納して前記タービンブレード用予備成形体を位置決めする突起収納部を備え、前記突起収納部が前記熱間鍛造用金型に脱着可能な別部品である熱間鍛造用金型である。
前記熱間鍛造用金型は、前記タービンブレード用予備成形体の突起部と前記突起収納部側面との間には、０．８〜２ｍｍの隙間が形成される間隔を有することが好ましく、突起部と前記突起収納部の底面との間には、５ｍｍ以上の隙間が形成される間隔を有することが更に好ましい。
また、本発明は、タービンブレード用予備成形体を熱間鍛造し、翼部と根部とを有するタービンブレード用素材を製造する熱間鍛造方法において、鍛造されて翼部になる部分と根部になる部分とが一体に成形された本体部と、前記本体部の軸方向の両端部にそれぞれ軸方向に突出する突起部と、を備えるタービンブレード用予備成形体を準備する工程と、前記タービンブレード用予備成形体の突起部を収納して前記タービンブレード用予備成形体を位置決めする突起収納部を備えた熱間鍛造用下金型を準備する工程と、前記熱間鍛造用下金型とともに前記タービンブレード用予備成形体を熱間鍛造する熱間鍛造用上金型を準備する工程と、前記突起収納部に前記突起部を収納させて、前記熱間鍛造用下金型に前記タービンブレード用予備成形体を配置し、その後前記熱間鍛造用下金型と前記熱間鍛造用上金型とにより、前記タービンブレード用素材を熱間鍛造する工程と、を備え、前記突起収納部が前記熱間鍛造用金型に脱着可能な別部品である熱間鍛造方法である。
The present invention has been made in view of the above-described problems.
That is, the present invention is a hot forging die used for hot forging a turbine blade preform and producing a turbine blade material having a blade portion and a root portion. Has a main body portion integrally formed with a portion that becomes forged and a wing portion and a portion that becomes a root portion, and includes projecting portions that project in the axial direction at both ends in the axial direction of the main body portion, The hot forging die has a protrusion accommodating portion for positioning the turbine blade preform by accommodating the protruding portions at both ends, and the protrusion accommodating portion is detachable from the hot forging die. This is a hot forging die that is a separate part.
Preferably, the hot forging die has an interval in which a gap of 0.8 to 2 mm is formed between the projection of the turbine blade preform and the side of the projection storage portion. It is more preferable that a gap of 5 mm or more is formed between the portion and the bottom surface of the projection storage portion.
In addition, the present invention is a hot forging method for producing a turbine blade material having a blade portion and a root portion by hot forging a turbine blade preform and forming a blade portion and a root portion. A step of preparing a turbine blade preform, the main body part integrally formed with the main body part, and projecting parts protruding in the axial direction at both axial ends of the main body part; and A step of preparing a lower mold for hot forging having a protrusion accommodating portion for accommodating the protrusion of the preform and positioning the turbine blade preform, and the turbine together with the lower mold for hot forging A step of preparing an upper die for hot forging for hot forging a preform for a blade; and storing the protrusion in the protrusion storage portion; Molding And then hot forging the turbine blade material with the lower die for hot forging and the upper die for hot forging, and the protrusion storage portion is the hot forging. This is a hot forging method that is a separate part that can be attached to and detached from a metal mold.
本発明によれば、予備成形体の突起部の寸法が変化しても、一部の部品の交換により対応することが可能で、更に、より確実に欠陥の無い大型鍛造品を得ることができる。 According to the present invention, even if the dimensions of the protrusions of the preform are changed, it is possible to cope with the replacement of some parts, and it is possible to obtain a large forged product without defects more reliably. .
