JP3916146B2 - Machining method of turbocharger turbine blade - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機のタービン翼の加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、タービン翼とロータ軸を接合したタービンロータ軸の全体構成図である。この図において、(A)は完成したタービンロータ軸1であり、(B)はタービンロータ軸1を、その接合部分でタービン翼2とロータ軸3に分離して示した説明図である。(A)のタービンロータ軸1の右端にコンプレッサ翼(図示せず)をネジ止めして、過給機内に組み込む。かかるタービンロータ軸1は、特に小型のものでは、数万〜数10万rpmの高速で回転するため、そのつりあい良さは極めて重要となる。そのため、タービンロータ軸1は、動つりあい試験によりそのアンバランス量を計測し、図に斜線で示すA,B部分(2箇所)を削ってアンバランスを調整するようになっている。
【0003】
図6は、従来のタービンロータ軸の加工工程図であり、図7はその模式図である。図6及び図7に示すように、先ず、精密鋳造したタービン翼2の接合部を機械加工し、ロータ軸3を仕上げ代を残して中間加工する(A)(B)。次に、電子ビーム溶接で一体化してタービンロータ軸1にする(C)。次いで、ロータ軸部分を仕上加工し、ロータ軸を硬化処理(窒化処理や高周波焼入)し、軸の研摩とタービン翼の外径を研削加工する(D)。最後に動つりあい試験によりアンバランス量を計測し、タービン翼の一部を削ってアンバランスを調整してタービンロータ軸1が完成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図8は、タービン翼2の精密鋳造品の接合部を機械加工する工程の説明図であり、(A)は加工前、(B)は加工後を示している。この図に示すように、精密鋳造品の接合部には、予めボス穴2aが設けられており、この加工工程では、タービン翼の接合側端面A及び外径Bを基準に接合部の端面2bと内面2cを加工する。
【0005】
しかし、従来のこの加工工程が要因となって、タービン翼2のアンバランス量が大きい問題点があった。その結果、上述した最終工程のアンバランス調整において、アンバランス量が大きすぎ、修正に長時間を要したり、修正できずに不良品になる率が高い問題点があった。
また、以下の問題点もあった。
(1)素材単体でのアンバランス計測基準がない。
(2)加工基準部ではアンバランスの計測ができない。
(3)軽量化等のため羽根が薄くなりチャックできない。
【0006】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、従来の加工方法によって不可避的に発生していたアンバランス量を大幅に低減することができ、素材にアンバランス計測基準を設けることで加工時のバランス管理が可能であり、羽根の形状や厚さに関係なく加工が可能であり、これにより、アンバランス量の修正時間を短縮し、製品の歩留りを高めることができる過給機のタービン翼の加工方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
従来は、タービン翼の翼外径部を加工基準とし接合部の切削加工を施している。しかし、タービン翼の素材は精密鋳造品であるが、加工基準とする翼部分はその形状が複雑な上、肉薄であり、鋳造後の冷却速度が速いため、収縮応力の影響を受けて変形が大きい。そのため、加工基準として必要と考えられる精度(±0.02mm程度)が得られていない(実力値としては0.2mm程度)。その結果、翼外径部を加工基準として加工した接合部の中心がタービン翼全体のバランス中心に対してズレを発生し、タービンロータ軸全体のアンバランスの要因となることが後述する計測結果から明らかとなった。
【0008】
一方、タービン翼のバランス中心は、表面積に対する質量の割合が翼に比較して大きく、冷却速度が遅い中心部分に存在すると考えられる。この部分は、収縮応力の影響が小さく、精度維持が比較的容易であるためである。その結果、中心部分に隣接する精密鋳造品のボス部が、タービン翼全体のバランス中心にほぼ一致していることが計測の結果明らかとなった。
【0009】
本出願は、上述した新規の知見を基に創案されたものである。すなわち、本発明によれば、精密鋳造品のタービン翼(2)のロータ軸(3)との接合部に、予め円筒形のロータ軸側ボス部(12)を設け、該ボス部外周面Bを半径方向の加工基準にしてタービン翼(2)の先端部(14)を円筒形に加工し、次いで先端部外周面Cを半径方向の加工基準にしてロータ軸側ボス部を仕上げ加工する、ことを特徴とする過給機のタービン翼の加工方法が提供される。
