JP6108259B2 - 熱間鍛造用金型及び熱間鍛造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間鍛造用金型及び熱間鍛造方法に関するものである。

例えば、タービンブレードを製造するにあたっては、丸棒状の熱間鍛造素材を所望の直径まで鍛伸して、更に、続く型打ち鍛造でニアネットシェイプのタービンブレード素材となるように、タービンブレードの根部や翼部となる部分の体積を確保すべく、所望の丸棒形状の荒地を成形する。この荒地の形状については、例えば、特開昭６３−２３８９４２号公報（特許文献１）の図２に、根部となる部分が太く（体積が大きく）、翼部先端に向けて次第に細くなる形状の荒地が示されている。
この荒地の具体的な製造方法としては、例えば、丸棒状の熱間鍛造素材を所望の直径までラジアル鍛造を行って長尺の丸棒材とし、所定の寸法に切断し、更に別な自由鍛造装置で所望の荒地形状に鍛造される。

タービンブレードを型打ち鍛造する場合、根部、翼部となる部分や、ボス部と呼ばれる突起がタービンブレードの翼部内に設けられることもあり、タービンブレード用の荒地では、体積と寸法の調整が重要となる。もし、体積や寸法の調整が不十分であると、型打ち鍛造時の型彫り面内に十分に荒地が満肉せず、型打ち鍛造後のニアネットシェイプのタービンブレード素材の一部が欠寸する問題が生じる。また、タービンブレードの材質はＮｉ基の超耐熱合金や、Ｔｉ合金等の高価な合金であるため、型打ち鍛造後のニアネットシェイプのタービンブレード素材の一部が欠寸するような不良が起きると、その損害は小さくはない。
そのため、荒地の製造時に「せぎり」と呼ばれる加工溝を設けて、型打ち鍛造時の型彫り面内に十分満肉するように荒地成形時に加工を行うことが好ましい。しかしながら例えば、特開昭６０−２５０８４３号公報（特許文献２）に示されるように、せぎりの形成は特別な治具を用意してプレス装置で順次丸棒状の素材に加工溝を設けることになる。
そして、せぎり後の鍛造素材は、再び別な鍛造装置で所定の荒地形状とすべく、鍛造素材を伸長する（以下、鍛伸と言う）熱間鍛造が行われる。

特開昭６３−２３８９４２号公報 特開昭６０−２５０８４３号公報

特許文献２で示されるように、従来はせぎりを行う治具のみが改良されているだけであり、せぎり後に行われる鍛伸に好適な熱間鍛造用金型の提案は見当たらない。
なお、特許文献２で示される押圧部の形状は、その押圧部は平坦状に形成されており、難加工性材に所望の溝を形成するには不向きである。更に、せぎりで成形される溝は、幅が細く垂直に深い溝となっている。材料の深さ方向に垂直な溝が形成されると、鍛造素材をタービンブレード長さまで伸長する熱間鍛造時に、かぶり疵の発生が問題となる。
本発明の目的は、タービンブレードに使用される難加工性材であっても、ラジアル鍛造機を用いて容易に鍛伸を行うことが可能な熱間鍛造用金型と熱間鍛造方法を提供することである。

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、棒状の鍛造素材をラジアル鍛造により熱間鍛造するための熱間鍛造用金型であって、
前記熱間鍛造用金型は、前記鍛造素材を挟み込むための一対の半割状押圧部を有し、
前記各半割状押圧部は平坦面を凹状に形成した面からなり、前記鍛造素材を取り囲むように形成されており、
前記半割状押圧部は、粗加工部と仕上げ加工部とを有し、
前記仕上げ加工部は、前記鍛造素材の長手方向における幅が前記粗加工部における幅よりも広い面幅を有する熱間鍛造用金型である。
好ましくは、前記半割状押圧部の前記幅は、前記粗加工面から前記仕上げ加工面に向かって徐々に広がっている熱間鍛造用金型である。
更に好ましくは、前記仕上げ加工部の前記幅は、前記粗加工部の前記幅よりも１０ｍｍ以上広い熱間鍛造用金型である。
また、前記仕上げ加工部は凹部を有し、前記凹部により、前記仕上げ加工部の押圧面が２ヶ所以上に分かれていても良い。
前記熱間鍛造用金型は、前記鍛造素材を伸長する鍛伸用であることが好ましい。

