JP6991177B2

JP6991177B2 - 部品リワークシステムのためのリワークプレスアセンブリとその使用方法

Info

Publication number: JP6991177B2
Application number: JP2019088297A
Authority: JP
Inventors: リュウシャン; ステファンディマシオポール; マシューロマスジョナサン; レーガンファニンアレクサンダー; リングリマードキャリー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: KR20190128595A; US11292220B2; US20190344522A1; JP2019206030A; EP3566807A1

Description

本発明の分野は一般に、寸法の不適合な部品のリワークに関し、より具体的には、高強度、低延性を有するような寸法不適合部品を、部品内への残留応力の導入を抑制するために高温においてリワークプレスアセンブリを用いてリワークすることに関する。

少なくともいくつかの既知の部品は、最初の製造プロセス、熱処理プロセス及び／又はその部品の実使用により、寸法的な歪みを経験する。例えば、少なくともいくつかの既知の部品は、熱処理中に少なくとも部品の熱膨張及び／又は部品内の残留応力に起因する、寸法の歪みを経験する。少なくともいくつかの場合には、寸法の歪を補正し、部品を実使用に適格とするためにリワークプロセスを受けなければならない場合がある。ただし、少なくともいくつかの既知のプロセスを使用して、低強度かつ高延性の材料特性を有する材料から形成された部品をリワークすれば、部品中に残留応力を残す可能性がある。例えば、既知のリワークプロセスの１つは、「ホットスポッティング（ｈｏｔｓｐｏｔｔｉｎｇ）」プロセスであり、部品の歪んだ領域の片側を材料が降伏するまで加熱し、対向する側は弾性を維持したまま膨張させて、歪んだ領域を加熱領域に向かって変形させる。ただし、ホットスポッティングプロセスを使用して、低強度かつ高延性の特性を有する材料から形成された部品をリワークすれば、加熱された領域に残留応力を残す可能性がある。

さらに、少なくともいくつかの他の既知のプロセスにおいては、高強度かつ低延性の特性を有する材料から形成された部品のリワークにより、リワークした部位に機械的性質の劣化を招く可能性がある。例えば、高強度かつ低延性の特性を有する材料から形成された部品を、部品の窪みをろう付けして充填すること及び／又は部品の出っ張り部を機械加工することによってリワークすれば、（ろう付けプロセスの結果として）異なる材料及び／又は（機械加工プロセスの結果として）リワーク領域から除去された材料のために、そのリワーク箇所で部品の性質が変化する可能性がある。そのためこれらのプロセスによる部品のリワークは、部品の重要領域以外に限定される。

一態様において、寸法の不適合な部品をリワークするためのリワークプレスアセンブリが提供される。リワークプレスアセンブリは、フレームと、フレームに結合され部品の第１の部分に接触するように構成されたダイと、ラム（ｒａｍ）とを含む。ラムは、リワークプレスアセンブリの軸に関してダイとは反対側に結合され、部品の第２の部分に接触するように構成される。ラムとダイはその間に部品キャビティを画定する。ダイとラムの内の少なくとも１つは、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリに対応して、軸に関して第１の長さを有する。ダイとラムの内の少なくとも１つは、第２の温度条件にあるプレスに対応して、軸に関して第２の長さを有し、第２の長さは第１の長さより長い。

別の態様においては、部品リワークシステムが提供される。部品リワークシステムは、熱エネルギを受けるように構成された内部環境を含む熱処理筐体と、寸法不適合部品をリワークするためのリワークプレスアセンブリを含む。リワークプレスアセンブリが、内部環境内に配置され、フレームと、フレームに結合されて部品の第１の部分に接触するように構成されたダイと、ラムとを含む。ラムは、リワークプレスアセンブリの軸に関してダイとは反対側に結合され、部品の第２の部分に接触するように構成される。ラムとダイはその間に部品キャビティを画定する。ダイとラムの内の少なくとも１つは、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリに対応して、軸に関して第１の長さを有する。ダイとラムの内の少なくとも１つは、第２の温度条件にあるプレスに対応して、軸に関して第２の長さを有し、第２の長さは第１の長さより長い。

さらに別の態様においては、部品のリワーク方法が提供される。この方法はリワークプレスアセンブリの部品キャビティ内に部品を配置するステップを含む。リワークプレスアセンブリが、フレームと、フレームに結合され、部品の第１の部分に接触するように構成されたダイと、ラムとを含む。ラムは、リワークプレスアセンブリの軸に関してダイとは反対側に結合され、部品の第２の部分に接触するように構成される。ラムとダイはその間に部品キャビティを画定する。ダイとラムの内の少なくとも１つは、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリに対応して、軸に関して第１の長さを有する。ダイとラムの内の少なくとも１つは、第２の温度条件にあるプレスに対応して、軸に関して第２の長さを有し、第２の長さは第１の長さより長い。この方法はまた、リワークプレスアセンブリと部品を第１の温度条件の熱処理筐体に配置するステップを含む。最後にこの方法は、熱処理筐体内の温度を、リワークプレスアセンブリが第２の温度条件になるまで昇温するステップを含む。

例示的な部品リワークシステムのブロック図である。図１に示す部品リワークシステムで使用可能な例示的リワークプレスアセンブリの側断面図であり、例示的な第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリを示す。図２に示すリワークプレスアセンブリの側断面図であり、例示的な第２の温度条件にあるリワークプレスアセンブリを示す。図２に示すリワークプレスアセンブリの第１の代替実施形態の側断面図であり、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリの第１の代替実施形態を示す。図４に示すリワークプレスアセンブリの側断面図であり、第２の温度条件にあるリワークプレスアセンブリを示す。図２に示すリワークプレスアセンブリの第２の代替実施形態の側断面図であり、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリの第２の代替実施形態を示す。図１、４、６に示す部品リワークシステムなどの、部品リワークシステムを用いた、寸法不適合部品をリワークするための例示的方法のフロー図である。

