JP6908401B2 - Blisk manufacturing method, blade parts, and blade jig unit - Google Patents
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Description
本発明は、LFW(線形摩擦接合:Linear Friction Welding)を用いてブリスクを製造する方法、ブリスクの製造に際してLFWでディスク部品と接合されるブレード部品、および、LFW時にブレード部品を保持するブレード治具ユニットに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a blisk using LFW (Linear Friction Welding), a blade component to be joined to a disk component by LFW during manufacturing of blisk, and a blade jig for holding the blade component during LFW. Regarding the unit.
航空エンジンの圧縮機のようなターボ機械の部品に、ブリスクを用いることがある。ブリスクは、ディスクに複数のブレードを一体化してなる部品であり、IBR(統合回転翼:Integrally Bladed Rotor)とも呼ばれる。一体化のため、LFWを用いることがある(例えば、特許文献1を参照)。LFWは、線状の動きで部材同士を擦り合わせ、摩擦熱に伴う塑性流動によって部材同士を一体化する接合技術である。 Blisks are sometimes used in turbomachinery components such as aircraft compressors. A blisk is a component that integrates a plurality of blades into an optical disc, and is also called an IBR (Integrally Bladed Rotor). LFW may be used for integration (see, for example, Patent Document 1). LFW is a joining technique in which members are rubbed against each other by linear movement and the members are integrated by plastic flow accompanying frictional heat.
特許文献1は、翼側部品を保持して振動させる治具ユニットを開示している。翼側部品は、ブリスクの完成状態においてブレードの外形をなす翼本体部と、翼本体部を外囲する保持部とを一体に有する。保持部が治具ユニットのサブブロックにチャックされ、治具から露出している翼側部品の接合面がディスク側部品の接合面に押し付けられる。この加圧状況下で、サブブロックが振動して接合面同士が擦られ、2部品が接合される。接合後、ブレードが正規の形状をなすように、保持部が切削除去される。
特許文献1では、保持部が、翼側部品の翼幅方向から見て、翼本体部を外囲する矩形状に形成されている。翼弦長は最大翼厚よりも長い。矩形状である保持部の長辺は概略翼弦方向に延び、短辺は概略翼厚方向に延びる。
In
LFW時における振動方向は翼側部品の翼弦方向である。加圧および振動に伴う荷重を、サブブロックのうち保持部短辺を支持している部分で受け持たなければならない。治具ユニットに作用する単位面積当たりの荷重が大きいので、治具の耐久性が良くない。 The vibration direction at the time of LFW is the chord direction of the wing side component. The load associated with pressurization and vibration must be handled by the portion of the subblock that supports the short side of the holding portion. Since the load per unit area acting on the jig unit is large, the durability of the jig is not good.
単位面積当たりの荷重を小さくするには、保持部の厚さ(翼幅方向寸法)または保持部の短辺長さ(翼厚方向寸法)を大きくすればよい。しかし、保持部が大型化すると、その分、治具の厚みを小さくする必要が生じ、治具の剛性が低下する。剛性の低下は、LFW時の翼側部品の位置精度の低下、ひいては接合品質の低下を招く。また、保持部が大型化すると、接合後の切削加工が煩雑となり、ブリスクの生産性が低下する。 In order to reduce the load per unit area, the thickness of the holding portion (dimension in the blade width direction) or the length of the short side of the holding portion (dimension in the blade thickness direction) may be increased. However, as the size of the holding portion increases, it becomes necessary to reduce the thickness of the jig by that amount, and the rigidity of the jig decreases. The decrease in rigidity causes a decrease in the positional accuracy of the wing side parts during LFW, and eventually a decrease in joint quality. Further, if the holding portion becomes large, the cutting process after joining becomes complicated, and the productivity of the blisk decreases.
本発明は、LFWを用いてブリスクを製造するに際し、治具の耐久性を向上し、接合品質を向上し、あるいは、ブリスクの生産性を向上することを目的としている。 An object of the present invention is to improve the durability of a jig, improve the joining quality, or improve the productivity of a blisk when manufacturing a blisk using LFW.
本発明の一形態に係るブリスクの製造方法は、ブレード部品を準備する工程であって、該ブレード部品は、その基端に形成されたブレード側接合面、および、ブレードチャック治具に保持される保持部を有する、ブレード部品準備工程と、前記ブレードチャック治具に保持された前記ブレード部品の前記ブレード側接合面を、ディスク部品と線形摩擦整合で接合するLFW工程と、前記保持部を切削加工する仕上げ工程と、を備え、前記ブレード部品準備工程において、前記ブレード側接合面の法線方向から見て、前記ブレード側接合面が、翼弦方向に延びる一対の稜線を形成し、前記保持部は、前記一対の稜線の外側で翼弦方向に延びる背側表面および腹側表面を有し、前記背側表面および前記腹側表面のうち少なくとも一方が、対応する稜線に沿って湾曲しており、前記LFW工程において、翼厚方向および翼弦方向のうち翼厚方向を主成分とする方向に、前記ブレードチャック治具およびこれに保持された前記ブレード部品を振動させる。 The method for manufacturing a brisk according to an embodiment of the present invention is a step of preparing a blade component, and the blade component is held by a blade-side joint surface formed at its base end and a blade chuck jig. A blade component preparation step having a holding portion, an LFW step of joining the blade-side joint surface of the blade component held by the blade chuck jig to a disk component by linear friction matching, and a cutting process of the holding portion. In the blade component preparation step, the blade-side joint surface forms a pair of ridge lines extending in the chord direction when viewed from the normal direction of the blade-side joint surface, and the holding portion is provided. Has a dorsal surface and a ventral surface extending in the chord direction outside the pair of ridges, and at least one of the dorsal surface and the ventral surface is curved along the corresponding ridge. In the LFW step, the blade chuck jig and the blade parts held by the blade chuck jig are vibrated in the direction in which the blade thickness direction is the main component of the blade thickness direction and the chord direction.