また、本発明は、棒状の鍛造素材をラジアル鍛造により熱間鍛造する熱間鍛造方法であって、
前記鍛造素材を挟み込むための一対の半割状押圧部を有し、
前記各半割状押圧部は平坦面を凹状に形成した面からなり、前記鍛造素材を取り囲むように形成されており、
前記半割状押圧部は、粗加工部と仕上げ加工部とを有し、
前記仕上げ加工部は、前記鍛造素材の長手方向における幅が前記粗加工部における幅よりも広い面幅を有し、
前記鍛造素材を熱間鍛造温度に加熱する鍛造素材加熱工程と、
前記加熱された鍛造素材を回転させつつ、対向配置された２つの前記熱間鍛造用金型の前記各半割状押圧部で鍛造素材を押圧することにより、前記鍛造素材を伸長する熱間鍛造工程、
を含む熱間鍛造方法である。
好ましくは、前記棒状の鍛造素材がＮｉ基超耐熱合金またはＴｉ合金である熱間鍛造方法である。
本発明の熱間鍛造方法は、タービンブレード用の荒地製造に好適である。

本発明によれば、タービンブレード等に使用される難加工性材であっても、ラジアル鍛造機を用いて容易に鍛伸を行うことができる。

本発明の熱間鍛造用金型の一例を示す模式図である。 せぎり部の一例を示す模式図である。 せぎり部の一例を示す模式図である。 ラジアル鍛造機の模式図である。 荒地の形状の一例を示す模式図である。 本発明の熱間鍛造用金型の一例を示す模式図である。 本発明の熱間鍛造用金型を用いて熱間鍛造を行ったときの鍛造素材を押圧する場所の一例を示す模式図である。 本発明の熱間鍛造用金型を用いて熱間鍛造を行ったときの鍛造素材を押圧する場所の一例を示す模式図である。 本発明の熱間鍛造用金型の一例を示す模式図である。

本発明の最大の特徴は、ラジアル鍛造機を用いて大型のタービンブレード用の荒地成形にも適用できる、従来にない新規な形状の熱間鍛造用金型およびそれを用いた熱間鍛造方法にある。以下に本発明で用いる熱間鍛造用金型について説明する。
図１は本発明の熱間鍛造用金型１の側面模式図と熱間鍛造用金型１の仕上げ加工部断面図（Ｄ−Ｄ断面図）、粗加工部断面図（Ｆ−Ｆ断面図）及び前記仕上げ加工部と粗加工部の間に位置する断面図（Ｅ−Ｅ断面図）である。なお、本発明では、対向する２方向から押圧するラジアル鍛造機を用いるものである。図１では、Ｆ−Ｆ断面図で示す位置の面幅Ｗ１からＥ−Ｅ断面図で示す位置の面幅Ｗ２までは押圧部の平坦面の面幅（鍛造素材の長手方向における幅）が徐々に広がって行き、Ｅ−Ｅ断面図の面幅Ｗ２からＤ−Ｄ断面図で示す位置（底部）までの押圧部の平坦面の幅Ｗ３はほぼ同じとしている。なお、本発明で言う「仕上げ加工部」とは、前記のＤ−Ｄ断面図で示す位置（底部）を含んで、同じ幅を有する場所を仕上げ加工部とする。この仕上げ加工部は図１のように鍛造素材を押圧する場所が平坦面を凹状に形成した面であっても良いし、後述するようにその一部に凹部を設けても良い。

図１に示す熱間鍛造用金型１は２つで１組（一対）となり、例えば、図４に示すように熱間鍛造用金型１が鍛造素材２１を挟み込むように対向配置され、且つ、一対の２つの熱間鍛造用金型１が共働して鍛伸を行う。鍛伸を行う場所は、鍛造素材（図１では図示せず）を挟み込む半割状押圧部２を有しており、この半割状押圧部で鍛造素材を挟み込むように押圧を行う。ラジアル鍛造機に備えられた把持機構により、鍛造素材は把持されると共に鍛造素材の間欠的な回転が行われることになる。
各半割状押圧部２は図１の側面模式図に示すように、連続した複数の面（作業面となる押圧面と、その両側側面の傾斜面）からなり、前記鍛造素材を取り囲むように連続した凸形状をなす。半割状とすることで共働する２つの熱間鍛造用金型の押圧部に鍛造素材を挟み込むものである。また、「鍛造素材を取り囲むように連続した」とは、図４に示すように鍛造素材２１の周囲を粗加工部、仕上げ加工部で取り囲むような形状を言う。半割状押圧部２は平坦面を凹状に形成したように形成されており、その押圧部は側面（図１の側面模式図）から見ると円弧状に見える。そして、半割状押圧部２は、仕上げ加工部４と粗加工部３とを有している。仕上げ加工部４は凹状（円弧状）の底部辺りに形成されており、粗加工部３は、その仕上げ加工部の両側（凹状（円弧状）の両端側）に形成されている。そして、仕上げ加工部４の底部から両方の粗加工部３の端部に向かって粗加工部同士の間隔が広がって行き、２つの熱間鍛造用金型が鍛造素材を押圧したときに鍛造素材を連続した凸形状で押圧可能な形状となっている。この形状を有する熱間鍛造用金型１で鍛造素材を熱間鍛造すると、熱間鍛造用金型に形成された凸形状の粗加工部から鍛造素材に接触していき、鍛造素材を順次所定の寸法に形成することができる。そのため、本発明で言う「凸形状」とは、上記の各断面図方向からみたときの形状を指す。つまり、鍛造素材の長手方向に垂直な方向から見たときの断面である。凸形状に形成され、鍛造素材を鍛伸する押圧部（作業面）は平坦面を凹状に形成した構造となっている。そこで、本発明では前述の押圧部（作業面）を「平坦状の押圧部」と言うことがある。

