JPH08189303A - ターボエンジンの中空羽根の製造方法 - Google Patents
ターボエンジンの中空羽根の製造方法Info
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- JPH08189303A JPH08189303A JP7230326A JP23032695A JPH08189303A JP H08189303 A JPH08189303 A JP H08189303A JP 7230326 A JP7230326 A JP 7230326A JP 23032695 A JP23032695 A JP 23032695A JP H08189303 A JPH08189303 A JP H08189303A
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Abstract
的特性を有するターボエンジンの中空羽根の製造方法を
提供する。 【解決手段】 (a)製造する羽根の定義に基づいて、
コンピュータによって支援される設計・製造手段を使用
することにより羽根の構成部品の平坦化の研究及びデジ
タルシミュレーションを実施する段階、(b)型プレス
により一次部品をプレス上で鍛造する段階、(c)一次
部品を機械加工する段階、(d)あらかじめ定められた
模様により拡散障壁を集積する段階、(e)等温圧によ
る溶接−拡散をともなう一次部品を組み立てる段階、
(f)気体圧下の膨張及び超塑性成形を行う段階、及び
(g)最終的機械加工を行う段階を含んでいる。
Description
中空羽根の製造方法に関する。
から生じる利点は、特に、二重流束型ターボジェットの
ブロワのロータの羽根の場合にみられる。これらの羽根
は、厳しい使用条件に応え、又、特に防振特性や異物の
衝撃への強度に関連した十分な機械的特性を有していな
ければならない。更に、羽根先における十分な速度目標
は質量の減少を求める結果を招いた。この目的は、特に
中空羽根の使用によって達成される。
は、ターボエンジン用の中空羽根の製造方法、特に大翼
弦型ブロワロータの羽根について記述している。この製
造で使用される一次部品には、2枚の外側薄板と少なく
とも1枚の中央薄板とが含まれる。この資料に記されて
いる方法は、部品の反りとねじりによる熱間成形加工作
業と、位置決めされたゾーンにおける溶接−拡散作業
と、求められている翼形をもつ羽根の外側面を得るため
の超塑性成形をもたらす気体圧下での膨張作業を含んで
いる。これらの作業の実施には適切な工具、特に鍛型が
使用される。
限の費用で製造条件を容易にすると同時に、反復品質を
保証しながら、特に、例えば特に上述の中空羽根製造の
従来からある数多くの方法に対して、使用条件において
改良及び最適化された機械的特性を有する羽根を得るこ
とをめざした本質的な改良をもたらすことにある。
段階を含むターボエンジンの中空羽根の製造方法によっ
て達成される。
計製造手段CFAOを利用することにより、得るべき羽
根の定義に基づいて収縮に対応する羽根の構成部品にお
ける平坦化の測定及びデジタルシミュレーションを実施
する段階。
造する段階。
散障壁を堆積(depot)させる段階。
一次部品を組み立てる段階。
を行う段階。
fの範囲の温度で熱鍛型によって行われ、Tfは材料の
融点であり、工具温度は部品温度の80%に達し、羽根
の幅の0.02倍に等しい精巧な完成品を得るために特
定の台形ブルームが使用され、金属の鍛圧によって、求
められる機械的特性、特に完成品についての疲労耐性及
び作業(e)の溶接−拡散のすぐれた条件を確立するの
に適した結晶粒の大きさを保証することができ、反りと
ねじりの補足的段階が組み込まれ、この段階は、変形率
に関連した部品の厚みが座屈変形の限界値より小さい場
合には中間繊維状組織(fibre neutre)の
最終的な長さ調整を可能にする繊維状組織の伸長作業を
含んでいる。
得られる結晶粒の大きさは、部品の型プレス温度が88
0℃〜950℃、工具の温度が600℃〜850℃の場
合、10μm未満となる。
われる羽根の反りとねじりによって、平らな部品上にあ
らかじめ定められた模様における拡散障壁の取付けが非
常に容易になる。
ワにおける羽根の製造は、羽根のベースの非常に強い反
りと強い非連続型のねじりを前提としている。このこと
から、ねじり作業の前に繊維状組織の特殊な伸長作業を
必要となる。
気体圧下の膨張及び超塑性作業に組み込むこともでき
る。
は、わずかな系列の部品を必要とする研究開発の場合に
は鍛造作業の後に行われ、あるいは、単純な空力学的形
状の場合には一次部品の機械加工作業の後に行うことも
できる。
でプレス上で行われる。TA6Vタイプのチタン合金の
場合にはこの温度は700℃〜940℃となる。