【0010】
本発明のこの方法によれば、タービン翼全体のバランス中心に対してズレが大きく、かつチャック等で把持しにくいタービン翼の翼外径部を半径方向の加工基準とせず、タービン翼全体のバランス中心にほぼ一致している2つのボス部(ロータ軸側と先端部)を順に半径方向の加工基準に用いて、ロータ軸側ボス部(12)を仕上げ加工することができる。
従って、従来の翼外径部を加工基準とした仕上げ加工により不可避的に生じていたアンバランスをなくし、精密鋳造品のバランス中心に近いロータ軸側ボス部(12)を加工することができる。
【0011】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記先端部(14)の加工において、タービン翼の接合側端面Aを軸方向の加工基準にして円筒形の端面及び根元部を加工する。
また、前記仕上げ加工において、先端部(14)の外周面C及び端面又は根元部Dを加工基準にして少なくとも接合部の端面(2b)と内面(2c)を加工する。
なお、素材先端部を基準にしたアンバランス量が一定量内であれば、加工せずに直接加工基準とすることも可能である。
【0012】
この方法により、ロータ軸側ボス部(12)を基準に加工された先端部外周面を基準に、接合部の端面(2b)及び内面(2c)を加工するので、ボス部(12)、端面(2b)及び内面(2c)を精密鋳造品のバランス中心に近い同心に形成することができ、ロータ軸との接合部分の肉厚を均一化し、電子ビーム溶接をより高精度に行うことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明によるタービンロータ軸の加工工程図であり、図2は、図1の模式図である。図1に示すように、本発明の加工方法では、タービン翼を精密鋳造S1a、先端部の円筒形加工S1b及びボス部の仕上げ加工S1cの3ステップで加工する。
【0014】
タービン翼の精密鋳造S1aでは、図2(A)に示すように、精密鋳造品のタービン翼2のロータ軸3との接合部に、かつタービン翼の回転中心上に予め円筒形のロータ軸側ボス部12を設ける。このロータ軸側ボス部12にはロータ軸3との接合部に、円筒形のボス穴2aを設ける。また、タービン翼2のロータ軸3の反対側先端部にもタービン翼の回転中心上に別のボス部14を予め設ける。
【0015】
ロータ軸側ボス部12とそのボス穴2aは、ロータ軸の一端を最小限度の機械加工で精度よく嵌め込めるように、精密鋳造で可能な範囲でできるだけ高精度にするのがよく、例えば±0.01mm程度にする。また、先端側のボス部14も、好ましくは、高精度の円筒形に同等の精度で予め設けるのがよい。
【0016】
なお、先端側のボス部14を、従来と同様に6角面またはいわゆる菊座に形成してもよい。その他の点では、この精密鋳造S1aは、従来と同様である。
【0017】
先端部の円筒形加工S1bでは、図2(A)に示すように、ロータ軸側ボス部12を半径方向の加工基準Bとしてタービン翼2の先端部14を円筒形に加工する。なおこの加工において、タービン翼の接合側端面Aを軸方向の加工基準にして円筒形の端面及び根元部を加工する。
【0018】
ボス部の仕上げ加工S1cでは、図2(B)に示すように、先端部14の外周面を半径方向の加工基準Cにしてロータ軸側ボス部12を仕上げ加工する。なおこの加工において、軸方向は先端部14の端面又は根元部Dを加工基準とする。またこの仕上げ加工において、先端部14の外周面C及び端面又は根元部Dを加工基準にして少なくとも接合部の端面2bと内面2cを加工する。更に、ボス穴2aとボス部12の外径寸法もこの工程で仕上げ加工するのがよい。
【0019】
図3は、本発明による加工中のアンバランス量を示す計測結果である。この図において、(A)は、精密鋳造S1aで得た精密鋳造品(素材)のアンバランス量であり、(B)は先端部の円筒形加工S1bの後(先端部加工後)のアンバランス量である。各図において、アンバランス量は、偏重心の方向(0〜360°)とその偏心量(μm)で示している。また図中の番号と黒点(●)は異なる素材の実測値であり、白丸(○)はその平均値である。
なお(A)の精密鋳造品(素材)のアンバランス量は、鋳造の型修正である程度調整が可能である。
【0020】
図3(A)において、平均アンバランス量は、34.86°の方向に23.72μm(約0.02mm)であり、15点(No.11は欠番)の精密鋳造品(素材)がこの平均位置近傍に集中していることがわかる。