また、前記各半割状押圧部２は、粗加工部３と、該粗加工部３よりも押圧部の幅（鍛造素材の長手方向における幅）が広い平坦状の仕上げ加工部４とを有する。これは、鍛造素材が粗加工部から鍛造を開始するときに、難加工性の鍛造素材であっても鍛伸の初期段階では接触面積を少なくして効率よく鍛伸が行えるようにしたものである。そして、鍛伸が進んで行くと、次第に押圧部の面幅が広い仕上げ加工部に向かって順次押圧されて行き、鍛造素材の形状を最終形状へと整えていく。前述の特許文献で示された押圧部は同じ幅で形成されているが、接触面積を変化させる方が特に難加工性材への鍛伸にとっては有利となる。
つまり、本発明では、最初に鍛造素材への接触面積の小さな粗加工部３で効率よく鍛伸を行い、その後、粗加工部３の押圧部の幅よりも広い幅を有する仕上げ加工部４で最終形状に効率よく成形していくものである。そのため、粗加工部３の押圧部の幅から徐々に押圧部の幅を広げていき、仕上げ加工部４では粗加工部よりも広い押圧部の幅の仕上げ加工面とするのが好ましい形状となる。
なお、実際の押圧部は、例えば肉盛溶接などで補修を行ったり、その後に手作業で形状を機械加工したりする場合もあるため、必ずしも凹凸が殆ど無い平坦形状とならない場合がある。そのため、本発明でいう「平坦」とは、肉盛溶接や機械加工による誤差を含み、過剰な凹凸がないものであれば良く、その形状はおおよその形状から求めれば良い。また、本発明の熱間鍛造用金型は、半割状押圧部を有することから、作業面は鍛造素材を取り囲むように曲面となっている。

本発明の仕上げ加工部４の押圧部の幅（鍛造素材の長手方向における幅）は、粗加工部３の押圧部の幅よりも１０ｍｍ以上広いことが好ましい。これは、接触面積の差を大きくすることで、鍛伸初期の加工量を大きくし、鍛伸後期で所定の形状に精度よく仕上げることが可能となるためである。仕上げ加工部と粗加工部との幅の差が１０ｍｍ未満では、十分にその効果が得られない場合があるため、その差を１０ｍｍ以上とする。好ましくは１５ｍｍ以上の差をもって形成するのが好ましい。

図１に示すように仕上げ加工部４に連続する箇所に成形された逃げ面の傾斜θは１５°〜３５°の傾きを持っているのが好ましい。逃げ面は鍛造素材の送られてくる側に形成される面である。逃げ面は鍛造時に鍛造素材に転写され、次に行う鍛造時に転写された箇所（図８中の（Ａ部））を鍛造することとなる。そのことによって鍛造素材にかぶり疵の発生を防止することができる。なお、図１は仕上げ加工部の両側に逃げ面が形成されている。この構造を持った熱間鍛造用金型を用いると、鍛造素材を往復させながら鍛伸することができる。例えば一方の方向のみから鍛造を行う場合は図６に示すように、鍛造素材が送られてくる側のみに、逃げ面を形成すれば良い。