本発明を図面を用いて詳しく説明する。
図１はタービンブレード用予備成形体１の模式図である。このタービンブレード用予備成形体１は、熱間鍛造によって翼部になる部分と根部になる部分とが一体に成形されており、軸方向に径の異なる部分を有する本体部２と、前記本体部両端部にはそれぞれ軸方向に突出する突起部３が形成されている。なお、軸方向とは図１中の一点鎖線で示すように、タービンブレード用予備成形体１の中心軸の方向を言う。なお、タービンブレード用予備成形体の直径が大きくなっている部分は、前記の根部に成形するために径が変化している場所であり、直径が小さい部分は翼部となる部分である。軸方向の両端部にはそれぞれ軸方向に突出する突起部３が形成されている。
The present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a preform 1 for a turbine blade. The turbine blade preform 1 is formed by integrally forming a portion that becomes a wing portion and a portion that becomes a root portion by hot forging, and a main body portion 2 having portions having different diameters in the axial direction. Projections 3 projecting in the axial direction are formed at both ends. The axial direction refers to the direction of the central axis of the turbine blade preform 1 as shown by the one-dot chain line in FIG. In addition, the part where the diameter of the preform for turbine blades is large is a place where the diameter is changed in order to form the root part, and the part where the diameter is small is a part that becomes a wing part. Protrusions 3 projecting in the axial direction are formed at both ends in the axial direction.
前述の突起部の形成は、本体部とは別な部品として本体部に接合するのが好ましい。本発明の突起部は、所謂“つかみ代”とは異なり、“位置決め用部材”として機能するものである。そのため、所定の場所に突起部を設けることが重要となる。例えば、熱間鍛造等の熱間加工で本体部と突起部とを一体物として成形しようとすると、突起部が本体部の所望の位置から外れる可能性がある。これに対し、別な部品として本体部に接合すると、確実に所望の位置に突起部を接合することができる。なお、別部品の突起部を本体部に接合する位置は、突起部が接合する面側の本体部の中心位置とすることが良い。好ましくは、本体部の中心軸上に接合するのが良い。これにより、より確実に位置ずれを防止し、欠肉等の欠陥を防止することが可能となる。
また、突起部の材質としては、本体部の材質と同一とするのが好ましい。これは、突起部は熱間鍛造後のタービンブレード用素材からバリとともに除去されたとき、バリと共にリサイクルの原料として再利用することができるためである。
It is preferable that the formation of the above-described protrusion is joined to the main body as a component different from the main body. Unlike the so-called “gripping allowance”, the protrusion of the present invention functions as a “positioning member”. Therefore, it is important to provide a protrusion at a predetermined location. For example, if it is attempted to form the main body portion and the projection portion as a single body by hot working such as hot forging, the projection portion may be removed from a desired position of the main body portion. On the other hand, if it joins to a main-body part as another component, a projection part can be reliably joined to a desired position. It should be noted that the position at which the protrusion of another component is joined to the main body is preferably the center position of the main body on the surface side where the protrusion is joined. Preferably, it is good to join on the central axis of a main-body part. As a result, it is possible to more reliably prevent misalignment and prevent defects such as lack of thickness.
The material of the protrusion is preferably the same as that of the main body. This is because when the protrusion is removed together with the burr from the turbine blade material after hot forging, it can be reused as a recycling material together with the burr.
また、突起部の接合の方法としては、ネジによる嵌め合わせ、或いは／更に、溶接によって接合するのが簡便である。勿論、ネジによる嵌め合せの後、溶接を行っても良い。また、溶接のみで突起部を接合する場合は、生産性を高めることが可能な摩擦圧接を適用するのが好ましい。
なお、突起部の寸法は、タービンブレードの大きさによって変化し、その直径はおおよそ３０〜６０ｍｍ程度の円柱状のものであれば良い。円柱状とするのは、熱間鍛造用金型に形成された位置決め溝への載置が容易であるためである。また、過度に突起部の直径が細くなると、タービンブレード用予備成形体の熱間鍛造温度への加熱時に撓み等の変形を生じるおそれがある。
上述する本体部はＴｉ合金であることが好ましい。Ｔｉ合金製のタービンブレードは、今後ますます長翼化、大型化することが予想されることから、本発明はタービンブレード用予備成形体への適用が好適である。
なお、本発明で言う熱間鍛造とは、熱間プレス、ホットダイ鍛造、恒温鍛造を含むものとする。
In addition, as a method of joining the protrusions, it is easy to fit them by screws or / or by welding. Of course, welding may be performed after fitting with screws. Moreover, when joining a projection part only by welding, it is preferable to apply the friction welding which can improve productivity.