本明細書に記載の実施形態は、これに限るものではないが、例えば超合金で作られた部品を含む、高強度で低延性材料特性を有する部品の、既知のリワークシステムの欠点を少なくともいくつか克服する。実施形態には、寸法的に歪んだ部品のリワークをするためのリワークプレスアセンブリが含まれる。リワークプレスアセンブリには、部品の第１の部分に接触するように構成されたダイと、部品の第２の部分に接触するように構成されたラムと、ダイとラムの間に延在するフレームとが含まれる。ラムはダイの反対側に位置し、その間に部品キャビティを画定する。ラムは、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリに対応する、第１の長さと、第２の温度条件にあるプレスに対応する、より大きな第２の長さとを有する。こうして、ダイとラムの間の部品キャビティ内にリワークされる部品を配置したのち、リワークプレスアセンブリと部品の温度を、ラムの長さが増加して、ラムが部品を所定の量だけ圧縮して寸法歪を修正する結果となるように選択された所定の温度まで上昇させる。いくつかの実施形態において、部品の正確なリワークを容易にするために、ダイとラムは、部品の寸法的に正しい端部輪郭に対する相補的な外形となっている。

本明細書で使用される「概して」、「実質的に」、「約」などの近似的な表現は、他の指示がない限り、当業者には理解されるように、そのように修飾される用語が、絶対的又は完全な程度ではなく、近似的な程度にのみ適用され得ることを示す。したがって、「約」、「概して」、「実質的に」などの用語で修飾された値は、特定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似的な表現は値を測定する器具の精度に対応してもよい。さらに、用語「第１」、「第２」等は、他の指示がない限り、本明細書においては単なる標識として使用され、これらの用語が言及する項目に関して順序、位置、又は階層的な要件を課することを意図するものではない。さらに、例えば、「第２」のアイテムの参照は、例えば、「第１」以下の数字のついたアイテム、又は「第３」以上の数字のついたアイテムの存在を要求することも排除することもしない。

図１は、例示的な部品リワークシステム１００のブロック図である。例示的な実施形態において、部品リワークシステム１００は熱処理用筐体１０２を含む。筐体１０２の内部環境１０３は、熱処理用筐体１０２を囲む外部環境１０５からは、少なくとも部分的に断熱されている。リワークプレスアセンブリ１０４、及び部品長さ１１０を有し、ある材料１０８で形成された部品１０６が内部環境１０３内に配置されて、熱エネルギが内部環境１０３の中へ導入される。例示的な実施形態において、内部環境１０３が所定温度に達するまで、大気圧の加熱空気によって熱エネルギが熱処理筐体１０２の内部環境１０３へ導入される。代替実施形態において、内部環境１０３には、任意の圧力の任意の種類の不活性ガスが含まれ、それが本明細書に記載の部品リワークシステム１００の動作を容易にする。熱処理筐体１０２内の昇温された温度が、本明細書でさらに説明するように部品のリワーク１０６を容易にする。

例示的実施形態において、熱処理筐体１０２は、最大２３００°Ｆ（１２６０℃）までの内部温度を生成するように構成されたバッチ式炉１０２である。代替実施形態では、熱処理筐体１０２は、箱型炉、台車炉、エレベータ炉、ベル型炉、ピット炉、塩浴炉及び流動床炉の内の１つである。他の代替実施形態では、熱処理筐体１０２は、部品１０６の材料１０８のマトリックスを軟化させるのに十分な内部温度を生成可能な、任意の熱エネルギ発生装置である。

図２は、部品リワークシステム１００（図１に示す）で使用可能な例示的リワークプレスアセンブリ１０４の側断面図であり、例示的な第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリ１０４を示す。図３は、リワークプレスアセンブリ１０４（図２に示す）の側断面図であり、例示的な第２の温度条件にあるリワークプレスアセンブリ１０４を示す。例示的な実施形態において、リワークプレスアセンブリ１０４は、フレーム２０４に結合されたダイ２００と、プレスの長手軸２０６に関してダイ２００の反対側のフレーム２０４に結合されたラム２０２とを含む。部品１０６は、ダイ２００とラム２０２の間に画定された部品キャビティ２０８内に配置される。代替実施形態では、リワークプレスアセンブリ１０４は、本明細書で説明するように部品リワークシステム１００の動作を容易にする、プレス長手軸２０６に対して任意の方向に配置される、任意の数のダイ２００とラム２０２を含む。

例示的な実施形態において、ダイ２００は部品１０６の第１の部分２１０に接触するように構成され、かつフレーム２０４のダイ支持体２２６に結合される。ダイ２００は、部品１０６の第１の部分２１０の寸法的に正しい輪郭に対して相補的な外形をした成形面２１２を含む。代替実施形態では、ダイ２００は複数のダイ２００を含み、その複数のダイ２００は、ダイ支持体２２６の表面に沿い、かつプレスの長手軸２０６に対して実質的に垂直に画定されるダイ平面２１４に沿って複数の位置に配置可能である。更なる代替実施形態では、ダイ２００は、本明細書で説明する部品リワークシステム１００の動作を容易にする任意の構成を有する。

