JPS59174246A - タ−ビンプレ−ドの加圧成形方法及びその装置 - Google Patents

タ−ビンプレ−ドの加圧成形方法及びその装置

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JPS59174246A
JPS59174246A JP4600283A JP4600283A JPS59174246A JP S59174246 A JPS59174246 A JP S59174246A JP 4600283 A JP4600283 A JP 4600283A JP 4600283 A JP4600283 A JP 4600283A JP S59174246 A JPS59174246 A JP S59174246A
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JP
Japan
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turbine blade
pressing
profile
manipulator
blank material
Prior art date
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Pending
Application number
JP4600283A
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English (en)
Inventor
Yoichi Kawada
川田 陽一
Hiroshi Kuroume
黒梅 弘嗣
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS59174246A publication Critical patent/JPS59174246A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K3/00Making engine or like machine parts not covered by sub-groups of B21K1/00; Making propellers or the like
    • B21K3/04Making engine or like machine parts not covered by sub-groups of B21K1/00; Making propellers or the like blades, e.g. for turbines; Upsetting of blade roots
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/008Incremental forging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00Forging presses
    • B21J9/02Special design or construction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はタービン及びコンプレッサ等に用いられるブレ
ードの鍛造方法、およびその装置に関するものである。
本発明・の名称においてタービンブレードとはコンプレ
ッサのブレードを含む意である。
〔従来技術〕
第1図は生産目的物であるタービンブレードの斜視図、
第2図は同平面図である。
タービンブレードは、蒸気タービンの構成部材の中で最
も重要な部材で、その製造コストはタービン全体の約3
0チを占め、タービンの性能、信頼性、耐久性を決定す
る要因の一つである。ガスタービン、コンプレッサ等に
おいても、そのブレードは最も重要な構成部材である。
第1図、第2図に示すごとく、タービンブレード1は、
プロフィル部2とプラットフォーム3及び根部4より構
成されており、材質は通常12C’r不銹鋼である。ま
た第2図に示す如く、プロフィル部2はプロフィル根元
6からプロフィル先端5にかけて大きく捩れている。
該プロフィル部2の軸直角断面形状は、流体力宇土の観
点から、複雑な非対称形状であυ、プロフィル根元6か
らプロフィル先端5にかけてプロフィル肉厚・形状とも
大幅に変化している。
上に説明したように、タービンブレードのプロフィル部
2は複雑な3次元形状をしているので、その成形加工は
従来、次に述べるごとく大規模な装置と専用治具を必要
とした。
第3図はタービンブレードの製造工程を示すフロー図に
、タービンブレードの素材および生成品をそれぞれ対応
せしめて(仮想線の往復矢印で結んで)示したものであ
る。所定の長さの丸棒素材から、予備成形によりブレー
ド根元部4から、プロフィル部となるべき部分2′の成
形を行ない、その後板)成形を施し、機械加工を行って
完成部品となる。
上述の各工程の内で、技術的にも経済的にも最も重要な
工程はプロフィル成形である。
即ち、予備成形は従来の自由鍛造でも充分にその目的を
達成することができ、また第4図に示すように一対のポ
ンチ20で素材7を回転させながら挾圧することによっ
ても行ない得る。同図(A)はプロフィールとなるべき
個所の根元付近の成形方法を示し、同図(B)は同先端
部付近の成形方法を示している。