なお、例えば、タービンブレード用の荒地を成形する際には、前述の鍛造素材を伸長する前に、せぎりと呼ばれる加工が行われる。このせぎり加工に用いる熱間鍛造用金型１１は加工溝を成形するせぎり部７を備えている。前記のせぎり部７に設けるせぎり用押圧部は、図２及び図３に示すように押圧部断面が粗加工部（Ｃ−Ｃ、Ｇ−Ｇ断面）から仕上げ加工部（Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｅ−Ｅ、Ｆ−Ｆ断面）に向かって、円弧状断面の曲率半径が徐々に大きくなる徐変部を有するように形成されている。せぎり用のせぎり部７は、鍛造素材を挟み込むための一対の半割状押圧部１２を有し、各半割状押圧部１２は鍛造素材を取り囲むように連続した凸形状をなし、各半割状押圧部１２は、断面が略半円状の粗加工部１３と、仕上げ加工部１４とを有するものである。また、前記各半割状押圧部は、粗加工部と、該粗加工部よりも曲率半径が大きい凸形状の仕上げ加工部とを有する。なお、Ｂ−Ｂ断面の位置からＡ−Ａ断面の位置及びＦ−Ｆ断面の位置からＥ−Ｅ断面の位置までの半割状押圧部の断面の曲率半径は同じ曲率半径である。
基本的な構成は前記の鍛伸に適した熱間鍛造用金型と同じであり、せぎり用の熱間鍛造用金型１１も２つで１組（一対）となる。鍛造素材のせぎりは、１組のせぎり用の熱間鍛造用金型１１が共働して鍛造素材（図示せず）に所定の溝加工が可能なように、ラジアル鍛造機に備えられた把持機構により鍛造素材は把持されると共に、鍛造素材の回転が行われることになる。

また、上述のせぎり用の熱間鍛造用金型においては、図３に示すようにせぎり加工用の押圧部１２を鍛造素材の長手方向に複数個形成しても良い。これは、例えば、２ヶ所同時にせぎりによる加工溝を形成する場合、１つの金型に複数個のせぎり加工用の押圧部１２を形成しておく方が、生産性向上に有利であるからである。特に、タービンブレードに用いられる合金の材質は難加工性材であることから、熱間鍛造が可能な温度域内でできるだけ短時間で鍛造を終了させることが好ましいためである。この複数個所への同時せぎり加工は、タービンブレードの翼部に設けられるボス部となる部分に対して用いるのが有効である。
なお、この複数個所同時せぎり鍛造が可能となるのも、本発明の熱間鍛造用金型に形成する押圧部の接触面積が、小さな面積から次第に大きな面積となるようにして、それをラジアル鍛造機と組み合せて初めて実現できたものである。
この図２及び図３に示す構造の熱間鍛造用金型においても、Ｅ−Ｅ断面図、Ａ−Ａ断面図で示す位置（底部）を含んで、同じ曲率半径を有する場所（Ｆ−Ｆ断面図の位置からＥ−Ｅ断面図の位置まで、及びＢ−Ｂ断面図の位置からＡ−Ａ断面図の位置まで）を仕上げ加工部とする。

次に、一例として、本発明の熱間鍛造用金型を用いて５０インチのタービンブレード用の荒地の熱間鍛造方法について説明する。
図４はラジアル鍛造機の一例を示す模式図である。ラジアル鍛造機には図２または図３で示す熱間鍛造用金型１１が取り付けられている。熱間鍛造用金型１１は、鍛造素材２１を挟み込むために鍛造素材の対面にそれぞれ１つずつ設けられている。図４では既に鍛造素材２１がラジアル鍛造機に把持されているが、鍛造素材は加熱炉（図示せず）にて所定の熱間鍛造温度に加熱され、ラジアル鍛造機に取り付けられたものである。
加熱温度は鍛造素材の材質によって異なり、例えば、Ｎｉ基超耐熱合金であれば９５０〜１１５０℃であり、Ｔｉ合金であれば８００〜１０００℃である。この他、析出強化型ステンレス鋼では９００〜１２００℃である。また、鍛造素材の形状は棒状である。棒状の鍛造素材は、鍛造装置やプレス装置で所定の形状に整えたものであれば良く、もし、丸棒状であれば、その直径はせぎりが行える熱間鍛造用金型１１の粗加工部同士の幅と同等程度であることが好ましい。
そして、前述の鍛造素材のうち、所定の丸棒状鍛造素材をラジアル鍛造機に取り付けを行う。