このことから、タービン翼の精密鋳造品(素材)は、全体としては、加工基準として必要と考えられる精度(±0.02mm程度)に近い精度が得られることがわかる。
【0021】
しかし、タービン翼の翼部分はその形状が複雑な上、肉薄であり、鋳造後の冷却速度が速いため、収縮応力の影響を受けて変形が大きい。これに対して、タービン翼の中心部分は、表面積に対する質量の割合が翼に比較して大きく、冷却速度が遅いため、収縮応力の影響が小さく、精度維持が比較的容易である。従って、中心部分に隣接する精密鋳造品のボス部は、素材全体の平均よりも精度が高く、タービン翼全体のバランス中心にほぼ一致しているといえる。
【0022】
図3(B)は、先端部加工後のアンバランス量であり、平均アンバランス量は、58.57°の方向に17.51μm(約0.02mm)である。このことから、先端部加工後の15点(No.11は欠番)も加工前の精密鋳造品(素材)の平均位置近傍に集中していることがわかる。
【0023】
図3の(A)と(B)の比較から、素材(A)と先端部加工後(B)とで、アンバランスの方向とその偏心量が非常に近似していることがわかる。このことから、先端部の円筒形加工S1bが、少なくともアンバランスを増大させない方向で行われており、半径方向の加工基準Bが適正であることがわかる。
【0024】
図4は、本発明と従来例による仕上加工後のアンバランス量を示す計測結果である。この図において、(A)は、先端部の円筒形加工S1bの後、ボス部の仕上げ加工S1cを行った本発明の方法によるタービン翼2のアンバランス量であり、(B)は従来に方法によるタービン翼2のアンバランス量である。各図において、アンバランス量は、偏重心の方向(0〜360°)とその偏心量(μm)で示している。また図中の番号と黒点(●)は異なる素材の実測値であり、白丸(○)はその平均値である。
【0025】
図4(A)において、平均アンバランス量は、76.43°の方向に21.76μm(約0.02mm)であり、7点の加工品(タービン翼2)がこの平均位置近傍に集中していることがわかる。
このことから、本発明のタービン翼は、精密鋳造品(素材)のアンバランス傾向をそのまま保持し、かつ加工基準として必要と考えられる精度(±0.02mm程度)に近い精度が得られることがわかる。
【0026】
これに対して、図4(B)の従来例では、平均アンバランス量は、27.71°の方向に63.92μm(約0.06mm)であり、かた7点の加工品(タービン翼2)がこの方向および偏心量も大きくばらついていることがわかる。
これは、アンバランス量が大きいタービン翼の外径を基準に加工したためであり、その結果、最終工程のアンバランス調整において、アンバランス量が大きすぎ、修正に長時間を要したり、修正できずに不良品になる率が高くなることがわかる。
【0027】
上述した本発明の方法によれば、タービン翼全体のバランス中心に対してズレが大きく、かつチャック等で把持しにくいタービン翼の翼外径部を加工基準とせず、タービン翼全体のバランス中心にほぼ一致している2つのボス部(ロータ軸側と先端部)を順に加工基準に用いて、ロータ軸側ボス部12を仕上げ加工することができる。
従って、従来の翼外径部を加工基準とした仕上げ加工により不可避的に生じていたアンバランスをなくし、精密鋳造品のバランス中心に近いロータ軸側ボス部12を加工することができる。
【0028】
また、ボス穴2aを有するロータ軸側ボス部12を基準に加工された先端部外周面を基準に、接合部の端面2b及び内面2cを加工するので、加工していないボス穴2aと加工した端面2b及び内面2cを精密鋳造品のバランス中心に近い同心に形成することができ、ロータ軸との接合部分の肉厚を均一化し、電子ビーム溶接をより高精度に行うことができる。
更に、ボス穴2aとボス部12の外径寸法もこの工程で仕上げ加工することにより、更にロータ軸側ボス部12全体を精密鋳造品のバランス中心に近い同心に形成することができ、ロータ軸との接合部分の肉厚を均一化し、電子ビーム溶接をより高精度に行うことができる。
【0029】
次ぎにタービン翼以外の部分の加工方法を説明する。
図1において、本発明の加工工程では、更に、ロータ軸の仕上加工S2、ロータ軸の硬化処理S3a、ロータ軸の研摩S3b、電子ビーム溶接S4、タービン翼の外径研削S5、及び動バランスの調整S5の各ステップを有する。
【0030】
ロータ軸の仕上加工S2は、好ましくは、中間加工を省略してロータ軸単独で最終仕上げまで行う。また、引き続く、ロータ軸の硬化処理S3aにおいて、必要な窒化処理又は高周波焼入れを行い、ロータ軸の研摩S3bにおいて表面を研摩する。