例示的な実施形態において、ラム２０２は部品１０６の第２の部分２１６に接触するように構成され、かつダイ２００とは反対のフレーム２０４のラム支持体２２４に結合される。ラム２０２は、部品１０６の第２の部分２１６の寸法的に正しい輪郭に対して相補的な外形をしたラム成形面２１８を含む。代替実施形態では、ラム２０２は複数のラム２０２を含み、その複数のラム２０２は、ラム支持体２２４の表面に沿って画定され、かつプレスの長手軸２０６に対して実質的に垂直なラム平面２１９に沿って配置可能である。更なる代替実施形態では、ラム２０２は、第１の温度条件においては部品１０６に接触せず、第１の温度条件では第１の部分２１０からラムギャップ２２０だけ離間している。更なる代替実施形態では、ラム２０２は、本明細書に記載の部品リワークシステム１００の動作を容易にする、任意の構成を有する。

例示的な実施形態において、フレーム２０４はダイ２００とラム２０２の間に延在する。より具体的には、フレームＩ２０４には、複数の支持ロッド２２２、ラム支持体２２４及びダイ支持体２２６が含まれる。各支持ロッド２２２は、ラム支持体２２４とダイ支持体２２６に結合され、それらの間及びそれらを貫通して延在する。例示的実施形態において、ラム支持体２２４はプレスの長手軸２０６に対して実質的に垂直にラム２０２を保持するように構成され、ダイ支持体２２６はプレスの長手軸２０６に対して実質的に垂直にダイ２００を保持するように構成されている。代替実施形態では、フレーム２０４はダイ２００を含む単一の一体部品であり、ラム２０２を保持するようになっている。更なる代替実施形態では、フレーム２０４は、本明細書に記載のリワークプレスアセンブリ１０４の動作を容易にする、任意の構成の任意の部品を有する。

例示的実施形態において、支持ロッド２２２はダイ支持体２２６とラム支持体２２４を貫通して受容可能であって、ダイ支持体２２６とラム支持体２２４を互いに結合するようになっている。より具体的には、各支持ロッド２２２には、複数のナット２３０のそれぞれのねじ（番号なし）に係合可能なねじ部２２８がある。各ナット２３０は、ラムギャップ２２０を減少させて所定の幅のラムギャップ２２０となるまで、各支持ロッド２２２に沿ってラム支持体２２４に向かってねじで前進可能である。その上、各支持ロッド２２２にはテーパ部２３２があり、これが、ダイ支持体２２６を貫通する相補的テーパのついた一対の貫通孔２３４の各一つに係合可能である。各テーパ付き貫通孔２３４は、対応する支持ロッド２２２のテーパ部２３２に相補的な外形であり、テーパ部２３２と接合して、支持ロッド２２２がダイ２００を部品１０６の第１の部分２１０に対して保持することを容易にするが、ダイ支持体２２６を通ってラム２０２の方向へ完全に引き抜かれることは阻止するようになっている。代替実施形態では、支持ロッド２２２、ダイ支持体２２６及びラム支持体２２４は、本明細書に記載のリワークプレスアセンブリ１０４の動作を容易にする任意の方法で協働するように構成されている。

例示的実施形態において、フレーム２０４は冷却システム３００を含む。冷却システム３００は、フレーム２０４及びダイ２００を貫通して冷却流体の流れを導くように構成された冷却通路３０２を含んでいる。より具体的には、第１の冷却通路３０２はダイ支持体２２６を貫通して延在し、第２の冷却通路３０２はラム支持体２２４を貫通して延在する。追加又は代替として、支持ロッド２２２が冷却通路３０２を含む。例示的実施形態において、冷却流体はエチレングリコールである。代替実施形態において、冷却流体には、プロピレングリコール、高温冷却剤、冷媒、冷却ガス、または他の適切な冷却剤のうちの少なくとも１つが含まれる。ポンプ（図示せず）が冷却通路３０２を介して冷却流体を循環させて熱交換機（図示せず）に送るように構成され、冷却流体と、冷却通路３０２を含むリワークプレスアセンブリ１０４の一部との間の熱エネルギ交換を容易にする。冷却システムの冷却能力は、冷却流体の容積、冷却流体の種類、冷却システム３００の容積出力、並びに熱交換機の種類及び／又は効率、の少なくとも１つを選択することにより決定される。代替実施形態では、冷却システム３００には、部品リワークシステム１００の動作を容易にする、任意の部品が含まれる。

例示的実施形態において、ダイ２００は第１の熱膨張係数を有する第１の材料２３６から製造され、フレーム２０４は第２の熱膨張係数を有する第２の材料２３８から製造され、ラム２０２は第３の熱膨張係数を有する第３の材料２４０から製造される。例示的実施形態において、第１の材料２３６と第２の材料２３８、したがって第１の熱膨張係数と第２の熱膨張係数は同一であり、第３の材料２４０は第１の材料２３６と第２の材料２３８とは異なる。少なくともいくつかの実施形態において、部品１０６の熱膨張係数は、第１の熱膨張係数、第２の熱膨張係数及び第３の熱膨張係数のそれぞれよりも大きい。第３の材料２４０の熱膨張係数は、第１と第２の熱膨張係数よりも大きく、その結果リワークプレスアセンブリ１０４のいくつかの構成要素が、そのほかのリワークプレスアセンブリ１０４の構成要素に対して所定の熱膨張を生じ、それによって、後で詳細を述べるように、機械又は油圧によるプレスシステムを必要とせずに部品リワークシステム１００の動作が容易となる。

