JPH0280149A - タービンブレードの鍛造プリフォームの成形方法及び成形金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はジェットエンジン、ガスタービンエンジン用の
タービンブレードの製造、特にその鍛造プリフォームの
成形方法及び成形金型に関するものである。

（従来の技術） 近時、ガスタービン等のエンジン効率の向上を目指して
ガス温度は年々上昇し、最近では１１．００“０〜１３
００°Ｃからそれ以上に進もうとしている。

そして、これに対応してタービン材料も変化し、タービ
ンブレードも耐熱強度を高めた新材料が使用されると共
に、１３００°Ｃ以上というタービン人口温度に耐える
ためにブレード（２１）自身にも第８図に示すように空
気冷却穴（２２）が不可欠となっている。

ところで、かかる空気冷却穴付きタービンブレードの製
造は素材の厳選に始まり、多くの加工工程を経て完成さ
れるが、従来、その代表的な方法としては次のような各
方法が試みられている。

即ち、その１つは精密鋳造による方法であり、他の１つ
は精密鋳造＋電気加工による方法、更にもう１つはター
ビンブレード形状を背側と腹側に２分割して製作する方
法である。以下、これら各方法について説明すると、 （１）精密鋳造による方法 この方法は先ず、空気冷却穴形状のセラミック中子を作
り、これを抱え込んだ形で製品のロー模型を作成する。

そして、セラミックスラリ−で該ロー模型をコーティン
グした後、加熱して脱ローし、ニッケル基耐熱合金等の
溶融金属を鋳込み最後に鋳型をこわし、湯口を切断する
と共に、セラミンク中子をアルカリで溶解して製作する
方法である。

（２）精密鋳造＋電気加工による方法 この方法は第９図（イ）　（ＴＩ）に示すように材料製
造。

素材切断の後、荒地鍛造、型打鍛造の２回の鍛造で大体
の形状を作り、これに研削又は電気加工などの加工を施
して形を整え、空気冷却穴をあける方法である。

この場合、電気加工としては電極と加工液中の被加工物
との間にアーク放電させ、加工物を溶出させる放電加工
と、電気分解によって陽極金属が溶出されるのを利用し
、狭い極間に流速のある加工液を流し、被加工物を電極
の形状に仕上げる電解加工があり、状況に応じ適宜、実
施される。

そして、最後に翼部仕上げ加工とコーティングを行う。

（２）半割れブレードによる方法 この方法は第１０図に示すように空気冷却穴をもったタ
ービンブレード形状を背側（＾）と腹側（Ｂ）に２分割
し、背側、腹側夫々に対しキャビティ空間（Ａ′）、（
Ｂ’）をもつ金型（２３）　（２４）を製作して該製作
された上記背側、腹側の金型（２３）　、　（２４）を
用いてそれぞれの部品（Ａ）（Ｂ）を恒温鍛造により製
作し、しかる後、上記製作された各部（Ａ）　（Ｂ）を
互いに対応させて空気穴（２２）付きタービンブレード
（２１）の形状に衝合し、拡散接合一体化する方法であ
る。

しかして、上記各方法において、（１）の精密鋳造によ
る方法では空気冷却穴の加工が煩雑であり、（２）の電
気加工を付加した方法では電気加工の速度が遅く、多数
の孔をあける上で効率上、問題があって−，，（３）の
半割れブレードによる方法が現在、最も進んだ方法と目
されている。

ところで、上記の如きタービンブレードの製造において
、一般にその鍛造プリフォームの製作はワイヤカット又
は切削加工によってビレットから直接製作するのが通常
であった。

（発明が解決しようとする課題） しかしタービンブレードの体積分布は第１１図（イ）　
（ＴＩ）に示すように翼部（２５）に比し翼根部（固定
部）　（２７）に片寄っており、鍛造プリフォームは複
雑な形状である。このため、さきの半割れブレードによ
る方法においても材料歩留りに問題を有し、これをよく
する鍛造プリフォームの成形方法は１つの課題であった
。しかも、又、つば部（２６）の形状は鍛造では成形が
難しい垂直面形状であるため鍛造成形時に割れやしわき
ずが生じ、つば部（２６）のみ鍛造加工でニャネットシ
エイプ（Ｎｅａｒ　Ｎｅｔ　５ｈａｐｅ）に仕上げるこ
とは困難であった。そこで、最終的に放電加工または切
削加工によりつば部の余肉を除去することが行われてお
り、これも材料歩留りが悪化する要因となっていた。

本発明は上述の如き実状に対処し、押出成形法によって
鍛造プリフォームを作成することによりビレットから切
り出される素材形状を単純化し、同時につば部をプリフ
ォーム成形の段階でニヤネットに仕上げることを目的と
するものである。

（課題を解決するための手段） しかして、上記目的を達成するための本発明にあっては
、単純形状の素材を押出成形する工程において、ブレー
ドの翼部と翼根部（固定部）をそれぞれ前後方押出によ
り成形すると共に、つば部を据え込みにより最終的にニ
ャネ・ントに成形することで歩留りの良好な鍛造プリフ
ォームを作成することを基本としている。