【0031】
電子ビーム溶接S4は、タービン翼の仕上げ加工S1cで加工したボス穴2aにロータ軸の仕上加工S2で予め仕上げ加工したロータ軸3の一端3aを嵌め込み、その接合部分を電子ビーム溶接する。
【0032】
タービン翼の外径研削S5では、ロータ軸の仕上加工S2で仕上げ加工したロータ軸3の外径Cと端面Eを加工基準として、タービン翼2を加工する。またはロータ軸3のセンタ穴Dと翼のセンター穴2dを加工基準として加工する。
【0033】
最後に動バランスの調整S6によりアンバランス量を計測し、タービン翼の一部を削ってアンバランスを調整してタービンロータ軸1が完成する。
【0034】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、上述した実施形態では、過給機のタービンロータ軸の加工、特にタービン翼2とロータ軸3の接合について説明したが、本発明の方法は、例えば真空部品、航空宇宙部品等の分野において複数の部材を互いに同軸上に溶接する場合にも同様に適用することができる。
【0035】
【発明の効果】
上述したように、本発明の過給機のタービン翼の加工方法は、従来の加工方法によって不可避的に発生していたアンバランス量を大幅に低減することができ、素材にアンバランス計測基準を設けることで加工時のバランス管理が可能であり、羽根の形状や厚さに関係なく加工が可能であり、これにより、アンバランス量の修正時間を短縮し、製品の歩留りを高めることができる、等の種々の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるタービンロータ軸の加工工程図である。
【図2】図1の模式図である。
【図3】本発明による加工中のアンバランス量を示す計測結果である。
【図4】本発明と従来例による仕上加工後のアンバランス量を示す計測結果である。
【図5】タービン翼とロータ軸を接合したタービンロータ軸の全体構成図である。
【図6】従来のタービンロータ軸の加工工程図である。
【図7】図6の模式図である
【図8】タービン翼2の精密鋳造品の接合部を機械加工する工程説明図である。
【符号の説明】
1 タービンロータ軸、2 タービン翼、2a ボス穴、2b 端面、
2c 接合部内面、2d センター穴、3 ロータ軸、3a 接合端、
4 溶接治具、5 ボール、6 ヘッド、7 溶接ビード、
12 ロータ軸側ボス部、14 先端部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for processing a turbine blade of a supercharger.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a turbine rotor shaft obtained by joining turbine blades and a rotor shaft. In this figure, (A) is a completed turbine rotor shaft 1, and (B) is an explanatory view showing the turbine rotor shaft 1 separated into a turbine blade 2 and a rotor shaft 3 at the joint portion. A compressor blade (not shown) is screwed to the right end of the turbine rotor shaft 1 in FIG. Such a turbine rotor shaft 1 is particularly small, and rotates at a high speed of several tens of thousands to several hundred thousand rpm. Therefore, the balance is extremely important. Therefore, the turbine rotor shaft 1 measures the unbalance amount by a dynamic balance test, and adjusts the unbalance by cutting the A and B portions (two places) indicated by hatching in the figure.