例示的実施形態において、第１の材料２３６と第２の材料２３８はチタン－ジルコニウム－モリブデン合金であり、第３の材料２４０は異なる熱膨張を容易にする、ＲＥＮＥ’１０８などのニッケル基超合金である。例えば、チタン－ジルコニウム－モリブデン合金の熱膨張係数は、ＲＥＮＥ’１０８合金の約２／３である。代替的には、第１の材料２３６と第２の材料２３８もまたＲＥＮＥ’１０８などのニッケル基超合金であるが、後で述べるように、冷却流体と相互作用して、第３の材料２４０に対して熱膨張差を生じるように構成される。代替実施形態において、第１の材料２３６、第２の材料２３８及び第３の材料２４０はそれぞれ、チタン－ジルコニウム－モリブデン合金、Ｒ１０８合金、ＧＴＤ１１１合金（「ＧＴＤ１１１」はＮｅｗＹｏｒｋ州ＳｃｈｅｎｅｃｔａｄｙのＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙ社の登録商標である）、ＩＮ７３８合金（「ＩＮ７３８」はＫｅｎｔｕｃｋｙ州ＢｕｒｎａｕｇｈのＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎＡｌｌｏｙｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の登録商標である）、ＲＥＮＥ’５合金（「ＲＥＮＥ’５」はＮｅｗＹｏｒｋ州ＳｃｈｅｎｅｃｔａｄｙのＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙ社の登録商標である）、ＲＥＮＥ’４合金（「ＲＥＮＥ’４」はＮｅｗＹｏｒｋ州ＳｃｈｅｎｅｃｔａｄｙのＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙ社の登録商標である）及び体積比で少なくとも５０％のγ′相を有するニッケル基超合金のうちの少なくとも１つである。他の代替実施形態では、第１の材料２３６と第２の材料２３８はそれぞれ、グラファイト材料及びセラミック材料の内の少なくとも１つである。更なる例示的実施形態においては、第１の材料２３６と第３の材料２４０は同一であり、第１の熱膨張係数と第３の熱膨張係数は同一であり、第２の材料２３８は第１の材料２３６と第３の材料２４０とは異なって、ダイとラムが反転するようになっている。更なる代替実施形態では、リワークプレスアセンブリ１０４は、本明細書に記載の部品リワークシステム１００の動作を容易にする、任意の温度係数を有する材料の任意の組み合わせを有する。

例示的実施形態において、部品１０６は、高強度、低延性の物理的性質を有する材料１０８から作製されるタービンノズルである。より具体的には、部品１０６はタービンノズルであり、材料１０８はＲＥＮＥ’１０８合金である。代替実施形態では、部品１０６は体積比で少なくとも３０％のγ′相を有するニッケル基超合金から作製される。更なる代替実施形態では、部品１０６は本明細書に記載のリワークプロセスに対応する任意の強度及び延性を有する任意の材料から作製される。図２を参照する例示的な実施形態では、部品１０６は、図２に示すように第１の部分２１０の基部２４２に寸法的な歪みを有する、第１の歪んだ状態にある。代替実施形態では、部品は、部品１０６のエアフォイル２４４と先端構造２４６の少なくとも１つに寸法的な歪みを有する。更なる代替実施形態では、部品１０６は、本明細書に記載の部品リワークシステム１００を用いて修正可能な、任意のタイプ、大きさ及び数の寸法的な歪みを有する。

図２において、部品１０６及びリワークプレスアセンブリ１０４が第１の温度条件、すなわち第１の温度で示されている。例示的な実施形態では、第１の温度条件は、部品リワークシステム１００の、休止したすなわちリワークをしていない状態及び／又は初期の開始状態に関係する。代替実施形態では、第１の温度条件は、リワークプレスアセンブリ１０４及び／又は部品１０６の任意の適切な状態に関係する。第１の温度条件にある、部品１０６とリワークプレスアセンブリ１０４に応じて、ラム２０２はプレスの長手軸２０６に対してラムの第１の長さ２４８にあり、ダイ２００はプレスの長手軸２０６に対してダイの第１の長さ２４９にある。例示的実施形態では、第１の温度条件においてラム２０２は部品１０６の第２の部分２１６に接触していなように示されている。代替実施形態では、第１の温度条件においてラム２０２は部品１０６に接触している。他の代替実施形態では、ラム２０２は、リワークプレスアセンブリ１０４が本明細書に記載される機能を実行可能なだけの位置で部品１０６に接触する。

図３において、部品１０６及びリワークプレスアセンブリ１０４が第２の温度条件、すなわち第２の温度で示されている。例示的な実施形態では、第２の温度条件は、部品リワークシステム１００のリワーク完了の設定点状態に関係する。代替実施形態では、第２の温度条件は、部品リワークシステム１００及び／又は部品１０６の任意の適切な状態に関係する。部品１０６及びリワークプレスアセンブリ１０４が第２の温度条件にあることに応じて、ラム２０２はプレスの長手軸２０６に対してラムの第２の長さ２５０にある。ここで、ラムの第２の長さ２５０はラムの第１の長さ２４８より大きい。そして、ダイ２００はプレスの長手軸２０６に対してダイの第２の長さ２５２にある。ここで、ダイの第２の長さ２５２はダイの第１の長さ２４９と実質的に等しい。例示的な実施形態では、リワークシステムアセンブリ１０４と部品１０６が第２の温度条件にある時、ラム２０２は、部品リワークシステム１００と協働して、ラム２０２の熱膨張によるラム２０２の長さ変化の結果として、部品１０６が所定量だけ変形し終えるような、大きさと位置になっている。

より具体的には図２及び図３を参照すると、リワークプレスアセンブリ１０４が第１の温度条件から第２の温度条件に遷移すると、ラム２０２が熱膨張する。ラム２０２の熱膨張により、ラム２０２は少なくともプレスの長手軸２０６に沿う長さが延びる。例示的実施形態において部品１０６の弾性係数は、ラム２０２の弾性係数、ダイ２００の弾性係数、フレーム２０４の弾性係数のいずれよりも小さいので、ラム２０２がラムの第２の長さ２５０に遷移すると、部品１０６の熱膨張を更に克服するだけの十分な力で部品１０６をラム２０２とダイ２００の間で圧縮して、部品１０６を所定量だけ変形させる。代替実施形態では、ラム２０２とダイ２００とフレーム２０４の内の少なくとも１つの弾性係数が、部品１０６の弾性係数よりも小さく、かつラム２０２とダイ２００とフレーム２０４の内のその少なくとも１つには冷却通路３０２が含まれる。