熱間鍛造は、加熱された鍛造素材２１を回転させつつ、対向配置された２つの熱間鍛造用金型１１を１組（一対）とし、前記各半割状押圧部で鍛造素材を押圧することにより、鍛造素材にせぎり加工を行う。せぎりを行う熱間鍛造用金型の形状は図２または図３に示すものである。このせぎり加工時は、先ず熱間鍛造用金型１１の粗加工部１３から熱間鍛造が開始される。本発明の熱間鍛造用金型は、仕上げ加工部１４から粗加工部１３に向かって粗加工部同士の間隔が広がって行き、２つの熱間鍛造用金型が鍛造素材を押圧したときに鍛造素材を連続した略半円状の凸形状で押圧可能な形状を有するものである。また、最初に行うせぎり加工は、鍛造素材はその場で回転する（鍛造素材の長手方向の移動は行わない）。
このせぎり加工時の加工方法としては２通りの方法がある。１つ目の方法として、せぎり加工終了後の形状重視の方法から説明する。
対向する２方向からの熱間鍛造が開始されると、図７（Ａ）に示すように、先ず、粗加工部１３から鍛造素材の所定の位置の押圧が開始される。粗加工時の鍛造素材２１と熱間鍛造用金型の接触（鍛造）位置を矢印で示している。そうすると、対向する２方向からの熱間鍛造でありながら、鍛造初期は共働して鍛造する２つ熱間鍛造用金型に形成された粗加工部が押圧を開始することから、鍛造開始時に鍛造素材を押圧している箇所は４ヶ所である。この４ヶ所が同時にせぎり加工を開始すると、接触面積が小さいため効率よく溝加工を行っていく。そして、順次仕上げ加工部に向かって熱間鍛造を行い、一対の熱間鍛造用金型に形成された仕上げ加工部で所定の形状に整えられていくことになる。仕上げ加工の最終段階では、図７（Ｂ）で示すように、鍛造素材２１を仕上げ加工部の底部で熱間鍛造を行うときは押圧箇所は２ヶ所である。つまり、せぎり加工の初期段階では一対の熱間鍛造用金型を用いて４ヶ所の鍛造（せぎり加工）を行い、最後の形状調整時は一対の熱間鍛造用金型を用いて２ヶ所の鍛造により、形状を整えることができる。また、粗加工部よりも曲率半径が大きい凸形状の仕上げ加工部１４で最終形状に効率よく成形することができる。しかも、矢印で示した仕上げ加工部の底部の形状で最終的な形状に整えることか可能であるため、最終仕上げ形状を重視する場合には好都合である。

もう一つの方法は、加工時間を短時間とする場合に適用する方法である。
対向する２方向からの熱間鍛造が開始されると、図８（Ａ）に示すように、先ず、粗加工部１３から鍛造素材の所定の位置の押圧が開始される。粗加工時の鍛造素材２１と熱間鍛造用金型の接触（鍛造）位置を矢印で示している。そうすると、対向する２方向からの熱間鍛造でありながら、鍛造初期は共働して鍛造する２つ熱間鍛造用金型に形成された粗加工部が押圧を開始することから、鍛造開始時に鍛造素材を押圧している箇所は４ヶ所である。この４ヶ所が同時にせぎり加工を開始すると、接触面積が小さいため効率よく溝加工を行っていく。そして、順次仕上げ加工部に向かって熱間鍛造を行い、一対の熱間鍛造用金型に形成された仕上げ加工部１４で所定の形状に整えられていくことになる。
前述のように、Ｂ−Ｂ断面図からＡ−Ａ断面図で示す位置（底部）までの曲率半径はほぼ同じとしていることから、仕上げ加工部の底部まで使用する仕上げ加工は行わず、図８（Ｂ）に示すように、仕上げ加工時も押圧する箇所を４ヶ所として仕上げ加工を終了させる。この場合であっても、粗加工部よりも曲率半径が大きい凸形状の仕上げ加工部１４で最終形状に効率よく成形することができ、且つ、押圧箇所を４ヶ所とすることで短時間でせぎり加工が行える。そのため、鍛造時間を短時間としたい場合には好都合である。
なお、この鍛造時間重視の方法を用いる場合、仕上げ加工部の底部（Ａ−Ａ断面図で示す位置）の曲率半径（図８で示す鍛造素材の長手方向に垂直方向から見たときの曲率半径）をせぎり加工した後の直径の曲率半径よりも小さく小さくしすることが重要である。但し、仕上げ加工部の底部は曲面形状としておき、熱間鍛造時に過度な応力集中を避けるようにすると良い。