In addition, the dimension of a projection part changes with the magnitude | sizes of a turbine blade, The diameter should just be a cylindrical thing of about 30-60 mm. The reason for the columnar shape is that it can be easily placed in the positioning groove formed in the hot forging die. In addition, if the diameter of the protrusion is excessively thin, there is a risk of deformation such as bending when the turbine blade preform is heated to the hot forging temperature.
The main body described above is preferably a Ti alloy. Since a Ti blade made of a Ti blade is expected to become longer and larger in the future, the present invention is preferably applied to a preform for a turbine blade.
The hot forging referred to in the present invention includes hot pressing, hot die forging, and isothermal forging.
図５は従来例である。かかる従来例を用いて、突起部による位置決めの機能を説明する。図５に示すように、突起部３は、下型４に設けられた位置決め溝５に設置される。位置決め溝５は、予め、熱間鍛造によって欠肉等の欠陥を生じない箇所に設けられている。そして、突起部３によって、熱間鍛造前にタービンブレード用予備成形体１を所定の位置に載置し、更に、熱間鍛造時にタービンブレード用予備成形体１が熱間鍛造型内で位置ずれを起こすのを防止する。特に、数万トン規模の大きな荷重で、しかも、１ブローで製造しようとすると、熱間鍛造型（上型及び下型）内で、狙い通りの場所から順次押圧が開始されなければ、欠肉等の欠陥となり易い。これを防止するため、熱間鍛造用金型の所望の位置に載置し、熱間鍛造時には所望の押圧場所から順序良く熱間鍛造を行うために、突起部の形成は必要不可欠である。 FIG. 5 shows a conventional example. Using this conventional example, the positioning function by the protrusion will be described. As shown in FIG. 5, the protrusion 3 is installed in the positioning groove 5 provided in the lower mold 4. The positioning groove 5 is provided in advance at a location where a defect such as a lacking wall is not generated by hot forging. The projection 3 is used to place the turbine blade preform 1 in a predetermined position before hot forging, and the turbine blade preform 1 is displaced in the hot forging die during hot forging. To prevent it. In particular, when manufacturing with a large load of several tens of thousands of tons and one blow, if the pressing is not started sequentially from the intended location in the hot forging die (upper die and lower die), the lack of Etc. In order to prevent this, the protrusions are indispensable for placing in a desired position of the hot forging die and performing hot forging in order from the desired pressing place at the time of hot forging.
次に、本発明のタービンブレード用予備成形体を用いる熱間鍛造用金型について説明する。図４に示すように本発明の熱間鍛造用金型１１は、タービンブレード用予備成形体１の両端部の突起部３を収納してタービンブレード用予備成形体を位置決めする突起収納部１２を備えている。そして、この突起収納部１２が熱間鍛造用金型１１に脱着可能な別部品としてある。この突起収納部はタービンブレード用予備成形体１の位置決め溝の役割を奏する。
従来のように、突起収納部が加工溝として直接熱間鍛造用金型に加工されたものの場合、その幅や深さを変更しようとすると、金型本体を加工する必要がある。しかしながら、大型のタービンブレードを製造するための熱間鍛造用金型はその重量が数トンもあり、運搬や加工に多大のコストが必要になる。また、加工溝の加工に失敗した場合、大型の金型本体が不良となってしまう恐れもある。一方、本発明のように突起収納部１２を脱着可能な別部品にしておけば、突起部の形状、直径に応じて突起収納部のみを交換することで、種々の突起部の形状に対応が可能となる。
なお、本発明を示す図４と従来例を示す図５とでは、熱間鍛造用金型（下型）とタービンブレード用素材との関係も異なっている。従来例では下型とタービンブレード用予備成形体の本体部とは非接触となっているのに対し、本発明を示す図４では下型とタービンブレード用素材の本体部とが部分的に接触している。これにより、熱間鍛造開始直後は、２つの突起収納部と下型とタービンブレード用素材の本体部との接触部分によりタービンブレード用素材の移動を防止して、より確実に所定の位置から鍛造を開始させることができる。そのため、欠肉等の形状欠陥の発生をより確実に防止することができる。
これを可能にするのも、突起収納部を別部材として、その深さを適宜変更しやすい構造としているからである。
Next, a hot forging die using the turbine blade preform of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, the hot forging die 11 of the present invention has a protrusion accommodating portion 12 that accommodates the protrusions 3 at both ends of the turbine blade preform 1 and positions the turbine blade preform. I have. The protrusion housing portion 12 is a separate part that can be attached to and detached from the hot forging die 11. This protrusion accommodating portion plays a role of a positioning groove of the turbine blade preform 1.