維状組織の有効な伸びを保証するために先端のロックを
必要とし、これによる裂け目は生じない。中央の繊維状
組織の長さは変らないままで繊維状組織の伸長率は中央
繊維状組織までの距離に応じて変化する。
施例を説明しながら、本発明の別の特性及び利点を見て
みる。
中空羽根の製造方法の第一段階(a)は、完成した部品
の定義に基づく平坦化と呼ばれる作業を含んでいる。
をともなう収縮である。
の構造及びコントロールの原理は、エンジンの軸に沿っ
て配分された限定セクションの使用に基づいている。各
セクションは、11、12のような他の構成部品全体
が、不変の下面の表面13に取り付けられるように加工
される。上面11の表面の厚みは成形加工の際のその後
の伸びに応じて調整される。
張のデジタルシミュレーションが行われる。
終的形状は平らな形状に変えられる。ねじり直しと反り
直しは緻密な作業であり、この作業のために、本発明に
合致する製造方法は、各セクションの位置に結びついた
変形率に応じた原料の配分によって体積の保存を遵守す
るような自動化された注目すべき方法を有している。
ねじりの新たなデジタルシミュレーションが行われる。
一回の作業で平坦化を行うことが可能である。
に示されている11、12、13のような羽根を構成す
る一次部品をプレス上で鍛造することからなる。従来の
技術によれば、このタイプの部品は圧延された薄板から
製造される。なぜなら、サイズと寸法からみて、鍛造に
よっては十分に精密で精巧なブルームを得ることができ
ないからである。
れ自体知られているように、最初の半製品は、図2に示
されているように、一次部品のブルームをつくるために
適切な寸法(直径80〜120mm)をもつ、例えばT
A6Vチタン合金でできた棒材3で構成されている。図
3に示されているように、1回又は数回の据え込み鍛造
作業によって、足4又は羽根先タイプの体積の大きなゾ
ーンに材料を取り付けることができる。この段階では、
棒材は880℃〜950℃の温度で加熱され、それに対
して工具は200℃〜250℃の温度で加熱される。
法の注目される段階は、図5に示されているような大翼
弦型羽根を経済的につくりだすことができる寸法、特に
厚みをもった鍛造ブルーム5をつくりだすことができる
点である。発明者は、強力プレス上で正確に仕上げられ
た精密なブルームを得ることができるようなブルームの
鍛造方法を開発した。
羽根の製造は、大型のブルームを必要とする。例えば、
水力クラス270KNのターボジェットは、幅およそ5
00mmの羽根を必要とする。この幅は又場合によって
は、製品の組立、保守等々のタイプの機能を果たすため
に各縁上でおよそ50mmに達することもある幅に増大
する。
材料と機械加工のコストを抑えるために、鍛造圧力を制
限しながらも、発明者は、図4に示されているように、
ブルーム5の台形の形状6と工具の潤滑及び加熱の妥当
な組合せとを含む方法を開発した。特に、図4の5のよ
うな部品を得ることができるプレス上の鍛造作業又は型
プレスは、880℃〜950℃の温度で部品を加熱し、
700℃〜900℃の温度で工具を加熱することで行わ
れる。
幅の割合によって定義される精密比をもつ製品をつくり
だすことができる。図7は、各型プレスにおける温度の
推移をグラフで表している。曲線aは鍛型の接触面の温
度に、曲線bは工具の内側温度に、曲線cは刃物台の温
度に対応している。完全にコントロールされた型プレス
のサイクルによって温度サイクルは720℃〜840℃
まで変化する。
従来の羽根の型プレスのために使用されるより寸法の小
さい棒材(直径50mm)に適用される従来の仕様に比
べて大まかになっている。鍛造及び型プレスによって、
結晶粒の大きさが平均10μmから7μmになることか
ら、かなり構造を細かくすることができる。このように
して、鍛造作業に続いて溶接−拡散及び膨張の熱サイク
ルを受けるにもかかわらず、この作業は、完成品の平均
疲労耐性として30MPaを得ることを可能にする。
された左外側面8を鍛造精度によってつくりだすことが
できる。最終的な表面状態は、5軸研磨機で行われるデ
ジタル制御式の選別研磨によって得られる。
れている何らかの機械加工方法によってつくられる。こ
れらの機械加工は本発明に合致した方法の段階(c)を
構成する。
散されたアセンブリを得るまで以下の段階の作業(d)
を含む既知の方法に頼っている。
ば従来のシルクスクリーン印刷方法によってあらかじめ
定められた模様10と共に少なくとも二つの内側面に拡
散防止剤を塗布する。
50℃〜280℃の拡散防止剤を焼成する。
くとも二つの心出し柱脚15、16を使用しながらアセ
ンブリ14を得るために一次部品11、12、13を組
み立てる。
行う、更に場合によっては2本の真空管17、18の溶
接を行う。
引抜き、使用する場合にはそれらの管を閉鎖する。