即ち、本発明の１つは翼根部（固定部）を密閉金型内に
押出成形し、かつ、翼部をダイスにより押出成形すると
共に更につば部を据え込みにより成形してブレード又は
ブレード状部品の鍛造プリフォームを成形することであ
り、他の１つは上記成形に使用する金型構成として翼根
部（固定部）体積に相当するキャビティを有する押出成
形金型と、翼部断面積に相当する成形口を有する押出ダ
イスと、つば部形状に相当する密閉空間を前記金型及び
押出ダイスにより構成せしめた上記鍛造プリフォームの
成形金型構造にある。

ここで上記金型構造はニヤネット鍛造を目的とするにあ
たっては、下記の各条件を満足することが効果的である
。

即ち、ニヤネット鍛造を目的とした場合、翼部と翼根部
（固定部）の断面積は略等しくなるので前後方押出成形
における材料の流れ方は概略同じになる。これは体積配
分を適正にする点で都合が悪いので体積の少ない翼根部
（固定部）の方をキャビティ構造にすることが第１の条
件である。

次につば部の形状をニヤネットにするためにはっは部の
据え込みを密閉空間内で行うことが必要である。このた
め前後方押出金型をダイスとパンチの組合わせ構造とす
ることが第２の条件である。

更に、翼部が所定の長さまで成形されるに至るまでに翼
根部（固定部）及びつば部の成形を完了させることが必
要である。

このためには翼部を成形する押出ダイスの成形口の長さ
（ベアリング長さ）を翼根部（固定部）の押出成形金型
の成形口の長さとほぼ等しくすることが第３の条件であ
る。

（作用、） 上記の如き本発明成形金型を用い成形を行うことにより
、ビレントから加工される素材は単純な形状でよく、ま
た、翼部、翼根部（固定部）及びつば部のそれぞれには
必要な体積配分が与えられ、かつ、つば部がこの段階で
ニヤネットに成形されるため、材料歩留りが極めて改善
されることになる。

（実施例） 以下、添付図面を参照し、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明におけるブレードの鍛造プリフォーム形
状押出成形金型態様の１例を示し、図において（１）は
ポンチ（２）及びポンチホルダー（３）よりなり、翼部
断面積に相当する成形口（ａ）を有するブレードの翼部
形成用押出ダイス、一方、（４）は翼根部（固定部）体
積に相当するキャビティ（ｂ）を有する同ブレードの翼
根部（固定部）形成用押出成形金型で、これら両者（１
）（４）によって本発明の金型構造が構成されており、
両者はその間にリング金型（５）を介在させてパンチと
ダイスの組み合わせ構造となることによってつば部形状
に相当する据え込み密閉空間（Ｃ）を形成している。

図中、（６）は成形品、（７）　（８）はノックアウト
である。

ところで、つば部の形状をニヤネットにするために上記
の如く前後方押出金型をダイスとパンチの組み合わせ構
造とすることは極めて好ましいことであるが、かかる構
造とするには金型構造を複雑にするためつば部をニヤネ
ットに仕上げず、多少の材料損失を許すことも可能であ
る。

第２図ないし第４図はかかる場合における本発明の各変
形例を示し、第２図においては翼根部（固定部）形成用
の押出成形金型（４）を成形型（４ａ）とホルダー（４
ｂ）とし、成形品（６）を成形型（４ａ）と共にノック
アウトし得るように構成している。

又、第３図では押出ダイス（１）及び押出成形金型（４
）を共に夫々簡単な平形状とすると共に両者（１）（４
）の間においてつば部形成用の据え込み成形空間（Ｃ）
′を形成している。

更に、第４図では押出ダイス（１）と押出成形金型（４
）とが直接接合することによって両者（１）（４）の間
につば部形状に相当する据え込みキャビティ（ｄ）を形
成している。

これらは何れもタービンブレード成形金型が翼部と翼根
部（固定部）の成形に必要な押出ダイスと押出成形金型
で構成されるものであり、頗る簡単になることは云うま
でもない。

なお、畝上の各金型において翼部の成形長さは素材体積
の増加とつば部成形厚みによって制御することか可能で
ある。

また、上記金型によりブレードの成形を行うにあたって
は翼部が所定の長さまで成形されるまでに翼根部（固定
部）及びつば部の成形を完成させることが必要である。

このために翼部を成形する押出ダイスの成形口の長さ（
ベアリング長さ）を翼根部（固定部）の押出成形金型の
成形口の長さ（ベアリング長さ）と略等しくすることが
望まれる。

第５図乃至第７図は上記の如き成形金型を用いてブレー
ドの鍛造プリフォームの成形、及びブレードの製作を行
う工程を示し、第５図では単純な形状のビレット素材（
９）を用い、夫々前後方押出により成形し、同時につば
部を据え込みにより成形して最後に翼部１翼根部、つば
部に相当する各部分０ωθｌ）Ｑ’ｌＪを存するプリフ
ォーム形状を得る過程を示している。

