KR100673964B1 - 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈블레이드의 방전가공 장치 - Google Patents

터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈블레이드의 방전가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치가 개시된다. 상기 터빈 블레이드의 방전가공 방법은 원주를 따라 다수의 블레이드가 형성된 터빈 블레이드의 방전가공 방법으로서, 대칭선을 기준으로 상측부와 하측부로 분할되는 원판소재를 준비하는 단계, 상측부가 상방을 향하도록 원판소재를 고정하는 단계, 원판소재 상측부에 적어도 둘 이상의 황삭 방전전극들을 이용하여 블레이드의 초기 윤곽을 동시에 형성하는 상측 황삭 단계, 상측 황삭 단계를 거쳐 형성된 황삭 공간으로 적어도 둘 이상의 정삭 방전전극들을 인입하여 블레이드의 정밀 가공을 동시에 진행하는 상측 정삭 단계, 원판소재의 하측부가 상방을 향하도록 원판소재를 뒤집어 고정하는 단계, 상측부에 형성된 블레이드에 대응하는 하측부 부분에 적어도 둘 이상의 황삭 방전전극들을 이용하여 블레이드의 초기 윤곽을 동시에 형성하는 하측 황삭 단계 및 하측 황삭 단계를 거쳐 형성된 황삭 공간으로 적어도 둘 이상의 정삭 방전전극들을 인입하여 블레이드의 정밀 가공을 동시에 진행하는 하측 정삭 단계를 포함한다. 개시된 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치에 의하면, 터빈 블레이드의 형상에 제한 받지 않고 다양한 형상의 터빈 블레이드가 높은 정밀도로 형성될 수 있으며, 가공시간이 단축되어 생산성이 향상된다.

Description

터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치{Eletric discharge machining for turbine blade and eletric discharge machine adapted for the same}
도 1은 종래기술에 의해 제조된 터빈 블레이드를 도시한 사시도,
도 2 및 도 3은 종래기술에 의한 터빈 블레이드의 방전가공 방법을 설명하기 위한 도면들,
도 4a 및 도 4b는 종래기술의 가공상의 한계를 설명하기 위한 도면들,
도 5는 종래기술에 의한 미스매치(mismatch) 현상을 보인 사진,
도 6은 본 발명에 의해 제조되는 터빈 블레이드의 일 형태를 도시한 절개 사시도,
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전가공 장치를 보인 단면도,
도 8은 도 7에 도시된 전극 홀더를 도시한 사시도,
도 9a 내지 도 9c는 황삭 방전전극 및 정삭 방전전극의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 10은 방전전극의 기준 높이 및 리이드 각을 설명하기 위한 도면,
도 11a 내지 도 11d는 상측 황삭 단계를 진행 순서에 따라 도시한 도면들,
도 12는 상측 황삭 단계를 거쳐 형성된 원판소재의 형상을 도시한 단면도,
도 13a 내지 도 13g는 상측 정삭 단계를 진행 순서에 따라 도시한 도면들,
도 14는 상측 정삭 단계를 거쳐 형성된 원판소재의 형상을 도시한 단면도,
도 15a 내지 도 15d는 하측 황삭 단계를 진행 순서에 따라 도시한 도면들,
도 16은 하측 황삭 단계를 거쳐 형성된 원판소재의 형상을 도시한 단면도,
도 17a 내지 도 17g는 하측 정삭 단계를 진행 순서에 따라 도시한 도면들,
도 18은 하측 정삭 단계를 거쳐서 형성된 터빈 블레이드를 도시한 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 터빈 블레이드 110 : 터빈 블레이드의 디스크
120 : 터빈 블레이드의 블레이드 120a : 블레이드의 경사부
120b : 블레이드의 볼록부 120c : 블레이드의 오목부
130 : 터빈 블레이드의 셔라우드 150 : 터빈 블레이드의 회전축
210 : 방전가공 장치의 전극 홀더 213 : 방전전극의 장착치구
220 : 방전가공 장치의 장착대 230 : 방전전극
231 : 황삭 방전전극 232 : 정삭 방전전극
240 : 방전전극 이송부 250 : 방전전압 발생부
260 : 수치 제어부 300 : 원판소재
310 : 원판소재의 상측부 320 : 원판소재의 하측부
본 발명은 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 터빈 블레이드의 형상에 제한 받지 않고 그 적용범위가 확대되며, 생산성 및 가공 정밀도가 향상되는 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 방전가공(EDM,Eletric Discharge Machining)은 전기 방전 현상을 이용하여 피가공물의 일부분을 용융시키고, 용융된 부분을 용융되지 않은 부분으로부터 배제함으로써, 피가공물을 목적 형상으로 가공하는 방법이다. 즉, 방전가공에서는 절연성 액체 중에 피가공물과 절삭 공구로서 목적 형상에 적합하게 형성된 전극을 넣고, 그 사이에 대략 100V 정도의 전압을 가해서 양자 사이의 거리를 서서히 접근시킨다. 이 때, 전극 또는 피가공물의 표면상에서 스파크 방전이 발생하게 되며, 스파크 방전이 발생한 방전점에서는 피가공물의 재료가 용융 또는 증발하게 되고, 주위 절연성 액체의 압력에 의해 방전점 부근의 피가공물이 제거된다. 이러한 방전에 의해 미소한 크레이터(crater)가 연속적으로 형성되어 절삭이 이루어지는 것이다.
