JPS63252635A - タ−ビン羽根素材の成形方法及び装置 - 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、タービン羽根の素材成形に係り、特に非対称
横断面を有しかつ捩れ形状のタービン羽根の鍛造に好適
な成形方法および装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、タービン羽根の素材の側進は、第１０図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示す如く、特定の長さの丸く形造った
素材１を加熱し、素材１を据え込み断面積一定の円錐状
に成形し予備成形材３１を成形し、再度加熱し、第１１
図に示す如くスクリュウプレス４１をもちいてスライド
４３の下面に密閉上型４４をとりつけ、下部に密閉下型
４５を設定し、スライド４３がガイド４２にそって移動
加圧することにより、第１０回（ｃ）に示す。型鍛造材
３２を成形している。

その成形過程をタービン羽根の任意断面について第１２
図（ａ）に示すと共に、その際のストローク荷重線図を
第１２図（ｂ）に示す。この方法の主たる欠点は密閉総
型を用いて成形を行うため、多大の加工力が位置で、数
千トンから１万トンをこえる場合もあり、鍛造工程が多
く、多大の労力を要すると共に金型製作費が高く、各タ
ービン羽根対応で各々金型が必要で、製造期間が長く、
成形プレス投資コストはぼう大である。

又別な成形方法として素材の絞り加工を密閉したダイセ
ットの単一空間内において３次元的プしノスと合同して
単一工程で処理することも提案されているが、雌雄金型
を用いることおよび最終的に密閉し、たダイセット内で
鍛圧することであり、成形力は大きく型製作コストにつ
いても配慮されていない。

更にタービン羽根の予備成形材３１の成形については、
マニュファクチュアリング　システムズボリューム１１
　ナンバ４　第３２３頁から第３３：３頁（ＭＡＮＵＦ
ＡＣＴＵＲＩＮＧ　ＳＹＳＴＥＭＳ　Ｖｏｗ、　３−　
Ｌ　Ｎａ４ρＰ、３２３〜３３３）において論じられて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記、従来技術は、成形に使用する型の共用化および材
料歩留り、成形に関する成形力について、配慮されてお
らず、成形力が大きく、又型形状が複雑でかつ各種ター
ビン羽根に対応して各々型が必要で、制作期間及び型コ
スト、成形プレス設備コストが多大である問題があった
。

本発明の目的は、成形力を小さくすると共に、同一段取
で２本のタービン羽根素材の成形を可能とし、変形が少
なくかつ加工能率の向上、中小型羽根への適用及び金型
コストの低減を計ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は１勝手違いの一対のタービン羽根を同一段取
で、加圧部の巾方向形状がタービン羽根の横断面形状と
同一でかつ長手方向の加圧ｒｌＪが狭く異なる一対の金
型を用い、連続的に当該金型を自動的に交換しながら、
素材を長手方向に交互かつ順次移動しつつ局部的に加圧
すると共に、非対称断面成形にともなう変形を巾方向拘
束ガイドおよび対向する一対のマニプレータにより矯正
することにより達成される。

〔作用〕

素材は、丸棒状とし１勝手違いの一対のタービン羽根最
終成形品に相当する体櫃と等しくかつ最大幅に対応する
値径を有する寸法とし、最初にフラン１〜な金型で、両
端を交互に角形々状に成形し、タービン羽根の根部に相
当する部分を成形する。

この際、対向するマニプレータで交互に端部を把持し、
成形を可能とする。

次いで、タービン羽根の断面形状に合わせた、複数個の
一対の金型を用いて、対向するマニプレータで、タービ
ン羽根の根部に相当する部分を把持し、タービン羽根の
両端部より交互に長手方向に成形を行ない、中央部まで
成形を進める。この成形に用いる金型は、タービン羽根
の長手方向に対しては充分小さい幅を有するものであり
、長手方向成形時、適切な位置で金型を交換し、なめら
かな所要の断面形状を成形するものである。

タービン羽根の成形においては、成形断面の蒸気出入口
非対称による曲がりを防止するため、成形金型に隣接す
る任意の位置に位置決め可能な拘束ガイド機１１咋によ
り変形をおさえると共にタービン羽根の背腹の非対称に
よるそりを防止するためマニプレータによる拘束及び成
形金型に隣接する拘束ガイド機摺により矯正され、所要
の形状に成形することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第９図により説
明する。

第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本発明の対象であるタ
ービン羽根２を示す。タービン羽根２は、翼部２１とプ
ラットフォーム部２２及び根部２３より構成されており
、材質は通＠　１２　Ｃｒ不銹講である。