[0003]
FIG. 6 is a process diagram of a conventional turbine rotor shaft, and FIG. 7 is a schematic diagram thereof. As shown in FIGS. 6 and 7, first, the precision casting portion of the turbine blade 2 is machined, and the rotor shaft 3 is subjected to intermediate machining leaving a finishing allowance (A) and (B). Next, the turbine rotor shaft 1 is integrated by electron beam welding (C). Next, the rotor shaft portion is finished, the rotor shaft is hardened (nitriding or induction hardening), and the shaft is ground and the outer diameter of the turbine blade is ground (D). Finally, an unbalance amount is measured by a dynamic balance test, and a turbine rotor shaft 1 is completed by cutting a part of the turbine blade and adjusting the unbalance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 8 is an explanatory diagram of a process of machining a joint portion of a precision casting product of the turbine blade 2, (A) shows before processing, and (B) shows after processing. As shown in this figure, a boss hole 2a is provided in advance in the joint portion of the precision casting product. In this processing step, the end surface 2b of the joint portion is based on the joint side end surface A and the outer diameter B of the turbine blade. And the inner surface 2c are processed.
[0005]
However, there is a problem that the unbalanced amount of the turbine blade 2 is large due to this conventional processing step. As a result, in the above-described unbalance adjustment in the final process, there is a problem that the unbalance amount is too large, and it takes a long time for correction, or the rate of defective products that cannot be corrected is high.
There were also the following problems.
(1) There is no unbalance measurement standard for a single material.
(2) Unbalance cannot be measured at the machining reference section.
(3) The blades become thin due to weight reduction and cannot be chucked.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems. In other words, the object of the present invention is to significantly reduce the amount of unbalance that has been inevitably generated by conventional processing methods, and by providing an unbalance measurement standard for the material, balance management during processing is possible. There is provided a method for processing a turbine blade of a turbocharger that can be processed regardless of the shape and thickness of the blades, thereby shortening the correction time of the unbalance amount and increasing the product yield. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Conventionally, the joint is cut using the blade outer diameter portion of the turbine blade as a processing standard. However, the material of the turbine blade is a precision cast product, but the blade portion used as the processing standard is complicated in shape and thin, and the cooling speed after casting is fast, so it is deformed by the influence of shrinkage stress. large. Therefore, the accuracy considered to be necessary as a processing standard (about ± 0.02 mm) has not been obtained (the actual value is about 0.2 mm). As a result, from the measurement results described later, the center of the joint processed using the blade outer diameter as the processing reference generates a deviation from the balance center of the entire turbine blade, causing an unbalance of the entire turbine rotor shaft. It became clear.
[0008]
On the other hand, the balance center of the turbine blade is considered to be present in the center portion where the mass ratio to the surface area is larger than that of the blade and the cooling rate is low. This is because the influence of shrinkage stress is small and the accuracy can be maintained relatively easily. As a result, it became clear as a result of the measurement that the boss portion of the precision casting adjacent to the center portion substantially coincided with the balance center of the entire turbine blade.
[0009]
This application has been created based on the above-described novel findings. That is, according to the present invention, the cylindrical rotor shaft side boss portion (12) is provided in advance at the joint portion of the turbine blade (2) of the precision casting product with the rotor shaft (3), and the outer peripheral surface B of the boss portion is provided. The tip (14) of the turbine blade (2) is processed into a cylindrical shape with reference to the radial processing reference, and then the rotor shaft side boss is finished with the tip outer peripheral surface C as the radial processing reference. There is provided a method of processing a turbine blade of a supercharger.
[0010]
According to this method of the present invention, the turbine blade has a large deviation with respect to the balance center of the entire turbine blade, and the blade outer diameter portion of the turbine blade which is difficult to be gripped by a chuck or the like is not used as a machining reference in the radial direction. The rotor shaft side boss portion (12) can be finished by using two boss portions (the rotor shaft side and the tip portion) substantially coincident with the center as the processing reference in the radial direction.
Therefore, it is possible to eliminate the unbalance inevitably caused by the finishing process using the blade outer diameter part as a processing standard, and to process the rotor shaft side boss part (12) close to the balance center of the precision casting product.
[0011]
According to a preferred embodiment of the present invention, in the processing of the tip portion (14), the cylindrical end surface and the base portion are processed using the joining side end surface A of the turbine blade as the processing reference in the axial direction.
Further, in the finishing process, at least the end face (2b) and the inner face (2c) of the joint part are processed using the outer peripheral surface C and the end face or the root part D of the tip part (14) as a processing reference.
If the amount of unbalance with respect to the tip of the material is within a certain amount, it is possible to directly set the processing reference without processing.
