JPH03136B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はジエツトエンジン、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
プリフオ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1100℃
〜1300℃からそれ以上に進もうとしている。

そして、これに対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℃以上というタービン入口
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が不可欠となつてい
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ツ
ク中子を作り、これを拘え込んだ形で製品のロ
ー模型を作成する。そして、セラミツクスラリ
ーで該ロー模型をコーテイングした後、加熱し
て脱ローし、ニツケル基耐熱合金等の溶融金属
を鋳込み最後に鋳造型をこわし、湯口を切断す
ると共に、セラミツ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，ロ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、電気分解によつて陽極
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イン
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
をもつたタービンブレード形状を背側Ａと腹側
Ｂに２分割し、背側、腹側夫々に対しキヤビテ
イ空間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２３，２
４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
つて、(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オームの製作は
ワイヤカツト又は切削加工によつてビレツトから
直接製作するのが通常であつた。

（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，ロに示すように翼部２５に比し翼根部（固定
部）２７に片寄つており、鍛造プリフオームは複
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オームの成形方法
は１つの課題であつた。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のみ鍛造加工でニヤネツトシエイプ（Near
Net Shape）に仕上げることは困難であつた。
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つていた。

本発明は上述の如き実状に対処し、押出成形法
によつて鍛造プリフオームを作成することにより
ビレツ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オーム成形の段階でニヤネ
ツ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
あつては、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ヤネツトに成形する
ことで歩留りの良好な鍛造プリフオームを作成す
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）を密封
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
フオ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）
体積に相当するキヤビテイ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
リフオ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ツト鍛造を目的と
するにあたつては、下記の各条件を満足すること
が効果的である。

即ち、ニヤネツ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
ヤビテイ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ツトにするためにはつば
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成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、ビレツ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ツトに成形
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、本発明の実施例を説
明する。

第１図は本発明におけるブレードの鍛造プリフ
オ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
ードの翼部形成押出ダイス、一方、４は翼根部
（固定部）体積に相当するキヤビテイ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によつて本発明の金型構
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
となることによつ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はノツクアウトであ
る。

ところで、つば部の形状をニヤネツトにするた
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も複
雑にするためつば部をニヤネツトに仕上げず、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）の形成用の押出成形金型４を成形型４
ａとホルダー４ｂとし、成形品６を成形型４ａと
共にノツ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つて両者１，４の間
につば部形状に相当する据え込みキヤビテイ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、叙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つて制御す
ることが可能である。

また、上記金型によりブレードの成形を行うに
あたつ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。

このために翼扮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オームの成形、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
形状のビレツト素材９を用い、夫々前後方押出に
より成長し、同時につば部を据えみにより成形し
て最後に翼部、翼根部、つば部に相当する各部分
１０，１１，１２を有するプリフオーム形状を得
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
されたプリフオ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、
腹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オーム成
形を行つた。（第５図参照） このときのプリフオーム成形の条件としては下
記の条件に拠つた。

雰囲気； 真空または不活性ガス 温 度； 950℃ 歪速度； ２×10^-2sec^-1 かくして、上記鍛造プリフオーム成形された素
材を使用し、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。

このときに拡散接合条件は下記の如くとした。

雰囲気； 真空（10^-5torr以下） 温 度； 1100℃ 加圧力； 1Mpa 保持時間； 1hr 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からボイドを除去
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
フオ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
段階でニヤネツトに成形されていることから従来
法では35％以下の歩留りであつたのが略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ツトに形成する方法
であり、従来、鍛造プリフオームが複雑な形状
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
材料歩留りが低かつたが、本発明では押出成形法
によつて鍛造プリフオームを作成することにより
ビレツ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、つば部をプリフオー
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
成形に必要な押出成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、良好な鍛造プリフオ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
の鍛造プリフオ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図イ，ロ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図イ，ロは
従来の精密鋳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１０図イ〜ホは半
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図イ，ロ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……つ
ば部、２７……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オームの作成
   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
   の鍛造プリフオームの成形方法。 ２ 翼根部体積に相当するキヤビテイを有する押
   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
   の鍛造プリフオームの成形金型。 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オームの成
   形金型。