例示的実施形態において、与えられた次元に沿う材料の熱膨張δは、材料の線熱膨張係数α、第１の温度条件Ｔ１から第２の温度条件Ｔ２への温度変化及び次元の大きさＬに関係する。例示的実施形態において、部品１０６とリワークプレスアセンブリ１０４が第１の温度条件から第２の温度条件に遷移する結果として、リワークプレスアセンブリ１０４内の部品１０６が受ける歪εの大きさの決定に、少なくとも次式が利用される。ここで、ダイ２００の第１の材料２３６は、ラム２０２の第３の材料２４０の熱膨張係数よりかなり小さい熱膨張係数を有する。

（式１）
ここでＬ_ｃ１は第１の温度条件における部品長さ１１０を表し、α_ｃは部品１０６の熱膨張係数を表し、Ｌ_ｐ１は第１の温度条件におけるリワークプレスアセンブリ１０４の長さを表し、α_ｐはリワークプレスアセンブリ１０４の熱膨張係数を表し、Ｌ_ｒ１は第１の温度条件におけるラム２０２の長さを表し、α_ｒはラム２０２の熱膨張係数を表し、δはランプギャップ２０２を表す。

部品１０６は、例えば座標測定器（ＣＭＭ）プロセス、青色光３次元走査プロセス及びゲージ測定プロセスの内の少なくとも１つにより検査され、部品１０６の正しい寸法の部品１０６からの寸法偏差が判定される。少なくとも上式を用いて、例えば、個体モデリングプログラムで部品１０６とリワークプレスアセンブリ１０４に有限要素モデリングが遂行されて、第２の温度条件において寸法的に正しい部品１０６を得るために、第１の温度条件においてリワークプレスアセンブリ１０４の構成要素が取らなければならない、複数の第１の寸法が決定される。部品１０６とリワークプレスアセンブリ１０４は、次に第１の温度条件から第２の温度条件へ遷移させられ、材料１０８内の少なくとも１つの降伏機構及びクリープ機構の結果として部品１０６が永久変形させられ、結果として寸法的に正しい部品１０６が得られる。代替例においては、リワークプレスアセンブリ１０４と部品１０６のそれぞれの熱膨張、歪及び変形は、部品リワークシステム１００を本明細書に記載のように機能することを可能とする任意の方法を用いて計算される。

部品１０６の寸法補正を、プレスの長手軸２０６に沿って対向配置されたダイ２００とラム２０２を用いて、プレス長手軸２０６に沿う補正という形でこれまでに説明したが、いくつかの実施形態では、部品１０６の不適合な回転及び傾斜の寸法補正も、リワークプレスアセンブリ１０４の任意の適切な軸に関して対向配置されたダイ２００とラム２０２を用いて、実質的に同様に行われることを理解されたい。例えば、部品１０６の傾斜形状の不整合を修正するために、ダイ２００とラム２０２が、プレス長手軸２０６に垂直な、図２及び図３の視野の紙面外にある軸に沿って、かつプレス長手軸２０６に沿って互いにずれて対向配置される。別の例では、部品１０６の回転の不整合を修正するために、ダイ２００とラム２０２がさらに、プレス長手軸２０６に垂直な、図２と図３の視野の紙面内にある軸に沿って互いにずれている。

図４は、（図２に示す）リワーク用プレスアセンブリ１０４の第１の代替実施形態の側断面図であり、第１の温度条件にあるリワーク用プレスアセンブリ１０４の第１の代替実施形態を示す。図５は、（図４に示す）リワーク用プレスアセンブリ１０４の第１の代替実施形態の側断面図であり、第２の温度条件にあるリワーク用プレスアセンブリ１０４の第１の代替実施形態を示す。図４と図５に示すリワークプレスアセンブリ１０４の実施形態は、ラム２０２とダイ２００が部品１０６の端部輪郭の所定の位置にのみ配置されて接触するようになった台座であることと、フレーム２０４が断熱体４００で実質的に囲まれていることを除けば、図２と図３に示す実施形態と実質的に同じである。代替実施形態では、リワークプレスアセンブリ１０４の任意の構成要素は実質的に断熱体４００で囲まれている。例示的実施形態では、第１の温度条件において、ラム２０２はプレス長手軸２０６に関して、ラムの第１の長さ２４８にあり、ダイ２００はプレス長手軸２０６に関して、ダイの第１の長さ２４９にあり、ダイ２００は第１の部分２１０に接触し、ラム２０２は第２の部分２１６に接触している。

例示的実施形態では、部品リワークシステム１００と部品１０６が第２の温度条件にあることに対応して、ラム２０２はラムの第２の長さ２５２となり、ダイ２００はダイの第２の長さ２５０となる。ここで、ダイの第２の長さ２５２はダイの第１の長さ２４９より長く、ラムの第２の長さ２５０がラムの第１の長さ２４８より長い。このリワークプレスアセンブリ１０４の代替実施形態を使用すると、部品１０６は、ラム２０２とダイ２００に生じる熱膨張の結果として部品１０６の対向する端部の特定の位置に印加される力によってリワークされる。