In the case where the protrusion housing portion is directly machined into a hot forging die as a machining groove as in the prior art, it is necessary to machine the die body in order to change its width and depth. However, a hot forging die for producing a large turbine blade has a weight of several tons, and requires a lot of cost for transportation and processing. In addition, when machining of the machining groove fails, the large mold body may be defective. On the other hand, if the projection housing part 12 is a separate part that can be attached and detached as in the present invention, only the projection housing part can be exchanged according to the shape and diameter of the projection part, so that various projection part shapes can be handled. It becomes possible.
4 showing the present invention and FIG. 5 showing the conventional example, the relationship between the hot forging die (lower die) and the turbine blade material is also different. In the conventional example, the lower mold and the main body of the turbine blade preform are not in contact, whereas in FIG. 4 showing the present invention, the lower mold and the main body of the turbine blade material are in partial contact. doing. As a result, immediately after the start of hot forging, the turbine blade material is prevented from moving by the contact portion between the two protrusion housing parts, the lower mold, and the turbine blade material body, and forged from a predetermined position more reliably. Can be started. For this reason, it is possible to more reliably prevent the occurrence of a shape defect such as a lack of thickness.
This is made possible because the protrusion housing portion is a separate member and the depth can be easily changed as appropriate.
突起収納部１２は熱間鍛造用金型に嵌め合うことが可能な形状とするのが良い。例えば、図４には、突起収納部１２の突出した部分（突出部）１３が熱間鍛造用金型の本体に設けられたキー溝状の部分に嵌め合った場合の模式図が示されている。この突出部１３によって、突起収納部１２と熱間鍛造用金型とが固定されると共に、タービンブレード用素材の軸方向に移動するのを拘束する。その場合の固定方法としては、単に嵌め合うことでも良いが、ボルトなどの締結部材で固定しておく方が強固な固定ができて好ましい。
また、突起収納部１２には突起部３の収納を容易にするために、面取り部１４を設けておくことが好ましい。これは、たいていの場合、加熱されたタービンブレード用予備成形体はマニピュレータを用いて熱間鍛造用金型の所定の位置に配置されることになる。このとき、突起収納部内に突起部をスムースにセットするためである。
また、突起収納部の形状は、は図２に示すような一体物としても良いが、図３に示すように２つ以上の別部材としても良い。
It is preferable that the protrusion storage portion 12 has a shape that can be fitted into a hot forging die. For example, FIG. 4 shows a schematic view when the protruding portion (protruding portion) 13 of the protrusion housing portion 12 is fitted into a key groove-shaped portion provided in the hot forging die body. Yes. The protrusion 13 fixes the protrusion storage portion 12 and the hot forging die and restrains the turbine blade material from moving in the axial direction. As a fixing method in that case, it is possible to simply fit them together, but it is preferable to fix them with fastening members such as bolts because they can be firmly fixed.
Further, it is preferable to provide a chamfered portion 14 in the projection storage portion 12 in order to facilitate the storage of the projection portion 3. In most cases, the heated preform for a turbine blade is placed at a predetermined position of a hot forging die using a manipulator. At this time, the protrusion is smoothly set in the protrusion storage portion.
In addition, the shape of the protrusion housing portion may be an integral body as shown in FIG. 2, or may be two or more separate members as shown in FIG.