前記のせぎり加工が終了すると、熱間鍛造用金型１１を鍛伸用押圧部を有する熱間鍛造用金型１に交換する。この熱間鍛造用金型の交換時においては、鍛造素材を再度所定の鍛造温度に再加熱する。
交換した熱間鍛造用金型１は、前記鍛造素材を伸長する鍛伸用押圧部を有する伸長部５が設けてられている。
鍛伸用押圧部は、図１に示す形状を有するものである。この鍛伸用押圧部を有する熱間鍛造用金型の、鍛造素材の長手方向から見た押圧部の形状も、図７（Ａ）に示す前記せぎり加工を行った熱間鍛造用金型１１と同様であるため、対向する２方向からの熱間鍛造が開始されると、先ず、粗加工部３から鍛造素材の所定の位置の押圧が開始される。そうすると、対向する２方向からの熱間鍛造でありながら、鍛伸（鍛造）初期は共働して鍛造する２つ（一対）の熱間鍛造用金型に形成された粗加工部が押圧を開始することから、鍛造開始時に鍛造素材を押圧している箇所は４ヶ所である。この４ヶ所が同時に鍛伸を開始すると、接触面積が小さいため効率よく鍛造素材を伸長していく。そして、鍛造素材はラジアル鍛造機によって間欠回転しつつ鍛造素材の長手方向に順次移動されて、順次仕上げ加工部に向かって熱間鍛造を行い、一対の熱間鍛造用金型に形成された仕上げ加工部で所定の形状に整えられていくことになる。つまり、仕上げ加工の最終段階では、図７（Ｂ）で示すように、仕上げ加工部１４で熱間鍛造を行うときは押圧箇所は２ヶ所である。この仕上げ加工部の底部の形状で最終的な形状に整える方法は、最終仕上げ形状を重視する場合には好都合である。
また、この鍛伸用押圧部による熱間鍛造においても、熱間鍛造時間を短時間にするには図８のように、熱間鍛造初期から熱間鍛造の最終段階まで押圧箇所を４ヶ所とすることで短時間で鍛造素材を伸長することができる。

本発明では、前記の鍛伸用押圧部を有する熱間鍛造用金型において、図９に示す形状とすることができる。図９に示す熱間鍛造用金型１は、その仕上げ加工部４の幅（鍛造素材の長手方向における幅）内の底部から粗加工部に向かって凹部６が形成され、前記凹部６により、前記仕上げ加工部の押圧面が２ヶ所に分かれている。凹部は仕上げ加工部４の幅（Ｗ３）内に１つ以上形成し、仕上げ加工部の押圧面を２つ以上に分けることで鍛伸時の鍛造用素材の曲りをより確実に防止することができる。図９に示す熱間鍛造用金型を用いて熱間鍛造していくと、Ａ−Ａ断面で示す仕上げ加工部の底部にて最終段階の鍛造が行える。鍛造用素材が押圧された瞬間においては、仕上げ加工部によって押圧されている部分と、その仕上げ加工部によって押圧されている部分に隣り合う部分は押圧されいない部分が生じている。押圧された部分の肉が押圧されていない部分に流れ、その肉が流れることにより、僅かであるが鍛造用素材の断面が楕円となることがある。楕円となった鍛造素材は鍛造中に曲りを生じやすくなる。しかし、図９の熱間鍛造用金型の構造によれば、凹部によって押圧面（仕上げ加工部）が分けられていることから、最初に押圧した場所がラジアル鍛造によって鍛造素材が間欠的に回転して、次の押圧面によって仕上げ鍛造される。このとき、図９の構造では、合計４ヶ所で押圧されているため、上述のとおり次の押圧面によって楕円を矯正しつつ曲りも矯正できるものである。なお、凹部の形成箇所は仕上げ加工部の底部（図９のＡ−Ａで示す直線が接している箇所）を含むように形成することで曲り防止の効果を最大限発揮できる。
このようにして、せぎりから鍛伸へと同じラジアル鍛造機を用いて連続して鍛造素材を所定の荒地形状に熱間鍛造が行えるため、従来のようにせぎり用の治具を用いた後に、別な鍛造機であらためて鍛伸を行うと言った、煩雑な工程を省略できる。そのため、再加熱回数を低減できるにもかかわらず、精度の高いタービンブレード用の荒地を製造することが可能となる。

本発明によれば、タービンブレードに使用される難加工性材であっても、ラジアル鍛造機を用いて容易に鍛伸を行うことができる。また、前例のないラジアル鍛造機を用いた熱間鍛造方法によれば、鍛造材の再加熱の回数を飛躍的に低減させることができ、生産性を向上させ、省エネルギーにも極めて有効となる。