例示的実施形態では、断熱体４００は、リワークプレスアセンブリ１０４のフレーム２０４への熱移動を阻止する断熱材料４０２で作製される。より具体的には、断熱材料４０２は、熱移動速度が小さいセラミック材料であり、フレーム２０４を実質的に囲むように配置される。断熱体４００は熱膨張に対するフレーム２０４の感受性を低減し、昇温した温度条件の結果としてのクリープ及び／又は変形に対する抵抗が部品１０６の材料１０８以下である第２の材料２３８の使用を可能とする。代替実施形態において、断熱材料４０２は、岩綿及びセラミック繊維材料のうちの少なくとも１つである。更なる代替実施形態では、断熱材４００は冷却システム３００と併用される。更に別の代替実施形態では、断熱材４００は任意の材料から作製され、本明細書に記載のリワークシステム１００の動作を容易にする、リワークシステム１００の任意の部分に配置される。

図６は、（図２に示す）リワークプレスアセンブリ１０４の第２の代替実施形態の側断面図であり、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリ１０４の第２の代替実施形態を示す。図６に示すリワークプレスアセンブリ１０４の実施形態は、質量４０４がラム２０２の外側部分４０６に結合されていることを除けば、図２及び図３に示す実施形態と実質的に同じである。例示的実施形態では、質量４０４は静止質量であって、リワークプレスアセンブリ１０４と協働して、質量４０４の重量に比例する力をラム２０２を介して部品１０６に印加することにより、寸法不適合部品１０６をリワークするようになっている。例えば、質量４０４は、部品１０６に対応する前もって選択された変形を生じさせるために、９キログラム（２０ポンド）の質量となるように選択される。別の例では、質量４０４は、ＲＥＮＥ’１０８で作製された部品に最大０．０１インチの局所的変形を生じさせるために、１６キログラム（３５ポンド）の質量となるように選択される。図示した実施形態では、プレス長手軸２０６は鉛直方向に実質的に整列していることを理解されたい。代替実施形態では、質量４０４は任意の質量であって、本明細書に記載のリワークプレスアセンブリ１０４の動作を容易にする、リワークプレスアセンブリ１０４の任意の部分に結合されている。さらに追加の実施形態において、リワークプレスアセンブリ１０４には、部品１０６の前もって選択されたリワーク量が完了したのちに、質量４０４による部品１０６への力の印加を解放するように構成された解放装置（図示せず）が含まれる。別の追加の実施形態では、アーム（図示せず）が部品１０６に結合され、質量４０４が部品１０６から離間されて、アームに結合され、部品１０６にモーメントを生成して部品１０６のリワークを容易にするようになっている。いくつかの実施形態では、質量４０４が印加されて、部品リワークシステム１００の温度条件の変化を伴わずに部品１０６をリワークする。

図７は、部品リワークシステム１００（図１に示す）などの部品リワークシステムを用いた、寸法不適合部品をリワークするための例示的方法５００のフロー図である。図１～図６を参照すると、方法５００はリワークプレスアセンブリ１０４などのプレスアセンブリの、部品キャビティ２０８などの部品キャビティ内に、部品１０６などの部品を配置するステップ５０２を含む。プレスアセンブリには、部品の、第１の部分２１０などの第１の部分に接触するように構成された、ダイ２００などのダイと、部品の、第２の部分２１６などの第２の部分に接触するように構成された、ラム２０２などのラムであって、プレス長手軸２０６などのプレス長手軸に沿ってダイとは反対側に配置され、その間に部品キャビティを画定する、ラムとが含まれる。ダイとラムの内の少なくとも１つは、第１の温度条件にあるプレスアセンブリに対応して、プレス長手軸に関してラムの第１の長さ２４８及び／又はダイの第１の長さ２４９などの第１の長さを有し、ダイとラムのうちの少なくとも１つは、第２の温度条件にあるプレスアセンブリに対応して、プレス長手軸に関してラムの第２の長さ２５０及び／又はダイの第２の長さ２５２などの第２の長さを有し、第２の長さは第１の長さよりも長く、フレーム２０４などのフレームがダイとラムの間に延在する。方法５００はまた、プレスアセンブリと部品を第１の温度条件において、熱処理筐体１０２などの熱処理筐体内に配置するステップ５０４を含む。最後に方法５００は、熱処理筐体内の温度を、プレスアセンブリが第２の温度条件になるまで昇温するステップ５０６を含む。追加の実施形態では方法５００は、部品の寸法不適合量を判定し、部品の熱膨張を計算し、プレスアセンブリの熱膨張を計算し、プレスアセンブリを用いた部品のリワークを容易にする第２の温度条件を決定する追加のステップを含む。

上記の実施形態では、超合金で作られた部品などの、高強度で低延性の材料特性を有する部品に対する、既知のリワークシステムの欠点の少なくともいくつかが克服される。上記の実施形態は、ニッケル基超合金などの、高強度の低延性材料で作製された部品における寸法歪みを、その部品の機械的及び構造的機能の劣化を阻止しつつ、修正することを可能とする。上記の実施形態はまた、ホットスポッティングや伝統的な部品矯正プロセスなどの、寸法不適合を修正する少なくともいくつかの既知の方法において必要とされる試行錯誤プロセスを改良する、１回きりのプロセスで、寸法不適合の制御された正確な修正を行うことを容易にする。さらに、少なくとも部分的には熱処理プロセスのおかげで、上記の実施形態では、部品内に残留応力を導入することを阻止しながら、部品の寸法不適合の修正を容易にする。実施形態には、寸法不適合部品のリワークをするためのリワークプレスアセンブリが含まれる。リワークプレスアセンブリには、部品の第１の部分に接触するように構成されたダイと、部品の第２の部分に接触するように構成されたラムと、ダイとラムの間に延在するフレームとが含まれる。ラムはプレス長手軸に沿ってダイの反対側に位置し、その間に部品キャビティを画定する。ラムは、第１の温度条件にあるリワークプレスアセンブリに対応する、プレス長手軸に対する第１の長さと、第２の温度条件にあるプレスに対応する、プレス長手軸に対する第２の長さとを有する。ここで、第２の長さは第１の長さよりも長い。こうして、ダイとラムの間の部品キャビティ内にリワークされる部品が配置されたのち、リワークプレスアセンブリと部品の温度が選択された所定の温度まで上昇される。そうしてラムの長さが増加し、ラムが部品を所定量だけ圧縮して寸法歪を修正する結果となる。ラム長さは第２の温度条件に関連する所定量だけ増加し、第２の温度条件を越えて温度上昇がされない限りはそれ以上とはならないので、リワークプレスアセンブリは、部品の過圧縮の阻止を容易とする。いくつかの実施形態において、部品の正確なリワークを可能とするために、ダイとラムは部品の寸法的に正しい端部輪郭に対して相補的な外形となっている。