한편, 산업용이나 항공기용 엔진 등에 사용되는 터빈 블레이드는 연소가스로부터 회전력을 얻거나 공기를 압축하여 고압의 공기를 얻기 위하여 사용되는 기계요소로서, 전술한 방전가공 방법에 의해 형성될 수 있다. 한국공개특허공보 제 2004-9436 호에는 방전가공에 의한 터빈 블레이드의 제조방법이 개시되어 있다. 개시된 기술에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같은 터빈 블레이드가 제공되는데, 상기 터빈 블레이드는 원판 형상의 디스크(10) 및 그 원주를 따라 소정 간격으로 형성된 다수의 블레이드(20)들을 포함한다. 상기 종래기술에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 원소재(1)의 테두리를 따라 다수개의 기준장홈(15)들을 형성하고, 이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 기준장홈(15)들을 기준으로 상측우측면(11) 및 상측좌측면(12)을 가공하여 대칭선(S) 상측부를 가공하고, 원소재를 180도로 뒤집어 고정한 후, 하측우측면(13), 하측좌측면(14)을 순차로 가공하여 대칭선(S) 하측부를 가공한다.
전술한 기술에 의하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 블레이드(20) 상호간의 겸침이 없는 경우, 즉, 도면에서 a > b 인 경우에는 블레이드 간격 부분(10)에 기준장홈을 형성할 수 있고, 동 도면에서 P로 표시된 바와 같이, 방전전극을 수직방향으로 이송하면서 절삭이 가능하다. 그러나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 블레이드(20) 상호 간에 겸침이 있는 경우, 즉 도면에서 a ≤ b에는 블레이드(20) 사이의 간격 부분(10)이 충분하지 않으므로, 기준장홈의 형성이 불가능하고, 또한, 방전전극을 수직방향으로 이송하여 가공을 수행할 수 없게 되는 문제가 발생된다.
또한, 블레이드들의 외측에 셔라우드가 일체 형성된 셔라우드 일체형의 터빈 블레이드는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원판소재(1)의 단면에서 내측으로 방전전극을 이송하면서 기준장홈(15)을 형성하는 종래 방식으로는 제조될 수 없다.
한편, 터빈 블레이드에 구비된 블레이드는 대략 'C' 자 형으로 형성되므로, 일 회의 방전가공을 통하여 완전한 블레이드 형상을 얻을 수 없다. 따라서, 대칭선(S, 도 3)을 기준으로 상측부와 하측부로 나누어 방전가공이 이루어지는데, 종래기 술에 의하면, 도 5에서 볼 수 있듯이, 상측부와 하측부 사이의 미스매치(mis-match)가 발생되는 문제점이 발생된다. 즉, 상측부와 하측부의 경계부분에서 방전가공된 부분이 자연스럽게 연결되지 못하고, 돌출부가 형성되거나 상측부와 하측부 가공면 사이에 단차가 형성된다. 이는 블레이드를 통과하는 연소가스 등의 유체 흐름을 방해함으로써, 터빈의 효율을 저하시키는 원인이 된다.