（実施例１）
図３に示す熱間鍛造用金型１１を用意した。
用意したせぎり加工用の熱間鍛造用金型１１のせぎり部７は、前記鍛造素材を挟み込むための一対の半割状押圧部１２を有し、前記各半割状押圧部２は前記鍛造素材２１を取り囲むように連続した、断面が略半円状の凸形状をなし、前記各半割状押圧部１２は、粗加工部１３と、該粗加工部よりも曲率半径が大きい凸形状の仕上げ加工部１４とを有するものである。粗加工部１３の略半円状の凸形状の曲率半径は３０ｍｍとし、仕上げ加工部１４の略半円状の凸形状の曲率半径は５０ｍｍに徐変するものであった。
また、せぎり加工後に鍛造素材２１を伸長する熱間鍛造用金型１の伸長部５に設けられた鍛伸用押圧部は、押圧部が平坦状に形成されたものであり、その形状は図１に示すものである。鍛伸用の伸長部５は、鍛造素材を挟み込むための一対の半割状押圧部２を有し、各半割状押圧部２は鍛造素材２１を取り囲むように連続した凸形状をなし、各半割状押圧部２は、略平坦状の粗加工部３と、仕上げ加工部４とを有するものである。鍛伸用押圧部５の幅は粗加工部３を５０ｍｍとし、仕上げ加工部４を１００ｍｍに除変するものであった。逃げ面はθは１８°とした。熱間鍛造用金型は最終形状を重視した形状を有するものである。
上記の熱間鍛造用金型を２つ１組で一対として、ラジアル鍛造機に取り付けて熱間鍛造の準備を行った。

５０インチタービンブレード用の鍛造素材を９５０℃に加熱された加熱炉で加熱を行った。鍛造素材はチタン合金であり、その寸法は直径がφ２００ｍｍ、長さが１１００ｍｍであった。
鍛造素材を加熱炉から取り出して、ラジアル鍛造機で熱間鍛造を開始した。なお、鍛造素材は、マニプレータで把持して操作した。
熱間鍛造は、まず、加熱された鍛造素材２１を回転させつつ、対向配置された２つの熱間鍛造用金型１の前記各半割状押圧部で鍛造素材を押圧することにより、鍛造素材にせぎり加工を行った。最初に行うせぎり加工は、鍛造素材はその場で回転（鍛造素材の長手方向の移動は行わない）しつつ、所定の形状に熱間鍛造した。図３に示すように１つの金型に複数個のせぎり加工用の半割状押圧部１２が形成された金型を使用し、２ヶ所同時にせぎりを行った。
□前記のせぎり加工の終了後、鍛伸用押圧部を有する図１に示す熱間鍛造用金型１に交換した。このとき、鍛造素材はラジアル鍛造機から取り外して、再度所定の鍛造温度に再加熱した。鍛伸用押圧部を有する熱間鍛造用金型１１に交換終了後に再度鍛造素材をラジアル鍛造機に取り付けて鍛伸用押圧部による熱間鍛造を行った。鍛造素材はラジアル鍛造機によって間欠回転しつつ長手方向に順次移動されて、所定の形状に整えて荒地形状に熱間鍛造した。熱間鍛造後の荒地２２は、根部、翼部、ボス部の成形に好適な図５に示すような形状であった。熱間鍛造後の荒地には、特にかぶり疵等の問題も発生しなかった。
本発明の製造方法により、タービンブレード等に使用される難加工性材であっても、ラジアル鍛造機を用いて容易に鍛伸することが可能であった。また、せぎり加工をラジアル鍛造機を用いて所定の荒地形状に熱間鍛造が行えるため、従来のようにせぎり用の治具を用いりといった、煩雑な工程を省略できた。そのため、再加熱回数を低減できるにもかかわらず、精度の高いタービンブレード用の荒地を製造することが可能となった。