リワークプレスアセンブリ、リワークシステム及びそのリワークシステムを組み込んだ方法の例示的実施形態をこれまで詳細に記述した。システム及び方法は本明細書に記載した特定の実施形態に限るものではない。むしろシステムの構成要素及び／又は方法のステップは、本明細書に記載の他の構成要素及び／又はステップから独立して個別に利用されてもよい。例えば、リワークプレスアセンブリは他の機械及び方法と組み合わせて使用されることも可能であり、本明細書に記載のリワークシステムと共にのみ実行されるように限定されるものではない。むしろ、実施形態は、他の多くの用途に関連して実行及び活用することが可能である。

本開示の様々な実施形態の特定の特徴がいくつかの図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは単に便宜的なものである。さらには、上記の説明における「一実施形態」という表現は、それもまた列挙された特徴を含む追加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していない。本開示の原理に従って、図面の任意の特徴は他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求され得る。

この書面の記述は、最良の形態を含む実施例を使用して本開示を例示し、また当業者に、任意のデバイスまたはシステムの作製と使用、および組み込まれた任意の方法の遂行を含む本発明の実行を可能とさせる。本開示の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の実施例も含み得る。そのような他の例は、もしそれらが請求項の文字通りの言葉に違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉からあまり差異のない等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

Claims

傾斜形状を有する部品をリワークするためのリワークプレスアセンブリであって、
フレームと、
ラムと、
前記フレームに結合され、部品の第１の部分に接触するように構成されたダイと、
を備え、
前記ラムは、前記ラムよりも長く延在する、前記フレームのラム支持体の表面に結合され、前記部品と共に前記フレーム内に配置され、
前記ラムは、前記フレームの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムは、前記ダイの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムが加熱により第１の長さから第２の長さに遷移することにより、前記フレーム内で前記部品を圧縮して、前記部品を変形させ、
前記ラムは前記リワークプレスアセンブリの軸に関して前記ダイとは反対側に結合され、前記ラムは前記部品の第２の部分に接触するように構成され、
前記ラムと前記ダイとがその間に部品キャビティを画定し、
前記ダイは、前記部品の傾斜形状に対応した変化する高さを有する、リワークプレスアセンブリ。
傾斜形状を有する寸法不適合部品をリワークするためのリワークプレスアセンブリであって、
フレームと、
前記フレームに結合され、部品の第１の部分に接触するように構成され、前記部品の傾斜形状に対応した変化する高さを有するダイと、
前記リワークプレスアセンブリの軸に関して前記ダイとは反対側に結合されたラムであって、前記ラムは前記部品の第２の部分に接触するように構成され、前記ラムと前記ダイとがその間に部品キャビティを画定する、ラムと、
を備え、
前記ラムは、前記ラムよりも長く延在する、前記フレームのラム支持体の表面に結合され、
前記ラムは、第１の温度条件にある前記リワークプレスアセンブリに対応して、前記軸に関して第１の長さを有し、
前記ラムは、第２の温度条件にある前記リワークプレスアセンブリに対応して、前記軸に関して第２の長さを有し、
前記第２の長さは前記第１の長さよりも長く、
前記ラムは、前記フレームの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムは、前記ダイの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムの、前記第１の長さから前記第２の長さへの遷移が、前記フレーム内で前記部品を圧縮して、前記部品を変形させる、リワークプレスアセンブリ。
部品リワークシステムであって、
熱エネルギを受けるように構成された内部環境を備える熱処理筐体と、
傾斜形状を有する寸法不適合部品をリワークするためのリワークプレスアセンブリと、
を備え、
前記内部環境内に配置された前記リワークプレスアセンブリは、
フレームと、
前記フレームに結合され、部品の第１の部分に接触するように構成され、前記部品の傾斜形状に対応した変化する高さを有するダイと、
前記フレームに、前記リワークプレスアセンブリの軸に関して前記ダイとは反対側に結合されたラムであって、前記ラムは前記部品の第２の部分に接触するように構成され、前記ラムと前記ダイとがその間に部品キャビティを画定する、ラムと、
を備え、
前記ラムは、前記ラムよりも長く延在する、前記フレームのラム支持体の表面に結合され、
前記ラムは、第１の温度条件にある前記リワークプレスアセンブリに対応して、前記軸に関して第１の長さを有し、
前記ラムは、第２の温度条件にある前記リワークプレスアセンブリに対応して、前記軸に関して第２の長さを有し、
前記第２の長さは前記第１の長さよりも長く、
前記ラムは、前記フレームの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムは、前記ダイの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムの、前記第１の長さから前記第２の長さへの遷移が、前記フレーム内で前記部品を圧縮して、前記部品を変形させる、部品リワークシステム。