前記構成によれば、LFWにおけるブレード部品の振動方向を、翼厚方向および翼弦方向のうち翼厚方向を主成分とする方向としている。そのため、LFW中に発生する荷重の多くが、ブレード部品では背側表面および腹側表面で受け持たれ、ブレードチャック治具では背側表面および腹側表面と当接する部位で受け持たれる。背側表面および腹側表面は翼弦方向に延びるので大きな面積を有する。振動方向が翼弦方向(またはこれを主成分とする方向)である場合と比べ、ブレードチャック治具で受け持つ単位面積当たりの荷重を低減でき、ブレードチャック治具の耐久性が向上する。 According to the above configuration, the vibration direction of the blade component in the LFW is the direction in which the blade thickness direction is the main component of the blade thickness direction and the chord direction. Therefore, most of the load generated in the LFW is carried on the dorsal surface and the ventral surface in the blade component, and is carried in the portion in contact with the dorsal surface and the ventral surface in the blade chuck jig. The dorsal and ventral surfaces extend in the chordal direction and therefore have a large area. Compared with the case where the vibration direction is the chord direction (or the direction in which this is the main component), the load per unit area handled by the blade chuck jig can be reduced, and the durability of the blade chuck jig is improved.
そして、背側表面および腹側表面のうちの少なくとも一方が、ブレード側接合面により形成される一対の稜線のうち対応するものに沿って湾曲している。したがって、保持部を矩形状に形成する場合と比べ、保持部を小型化できる。なお、上記のとおり、振動方向が翼厚方向を主成分とする方向となり、単位面積当たりの荷重が低減されているので、保持部の湾曲化および小型化が許容される。 Then, at least one of the dorsal surface and the ventral surface is curved along the corresponding one of the pair of ridges formed by the blade-side joint surface. Therefore, the holding portion can be miniaturized as compared with the case where the holding portion is formed in a rectangular shape. As described above, the vibration direction is the direction in which the blade thickness direction is the main component, and the load per unit area is reduced, so that the holding portion can be curved and miniaturized.
保持部が小型化されると、治具に厚みを持たせることができ、治具の剛性が向上する。剛性の向上により、LFW中およびLFW終了時点でのブレード部品のディスク部品に対する位置精度が向上し、接合品質が向上する。保持部が小型化されると、ブレード同士のピッチが狭いブリスクの製造にも対応できる。また、仕上げ工程で切削される保持部の体積が小さくなるので、仕上げ工程の作業負荷が軽減する。 When the holding portion is miniaturized, the jig can be made thicker and the rigidity of the jig is improved. By improving the rigidity, the position accuracy of the blade component with respect to the disk component during LFW and at the end of LFW is improved, and the joining quality is improved. If the holding portion is miniaturized, it is possible to manufacture a blisk in which the pitch between blades is narrow. Further, since the volume of the holding portion cut in the finishing process is reduced, the workload in the finishing process is reduced.
前記背側表面および前記腹側表面の両方が、対応する稜線に沿って湾曲していてもよい。 Both the dorsal surface and the ventral surface may be curved along the corresponding ridges.
前記構成によれば、保持部の背側表面および腹側表面の両方が湾曲している。ここで、隣接するブレードが接合済であっても、そのブレードと干渉するのを避けるべく、治具の厚みを制限して隣接するブレードを逃がすスペースを形成する必要がある。両方が湾曲していると、隣接するブレードの保持部も当然湾曲しているので、その湾曲に沿うようにして治具の厚みを拡大できる。よって、治具の剛性を一層高めることができ、接合品質の一層の向上に資する。 According to the above configuration, both the dorsal and ventral surfaces of the retainer are curved. Here, even if the adjacent blades are already joined, it is necessary to limit the thickness of the jig to form a space for the adjacent blades to escape in order to avoid interfering with the blades. If both are curved, the holding portion of the adjacent blade is also naturally curved, so that the thickness of the jig can be increased along the curvature. Therefore, the rigidity of the jig can be further increased, which contributes to further improvement of the joining quality.
前記ブレード部品準備工程において、前記ブレード部品は、前記保持部から突出するフランジを更に有し、前記LFW工程において、前記フランジが前記ブレードチャック治具の外面に突き当てられ、前記仕上げ工程において、前記フランジが切削加工されてもよい。 In the blade component preparation step, the blade component further has a flange protruding from the holding portion, and in the LFW step, the flange is abutted against the outer surface of the blade chuck jig, and in the finishing step, the flange is abutted. The flange may be machined.
前記構成によれば、LFW中に発生する荷重がフランジで受け持たれ、その分、ブレードチャック治具で受け持つ荷重を低減できる。よって、ブレードチャック治具の耐久性が良くなる。LFW工程の実行により、ブレード部品のフランジ周辺部分に変形が生じるおそれがあるが、フランジは仕上げ工程で切削されるので、このような変形が生じてもブリスクの品質に悪影響を及ぼさない。 According to the above configuration, the load generated in the LFW is handled by the flange, and the load carried by the blade chuck jig can be reduced by that amount. Therefore, the durability of the blade chuck jig is improved. The execution of the LFW process may cause deformation in the peripheral portion of the flange of the blade component, but since the flange is cut in the finishing process, even if such deformation occurs, the quality of the blisk is not adversely affected.
本発明の一形態に係るブレード部品は、線形摩擦接合でディスク部品と接合されるブレード部品であって、基端に形成されて前記ディスク部品と接合されるブレード側接合面と、線形摩擦接合時にブレード治具ユニットに保持される保持部と、を備え、前記ブレード側接合面の法線方向から見て、前記ブレード側接合面が、翼弦方向に延びる一対の稜線を形成し、前記保持部は、前記一対の稜線の外側で翼弦方向に延びる背側表面および腹側表面を有し、前記背側表面および前記腹側表面のうち少なくとも一方が、対応する稜線に沿って湾曲している。 The blade component according to one embodiment of the present invention is a blade component that is joined to a disk component by linear friction stir welding, and is formed at a base end and is bonded to the disk component on a blade side joint surface at the time of linear friction stir welding. A holding portion held by the blade jig unit is provided, and the blade side joint surface forms a pair of ridge lines extending in the chord direction when viewed from the normal direction of the blade side joint surface, and the holding portion is provided. Has a dorsal surface and a ventral surface extending in the chord direction outside the pair of ridges, and at least one of the dorsal surface and the ventral surface is curved along the corresponding ridge. ..