[0012]
By this method, the end surface (2b) and the inner surface (2c) of the joint portion are processed on the basis of the outer peripheral surface of the tip portion processed with the rotor shaft side boss portion (12) as a reference, so that the boss portion (12), end surface (2b) and the inner surface (2c) can be formed concentrically close to the balance center of the precision casting, the thickness of the joint portion with the rotor shaft can be made uniform, and electron beam welding can be performed with higher accuracy. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a process diagram of a turbine rotor shaft according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of FIG. As shown in FIG. 1, in the processing method of the present invention, the turbine blade is processed in three steps: precision casting S1a, cylindrical processing S1b at the tip portion, and finishing processing S1c at the boss portion.
[0014]
In the turbine blade precision casting S1a, as shown in FIG. 2 (A), a cylindrical rotor shaft side in advance at the junction with the rotor shaft 3 of the turbine blade 2 of the precision casting product and on the rotation center of the turbine blade. A boss portion 12 is provided. The rotor shaft side boss portion 12 is provided with a cylindrical boss hole 2 a at a joint portion with the rotor shaft 3. Further, another boss portion 14 is provided in advance on the rotation center of the turbine blade at the tip of the turbine blade 2 opposite to the rotor shaft 3.
[0015]
The rotor shaft side boss portion 12 and its boss hole 2a should be as accurate as possible within precision casting so that one end of the rotor shaft can be fitted with a minimum of machining, for example, ± 0. About 01 mm. Also, the tip-side boss portion 14 is preferably provided in advance in a highly accurate cylindrical shape with the same accuracy.
[0016]
In addition, you may form the boss | hub part 14 of the front end side in a hexagonal surface or what is called a chrysanthemum like the past. In other respects, this precision casting S1a is the same as the conventional one.
[0017]
In the cylindrical processing S1b of the tip end, as shown in FIG. 2A, the tip end portion 14 of the turbine blade 2 is processed into a cylindrical shape using the rotor shaft side boss portion 12 as the processing reference B in the radial direction. In this processing, the cylindrical end surface and the root portion are processed using the joining side end surface A of the turbine blade as the processing reference in the axial direction.
[0018]
In the boss part finishing process S1c, as shown in FIG. 2B, the rotor shaft side boss part 12 is finished with the outer peripheral surface of the tip part 14 as the processing reference C in the radial direction. In this processing, the axial direction uses the end surface or the root portion D of the tip portion 14 as a processing reference. Further, in this finishing process, at least the end surface 2b and the inner surface 2c of the joint portion are processed using the outer peripheral surface C and the end surface or the root portion D of the tip portion 14 as a processing reference. Further, the outer diameter of the boss hole 2a and the boss portion 12 is preferably finished in this step.
[0019]
FIG. 3 is a measurement result showing an unbalance amount during processing according to the present invention. In this figure, (A) is an unbalance amount of a precision casting product (material) obtained by precision casting S1a, and (B) is an unbalance after cylindrical processing S1b of the tip portion (after tip portion processing). Amount. In each figure, the unbalance amount is indicated by the direction of the eccentric center of gravity (0 to 360 °) and the amount of eccentricity (μm). The numbers and black dots (●) in the figure are actually measured values of different materials, and white circles (○) are the average values.
The unbalance amount of the precision cast product (material) in (A) can be adjusted to some extent by correcting the casting mold.
[0020]
In FIG. 3A, the average unbalance amount is 23.72 μm (about 0.02 mm) in the direction of 34.86 °, and 15 points (No. 11 is a missing number) precision cast product (material) is this. It can be seen that the concentration is in the vicinity of the average position.
From this, it can be seen that the precision casting product (material) of the turbine blade can obtain an accuracy close to the accuracy (about ± 0.02 mm) considered necessary as a processing standard as a whole.
[0021]
However, the blade portion of the turbine blade is complicated in shape and thin, and since the cooling rate after casting is high, the blade portion is greatly deformed due to the influence of shrinkage stress. On the other hand, the ratio of the mass to the surface area of the central portion of the turbine blade is larger than that of the blade, and the cooling rate is slow. Therefore, the influence of shrinkage stress is small, and the accuracy can be easily maintained. Accordingly, it can be said that the boss portion of the precision casting adjacent to the center portion has higher accuracy than the average of the whole material, and substantially coincides with the balance center of the entire turbine blade.