又第３図（ａ）に示す如く、翼部２１は翼根元部２５か
ら翼先端部２４にかけて大きく捩れると共に、翼部２１
の横断面形状は、設計上複雑な非対称形状であり翼根元
部２５から翼先端部２４にかけて、形状が大きく変化し
ている。

本発明は、このタービン羽根２の素材の成形方法および
装置に関するもので、本成形素材は、機械（切削・研削
）加工により最終製品となるものである。多くの蒸気タ
ービンの低圧ロータにおいては、第４図に示す如く同一
形状を有するが勝手違いの一対のタービン羽根２，３が
ある。第１図（ｆ）に各々の形状を示すが、本形状は、
第１図（ｅ）に示す如＜、Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃの各
断面を有し、長手方向になめらかにつながり、Ｂ−Ｂ断
面ではθＢ、Ｃ−Ｃ断面ではＯｃというように根部基準
Ｙ−Ｙに対して捩れており、Ｘ　−Ｘに対して鏡面対称
な形状を有している。

本成形方法として、まず第１図（ｆ）のタービン羽根素
材２０．３０の全体の重量を算出し、第１図（ａ）の丸
棒の寸法を決め、基本素材］Ｏとする。ここで基準ｘ−
Ｘで分けられた左半分がタービン羽根素材２０、右半分
が勝手違いタービン羽根素材３０となるものである。次
いで第Ｌ　［Ａ（ｂ）に示す、第一次素材１１を成形す
る。即ちタービン羽根２０．３０の根部に相当する部分
を接触する部分のフラットな一対の上Ｊｆｌ１４、下型
５を用いて、交互に成形する。第１次素材１１は、最終
タービン羽根素材２０．３０の根部のみ幅ＷＲ１高さＩ
−（＋＜の矩形断面に成形したものである。

次に第１図（ｃ）に示す。第二次素材１２を成形する。

本成形では、翼部に相当する部分をＸ−Ｘに対して対称
に交互に、一対の上型４、下型５を用いて成形する６下
型５はＡ　−Ａ断面の凹側に相当する形状を有しており
、上型４は、フラットである。各断面は丸形状より半月
状に成形される。

幅Ｗａｏで高さＨＢＯであり、丸捧部り工の寸法がＬｚ
まで鍛伸される。

次に第１図（ｄ）に示す第３次素材１３を成形する。こ
の成形はまず、Ａ　　Ａ断面の形状を有する上・下型４
・５を用いて、半月状断面を順次Ｘ−Ｘに対して対称に
かつ交互に順次加圧成形することにより、タービン羽根
素材長手方向へ成形していく。Ａ−Ａ断面部の幅はＷ＾
０で高さＨ＾０である。次いで型を交換しＢ−Ｂ断面の
状を有する上・下型４・５を用いて成形し、更にＣ−Ｃ
断面の形状を有する上・下型４・５に交換し、順次成形
し、Ｌｚの寸法がＬ３まで鍛伸されると共に翼部は最終
素材成形へとして数ｍを残してストレートに成形される
。

次に第１図（ｅ）に示す第４次素材１４を成形する。Ｙ
−Ｙを基準としてＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面
をｘ−Ｘを基準に対して対称にθ＾、θｏ、Ｏｃねじり
ながら順次加圧成形することによって、最終的にｘ−Ｘ
で切断することにより、３次元的に断面の変化するター
ビン羽根素材２０．３０を成形する。即ちＡ−Ａ断面は
幅Ｗ＾。

高さＩ（Ａ、Ｂ−Ｂ断面は幅Ｗａ　＋高さＨａ、Ｃ−Ｃ
断面は幅Ｗｅ、高さＨａの形状であり、ｘ−Ｘ部で切断
することにより第１図（ｆ）に示す。タービン羽根素材
２０．勝手違いタービン羽根素材３０を同一段取、同一
プロセスにて成形することができる。

第２図（ａ）　、　　（ｂ）は第１図（ｂ）より第１図
（ｃ）へ、成形ステップが変化する所の第１次素材１１
の長手方向の断面を示し、第１次素材１１の両端部がマ
ニプレータハンド８によって把持され、−ヒ・下型４・
５によって１回加圧あたり、５ｍ程度の変形が加えられ
次いで長手方向に移動されｘ−ｘに対して対称な位置が
加圧され、この動作が順次交互にくりかえされることに
より、第１図Ｃの第２次素材１２の状態に成形される。