本発明の一形態に係るブレード治具ユニットは、線形摩擦接合でブレード部品をディスク部品と接合する際に用いるブレード治具ユニットであって、該ブレード部品は、その基端に形成されて前記ディスク側部品と接合されるブレード側接合面、および、保持部を有し、前記ブレード側接合面の法線方向から見て、前記ブレード側接合面が、翼弦方向に延びる一対の稜線を形成し、前記保持部は、前記一対の稜線の外側で翼弦方向に延びる背側表面および腹側表面を有し、前記背側表面および前記腹側表面のうち少なくとも一方が、対応する稜線に沿って湾曲しており、前記ブレード治具ユニットが、前記ブレード部品を保持するブレードチャック治具と、前記ブレードチャック治具およびこれに保持された前記ブレード部品を振動させる振動付与部と、を備え、前記ブレードチャック治具が、前記ブレード部品を収納する収納空間を形成する保持壁を有し、前記保持壁が、前記収納空間に面して前記背側表面および前記腹側表面と当接する一対の内面を有し、前記一対の内面のうち少なくとも一方が、対応する表面と整合するよう湾曲しており、前記振動付与部が、翼厚方向および翼弦方向のうち翼厚方向を主成分とする方向に、前記ブレード部品を振動させる。 The blade jig unit according to one embodiment of the present invention is a blade jig unit used when joining a blade component to a disk component by linear friction bonding, and the blade component is formed at a base end thereof and said the disk. It has a blade-side joint surface to be joined to the side component and a holding portion, and the blade-side joint surface forms a pair of ridges extending in the chord direction when viewed from the normal direction of the blade-side joint surface. The holding portion has a dorsal surface and a ventral surface extending in the chord direction outside the pair of ridges, and at least one of the dorsal surface and the ventral surface is along the corresponding ridge. The blade jig unit is curved, and includes a blade chuck jig that holds the blade component, a blade chuck jig, and a vibration applying portion that vibrates the blade component held by the blade chuck jig. The blade chuck jig has a holding wall that forms a storage space for accommodating the blade parts, and the holding wall faces the storage space and abuts on the dorsal surface and the ventral surface. At least one of the pair of inner surfaces is curved so as to be aligned with the corresponding surface, and the vibration applying portion is in the direction in which the blade thickness direction is the main component of the blade thickness direction and the chord direction. The blade component is vibrated.
本発明によれば、LFWを用いてブリスクを製造するに際して、治具の耐久性を向上でき、接合品質を向上でき、あるいは、ブリスクの生産性を向上できる。 According to the present invention, when manufacturing a blisk using LFW, the durability of the jig can be improved, the joining quality can be improved, or the productivity of the blisk can be improved.
以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。全図を通じて同一又は対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The same or corresponding elements are designated by the same reference numerals throughout the drawings, and duplicate detailed description will be omitted.
(ブリスク製造方法)
図1は、実施形態に係るブリスク100の製造方法のフローチャートと共に、当該方法を用いて製造されたブリスク100を示す。図1底部に示すように、ブリスク100は、円筒状のディスク101、および、ディスク101の外周面から放射状に突出する複数枚のブレード102を備え、ブレード102がディスク101と一体化されている。ブリスク100は、航空エンジンの圧縮機のようなターボ機械の部品として利用される。
(Blisk manufacturing method)
FIG. 1 shows a
本実施形態に係る製造方法では、ブレード102をディスク101と一体化するため、線形摩擦接合(LFW)を用いる。ブリスク100を新造する際、製造方法は、ディスク部品準備工程S1、ブレード部品準備工程S2、LFW工程S3、および仕上げ工程S4を備える。
In the manufacturing method according to the present embodiment, linear friction stir welding (LFW) is used to integrate the
ディスク部品準備工程S1では、ディスク101の元となる部品であるディスク部品80が準備される。ディスク部品80は、円筒状のディスク本体81、および、ディスク本体81の外周面に設けられた複数のディスク側接合部82を含む。複数のディスク側接合部82は、ディスク本体81の外周面上に周方向に等間隔をおいて並べられている。各ディスク側接合部82は、ディスク本体81の軸方向に対して傾斜しかつ湾曲して延びている。