び30〜40×105 MPaの圧力で溶接−拡散を行
う。
性成形加工段階(f)及び最終的機械加工段階(g)
は、それ自体よく知られた実施条件において行われ、パ
ラメータ、特に適用される温度と圧力は部品の材質に応
じて決定される。それに加えて、本発明に合致した方法
のブロワの羽根製造への特殊な適用によると、反りとね
じりによる部品の成形が必要となることもある。この場
合、反りとねじりは、この作業の際に部品の各部分の伸
長によって波動が生じるのを防ぐためにいくつかの注意
が必要となる緻密な作業である。
間繊維状組織の両側に、部品19の軸20に対する位置
に応じた繊維状組織の長さを保つことができるように、
あらかじめCFAOシステムによって幾何学的作業が行
われる。
ねじりのデジタルシミュレーションを行う。
各繊維状組織の伸長を得ることができる700℃〜94
0℃の温度においてプレス下で溶接されたアセンブリ又
は一次部品の等温成形からなる。
0℃〜940℃で、金属又はセラミックの二つの工具の
間でコントロールされた圧力において行われる。CFA
Oによって行われる工具21の形状の定義は、図13と
図14に概略的に示されているように、足22のブロッ
ク部分の形状と、側方向では、特に必要な伸び率ととも
に振幅が変化する一つあるいは複数の波動23、24、
25によって変化する伸長を統合する。
位置する縦方向の圧縮応力を生じる。これらの圧縮応力
は、各先端、つまり足22と羽根先27において固定す
ることによって抑制される。
きる。図15に示されているように、適切な位置での余
盛り28、29、30を付け加えることによって、部品
と工具の最初の接触後すぐに固定を行うことが可能であ
る。
じり作業については、溶接されたアセンブリ31は二つ
のあご32と33によって各先端で固定されている。こ
のあごの少なくも一方は回転するように可動する。
金に応じて、880℃〜920℃のクリープ温度で、加
熱された炉あるいは容器内で行われる。
よって完全にコントロールされるねじれを部品に強い
る。
レバーのアーム37に作用する機械的システムによって
あごの少なくとも一つの回転運動を与えるという方法で
ある。これは、局所的な加熱容器38が加えられるプレ
スの可動部分に固定されている2本のフィンガーによっ
て行われる。付け加えられた局所的な型のくぼみ36に
よって、翼の後縁の強調された空力学的形状を得ること
ができる。
か一方は、ねじれ作業中に引張り応力を部品に与えるた
めにらせん状の継手を備えることができる。この結果、
注目すべきことに、本発明に合致した波動現象の出現を
防ぐことができる。
に保護された、電気式又は油圧式エンジンによるあごの
いずれか一方の回転運動を行うことが可能である。
9は、図19に示されているように、超塑性成形加工4
4の鋳型の閉鎖中にこれらのピン40、41によって固
定される。これらのピンは、図20に示されているよう
にノッチ42、43によって垂直方向に誘導される。
40×105 MPaの下で、850℃〜940℃で行わ
れる。
繊維状組織の伸長後に得られた形状から羽根31を形成
することができる。加熱数の減少は、羽根を構成してい
る部品の鍛造によって得られる高い機械的特性を保つこ
とを助ける結果となる。
化シミュレーションの第一段階の概略図である。
の半製品の透視図である。
る。
す図である。
械加工段階によって得られた部品の一例を示す透視図で
ある。
を示す、図5のラインVI−VIに沿って部品の縦軸が通る
平面による断面図である。
スによる鍛造における部品の温度変化のサイクルを示す
グラフである。
本発明に合致した方法によって得られた中空羽根を構成
する一次部品の透視図である。
組立段階における中空羽根の一次部品の透視図である。
う組立段階における中空羽根の一次部品の透視図であ
る。
られた中空羽根の構成部品に対して行われる繊維状組織
の長さ調整作業のデジタルシミュレーションの結果を概
略的に示す図である。
られた中空羽根の構成部品に対して行われる繊維状組織
の長さ調整作業のデジタルシミュレーションの結果を概
略的に示す図である。
後に前記方法によって得られる羽根の透視図である。
工具の一例を概略的に示す透視図である。
根の先を示す図である。
を示す概略図である。
のラインXVII−XVIIに沿った部品の縦軸が通る平面によ
る断面図である。
替案を概略的に示す透視図である。
透視図である。
される工具の一部の一例を概略的に示す透視図である。
の一例を示す横断面による断面図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 ターボエンジンの中空羽根の製造方法、
特に大翼弦型ブロワのロータの羽根の製造方法であっ
て、 (a)コンピュータによって支援される設計及び製造手
段CFAOを利用することによって製造すべき羽根の定