また、捩り成形は、第5図に示す如くタービンブレード
1を根部4でチャック21によりクランプし、更に捩り
形状をえたい、適当なプロフィル位置をチャック22に
よシフランプし、根部4のチャック21に回転力を加え
ながら両チャックの中間を適当に加熱して成形すること
ができる。
しかし乍ら、プロフィル部2は相当の面積を有している
ので、これを例えば型打鍛造しようとすると、大形プレ
スを用い、かつ、各ブレード形状に対応したプレス型を
用いなければならないので加工設備費や治具費が膨大と
なる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、タービンブレード及びコンプレッサブ
レード等の複雑な形状を有する多種少量生産部品を総型
を用いず鍛造する方法及び装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するため、本発明のタービンブレード
加圧成形方法は、所定の長さに切断した素材を熱間で抑
圧加工してタービンブレードのプロフィル部を3次元形
状に成形する方法において、素材の一部分を局部的に加
熱して、この加熱部を一対のポンチで押圧し、プロフィ
ル部を成形すべき区域を順次に所望の形状に塑性変形せ
しめることを特徴とする。
また、本発明のタービンブレード加圧成形方法は、上記
の加工方法を容易に実施してその効果を充分に発揮せし
めるため、所定の長さに切断した素材を把持する手段と
、把持した素材を局部的に加熱する手段と、加熱された
部分の素材を挾圧する一対のポンチとを備え、かつ、上
記の加熱個所と挟圧個所と挾圧ストロークとを制御する
自動制御装置を設けたことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の実施例を第6図乃至第12図について説
明する。
本実施例は、第6図(A)に斜線を附して示した部分1
0を部分的に加熱し、この加熱部IOのみをいわゆる鍛
造温度(当該素材の再結晶温度よりも高@)とし、この
加熱部10を上下からポンチ20で挾圧して所望の形状
に塑性変形させる。
上記の加熱はプロフィル部2の全面でなく、ポンチ20
で鍛圧するに必要な部分のみを加熱し、順次に隣接個所
へ移動してポンチ20による鍛圧を続行する。
本成形において重要になるのは、加圧部のみ、所要形状
に変形し、非加圧部に変形を生じさせないことであシ、
更にタービンブレードlの如き非対称成形における材料
面がりの防止である。
すなわち第6図(B)に系す如く、−回の成形における
加圧条件、加圧幅aIb%加圧量δ、加圧方向θYによ
り、適正条件を与えることによし、加圧部のみ材料流動
を与えることが第1条件である。
第7図(A)に示すタービンブレード半成品を鍛圧する
と、同図(B)のように曲がシを生じ易い。
素材を局部的に加圧した場合の材料内部の相当ひずみ分
布を第8図について次に説明する。同図(A)は局部的
鍛圧を考えるためのモデルである。
加圧幅b = 6 m、圧縮率δ/ t o = 0.
1の場合で部分加圧した場合のひずみ分布を同図(B)
に示し、b = l Omm、δ/1o=0.2の場合
を同図(C)に示す。加圧幅すと圧縮率δ/loが大き
くなるにつれて、底面のひずみが非加圧面側にも及んで
いることが解る。
このため、第7図(B)のような曲がりを防ぐには、成
形する素材に対して、1回の加圧幅(a。
b)及び加圧量δをある値以下とすることが肝要である
本発明者らの実験により、有害な曲がりを発生せしめな
いためには、素材体積に対する1回の加圧部分体積を3
チ以下とする必要の有ることが確認された。
また、非対称断面形状品を、部分毎に順次に鍛圧変形せ
しめることも全体形状に曲がりを発生させる原因となる
。第9図(A)、(B)、(C)。
(D)、(E)は、そのモデルとして、矩形ビレット1
2よシ、非対称断面帯状品13を、局部順次加工により
成形する場合を示す。即ちb 、> b。
の場合、同じ加圧部t15で加圧するとb】側の曲がり
量が大きいため、第9図(C)の如<b+側を凸にして
曲がる。
この曲がシを防止するために、第9図(D)の如く、加
圧幅の広いbl側の加圧部t/2と長くし曲がりを小さ
くし、逆に加圧幅の狭いb2側の加圧部t/10と短く
して、曲がυを大きくとシ、全体としての曲がシを抑止
する。又加圧幅を分割することによ9曲がシ量は減少す
る。即ち第9図(E)の如く、加圧幅の広いbl側′5
c3分割し、加圧幅b1/3と短くすることにより曲げ
を抑止する。従って実際のブレードの成形においては、
加圧部aと加圧幅すを断面形状に応じて、前述の原理に
基づいて制御することにより、曲がシを抑止することが
できる。上述した如く、プロフィル成形において、加圧
長a、加圧幅す、加圧量δ。
加圧方向θYを制御することにより、加圧部のみ変形さ
せ、曲がシを抑止することで所要の形状に成形する。
第10図は、上述の本発明方法を実施するために構成し
たタービンブレード加圧成形装置の一例の斜視図である
。図示の7はタービンブレードの素材で、数値制御6軸
マニピユレータ3oに把持されており、マニピュレータ
3oは、プロクラムで制御されると共に計測データに基
づいてフィードバック制御もできる。即ち素材7を形状
計測装置32からの計測データをフィードバックして加
圧位置を決定し、高速・高精度に位置決めする。
次いで素材7を旋回フレームプレス31のポンチ20に