In the disk component preparation step S1, the
ブレード部品準備工程S2では、ブレード102の元となる部品である、複数(詳細には、ディスク側接合部82と同数)のブレード部品90が準備される。ブレード部品90は、保持部91、保持部91の翼幅方向基端側に設けられたブレード側接合部92、および、保持部91の翼幅方向先端側に設けられたブレード本体93を含む。保持部91は、「フット」と称される場合があり、ブレード側接合部92は、「スタブ」と称される場合がある。ブレード本体93は、ブレード102の正規の形状を成すように整形されている。ブレード側接合部92は、ブレード本体93よりも一回り大きな形状に形成されており、保持部91は、ブレード側接合部92およびブレード本体93よりも一回り大きな形状に形成されている。ブレード部品90は、更に、保持部91の基端縁部に設けられたフランジ94を含む。
In the blade component preparation step S2, a plurality of blade components 90 (specifically, the same number as the disk side joints 82), which are the original components of the
LFW工程S3では、1つのブレード部品90のブレード側接合部92が、ディスク部品80の複数のディスク側接合部82のうちの1つと接合される。LFW工程S3を実行すると、接合部82,92同士の間にバリ89が発生する。仕上げ工程S4では、保持部91、フランジ94、およびバリ89などが切削除去される。ディスク側接合部82およびブレード側接合部92が切削されてもよい。これにより、ブレード部品90が全体として、ブレード102の正規の形状となるように整形される。なお、両部品80,90は、一例として、チタン合金の鍛造材から製作されている。
In the LFW step S3, the blade-
LFW工程S3および仕上げ工程S4はブレード102の枚数分だけ実行されるが、その順序に特に限定はない。例えば、全てのブレード部品90をディスク部品80に接合した後、纏めて仕上げ工程S4を実行してもよい。半数のブレード部品90をディスク側接合部82に周方向に1つ飛ばしで接合し、その終了後に半数分の仕上げ工程S4を実行し、残り半数のブレード部品90を空いているディスク側接合部82に接合し、残りの仕上げ工程S4を実行してもよい。
The LFW step S3 and the finishing step S4 are executed for the number of
本実施形態に係る製造方法は、ブリスク100の新造時のみならず、ブレード102の欠損を補修する際にも適用できる。ブレード102に欠損が生じた場合、まず、そのブレード102を根元から切除する。その後、前述したブレード部品準備工程S2、LFW工程S3および仕上げ工程S4を実行することにより、補修されたブリスク100を製造できる。
The manufacturing method according to the present embodiment can be applied not only when the
(ブレード部品・ブレード部品準備工程)
図2Aおよび2Bに示すように、ブレード側接合部92は、保持部91の基端面91a(あるいはフランジ94の基端面)から突出し、翼幅方向基端側に向かって若干先細りである。ブレード側接合部92は、ブレード側接合面92S、および保持部91の基端面91aをブレード側接合面92Sと繋ぐ周面92cを有している。なお、ディスク部品80のディスク側接合部82も、その先端に、ブレード側接合面92Sと同形状のディスク側接合面82Sを有している(図3を参照)。
(Blade parts / blade parts preparation process)
As shown in FIGS. 2A and 2B, the blade-side
ブレード側接合面92Sは、ブレード部品90の全体としての基端に形成される。ブレード側接合面92Sは、平面状であり、ブレード本体93の断面を一回り大きくした形状に形成されている。ブレード側接合面92Sは、その法線方向(翼幅方向と概略一致)から見て、翼弦方向に延びる背側稜線92aおよび腹側稜線92bを有している。背側稜線92aは、凸に湾曲しており、弓形状である。腹側稜線92bは、背側稜線92aと同じ側に凸となるように湾曲し、かつ、背側稜線92aよりも小さな曲率を有していてもよい。腹側稜線92bは、直線状でもよい。腹側稜線92bは、背側稜線92aと反対側に凸となるように湾曲してもよい。ブレード側接合面92Sの翼弦方向両端部では、稜線92a,92bが直接的に接続され、あるいは、大きな曲率を有した曲線を介して接続される。周面92cと保持部91の基端面91aとの間の境界92dは、ブレード側接合面92Sの法線方向から見て、ブレード側接合面92Sの稜線92a,92bに沿ってブレード側接合面92Sを外囲している。
The blade-side
保持部91は、その表面として、ブレード側接合部92が設けられた基端面91a、ブレード本体93が設けられた先端面91b、および、基端面91aと先端面91bとを繋ぐ周面95を有している。ブレード本体93は、ブレード側接合部92よりも翼幅方向に大きく、保持部91は、ブレード部品90全体としての基端部に位置付けられている。フランジ94は、保持部91の周面95の基端縁部を全周にわたって外側に突出させたものである。
As its surface, the holding
保持部91の周面95には、背側表面95a、腹側表面95b、第1側面95cおよび第2側面95dが含まれる。背側表面95aおよび腹側表面95bは、概略翼弦方向および概略翼幅方向に延び、概略翼厚方向に対向している。第1側面95cおよび第2側面95dは、概略翼厚方向および概略翼幅方向に延び、概略翼弦方向に対向している。第1側面95cおよび第2側面95dは、背側表面95aおよび腹側表面95bの翼弦方向端部同士を繋いでいる。
The
保持部91は、ブレード側接合面92Sの法線方向から見て、ブレード側接合部92を一回り大きくした形状に形成されている。保持部91の周面95は、ブレード側接合部92およびブレード本体93に沿うようにして湾曲している。
The holding
背側表面95aは、ブレード本体93の背側表面93aおよびブレード側接合面92Sの背側稜線92aの外側で翼弦方向に延びており、対応する稜線である背側稜線92aに沿って湾曲している。ブレード側接合面92Sの法線方向から見たときに、背側表面95aの翼弦方向端部同士を線で結ぶと、その線はブレード側接合部92を通過する(図8Bの比較例も参照)。
The
腹側表面95bは、ブレード本体93の腹側表面93bおよびブレード側接合面92Sの腹側稜線92bの外側で翼弦方向に延びており、対応する稜線である腹側稜線92bに沿って湾曲している。保持部91の周面(特に、背側表面95aおよび腹側表面95b)がこのように形成されることで、保持部91が翼厚方向に小型化される。
The
第1側面95cおよび第2側面95dは概略平面状に形成されている。これにより、保持部91が翼弦方向に大型化するのを抑えている。
The