第６図及び第７図は上記のようにして押出成形されたプ
リフォーム形状を基礎として空気穴付きタービンブレー
ドの製造を行う場合の工程であり、第１０図に示したよ
うに２分割された背側、　ＩＩｉ側の夫々の部品を恒温
鍛造により製作し、この製作された両部品を互いに対向
させて突き合わせて加圧下で加熱して拡散接合し、一体
のブレードとして形成している。

次に空気冷却用空気穴付きブレード、特にその翼部を粒
子分散強化合金を用いて製作した場合について述べると
、先ず鍛造に先立ち該翼部を背側と腹側の２つの部品に
分割し、それぞれの部品を恒温鍛造するために第１図に
示す押出成形金型構成により当該半割れ形状品の鍛造プ
リフォーム成形を行った。（第５図参照） このときのプリフォーム成形の条件としては下記の条件
に拠った。

雰囲気；　　真空または不活性ガス 温度；　　９５０°Ｃ 歪速度ｉ　　　２　Ｘ　１０−”　５ｅｃ−’かくして
、上記鍛造プリフォーム成形された素材を使用し１．夫
々２分割された背側、腹側の金型を用いてそれぞれの部
品を所要の恒温鍛造により製作し、次いで洗浄後、高圧
下で加熱し、拡散接合せしめて一体となし、第６図、第
７図に示される断面のタービンブレード最終品を得た。

このときの拡散接合条件は下記の如くとした。

雰囲気；　　真空（１０−’ｔｏｒｒ以下）温度；　　
　１１００°Ｃ 加圧力；　　１門ｐａ 保持時間；　　ｌｈｒ なお、上記拡散接合に更に別の金型を用い恒温鍛造する
ことによりブレードに必要なひねりを付与したり、静水
圧のかかることがらボイドを除去することができること
は従前の場合と同様である。

次に上述のようにして得られた最終ブレードにおける歩
留りを第６図、第７図に示すようなプリフォーム成形プ
ロセスにおいて調べたところ、本発明では素材は翼部、
翼根部及びつば部の夫々に必要な体積配分が与えられ、
かつ、つば部がこの段階でニヤネットに成形されている
ことから従来法では３５％以下の歩留りであったのが略
９５％に達し、著しい向上が認められた。

（発明の効果） 本発明は以上のように単純形状の素材を押出成形するに
際し、ブレードの翼部と翼根部をそれぞれ前後方押出に
より成形すると共に、つば部を据え込みにより最終的に
ニヤネットに形成する方法であり、従来、鍛造プリフォ
ームが複雑な形状で、しかもつば部形状は鍛造では難し
く、かつ加工により余肉を除去しなければならないこと
から材料歩留りが低かったが、本発明では押出成形法に
よって鍛造プリフォームを作成することによりビレット
から切り出される素材形状を単純化せしめることが可能
となり、又、つば部をプリフォーム成形の段階で容易に
仕上げることができ、従来法に比較し、材料歩留りを大
幅に向上せしめる顕著な効果を有する。

また、請求項２記載の成形金型は上記成形方法に使用し
頗る有効であると共に、翼部と翼根部の成形に必要な押
出金型と押出ダイスだけで構成されることにより構成が
極めて簡単であり、実用的である。

更に請求項３記載の構成をとり入れることにより翼部と
翼根部及びつば部の成形作業を適正とし、良好な鍛造プ
リフォームを成形することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明における押出成形金型の各種
例を示す断面概要図、第５図はブレードの鍛造プリフォ
ーム形状を押出プロセスで成形する場合の模式図、第６
図及び第７図は本発明に関係するタービンブレードの成
形プロセスを示す工程図、第８図（（）　（ｎ）はブレ
ード形状斜視図と空気冷却穴の配置を示す翼部断面図、
第９図（（）　（ＩＴ）は従来の精密鍛造と電気加工に
よるブレード製造工程を示す系統図及び斜視図、第１Ｏ
図（イ）〜（杓は半割れブレードによるブレード製造工
程を示す概要図、第１１図ＣＡ）　（Ｕ）は半割れ型ブ
レード形状の長手方向における断面積分布図である。 （１）・・・押出ダイス。 （４）・・・押出成形金型。 （Ｃ）　（Ｃ′）　　・・・据え込み空間。 （２５）・・・翼部 （２６）・ （２７）・ ・つば部 ・翼根部（固定部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービンブレードの鍛造プリフォームの作成におい
   て、単純形状の素材を用い、翼部はダイスにより、一方
   、翼根部は密閉金型内に前後方押出により成形し、かつ
   、さらにつば部を据え込みにより成形することを特徴と
   するタービンブレードの鍛造プリフォームの成形方法。 ２、翼根部体積に相当するキャビティを有する押出成形
   金型と、翼部断面積に相当する成形口を有する押出ダイ
   スからなり、かつ、前記金型及び押出ダイスは互いにダ
   イスとパンチの組合わせ構造を有して両者によりつば部
   形状に相当する密閉空間を構成することを特徴とするタ
   ービンブレードの鍛造プリフォームの成形金型。 ３、請求項２記載の成形金型において翼部を成形する押
   出ダイスの成形口の長さを翼根部の押出成形金型の成形
   口の長さと略等しくしたことを特徴とするタービンブレ
   ードの鍛造プリフォームの成形金型。