より」測データよシ加圧長a、加圧幅す。
加圧量δ、加圧方向θY (プレス旋回角)を決定し、
材料の流動を制御する。この際、加圧部を素材加熱装置
33によって局部的に加熱し、変形抵抗を下げ、材料流
動制御を容易にする。尚6軸マニピユレ一タ30.旋回
フレームグレス31及び素材加熱装置33は各々制御盤
36,37.38によシ制御される。又プレス31の駆
動とマニピュレータ30の位置制御との連動制御及び形
状計測装置32からのプレス31及びマニビュv−p3
0への計測データフィードバック及び加熱装置33の制
御を、総合的に行なうためシステム制御装置34を有し
ておシ、それに伴ない操作盤35によシ運転される。
本加工装置における、タービンブレード1のプロフィル
加工々程を第11図に示す。
まず素材7を把持し、加圧位置、加圧長a、加圧幅す、
加圧量δ、加圧方向θY1及び加熱条件を素材7の部位
毎に設定、プログラムし、軸方向断面成形を行ない、タ
ービンブレード軸方同各断面における面積の決定を行な
う。次いで、タービンブレード1のプロフィル形状を計
測し、捩シ成形前の所要形状との偏差を演算し、その偏
差を許容値(約1 run )以内におさえる様に、部
分的に鍛造曲げ成形を加えて、逐次近似して行く。この
成形は、計測情報をフィードバックしていくことにより
トライアルアンドエラー的に行なわれる。
第12図人乃至第12図りは、上記の実施例において、
プロフィル部となるべき素材部分2′が順次プロフィル
部2に成形されてゆく状態を示した説明図で、各図にお
いて(ロ)はローロ断面、0)は・・−ハ断面をそれぞ
れ表わしている。
本実施例によれば、標準的金型を用いて、素材を局部順
次加圧し、材料流動を自動制御することによシ、タービ
ンブレードを高精度に成形することができ、加圧力は総
型鍛造の1150以下になると共に、多種ブレードに対
してそれに対応して金型を製作することなくフレキシブ
ルな成形ができ、加工コストの大幅な低減を計ることが
できる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明のタービンブレード加圧成
形方法は、素材の一部を局部的に加熱して、この加熱部
を一対のポンチで挾圧し、プロフィル部を成形すべき区
域を順次に所望の形状に塑成変形せしめることにより、
タービンブレードやコンプレッサブレード等の複雑な形
状を有する多種少量生産部品を、総1!1を用いずに鍛
造するととができる。
また、本発明のタービンブレード加圧成形装置は、所゛
定の長さに切断した素材を把持する手段と、把持した素
材を局部的に加熱する手段と、加熱された部分の素材を
挾圧する一対のポンチとを備え、かつ、上記の加熱個所
と挟圧個所と挾圧ストロークとを制御する自動制御装置
を設けることにより、前記の加圧成形方法を容易に実施
して該発明方法の長所を充分に発揮せしめることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はタービンブレードの斜視図、第2図は同平面図
である。第3図はタービンブレードの成形工程の説明図
、第4図はタービンブレードの予備成形工程の説明図、
第5図はタービンブレードの捩シ成形工程の説明図であ
る。第6図(N)。 (B)は本発明方法における成形原理の説明図、第7図
(A)、(B)は成形における曲がシ発生状態の説明図
である。第8図(A)乃至(C,)および第9図(A)
乃至(E)は本発明方法における成形原理の説明図、第
1o図は本発明装置の一実施例の斜視図、第一11図は
上記の実施例装置による成形ノ用工の工程を表わす区表
、第12図人乃至第12図りは同じく素材の酸形順序を
示す説明図である。 1・・・タービンブレード、2・・・プロフィル部、2
′・・・プロス1ル部となるべ@素材の部分、7・・・
素材、lO・・・加熱部、20・・・ポンチ、30・・
・多自由にマニピュレータ、31・・・旋回フレームプ
レス、33・・・素材加熱装置、34・・・システム制
御装置。 代理人 升居士 秋不正実 %′+ 3図 高4図 沿5図 2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の長さに切断した素材を熱間で抑圧加工してタ
    ービンブレードのプロフィル部を3次元形状に成形する
    方法において、素材の一部分を局部的に加熱して、この
    加熱部を一対のポンチで挾圧し、プロフィル部を成形す
    べき区域を順次に所望の形状に塑性変形せしめることを
    特徴とするタービンブレードの加圧成形方法。 2、所定の長さに切断した累月を把持する手段と、把持
    した素材を局部的に加熱する手段と、加熱された部分の
    素材を挾圧する一対のポンチとを備え、かつ、上記の加
    熱個所と挟圧個所と挾圧ストロークとを制御する自動制
    御装置を設けたことを特徴とする、タービンブレードの
    加工装置。
JP4600283A 1983-03-22 1983-03-22 タ−ビンプレ−ドの加圧成形方法及びその装置 Pending JPS59174246A (ja)

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Cited By (5)

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