本発明の熱間鍛造用金型１１は、図２や図３で示すようにタービンブレード用予備成形体の突起部３の側面と突起収納部側面との間には、０．８ｍｍ以上の隙間が形成される間隔を有することが好ましい。これは、タービンブレード用予備成形体は加熱によって熱膨張するため、突起部３と突起収納部１２側面の間に隙間を確保するものである。そのため、０．８ｍｍ以上の間隔を設けて、加熱された突起部を突起収納部内へ挿入するのを容易にする。なお、隙間の間隔の上限は２ｍｍ程度で良い。過度に隙間が広すぎると所定の位置からずれてしまう心配がある。好ましくは１．５ｍｍ以下である。なお、ここでいう“隙間”とは図２や図３で示す（Ａ）と（Ａ’）の合計の間隔であり、熱間鍛造温度にタービンブレード用予備成形体を加熱する前の状態での間隔である。仮に、（Ａ）と（Ａ’）の隙間がゼロとなっても、もう一方の隙間を０．８ｍｍ以上確保することも許容されるが、隙間（Ａ）と（Ａ’）は均等な間隔をもつようにして、突起部と側面とが接触しないようにするのが更に好ましい。
また、特に、突起部と突起収納部１２の底面側の隙間（（Ｂ）として示す）は５ｍｍ以上の大きな隙間としておくのが好ましい。突起収納部の底面が突起部と接触していると、熱間鍛造を行う際に接触面同士が擦れたり、突起部が突起収納部の底面に引っかかることでタービンブレード用予備成形体の本体部が所定の位置からずれてしまう場合があるためである。なお、突起部３の底面側の隙間を大きく形成しようとすると、図３の突起収納部１２のように、突起部３の左右両側に個別に突起収納部品を設けておくのが好ましい。
つまり、突起収納部１２と突起部３は非接触の状態とするのが良い。そのためには、図２や図３で示すように、突起収納部の側面同士を一定の間隔が保てるように平行な場所を設けておき、熱間鍛造中に突起部の移動を拘束させないようにしておくのが良い。
As shown in FIGS. 2 and 3, the hot forging die 11 of the present invention has a gap of 0.8 mm or more between the side surface of the projection 3 and the side surface of the projection storage portion of the turbine blade preform. It is preferable to have an interval at which is formed. This is because the turbine blade preform is thermally expanded by heating, so that a gap is secured between the protrusion 3 and the side surface of the protrusion storage portion 12. Therefore, an interval of 0.8 mm or more is provided to facilitate the insertion of the heated protrusions into the protrusion storage part. Note that the upper limit of the gap interval may be about 2 mm. If the gap is excessively wide, there is a concern that the gap may deviate from a predetermined position. Preferably it is 1.5 mm or less. The “gap” here is the total interval of (A) and (A ′) shown in FIG. 2 and FIG. 3, and is the state before heating the turbine blade preform to the hot forging temperature. Is the interval. Even if the gap between (A) and (A ′) becomes zero, it is allowed to secure the other gap of 0.8 mm or more, but the gaps (A) and (A ′) are equally spaced. More preferably, the protrusion and the side surface are not in contact with each other.
In particular, it is preferable that a gap (shown as (B)) on the bottom surface side of the projection and the projection storage portion 12 is a large gap of 5 mm or more. When the bottom surface of the projection storage part is in contact with the projection part, the contact surfaces rub against each other during hot forging, or the projection part is caught on the bottom surface of the projection storage part, so that the main body part of the turbine blade preform This is because there is a case where the position shifts from a predetermined position. In order to form a large gap on the bottom surface side of the protrusion 3, it is preferable to separately provide protrusion storage components on both the left and right sides of the protrusion 3 as in the protrusion storage 12 of FIG. 3.
In other words, the protrusion housing part 12 and the protrusion part 3 are preferably in a non-contact state. For this purpose, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, a parallel place is provided so that the side surfaces of the projection storage portion can be kept at a constant interval so that the movement of the projection portion is not restrained during hot forging. It is good to keep.
本発明のタービンブレードの製造方法について実施例で示しながら説明する。
先ず、図１に示すようなタービンブレード用予備成形体１を用意した。材質はＴｉ合金である。５０インチクラスのタービンブレード用予備成形体１は、本体部２の断面形状を円形状とし、翼部と根部に成形するために断面積を変化させた形状である。なお、今回の実施例では、断面形状を円形状としたが、例えば、更に長尺のタービンブレード用素材を得ようとすると、断面は矩形状であっても良い。
本体部２の中心軸の延長線上の翼部側端面と根部側端面を研削して、直径が４５ｍｍの円筒状の突起部用のＴｉ合金を摩擦圧接にて本体部２と接合させて、本体部２の中心軸の延長線上に突起部３を有するタービンブレード用予備成形体１とした。なお、突起部３のＴｉ合金と本体部２のＴｉ合金は共に同一組成である。
A method for manufacturing a turbine blade of the present invention will be described with reference to examples.