義に基づいた羽根の構成部品における平坦化の測定及び
デジタルシミュレーションを実施する段階と、 (b)型プレスにより一次部品をプレス鍛造する段階
と、 (c)一次部品を機械加工する段階と、 (d)あらかじめ定められた模様により拡散障壁を堆積
させる段階と、 (e)静水圧による溶接−拡散をともなう一次部品を組
み立てる段階と、 (f)気体圧下で膨張及び超塑性成形を行う段階と、 (g)最終的機械加工を行う段階とを含み、 段階(b)において、0.7〜0.8Tfの範囲の温度
で熱鍛型によって型プレス作業が行われ、Tfは材料の
融点であり、工具温度は部品温度の80%に達し、使用
される部品のブルームは羽根の幅の0.02倍に等しい
精巧な完成品を得ることができるように特殊な台形をし
ており、金属の鍛圧は、段階(e)において、溶接−拡
散のすぐれた条件及びすぐれた疲労耐性を備え、変形率
に関連する部品の厚みが焼成限界値未満である場合に、
部品の軸(20)の両側の中間繊維状組織の最終的な長
さ調整ができるような部品の材質の繊維状組織の伸長を
もたらす反りとねじりの補足的段階を備えた完成羽根に
求められる機械的特性を確立するのに適した結晶粒の大
きさを保証することができることを特徴とする中空羽根
の製造方法。 - 【請求項2】 段階(a)が羽根のその他の構成部品
(11、12)を不変の下面(13)の表面上に取り付
けることによって収縮のデジタルシミュレーションを含
むことを特徴とする請求項1に記載の中空羽根の製造方
法。 - 【請求項3】 平らな製品(2)が得られるようにデジ
タルシミュレーションの後にねじり直しと反り直しが行
われることを特徴とする請求項2に記載の中空羽根の製
造方法。 - 【請求項4】 段階(a)が、羽根のねじられた最終的
形状(1)に基づいて、唯一回の作業で完全な平坦化
(2)のデジタルシミュレーションを備えていることを
特徴とする請求項1に記載の中空羽根の製造方法。 - 【請求項5】 前記の羽根がTA6Vタイプのチタン合
金でできており、部品の型プレス温度が880℃〜95
0℃であり、工具の温度が600℃〜850℃であり、
型プレス作業によって結晶粒の大きさが10μm未満の
部品の金属学的ミクロ組織を得ることができることを特
徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の中空羽
根の製造方法。 - 【請求項6】 反りとねじりの補足的段階(el)が溶
接−拡散作業(e)の後に実行されることを特徴とする
請求項1から5のいずれか一項に記載の中空羽根の製造
方法。 - 【請求項7】 繊維状組織の伸長段階が溶接−拡散段階
(e)及び段階(f)の後に実行され、ねじり作業が気
体圧下の膨張及び超塑性成形作業に組み込まれることを
特徴とする請求項1から5のいずれか一項による中空羽
根の製造方法。 - 【請求項8】 反りとねじりの補足的段階が一次部品の
鍛造段階(b)の後に実行されることを特徴とする請求
項1から5のいずれか一項に記載の製造方法。 - 【請求項9】 反りとねじりの補足的段階が一次部品の
機械加工段階(c)の後に実行されることを特徴とする
請求項1から5のいずれか一項に記載の中空羽根の製造
方法。 - 【請求項10】 反りとねじりの作業が等温でプレス上
で行われることを特徴とする請求項1から6のいずれか
一項に記載の中空羽根の製造方法。 - 【請求項11】 前記羽根がTA6Vタイプのチタン合
金でできており、反りとねじり作業のときの等温鍛造温
度が700℃〜940℃であることを特徴とする請求項
10に記載の中空羽根の製造方法。 - 【請求項12】 反りとねじり作業のときに、選択され
たゾーンにおいて繊維状組織の有効な伸びを保証できる
ように部品の両端の少なくとも一つがロックされ、繊維
状組織の伸び率はその長さが変らないままである部品の
軸繊維状組織への距離に応じて変化することを特徴とす
る請求項10又は11に記載の中空羽根の製造方法。 - 【請求項13】 ねじり作業のときに、工具の局所的な
型のくぼみ(36)が、選択されたゾーンにおいて強調
された空力学的形状を得ることができるように、あらか
じめ伸長された繊維状組織を再び位置決めすることを特
徴とする請求項12に記載の中空羽根の製造方法。 - 【請求項14】 ねじり作業のときに、部品の両端の少
なくとも一つのロックシステムが部品上で部品軸に沿っ
た回転及び牽引を行うことができる装置を備えているこ
とを特徴とする請求項12又は13に記載の中空羽根の
製造方法。 - 【請求項15】 プレス成形作業を備えた補足的段階
(b1)が段階(b)の後に実行されることを特徴とす
る請求項1に記載の中空羽根の製造段階。
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