前記ラムは、前記軸に実質的に垂直なラム平面に沿う複数の位置に配置可能な、複数のラムを備える、請求項３に記載の部品リワークシステム。
前記ダイと前記ラムの少なくとも１つは、前記部品の前記第１の部分の寸法的に正しい輪郭と前記第２の部分の寸法的に正しい輪郭のそれぞれ１つに対して相補的な外形をした成形面を備える、請求項３または４に記載の部品リワークシステム。
前記ダイは第１の熱膨張係数を有する第１の材料を備え、前記フレームは第２の熱膨張係数を有する第２の材料を備え、前記ラムは第３の熱膨張係数を有する第３の材料を備え、前記第１の熱膨張係数と前記第２の熱膨張係数は同じであり、前記第３の熱膨張係数は前記第１と前記第２の熱膨張係数よりも大きい、請求項３乃至５のいずれかに記載の部品リワークシステム。
前記第１の材料と前記第２の材料はそれぞれ、チタン－ジルコニウム－モリブデン合金及び体積比で少なくとも５０％のγ′相を有するニッケル基超合金のうちの少なくとも１つである、請求項６に記載の部品リワークシステム。
前記フレーム、前記ダイ及び前記ラムのうちの少なくとも１つは、前記フレーム、前記ダイ及び前記ラムの少なくとも１つを通る冷却流体の流れを送るように構成された冷却通路を備える、請求項３乃至７のいずれかに記載の部品リワークシステム。
前記フレーム、前記ダイ及び前記ラムの少なくとも１つを実質的に取り囲み、かつ熱伝達を抑制するように構成された断熱材料を更に備える、請求項３乃至８のいずれかに記載の部品リワークシステム。
前記ラムに結合可能な少なくとも１つの質量をさらに備え、前記少なくとも１つの質量は、前記リワークプレスアセンブリと協働して前記寸法不適合部品をリワークするために前記部品に力を印加するように構成された、請求項３乃至９のいずれかに記載の部品リワークシステム。
傾斜形状を有する部品のリワーク方法であって、
リワークプレスアセンブリの部品キャビティ内に部品を配置するステップと、
前記リワークプレスアセンブリと前記部品を第１の温度条件の熱処理筐体に配置するステップと、
前記熱処理筐体内の温度を、前記リワークプレスアセンブリが第２の温度条件になるまで昇温するステップと、
を含み、
前記リワークプレスアセンブリは、
フレームと、
ラムと、
前記リワークプレスアセンブリが、前記フレームに結合され、部品の第１の部分に接触するように構成され、前記部品の傾斜形状に対応した変化する高さを有するダイと、
を備え、
前記ラムは、前記ラムよりも長く延在する、前記フレームのラム支持体の表面に結合され、前記部品と共に前記フレーム内に配置され、
前記ラムは、前記フレームの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムは、前記ダイの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムが加熱により第１の長さから第２の長さに遷移することにより、前記フレーム内で前記部品を圧縮し、前記部品を変形させ、
前記ラムは前記リワークプレスアセンブリの軸に関して前記ダイとは反対側に結合され、前記ラムは前記部品の第２の部分に接触するように構成され、前記ラムと前記ダイとがその間に部品キャビティを画定する、方法。
部品のリワーク方法であって、
傾斜形状を有するリワークプレスアセンブリの部品キャビティ内に部品を配置するステップと、
前記リワークプレスアセンブリと前記部品を第１の温度条件の熱処理筐体に配置するステップと、
前記熱処理筐体内の温度を、前記リワークプレスアセンブリが第２の温度条件になるまで昇温するステップと、
を含み、
前記リワークプレスアセンブリは、
フレームと、
前記フレームに結合され、前記部品の第１の部分に接触するように構成され、前記部品の傾斜形状に対応した変化する高さを有するダイと、
前記リワークプレスアセンブリの軸に関して前記ダイとは反対側に結合されたラムであって、前記ラムは前記部品の第２の部分に接触するように構成され、前記ラムと前記ダイとがその間に前記部品キャビティを画定する、ラムと、
を備え、
前記ラムは、前記ラムよりも長く延在する、前記フレームのラム支持体の表面に結合され、
前記ラムは、第１の温度条件にある前記リワークプレスアセンブリに対応して、前記軸に関して第１の長さを有し、
前記ラムは、第２の温度条件にある前記リワークプレスアセンブリに対応して、前記軸に関して第２の長さを有し、
前記第２の長さは前記第１の長さよりも長く、
前記ラムは、前記フレームの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムは、前記ダイの熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の材料で形成され、
前記ラムの、前記第１の長さから前記第２の長さへの遷移が、前記フレーム内で前記部品を圧縮し、前記部品を変形させる、リワークプレスアセンブリである、方法。
前記フレーム、前記ダイ及び前記ラムの少なくとも１つの中の冷却通路を通して、冷却流体の流れを導くステップを更に含む、請求項１１または１２に記載の方法。
前記ダイは第１の熱膨張係数を有する第１の材料を備え、前記フレームは第２の熱膨張係数を有する第２の材料を備え、前記ラムは第３の熱膨張係数を有する第３の材料を備え、前記第１の熱膨張係数と前記第２の熱膨張係数は同じであり、前記第３の熱膨張係数は前記第１と前記第２の熱膨張係数よりも大きい、請求項１１乃至１３のいずれかに記載の方法。
前記部品を前記リワークプレスアセンブリの前記部品キャビティ内に配置するステップが、前記部品の前記第１の部分を、前記部品の前記第１の部分の寸法的に正しい輪郭に対して相補的な外形をした前記ダイの成形面に対して配置することを含む、請求項１１乃至１４のいずれかに記載の方法。