First, a turbine blade preform 1 as shown in FIG. 1 was prepared. The material is a Ti alloy. The 50-inch class turbine blade preform 1 has a shape in which the cross-sectional area of the main body portion 2 is circular and the cross-sectional area is changed in order to form the blade portion and the root portion. In the present embodiment, the cross-sectional shape is circular. However, for example, when obtaining a longer turbine blade material, the cross-section may be rectangular.
The wing part side end face and the root part side end face on the extension line of the central axis of the main body part 2 are ground, and a Ti alloy for a cylindrical projection part having a diameter of 45 mm is joined to the main body part 2 by friction welding. A preform 1 for a turbine blade having a protrusion 3 on an extension line of the central axis of the portion 2 was obtained. The Ti alloy of the protrusion 3 and the Ti alloy of the main body 2 have the same composition.
次に、図５に示す従来例の熱間鍛造用金型（上型（図示してない）と下型）を用意した。突起収納部と突起部の関係は、タービンブレード予備成形体を加熱したときに突起収納部側面と突起部との間隔が０．１ｍｍ程度の間隔とし、突起収納部（位置決め溝５）の底面に載置するものである。また、１ブローの熱間鍛造にて、ニアネット形状のタービンブレード用素材とするため、熱間鍛造型翼部と根部を形成する型彫り面が形成されたものを用いた。図５（上面図、側面図）に示すように、下型４にはタービンブレード用予備成形体１を配置したときに前記突起部３が配置される位置決め溝５を有するものである。
次に、前記のタービンブレード用予備成形体に潤滑剤を被覆し、鍛造温度９４０℃に加熱して、タービンブレード用予備成形体１の突起部３を位置決め溝５に配置するようにタービンブレード用予備成形体１を下型４に配置した。配置後の状態は図５に示すような状態であった。
続いて、上型（図示しない）の押圧により１ブローで熱間鍛造を行った。用いた熱間鍛造機は最大荷重が５万トンの大型熱間鍛造機である。熱間鍛造中に突起部の観察を行った結果、所望の形状に対し、左右のバランスが悪く、形状不備となることが懸念されたため、位置決め溝部の追加修正加工を要した。
追加加工した対面は追加加工した分の薄板を溶接し、仕上加工をすることで一定の溝幅を確保した。これにより、修正工数、コストが増大しただけでなく、多本数の鍛造を行うに際し、溶接部が外れるといった懸念事項も残った。
Next, a conventional hot forging die (upper die (not shown) and lower die) shown in FIG. 5 was prepared. The relationship between the projection housing portion and the projection portion is such that when the turbine blade preform is heated, the spacing between the side surface of the projection housing portion and the projection portion is about 0.1 mm, and the bottom surface of the projection housing portion (positioning groove 5) is It is to be placed. In addition, in order to obtain a near net-shaped turbine blade material by one-blow hot forging, a hot-forged die blade portion and a die-cutting surface forming a root portion were used. As shown in FIG. 5 (top view, side view), the lower mold 4 has a positioning groove 5 in which the protrusion 3 is disposed when the turbine blade preform 1 is disposed.
Next, the turbine blade preform is coated with a lubricant, heated to a forging temperature of 940 ° C., and the projection 3 of the turbine blade preform 1 is disposed in the positioning groove 5. The preform 1 was placed on the lower mold 4. The state after arrangement was as shown in FIG.
Subsequently, hot forging was performed with one blow by pressing an upper die (not shown). The hot forging machine used is a large hot forging machine with a maximum load of 50,000 tons. As a result of observing the protrusions during hot forging, the right and left balance was poor with respect to the desired shape, and there was a concern that the shape would be incomplete, so additional correction of the positioning groove was required.
The face that was additionally processed was welded with a thin plate for the additional process, and finished to ensure a certain groove width. This not only increased the number of man-hours and costs for correction, but also left a concern that the welded part would come off when multiple forgings were performed.