[0022]
FIG. 3B shows an unbalance amount after processing the tip portion, and the average unbalance amount is 17.51 μm (about 0.02 mm) in the direction of 58.57 °. From this, it can be seen that 15 points (No. 11 is a missing number) after the tip end portion are concentrated in the vicinity of the average position of the precision cast product (material) before processing.
[0023]
From the comparison between (A) and (B) in FIG. 3, it can be seen that the unbalance direction and the amount of eccentricity are very similar between the material (A) and the tip processed (B). From this, it can be seen that the cylindrical processing S1b of the tip portion is performed at least in a direction that does not increase the unbalance, and the processing reference B in the radial direction is appropriate.
[0024]
FIG. 4 is a measurement result showing an unbalance amount after finishing according to the present invention and the conventional example. In this figure, (A) is the unbalanced amount of the turbine blade 2 according to the method of the present invention in which the boss portion finishing processing S1c is performed after the tip end cylindrical processing S1b, and (B) is a conventional method. The unbalance amount of the turbine blade 2 due to In each figure, the unbalance amount is indicated by the direction of the eccentric center of gravity (0 to 360 °) and the amount of eccentricity (μm). The numbers and black dots (●) in the figure are actually measured values of different materials, and white circles (○) are the average values.
[0025]
In FIG. 4A, the average unbalance amount is 21.76 μm (about 0.02 mm) in the direction of 76.43 °, and seven workpieces (turbine blade 2) are concentrated in the vicinity of this average position. You can see that
From this, the turbine blade of the present invention can maintain the unbalance tendency of the precision casting product (raw material) as it is and can obtain an accuracy close to the accuracy considered to be necessary as a processing standard (about ± 0.02 mm). Recognize.
[0026]
On the other hand, in the conventional example shown in FIG. 4B, the average unbalance amount is 63.92 μm (about 0.06 mm) in the direction of 27.71 °, and the processed product (turbine blade) has 7 points. 2) shows that this direction and the amount of eccentricity vary greatly.
This is because the machining is based on the outer diameter of the turbine blade with a large unbalance amount.As a result, the unbalance amount in the final process is too large, and it can take a long time to correct. It can be seen that the rate of defective products increases.
[0027]
According to the method of the present invention described above, the blade outer diameter portion of the turbine blade that is largely misaligned with respect to the balance center of the entire turbine blade and is difficult to be gripped by a chuck or the like is not used as a processing standard, and the balance center of the entire turbine blade is maintained. The rotor shaft side boss portion 12 can be finished by using two boss portions (the rotor shaft side and the tip portion) that are substantially coincident with each other as a processing reference in order.
Therefore, it is possible to eliminate the unbalance inevitably generated by the finishing process using the blade outer diameter part as a processing standard, and to process the rotor shaft side boss part 12 close to the balance center of the precision casting product.
[0028]
Further, since the end surface 2b and the inner surface 2c of the joint portion are processed on the basis of the outer peripheral surface of the tip portion processed based on the rotor shaft side boss portion 12 having the boss hole 2a, the processed boss hole 2a is processed. The end surface 2b and the inner surface 2c can be formed concentrically close to the balance center of the precision casting product, the thickness of the joint portion with the rotor shaft can be made uniform, and electron beam welding can be performed with higher accuracy.
Further, by finishing the outer diameter of the boss hole 2a and the boss portion 12 in this step, the entire rotor shaft side boss portion 12 can be formed concentrically near the balance center of the precision casting product. The thickness of the joint portion can be made uniform, and electron beam welding can be performed with higher accuracy.
[0029]
Next, a method for processing parts other than the turbine blade will be described.
In FIG. 1, in the machining process of the present invention, the rotor shaft finishing process S2, the rotor shaft hardening process S3a, the rotor shaft polishing S3b, the electron beam welding S4, the turbine blade outer diameter grinding S5, and the dynamic balance Each step of adjustment S5 is included.
[0030]
The rotor shaft finishing process S2 is preferably performed to the final finishing with the rotor shaft alone without intermediate processing. Further, in the subsequent rotor shaft hardening treatment S3a, necessary nitriding treatment or induction hardening is performed, and the surface is polished in the rotor shaft polishing S3b.