なお、型４・５の巾Ｗｐは約数十ｍで、長手方向送りピ
ンチはその半分程度である。

次いで、第１図（ｃ）より第１図（ｄ）へ、成形ステッ
プが変化する所の第２次素材１２の長手方向の断面を示
しており、上・下型４・５はＡ−へ断面の形状を有した
もので、１回あたり、　５ｍ程度の変形が加えられ、次
いでＸ−Ｘに対して対称な位置に移動され、加圧し、こ
の動作をくりかえすと共に、上・下型４・５を各断面Ｂ
−Ｂ、Ｃ−Ｃの形状を有するものに交換し、成型するこ
とにより、第１図（ｄ）の第３次素材１３が成形されろ
。次いで、第１図（ｅ）の状態に成形される最終加圧過
程を第２図（ｅ）、（ｆ）に示しており、Ｃ−Ｃ断面の
上・下型４・５により、ｘ−Ｘに対して対称に加圧され
ると共に、その際、根部Ｙ−Ｙ基準に対してＯｃのねじ
れ角を有する様マニプレータハンド８により回され、上
・下型４・５により加圧量数ｍ程度成形される。

最終的には第２図（ｇ）に示すごとく、切断上・下型６
・７により、タービン羽根素材２０を勝手違いタービン
羽根素材３０に切断され、第１図（ｆ）に示すごとく一
対のタービン羽根素材２０゜３０を同時に成形すること
ができ、変形・加工能率、温度降下に対して、有利な成
形を行うことができる。

第５図に１本成形にともなう変形防止方法について示す
。タービン羽根素材２０．３０の成形においては、各断
面が非対称なため、上下及び左右方向のそり５曲がり変
形を生じるため、これを上変形拘束用ガイド５０．下変
形拘束用ガイド５１により、そりを防止し、更に左変形
拘束用ガイド５３、右変形拘束用ガイド５２により曲が
りを防止する。各ガイドは、成形上・下型４・５に隣接
し設置すると共に、上・下・左・右独立に位置決め可能
で変形を任意に制御することができる。

次に本成形方法を実施するための装置の一例を説明する
。第６図ないし第８図は、装置を示しているが、装置構
成は、左右に対向して一対のタービン羽根素材２０．３
０を把持し、位置決めするマニプレータ６０，６１、そ
の間に、タービン羽根素材２０．３０を成形する鍛造機
７０および鍛造機７０の加圧シリンダ７１．７２の左右
にタービン羽根素材２０．３０の左右変形拘束装置７３
゜７４および上下の変形を拘束する上下変形拘束装置７
５．７６より構成されている。

左右マニプレータ６０．６１は可動軸としてタービン羽
根長手方向のＸ軸、左右方向のＹ軸上下方向のｚＩｉｌ
ｌＩ、Ｘ軸まわりの回転のＡ軸を有しており、タービン
羽根素材２０．３０をクランプするハンド８を有してい
る。Ｘ軸は、油圧シリンダ６２によりベット６３上を駆
動され、Ｙ軸は駆動モータ６４により、Ｚ軸は駆動モー
タ６５により、Ａ軸は駆動モータ６６により動かされ、
全体はＮ　Ｃ制御される。

次に鍛造機７ｏについて説明すると左右金型を動かし加
圧位置決めするシリンダ７１．７２および上・丁度形拘
束装置７５，７６、左右変形拘束装置７３，７４を有し
ており、タービン羽根素材２０．３０の成形および成形
にともなう変形を防止する。

本装置による成形動作を説明すると、第１図（ａ）の基
本素材１０の一端を左マニプレータ６１にセットし、フ
ラットな型を用いて根部を矩形々状に成形し、次いで左
マニプレータ６０に持ちがえで、基本素材１０の右端を
同様に成形することにより、第１図（ｂ）の第１次素材
１１が成形できる。

次いで、鍛造機７０に一ガの金型を凹形状のものに交換
することにより、上・下・左・右変形拘束装置７３，７
４，７５．７６で変形を拘束しながら対称かつ交互に順
次成形し、第１図（ｃ）の第２次素材１２を成形する。

次に第１図（ｄ）の第３次素材１３を成形するが、この
際は左右の型を各断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃの形状の
ものに順次交換しながら、ストレートに成形する。尚変
形拘束のため、上・下・左右変形拘束装置７３゜７４．
７５，７６を制御し、成形にともなう曲がり、そりを防
止する。

次に第１図（ｅ）の第４次素材１４を、型を各断面Ａ−
Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃの形状のものに順次交換しながら、
交互に軸方向に移動させクランプ部即ち根部を基準とし
て、例えば、Ｂ−Ｂ断面がＯＢのねじれ角が必要である
場合マニプレータ６０又６１のＡ軸駆動モータ６６をθ
Ｂ回転させ左右型にて加圧し、ねじれを付与する。