(LFW装置・LFW工程)
図3は、実施形態に係るLFW装置1の概念図である。LFW装置1は、前述したLFW工程S3(図1を参照)を実行する装置であり、ブレード部品90をディスク部品80にLFWで接合する。なお、図3は、ディスク部品80にブレード部品90が1枚も接合されていない状態を示している。
(LFW device / LFW process)
FIG. 3 is a conceptual diagram of the
LFW装置1は、ディスク治具ユニット2、ブレード治具ユニット3、および制御部4を備える。ディスク治具ユニット2は、ディスク支持治具5、回転アクチュエータ6、および加圧部7を含む。ブレード治具ユニット3は、ブレードチャック治具10、および振動付与部8を含む。制御部4は、回転アクチュエータ6、加圧部7、および振動付与部8の動作を制御する。回転アクチュエータ6は、例えば油圧モータまたは電気モータである。加圧部7および振動付与部8は、例えば油圧シリンダである。
The
ブレードチャック治具10は、保持部91(図5を参照)をチャックすることで、ブレード部品90を1つ保持することができる。ブレード部品90がブレードチャック治具10に保持されると、ブレード側接合部92が露出する。
The
ディスク支持治具5は、ディスク部品80をその中心軸周りに回転可能に支持する。また、ディスク支持治具5は、自身が支持しているディスク部品80がブレードチャック治具10に保持されているブレード部品90から離間した離間位置と、ディスク部品80がブレード部品90と接触する接触位置との間で線形に移動可能である。なお、図3は、ディスク支持治具5が離間位置に位置付けられている状態を示している。
The
回転アクチュエータ6は、ディスク支持治具5に支持されたディスク部品80をその中心軸周りに回転させる。回転アクチュエータ6は、ディスク部品80を回転させ、1つのディスク側接合部82がブレードチャック治具10に保持されているブレード側接合部92と対向する回転位置で、ディスク部品80の回転を停止する。対向関係にあるディスク側接合部82とブレード側接合部92に関し、ディスク側接合面82Sはブレード側接合面92Sと平行に配される(ディスク側接合面82Sの法線方向が、ブレード側接合面92Sの法線方向と一致する)。
The
加圧部7は、ディスク支持治具5およびこれに支持されたディスク部品80に一方向の推力を付与し、ディスク支持治具5を離間位置と接触位置との間で移動させる。ディスク支持治具5の移動方向、あるいは、加圧部7がディスク支持治具5に付与する推力の方向は、対向関係にある両接合面82S,92Sの法線方向に一致する。ディスク支持治具5を接触位置に位置付けることで、両接合面82S,92Sを面接触させることができる。加圧部7は、この面接触状態でディスク支持治具5に更に推力を付与することができる。ブレードチャック治具10がこの推力を受け持ち、ブレード側接合部92がディスク側接合部82と圧接される。
The pressurizing
振動付与部8は、このような加圧状況下で、ブレードチャック治具10およびこれに保持されたブレード部品90を振動(換言すると、線形に往復移動)させる。これにより、両接合面82S,92Sに摩擦熱が発生して両接合部82,92に塑性流動が生じ、ブレードチャック治具10に保持されているブレード部品90がディスク部品80と一体化される。振動方向は、加圧方向に対して垂直である。ディスク部品80が水平に支持され、加圧方向および振動方向が水平である場合、両接合面82S,92Sは鉛直に延びる。
Under such a pressurizing condition, the
1枚のブレード部品90の接合が終わると、ディスク支持治具5およびディスク部品80を離間位置へと移動させる。これにより、接合済のブレード部品90がブレードチャック治具10から解放される。
When the joining of one
本実施形態では、LFW工程S3における振動方向が、ブレードチャック治具10に保持されているブレード部品90の翼厚方向および翼弦方向のうち翼厚方向を主成分とする方向である。ブレード部品90は、ブレード本体93で捻られてもよく、その場合、翼弦方向および翼厚方向は、翼幅方向の位置に応じて変化する。この振動方向の規定における「翼厚方向」および「翼弦方向」は、一例として、ブレード側接合面92S上における翼厚方向および翼弦方向であってもよい。「翼厚方向を主成分とする方向」とは、振動方向が、ブレード側接合面92S上における翼弦方向と成す角度と比べ、ブレード側接合面92S上における翼厚方向と成す角度のほうが小さいことを意味してもよい。単純化して言えば、振動方向は、実質的に翼厚方向である。
In the present embodiment, the vibration direction in the LFW step S3 is the direction in which the blade thickness direction of the
別の観点から言えば、振動方向は、ディスク本体81を軸方向から見たときに、ブレード側接合部92と圧接しているディスク側接合部82が設けられている部位における、ディスク本体81の接線T(図3および図5を参照)が延在する方向である。仮に、振動方向が実質的に翼弦方向であった場合、振動方向は、ディスク本体81の軸方向と実質的に一致する。
From another point of view, the vibration direction is the vibration direction of the
(ブレードチャック治具)
図4は、ブレード部品90(図3を参照)を保持していない状態で示すブレードチャック治具10の斜視図を示す。ブレードチャック治具10は、収容部材11およびチャック部材20を有している。以下、説明便宜上、加圧方向を「前後方向」とし、ディスク治具ユニット2(図3を参照)と近位側を「前」とする。また、加圧方向にも振動方向にも垂直な方向を単に「垂直方向Z」と呼ぶ。
(Blade chuck jig)
FIG. 4 shows a perspective view of the
収容部材11は、その中央に、前後両側で開放された収容空間11aを形成している。収容空間11aは、正面視で矩形状に形成されている。チャック部材20は、収容空間11a内に収容されている。
The accommodating
収容部材11は、カセット本体12および蓋体13の2部品で構成されており、これら2部品は振動方向に分割可能に結合される。カセット本体12は、全体として概略U字状に形成されている。カセット本体12は、垂直方向Zに延びるベース部12a、ベース部12aの両端部から振動方向同側に延びる一対の延在部12b,12cを有している。蓋体13は、平板状に形成されており、一対の延在部12b,12cの先端面に固定され、延在部12b,12cの先端部同士を垂直方向Zに接続している。収容空間11aは、部分12a〜12cおよび蓋体13で囲まれている。
The accommodating
チャック部材20は、H状に形成されている。チャック部材20は、ブレード部品90が収納される収納空間22を形成する保持壁21を有する。保持壁21は、収容空間11aの中央部で概略垂直方向Zに延在する。詳細には、垂直方向Zに対して振動方向に若干傾斜している。収納空間22は、保持壁21を前後方向に貫通するようにして形成され、前後方向に延び、前後両側で開放される。なお、ブレード部品90のうちブレード側接合部92については、収納空間22に収納されず、チャック部材20の前方で露出する。