[0031]
In the electron beam welding S4, one end 3a of the rotor shaft 3 finished in advance by the finishing processing S2 of the rotor shaft is fitted into the boss hole 2a processed in the finishing processing S1c of the turbine blade, and the joint portion is electron beam welded.
[0032]
In turbine blade outer diameter grinding S5, the turbine blade 2 is machined using the outer diameter C and end face E of the rotor shaft 3 finished in the rotor shaft finishing machining S2 as machining standards. Alternatively, machining is performed using the center hole D of the rotor shaft 3 and the center hole 2d of the blade as a machining reference.
[0033]
Finally, the unbalance amount is measured by dynamic balance adjustment S6, and a portion of the turbine blade is shaved to adjust the unbalance to complete the turbine rotor shaft 1.
[0034]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the processing of the turbine rotor shaft of the turbocharger, particularly the joining of the turbine blade 2 and the rotor shaft 3 has been described. However, the method of the present invention can be applied in the field of vacuum parts, aerospace parts, and the like. The same applies to a case where a plurality of members are welded coaxially to each other.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, the turbocharger turbine blade machining method of the present invention can significantly reduce the amount of unbalance that was inevitably generated by the conventional machining method, and the material has an unbalance measurement standard. It is possible to manage the balance at the time of processing, and processing is possible regardless of the shape and thickness of the blade, which can shorten the correction time of the unbalance amount and increase the yield of the product. It has various excellent effects such as.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram of a turbine rotor shaft according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of FIG. 1;
FIG. 3 is a measurement result showing an unbalance amount during processing according to the present invention.
FIG. 4 is a measurement result showing an unbalance amount after finishing according to the present invention and a conventional example.
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a turbine rotor shaft obtained by joining turbine blades and a rotor shaft.
FIG. 6 is a process diagram of a conventional turbine rotor shaft.
7 is a schematic diagram of FIG. 6. FIG. 8 is a process explanatory diagram for machining a joint portion of a precision casting of the turbine blade 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1 turbine rotor shaft, 2 turbine blades, 2a boss hole, 2b end face,
2c inner surface of joint, 2d center hole, 3 rotor shaft, 3a joint end,
4 welding jig, 5 balls, 6 heads, 7 welding beads,
12 Rotor shaft side boss, 14 Tip

Claims (3)

精密鋳造品のタービン翼(2)のロータ軸(3)との接合部に、予め円筒形のロータ軸側ボス部(12)を設け、該ボス部外周面Bを半径方向の加工基準にしてタービン翼(2)の先端部(14)を円筒形に加工し、次いで先端部外周面Cを半径方向の加工基準にしてロータ軸側ボス部を仕上げ加工する、ことを特徴とする過給機のタービン翼の加工方法。A cylindrical rotor shaft side boss portion (12) is provided in advance at the joint portion of the turbine blade (2) of the precision casting product with the rotor shaft (3), and the outer peripheral surface B of the boss portion is used as a machining reference in the radial direction. A turbocharger characterized in that a tip end (14) of a turbine blade (2) is processed into a cylindrical shape, and then a rotor shaft side boss is finished using the tip outer peripheral surface C as a processing reference in the radial direction. Turbine blade processing method. 前記先端部(14)の加工において、タービン翼の接合側端面Aを軸方向の加工基準にして円筒形の端面及び根元部を加工する、ことを特徴とする請求項1に記載の過給機のタービン翼の加工方法。2. The turbocharger according to claim 1, wherein, in the processing of the tip portion (14), the cylindrical end surface and the root portion are processed using the joining side end surface A of the turbine blade as an axial processing reference. Turbine blade processing method. 前記仕上げ加工において、先端部(14)の外周面C及び端面又は根元部Dを加工基準にして少なくとも接合部の端面(2b)と内面(2c)を加工する、ことを特徴とする請求項2に記載の過給機のタービン翼の加工方法。3. The finishing process is characterized in that at least the end surface (2b) and the inner surface (2c) of the joint portion are processed using the outer peripheral surface C and the end surface or the root portion D of the tip portion (14) as a processing reference. The processing method of the turbine blade of the supercharger as described in 2.
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