第８図は鍛造機７ｏを正面よりみたものであるが、フレ
ーム７７、フレーム７７に左右に設置された加圧シリン
ダ７１．７２およびスライダー７８、スライダー７８の
先に設定された複数の型即ちフラットな型７９．Ａ−Ａ
断面の型８０．８−Ｂ断面の型８１、Ｃ−Ｃ断面の型８
２および型交換用のラチェットストッパー８３、更に上
下変形拘束装置７５．７６を有している。

又第９図により、型交換について説明する。連続的かつ
早く型を交換し成形時間をミニマムにすることは、逐次
熱間鍛造においては特に不可欠であり、スライダー７８
が加圧シリンダー７１の下死点にきたときフレーム７７
についたラチェットストッパー８３にラック駆動用レバ
ー８４があたることにより、ラック８５を動かしラチッ
トギャ８６及びピニオン８７を介して型交換用ラック８
８を動かしランク８８の上部についた金型７９゜８０．
８１．８２を上・下に動かすことにより複数の金型を順
次自動的に交換し、成形時間の短縮およびタービン羽根
の逐次連続成型が実現される。

又、下端にダンパーストッパー８９を設置している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タービン羽根の勝手違い品が一対とし
て同一段取りで成形できるので、成形時の変形が小さく
、成形能率及び材料歩留りの向上の効果がある。又２個
同時成形のため比較的サイズの小さなタービン羽根まで
経済的に成形できる。

又タービン羽根の根部に相当する両端をマニプレータハ
ンドにて把持し、しかも幅方向拘束装置を設置したこと
により、タービン羽根成形時の曲がり、そりを防止し、
捩り軸心を確保でき、高情度な３次元形状をうることが
でき、タービン羽根の成形に有効である。

更に２個同時成形による熱容量向上によるタービン羽根
成形特冷却速度の低下及び変形に対するバランスおよび
型の自動交換機能による連続高速成形が可能となり、タ
ービン羽根素材成形に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の一実施例の成形方法を示し
、第３図、第４図は本発明に対象品を示し、第５図は成
形方法の一実施例を示し、第６図は、本発明を行なう一
実施例の全体装置を示す正面図、第７図は同上面図、第
８図は鍛造機部を示す正面図、第９図は金型交換機構の
一実施例を示し、第１０図は従来加工方法を示し、第１
１図は従来成形方法の一実施例を示す装置の正面図、第
１２図はその成形プロセスを示す模式図である。 ４・・・上型、５・・・下型、８・・・マニプレータハ
ンド、２ｏ・・・タービン羽根素材、３０・・・勝手違
いタービン羽根素材、６０．６１・・・マニプレータ、
７０・・・鍛造機、７１．７２・・・加圧シリンダ、７
３．７４・・・左右変形拘束装置、７５．７６・・上下
変形拘束装置、７８・・・スライダ、７９，８０，８１
．８２・・・フラット型、型Ａ、型Ｂ、型Ｃ１８８・・
・型交換用ラック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン羽根素材の成形方法であつて、特定の長さ
   の素材を用い、該素材の一端から対向した他端に向けて
   交互に素材の材料を徐々に加圧することによつて、素材
   の長手方向に連続して素材を局部加圧し、更に金型を順
   次交換することにより３次元的にプレス成形する方法に
   おいて、勝手違いタービン羽根素材の成形を単一工程で
   処理したことを特徴とするタービン羽根素材の成形方法
   。 ２、タービン羽根素材の熱間成形用鍛造装置であつて、
   素材の長手方向の両端を把持する対向した一対のマニプ
   レータとその間に水平に対向する金型を同期させ、該素
   材を加圧できるプレス部と該プレス部に隣接し、素材の
   幅方向、高さ方向の変形を拘束する機能を有する独立し
   て位置決めの可能な、変形拘束部を備え、上記マニプレ
   ータは、長手方向、幅方向、高さ方向および長手方向軸
   を中心として回転できる機能を有し、又上記プレス部は
   対向する金型の位置を各々制御できる機能を有し、さら
   に巾方向、高さ方向変形拘束部は非対称成形における変
   形を拘束できる位置決め可能ガイドを有し、勝手違いタ
   ービン羽根と連続的に自動成形できることを特徴とした
   タービン羽根素材成形装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、更に水平に対向す
   る金型を複数個有し、かつ上下方向を連続かつ自動的に
   交換できる機能を有したことを特徴とするタービン羽根
   素材成形装置。