The
チャック部材20は、保持壁21の垂直方向Z両端部から振動方向両側に延びる一対の支持壁23,24を有する。支持壁23は、収容部材11の内面(延在部12bの内面、ベース部12aの内面および蓋体13の内面)に重ねられ、支持壁24は、収容部材11の内面(延在部12cの内面、ベース部12aの内面および蓋体13の内面)に重ねられる。これにより、チャック部材20が、収容部材11に対する移動および回転を規制された状態で、収容空間11aに収容される。支持壁23,24は、収容部材11の内面に、直接に接触して重ねられてもよいし、スペーサを介して重ねられてもよい。
The
チャック部材20は、振動方向に分かれた第1チャック部材30および第2チャック部材40の2部品で構成されている。第1チャック部材30は、収容空間11a内で概略垂直方向Zに延びる第1挟持壁31、および、第1挟持壁31に振動方向に凹設された第1凹部32を有する。第2チャック部材40は、収容空間11a内で概略垂直方向Zに延びる第2挟持壁41、および、第2挟持壁41に振動方向に凹設された第2凹部42を有する。第1挟持壁31と第2挟持壁41とは収容空間11a内で振動方向に重ねられており、これら2つの挟持壁31,41が保持壁21を構成している。第2凹部42は、第1凹部32とは振動方向反対側に凹んでおり、第1凹部32と振動方向に連続し、第1凹部32と共に1つの収納空間22を形成している。第1凹部32および第2凹部42は、挟持壁31,41の前後方向全体に亘る溝状に形成されている。第1挟持壁31と第2挟持壁41とは、この収納空間22に対して垂直方向Z両側で密接している。
The
第1チャック部材30は、第1挟持壁31の垂直方向Z両端部から振動方向に延びる一対の第1支持壁33,34を有する。第2チャック部材40は、第2挟持壁41の垂直方向Z一端部から振動方向に延びる第2支持壁43、および、第2挟持壁41の垂直方向Z他端部に設けられた第2支持壁44を有する。第1支持壁33および第2支持壁43が振動方向に重ねられ、前述した支持壁23を構成している。第1支持壁34および第2支持壁44が振動方向に重ねられ、前述した支持壁24を構成している。第1支持壁33,34は、ベース部12aの内面に重ねられ、第2支持壁43,44は、蓋体13の内面に重ねられる。
The
ブレードチャック治具10は、保持壁21の振動方向両側に、ディスク部品80に接合済のブレード部品90を収容する第1退避空間10aおよび第2退避空間10bを形成している(図7および図8Aも参照)。
The
この点、第1チャック部材30は、全体として概略U字状に形成されている。第1チャック部材30は、第1挟持壁31および第1支持壁33,34で囲まれたスペース35を形成する。カセット本体12のベース部12aの垂直方向Z中央部には、前面から後方へ大きく切り欠かれた凹部12dが形成されている。凹部12dはスペース35と振動方向に連続し、これにより、第1挟持壁31のうち第2挟持壁41とは反対側に第1退避空間10aが形成される。
In this respect, the
また、第2チャック部材40も、第2挟持壁41および第2支持壁43,44で囲まれたスペース36を形成する。スペース36は、収納空間22に対して、スペース35と振動方向反対側に形成される。蓋体13の垂直方向Z中央部にも、前面から後方へ大きく切り欠かれた凹部13aが形成されている。凹部13aがスペース36と振動方向に連続し、これにより、第2挟持壁41のうち第1挟持壁31とは反対側に第2退避空間10bが形成される。
Further, the
図5は、LFW工程S3の実行中におけるLFW装置1の断面図、図6Aは、図5のA−A断面図、図6Bは、図5のB−B断面図である。収納空間22は、前端部の保持部収納部25(図5および図6Aを参照)、および、保持部収納部25から後方に連続する本体収納部26(図5および図6Bを参照)を含む。
5 is a cross-sectional view of the
図5を参照して、ブレード部品90をブレードチャック治具10にチャックする工程では、ブレード部品90が収納空間22の前開口を介してブレード本体93から収納空間22に挿入される。この挿入作業は、人手で行われてもよいし、マニピュレータで自動的に行われてもよい。ブレード本体93が本体収納部26に収納され、保持部91が保持部収納部25に収納される。フランジ94は、収納空間22の前開口を通過できず、チャック部材20の前面に突き当てられる。これにより、ブレード部品90の収納空間22への進入が規制される。ブレード側接合部92は、保持部91の基端面91a(フランジ94の基端面)から突出している。そのため、ブレード側接合部92は、収納空間22の外側に位置付けられ、ブレードチャック治具10の前方に露出する。
With reference to FIG. 5, in the step of chucking the
図5および図6Aを参照して、保持部91の周面95は保持部収納部25の内面に密着する。換言すると、保持部収納部25の内面は、保持部91の周面95と同一の断面形状を有している。本実施形態では、周面95のうち背側表面95aも腹側表面95bも両方湾曲している。第1凹部32の内面32aおよび第2凹部42の内面42aは、収納空間22のうちの保持部収納部25に面している。第1凹部32の内面32aは、2表面95a,95bのうち対応する表面である背側表面95aと当接するが、この背側表面95aと整合するように湾曲されている。第2凹部42の内面42aは、2表面95a,95bのうち対応する表面である腹側表面95bと当接するが、この腹側表面95bと整合するように湾曲されている。図5および図6Bを参照して、ブレード本体93は、本体収納部26の内面と離間した状態で、本体収納部26内に収納されている。
With reference to FIGS. 5 and 6A, the
図5では、ディスク部品80がブレード部品90を左方に加圧し、ブレード部品90が上下方向に振動する。ブレード部品90はフランジ94がブレードチャック治具10の前面に突き当たることで収納空間22への進入が停止する。この状態において、収納空間22の前開口のエッジが、フランジ94の後面と、保持部91の背側表面95aまたは腹側表面95bとが成す一対のL字角に当たる。このため、図5に黒矢印で示すとおり、LFW工程S3の実行中、加圧および振動に伴い生じる荷重の一部が、収納空間22のエッジからL字角へと斜方入力される。このように、ブレード部品90が荷重を受け持つことで、ブレードチャック治具10が受け持つ荷重を減らすことができる。よって、ブレードチャック治具10の耐久性が向上する。
In FIG. 5, the
L字角に荷重が斜方入力されるので、L字角が広げられるようにしてブレード部品90が変形する可能性がある。しかし、フランジ94は、保持部91の基端縁部から突出したものである。図5には、ブレード102の形状を二点鎖線で示しているが、フランジ94および保持部91は、仕上げ工程S4で切削される。ブレード部品90のうち荷重を大きく受け持つ部位は、ブリスク100の完成状態では不要とされる。そのため、仮に変形が生じたとしても、ブリスク100の品質に悪影響を及ぼさない。