そこで、図４（上面図、側面図）に示すように、位置決め溝５を廃止し、脱着可能な突起収納部１２を設置した本発明の熱間鍛造用金型（下型）に交換した。嵌め込み式の個別部品とした結果、位置決め位置不備による修正が必要になった場合でも、容易に交換が可能となった。また、修正の際の運搬費や修正工数、コストを低減することができた。なお、図４（上面図、側面図）に示すように、熱間鍛造用金型（下型）にはタービンブレード用予備成形体１を配置したときに前記突起部３を収納して前記タービンブレード用予備成形体の位置決めする突起収納部１２を有するものを用いた。突起収納部の構造は、図３に示す構造とし、面取り部も設けた。突起収納部と突起部の関係は、タービンブレード予備成形体を熱間鍛造温度に加熱したときに突起収納部側面と突起部との間隔が０．５ｍｍ程度の間隔とできるよう、加熱前の隙間（（Ａ）＋（Ａ’））を１ｍｍとした。また、突起部と突起収納部の底面とは約２０ｍｍの隙間があった。また、タービンブレード用予備成形体１を熱間鍛造用金型（下型）に配置したとき、タービンブレード用素材１の本体部２と熱間鍛造用金型（下型）とが僅かに接触した状態となるようにした。
そして、前記と同じ熱間鍛造条件で複数回の熱間鍛造を行ったが、この間、特に問題を生じることなく、全ての熱間鍛造が行えた。これは、突起部と位置決めを行う突起収納部との間隔を適切にしたことと、熱間鍛造用金型（下型）とタービンブレード用素材１の本体部２とが僅かに接触した状態となるようにした効果である。なお、面取り部の形成と、突起収納部側面と突起部との間隔を適切としたことで、加熱したタービンブレード予備成形体の熱間鍛造用金型（下型）への設置は何の問題もなく行えた。
Therefore, as shown in FIG. 4 (top view, side view), the positioning groove 5 was abolished and replaced with a hot forging die (lower die) of the present invention in which a detachable protrusion accommodating portion 12 was installed. As a result of the insertion-type individual parts, even if correction due to inadequate positioning position is required, it can be easily replaced. In addition, the transportation cost, the number of correction steps, and the cost at the time of correction could be reduced. As shown in FIG. 4 (top view, side view), the hot forging die (lower die) accommodates the projection 3 when the turbine blade preform 1 is placed, and the turbine What has the protrusion accommodating part 12 which positions the preform for blades was used. The structure of the protrusion housing part was the structure shown in FIG. 3, and a chamfered part was also provided. The relationship between the protrusion storage part and the protrusion part is such that when the turbine blade preform is heated to the hot forging temperature, the gap between the protrusion storage part side surface and the protrusion part is about 0.5 mm. ((A) + (A ′)) was 1 mm. Further, there was a gap of about 20 mm between the projection and the bottom of the projection storage. Further, when the turbine blade preform 1 is placed in a hot forging die (lower die), the main body 2 of the turbine blade material 1 and the hot forging die (lower die) are in slight contact. It was made to become a state.
Then, a plurality of hot forgings were performed under the same hot forging conditions as described above, but during this time, all hot forgings could be performed without causing any particular problems. This is because the distance between the protrusion and the protrusion accommodating portion for positioning is appropriate, and the hot forging die (lower die) and the main body 2 of the turbine blade material 1 are in slight contact with each other. It is the effect which became. It should be noted that the formation of the chamfered part and the interval between the protrusion storage part side face and the protruding part are appropriate, so that there is no problem in installing the heated turbine blade preform into the hot forging die (lower mold) I could do it soon.
以上の結果から、予備成形体の本体部の長手方向の軸となる両方の箇所に熱間鍛造位置を決める位置決め部が形成されていることから、鍛造中に予備成形体が位置ずれをおこすこともなく、欠肉等の欠陥を防止することができる。また、予備成形体の重量も軽減でき、歩留まりを向上させることができることは明らかである。
さらに、位置決め部となる突起収納部を個別部品にすることにより、実機（大型熱間鍛造機）での鍛造結果にて位置修正が必要となった際、突起収納部を交換することで対応可能となる。
From the above results, since the positioning portions that determine the hot forging position are formed at both locations that are the longitudinal axes of the main body portion of the preform, the preform is displaced during forging. In addition, defects such as lacking can be prevented. It is also clear that the weight of the preform can be reduced and the yield can be improved.