（実施例２）
実施例２として、図９の熱間鍛造用金型の効果を確認した。図９に示す熱間鍛造用金型は、鍛伸用押圧部５の幅は粗加工部３をｍｍとし、仕上げ加工部４を１２０ｍｍに除変するものであり、その仕上げ加工部の中央に幅が５０ｍｍの凹部を形成し、仕上げ加工部の押圧面を２つにしたものである。なお、２つに分けた押圧面の幅はそれぞれ３５ｍｍであった。また、用いたせぎり用の熱間鍛造用金型は前述の実施例１と同じである。
５０インチタービンブレード用の鍛造素材を９５０℃に加熱された加熱炉で加熱を行った。鍛造素材はチタン合金であり、その寸法は直径がφ２００ｍｍ、長さが１１００ｍｍであった。
鍛造素材を加熱炉から取り出して、ラジアル鍛造機で熱間鍛造を開始した。なお、鍛造素材は、マニプレータで把持して操作した。
熱間鍛造は、まず、加熱された鍛造素材２１を回転させつつ、対向配置された２つの熱間鍛造用金型１１の前記各半割状押圧部で鍛造素材を押圧することにより、鍛造素材にせぎり加工を行った。最初に行うせぎり加工は、鍛造素材はその場で回転（鍛造素材の長手方向の移動は行わない）しつつ、所定の形状に熱間鍛造した。図３に示すように１つの金型に複数個のせぎり加工用の半割状押圧部１２が形成された金型を使用し、２ヶ所同時にせぎりを行った。
前記のせぎり加工の終了後、鍛伸用押圧部を有する図９の熱間鍛造用金型１に交換した。このとき、鍛造素材はラジアル鍛造機から取り外して、再度所定の鍛造温度に再加熱した。鍛伸用押圧部を有する熱間鍛造用金型１に交換終了後に再度鍛造素材をラジアル鍛造機に取り付けて鍛伸用押圧部による熱間鍛造を行った。鍛造素材はラジアル鍛造機によって間欠回転しつつ長手方向に順次移動されて、所定の形状に整えて荒地形状に熱間鍛造した。最後に、図９に示す熱間鍛造用金型１に交換して鍛造用素材に対して１０パスのラジアル鍛造による仕上げ加工を行った。熱間鍛造後の荒地２２は、根部、翼部、ボス部の成形に好適な図５に示すような形状であった。熱間鍛造後の荒地には、特にかぶり疵等の問題も発生しなかった。全長が約１５００ｍｍの荒地の曲りについては実施例１で得られた荒地と比較して、約５ｍｍ程度の曲の抑制が確認された。
本発明の製造方法により、タービンブレード等に使用される難加工性材であっても、ラジアル鍛造機を用いて容易に鍛伸することが可能であった。また、せぎり加工をラジアル鍛造機を用いて所定の荒地形状に熱間鍛造が行えるため、従来のようにせぎり位置に跡付けするような、煩雑な工程を省略できた。そのため、再加熱回数を低減できるにもかかわらず、精度の高いタービンブレード用の荒地を製造することが可能となった。

１ 熱間鍛造用金型
２ 半割状押圧部
３ 粗加工部
４ 仕上げ加工部
５ 伸長部
６ 凹部
７ せぎり部
１１ 熱間鍛造用金型（せぎり用）
１２ 半割状押圧部（せぎり用）
１３ 粗加工部（せぎり用）
１４ 仕上げ加工部（せぎり用）
２１ 鍛造素材
２２ 荒地

Claims (8)

1. 棒状の鍛造素材をラジアル鍛造により熱間鍛造するための熱間鍛造用金型であって、
   前記熱間鍛造用金型は、前記鍛造素材を挟み込むための一対の半割状押圧部を有し、
   前記各半割状押圧部は平坦面を凹状に形成した面からなり、前記鍛造素材を取り囲むように形成されており、
   前記半割状押圧部は、粗加工部と仕上げ加工部とを有し、
   前記仕上げ加工部は、前記鍛造素材の長手方向における幅が、前記粗加工部における幅よりも広いことを特徴とする熱間鍛造用金型。
2. 前記半割状押圧部の前記幅は、前記粗加工部から前記仕上げ加工部に向かって徐々に広がっていることを特徴とする請求項１に記載の熱間鍛造用金型。
3. 前記仕上げ加工部の前記幅は、前記粗加工部の前記幅よりも１０ｍｍ以上広いことを特徴とする請求項１または２に記載の熱間鍛造用金型。
4. 前記仕上げ加工部は凹部を有し、前記凹部により、前記仕上げ加工部の押圧面が２ヶ所以上に分かれていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の熱間鍛造用金型。
5. 前記各半割状押圧部は、前記鍛造素材を伸長する鍛伸用であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の熱間鍛造用金型。
6. 棒状の鍛造素材を、熱間鍛造用金型を用いたラジアル鍛造により熱間鍛造する熱間鍛造方法であって、
   前記熱間鍛造用金型は、
   前記鍛造素材を挟み込むための一対の半割状押圧部を有し、
   前記各半割状押圧部は平坦面を凹状に形成した面からなり、前記鍛造素材を取り囲むように形成されており、
   前記半割状押圧部は、粗加工部と仕上げ加工部とを有し、
   前記仕上げ加工部は、前記鍛造素材の長手方向における幅が、前記粗加工部における幅よりも広い幅を有し、
   前記鍛造素材を熱間鍛造温度に加熱する鍛造素材加熱工程と、
   前記加熱された鍛造素材を回転させつつ、対向配置された２つの前記熱間鍛造用金型の前記各半割状押圧部で鍛造素材を押圧することにより、前記鍛造素材を伸長する熱間鍛造工程、
   を含むことを特徴とする熱間鍛造方法。
7. 前記棒状の鍛造素材がＮｉ基超耐熱合金またはＴｉ合金であることを特徴とする請求項６に記載の熱間鍛造方法。
8. 請求項６または７に記載の熱間鍛造方法が、タービンブレード用の荒地の製造に用いられることを特徴とする熱間鍛造方法。

Images