Since the load is obliquely input to the L-shaped angle, the
また、図6Aに示すように、加圧方向から見て断面をとると、LFW工程S3の実行中、振動に伴って生じる荷重は、保持部91の背側表面95aおよび腹側表面95b、ならびにこれらと面接触しているチャック部材20の内面32a,42aによって受け持たれる。仮に、振動方向が翼弦方向であれば、荷重を保持部91の2側面95c,95dで受け持つことになる。周面95のうち4表面95a〜dとも翼幅方向に延びているが、背側表面95aおよび腹側表面95bは翼弦方向に延びるのに対し、2側面95c,95dは翼厚方向に延びている。翼弦長は翼厚と比べて長い。そのため、背側表面95aおよび腹側表面95bは、2側面95c,95dと比べて面積が大きい。振動方向を概略翼厚方向(ディスク本体接線方向)としたことで、振動方向が翼弦方向(ディスク本体軸方向)である場合と比べ、保持部91およびチャック部材20で受け持つべき単位面積当たりの荷重を低減できる。
Further, as shown in FIG. 6A, when the cross section is taken from the pressurizing direction, the load generated by the vibration during the execution of the LFW step S3 is the
よって、保持部91の翼幅方向寸法および翼厚方向寸法を短くしても、チャック部材20の耐久性を維持できる。また、保持部91の体積を減らすことができるので、仕上げ工程S4の作業負荷を低減でき、ブリスク100の生産性が向上する。
Therefore, the durability of the
図7は、LFW工程S3の実行中におけるLFW装置1の断面図である。図7は、全てのブレード部品90をLFWで接合してから仕上げ工程S4を纏めて行う製造方法の採用時において、最後の1枚のブレード部品90をディスク部品80に接合する状態を示している。接合済のブレード部品90は、前述した第1退避空間10aおよび第2退避空間10bに収納され、それにより、接合済のブレード部品90と干渉することなくLFW工程S3を実行できる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
図8Aは、実施形態に係るブレードチャック治具10の正面図、図8Bは、比較例に係るブレードチャック治具910の正面図である。比較例では、保持部991が、ブレード側接合部992よりも一回り大きい矩形状に形成されている。保持部991の背側表面995aおよび腹側表面995bは互いに平行な平面状である。背側表面995aの翼弦方向両端を結ぶ線は、背側表面995aそのものを表し、ブレード側接合部992と交差することはない。
FIG. 8A is a front view of the
実施形態では、前述したとおり、保持部91がブレード側接合部92に沿って湾曲された背側表面95aおよび腹側表面95bを有する。そのため、ブレード側接合面92Sの法線方向から見たとき、保持部91の外形輪郭は、比較例に係る保持部991の外形輪郭よりも小さい。保持部91の体積も、比較例に係る保持部991の体積と比べて小さい。
In the embodiment, as described above, the holding
保持部91をこのように形成することで、第1挟持壁31の厚さD30および第2挟持壁の厚さD40を大きくすることができる。ここで、厚さD30とは、第1凹部32の内面32aから第1挟持壁31のうちスペース35と対向するスペース対向面31aまでの振動方向寸法をいう。厚さD40は、第2凹部42の内面42aから第2挟持壁41のうちスペース45と対向するスペース対向面41aまでの振動方向寸法をいう。この内面32a,42aとスペース対向面31a,41aとによって規定される壁部分は、LFW工程S3の実行中に生じる荷重の負荷に大きく寄与している。よって、当該壁部分の厚さD30,D40を大きく確保することは、ブレードチャック治具10(チャック部材20)の剛性の向上に大きく貢献する。ブレードチャック治具10の剛性が高くなると、LFW工程S3の実行中および終了時点でのブレード部品90のディスク部品80に対する位置精度が高くなり、接合品質の向上に繋がる。
By forming the holding
しかし、保持壁21(互いに重ねられる第1挟持壁31および第2挟持壁41)に対して振動方向両側には、隣接のブレード部品90を退避させるための退避空間10a,10bを形成する必要がある。そのため、スペース対向面31a,41aの位置を内面32a,42aから遠ざけるには限界がある。すなわち、厚さD30,D40の確保には制約がある。
However, it is necessary to form
比較例では、保持部991の外形輪郭が上記のとおり大きいので、第1凹部932および第2凹部942を第1挟持壁931および第2挟持壁941に深く形成する必要がある。隣接するブレード部品90の保持部991もまた当然大きいので、第1挟持壁931および第2挟持壁941を厚くすることも難しい。よって、厚さD930,D940が小さくなる。
In the comparative example, since the outer contour of the holding portion 991 is large as described above, it is necessary to form the
これに対し、実施形態では、保持部91の外形輪郭が小さくなるので、第1凹部32および第2凹部42を浅くすることができる。また、隣接するブレード部品90の保持部91も当然小型化されることになるので、スペース対向面31a,41aを内面32a,42aから遠ざけることを許容される。スペース対向面31aは、隣接するブレード部品90の腹側表面95bに沿って湾曲させればよく、また、スペース対向面41aは、隣接するブレード部品90の背側表面95aに沿って湾曲させればよい。そのため、厚さD30,D40が大きくなる。よって、ブレード部品90の位置精度が高くなり、接合品質が向上する。また、保持部91を小型化しながら厚さD30,F40の拡大(スペース対向面31a,41aの収納空間22からの離間)を最小限に止めることで、ブレード102のピッチが狭いブリスク100の製造に対応できるようにもなる。
On the other hand, in the embodiment, since the outer contour of the holding
(変形例)
これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の範囲内で適宜、追加、削除または変更可能である。
(Modification example)
Although the embodiments have been described so far, the above configurations can be added, deleted or changed as appropriate within the scope of the present invention.