In addition, by making the protrusion storage part, which becomes the positioning part, an individual part, it is possible to respond by replacing the protrusion storage part when position correction is required in the forging result of the actual machine (large hot forging machine) It becomes.
１ タービンブレード用予備成形体
２ 本体部
３ 突起部
１１ 熱間鍛造用金型
１２ 突起収納部
１３ 突出部
１４ 面取り部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine blade preform 2 Main body part 3 Protrusion part 11 Hot forging die 12 Protrusion storage part 13 Protrusion part 14 Chamfering part
Claims (6)
前記タービンブレード用予備成形体は、鍛造されて翼部になる部分と根部になる部分とが一体に成形された本体部を有し、前記本体部の軸方向の両端部にはそれぞれ軸方向に突出する突起部を備え、
前記熱間鍛造用金型は、前記両端部の突起部を収納して前記タービンブレード用予備成形体を位置決めする突起収納部を備え、
前記突起収納部が前記熱間鍛造用金型に脱着可能な別部品である
ことを特徴とする熱間鍛造用金型。 In a hot forging die used for hot forging a turbine blade preform and producing a turbine blade material having a blade and a root,
The turbine blade preform has a main body portion integrally formed with a forged portion to become a wing portion and a root portion, and axially opposite ends of the main body portion respectively With protruding protrusions,
The hot forging die includes a protrusion accommodating portion that accommodates the protrusions at both ends to position the turbine blade preform.
The hot forging die, wherein the protrusion housing part is a separate part that is detachable from the hot forging die.
鍛造されて翼部になる部分と根部になる部分とが一体に成形された本体部と、前記本体部の軸方向の両端部にそれぞれ軸方向に突出する突起部と、を備えるタービンブレード用予備成形体を準備する工程と、
前記タービンブレード用予備成形体の突起部を収納して前記タービンブレード用予備成形体を位置決めする突起収納部を備えた熱間鍛造用下金型を準備する工程と、
前記熱間鍛造用下金型とともに前記タービンブレード用予備成形体を熱間鍛造する熱間鍛造用上金型を準備する工程と、
前記突起収納部に前記突起部を収納させて、前記熱間鍛造用下金型に前記タービンブレード用予備成形体を配置し、その後前記熱間鍛造用下金型と前記熱間鍛造用上金型とにより、前記タービンブレード用素材を熱間鍛造する工程と、を備え、
前記突起収納部が前記熱間鍛造用金型に脱着可能な別部品である
ことを特徴とする熱間鍛造方法。 In the hot forging method for producing a turbine blade material having a blade portion and a root portion by hot forging a turbine blade preform,
A turbine blade spare comprising: a main body portion integrally formed with a forged portion that becomes a wing portion and a root portion; and projections that protrude in the axial direction at both axial end portions of the main body portion. Preparing a molded body; and
Preparing a lower die for hot forging provided with a protrusion accommodating portion for accommodating the protrusion of the turbine blade preform and positioning the turbine blade preform;
Preparing an upper mold for hot forging for hot forging the preform for turbine blade together with the lower mold for hot forging;
The protrusion is stored in the protrusion storage portion, the turbine blade preform is disposed in the hot forging lower die, and then the hot forging lower die and the hot forging upper die. Hot forging the turbine blade material with a mold, and
The hot forging method, wherein the protrusion housing part is a separate part that is detachable from the hot forging die.
The hot forging method according to claim 5, wherein a gap of 5 mm or more is formed between the protrusion of the turbine blade preform and the bottom surface of the protrusion storage portion.
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| CN109127984A (en) * | 2018-11-05 | 2019-01-04 | 中国航发航空科技股份有限公司 | A kind of big tenon aluminium alloy vane upset blanking mold |
| CN110883287A (en) * | 2019-11-29 | 2020-03-17 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | Multi-directional upset forging blank design method based on horizontal forging machine |
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