例えば、ブレード部品90の背側表面および腹側表面をどちらも湾曲させたが、いずれか一方のみが湾曲していてもよい。収納空間22の内面32a,42aについても、湾曲している表面と整合するもののみ湾曲させればよい。両側に湾曲させると、収納空間22を浅くすることと、保持壁21を厚くすることとを両方達成でき、厚さD30,D40をより大きくできる。
For example, both the dorsal and ventral surfaces of the
3 ブレード治具ユニット
8 振動付与部
10 ブレードチャック治具
20 チャック部材
21 保持壁
22 収納空間
32a 内面
42a 内面
80 ディスク部品
90 ブレード部品
91 保持部
92 ブレード側接合部
92a 背側稜線
92b 腹側稜線
92S ブレード側接合面
95a 背側表面
95b 腹側表面
100 ブリスク
S2 ブレード部品準備工程
S3 LFW工程
S4 仕上げ工程
3
Claims (5)
前記ブレードチャック治具に保持された前記ブレード部品の前記ブレード側接合面を、ディスク部品と線形摩擦接合で接合するLFW工程と、
前記保持部を切削加工する仕上げ工程と、を備え、
前記ブレード部品準備工程において、
前記ブレード側接合面の法線方向から見て、前記ブレード側接合面が、翼弦方向に延びる一対の稜線を形成し、前記保持部は、前記一対の稜線の外側で翼弦方向に延びる背側表面および腹側表面を有し、
前記背側表面および前記腹側表面のうち少なくとも一方が、対応する稜線に沿って湾曲しており、
前記LFW工程において、翼厚方向および翼弦方向のうち翼厚方向を主成分とする方向に、前記ブレードチャック治具およびこれに保持された前記ブレード部品を振動させる、ブリスクの製造方法。 A step of preparing a blade component, wherein the blade component has a blade-side joint surface formed at its base end and a holding portion held by a blade chuck jig.
An LFW step of joining the blade-side joint surface of the blade component held by the blade chuck jig to the disk component by linear friction stir welding.
It is provided with a finishing process for cutting the holding portion.
In the blade component preparation process
When viewed from the normal direction of the blade-side joint surface, the blade-side joint surface forms a pair of ridges extending in the chord direction, and the holding portion is a dorsal extending in the chord direction outside the pair of ridges. Has lateral and ventral surfaces,
At least one of the dorsal and ventral surfaces is curved along the corresponding ridge.
A method for manufacturing a brisk, which vibrates the blade chuck jig and the blade parts held by the blade chuck jig in the direction in which the blade thickness direction is the main component in the blade thickness direction and the blade chord direction in the LFW step.
前記LFW工程において、前記フランジが前記ブレードチャック治具の外面に突き当てられ、
前記仕上げ工程において、前記フランジが切削加工される、請求項1または2に記載のブリスクの製造方法。 In the blade component preparation step, the blade component further has a flange protruding from the holding portion.
In the LFW step, the flange is abutted against the outer surface of the blade chuck jig, and the flange is abutted against the outer surface of the blade chuck jig.
The method for producing a blisk according to claim 1 or 2, wherein the flange is machined in the finishing step.
基端に形成されて前記ディスク部品と接合されるブレード側接合面と、
線形摩擦接合時にブレード治具ユニットに保持される保持部と、を備え、
前記ブレード側接合面の法線方向から見て、前記ブレード側接合面が、翼弦方向に延びる一対の稜線を形成し、前記保持部は、前記一対の稜線の外側で翼弦方向に延びる背側表面および腹側表面を有し、前記背側表面および前記腹側表面のうち少なくとも一方が、対応する稜線に沿って湾曲している、ブレード部品。 A blade part that is joined to a disk part by linear friction stir welding.
A blade-side joint surface formed at the base end and joined to the disk component,
It is equipped with a holding part that is held by the blade jig unit during linear friction stir welding.
When viewed from the normal direction of the blade-side joint surface, the blade-side joint surface forms a pair of ridges extending in the chord direction, and the holding portion is a dorsal extending in the chord direction outside the pair of ridges. A blade component having a lateral surface and a ventral surface, wherein at least one of the dorsal surface and the ventral surface is curved along a corresponding ridge.
前記ブレード治具ユニットが、
前記ブレード部品を保持するブレードチャック治具と、
前記ブレードチャック治具およびこれに保持された前記ブレード部品を振動させる振動付与部と、を備え、
前記ブレードチャック治具が、前記ブレード部品を収納する収納空間を形成する保持壁を有し、前記保持壁が、前記収納空間に面して前記背側表面および前記腹側表面と当接する一対の内面を有し、前記一対の内面のうち少なくとも一方が、対応する表面と整合するよう湾曲しており、前記振動付与部が、翼厚方向および翼弦方向のうち翼厚方向を主成分とする方向に、前記ブレード部品を振動させる、ブレード治具ユニット。
A blade jig unit used when joining a blade component to a disk component by linear friction bonding, and the blade component is formed at a base end thereof and is bonded to the disk side component, and a blade side bonding surface, and Having a holding portion, the blade-side joining surface forms a pair of ridges extending in the chord direction when viewed from the normal direction of the blade-side joining surface, and the holding portion is outside the pair of ridges. It has a dorsal surface and a ventral surface extending in the chord direction, and at least one of the dorsal surface and the ventral surface is curved along the corresponding ridgeline.
The blade jig unit
A blade chuck jig that holds the blade parts and
The blade chuck jig and a vibration applying portion for vibrating the blade parts held by the blade chuck jig are provided.
The blade chuck jig has a holding wall forming a storage space for storing the blade parts, and the holding wall faces the storage space and comes into contact with the dorsal surface and the ventral surface. It has an inner surface, and at least one of the pair of inner surfaces is curved so as to be aligned with the corresponding surface, and the vibration applying portion is mainly composed of the blade thickness direction of the blade thickness direction and the chord direction. A blade jig unit that vibrates the blade component in the direction.
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