전술한 문제점들과 함께, 종래기술에서는 하나의 방전전극을 사용하여 각 블레이드를 형성하고, 원소재를 원주방향으로 회전시켜, 다음 블레이드를 형성하는 과정을 블레이드 수만큼 반복함으로써, 다수의 블레이드를 형성하는데, 이 경우, 과다한 가공시간이 소요됨은 물론, 각 블레이드 형성과정에서의 셋팅이 불확실하게 되어 가공의 정밀도가 저하되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결하기 위하여, 터빈 블레이드의 형상에 제한없이 다양한 형상의 터빈 블레이드가 제조될 수 있는 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 생산성 및 가공 정밀도가 향상되는 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 터빈 블레이드의 상측부와 하측부 간의 미스매치가 방지되는 개선된 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이 드의 방전가공 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터빈 블레이드의 방전가공 방법은,
원주를 따라 다수의 블레이드가 형성된 터빈 블레이드의 방전가공 방법으로서,
대칭선을 기준으로 상측부와 하측부로 분할되는 원판소재를 준비하는 단계;
상기 상측부가 상방을 향하도록 원판소재를 고정하는 단계;
상기 원판소재 상측부에 적어도 둘 이상의 황삭 방전전극들을 이용하여 블레이드의 초기 윤곽을 동시에 형성하는 상측 황삭 단계;
상기 상측 황삭 단계를 거쳐 형성된 황삭 공간으로 적어도 둘 이상의 정삭 방전전극들을 인입하여 블레이드의 정밀 가공을 동시에 진행하는 상측 정삭 단계;
상기 원판소재의 하측부가 상방을 향하도록 원판소재를 뒤집어 고정하는 단계;
상측부에 형성된 블레이드에 대응하는 하측부 부분에 적어도 둘 이상의 황삭 방전전극들을 이용하여 블레이드의 초기 윤곽을 동시에 형성하는 하측 황삭 단계; 및
상기 하측 황삭 단계를 거쳐 형성된 황삭 공간으로 적어도 둘 이상의 정삭 방전전극들을 인입하여 블레이드의 정밀 가공을 동시에 진행하는 하측 정삭 단계;를 포함한다.
한편, 각각의 상측 및 하측 황삭 단계들에서는, 상기 황삭 방전전극들이 소정의 황삭 리이드 각를 따라 이송되면서 가공이 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 각각의 상측 및 하측 정삭 단계는,
상기 정삭 방전전극들이 소정의 정삭 리이드 각을 따라 이송되면서 가공이 진행되는 제1 정삭 단계; 및
상기 정삭 방전전극들이 원판소재의 원주방향으로 왕복 이송되면서 가공이 진행되는 제2 정삭 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
각각의 상측 및 하측 정삭 단계에서는 상기 원판소재가 그 대칭선보다 소정의 공차여유 만큼 더 깊게 절삭되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 황삭 방전전극 및 정삭 방전전극은 목적 블레이드의 형상에 대응하여 형성되되, 서로 다른 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 터빈 블레이드의 방전가공 장치는,
상기 블레이드에 대응하여 그 원주방향을 따라 적어도 둘 이상의 방전전극들이 정렬 장착된 전극 홀더; 및
상기 전극 홀더와 대향되게 배치되어 상기 원판소재가 지지되는 장착대를 구비하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 방전전극들은 상기 블레이드의 일 피치 간격으로 블레이드 수 만큼 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방전가공 장치는,
상기 방전전극들에 방전전압을 인가하는 방전전압 발생부;
상기 전극 홀더를 상하방향 및 원주방향으로 구동하는 방전전극 이송부; 및
상기 방전전압 발생부 및 방전전극 이송부를 제어하는 수치 제어부;를 더 구비하는 것이 보다 바람직하다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 터빈 블레이드 방전가공 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 6에는 본 발명의 방전가공 방법에 의해 형성될 수 있는 터빈 블레이드의 일 형태가 도시되어 있다. 상기 터빈 블레이드(100)는 대략 원판 형상이고, 중앙에 회전축(150)이 형성된 디스크(110), 상기 디스크(110)의 외주를 따라서 일정한 간격으로 형성된 다수의 블레이드(120)들, 및 상기 블레이드(120)들을 상호 연결하면서 터빈 블레이드의 외주를 형성하는 셔라우드(130)를 구비한다. 본 발명의 방전가공 방법에 의하면, 동 도면에 도시된 바와 같이 디스크-블레이드-셔라우드가 일체로 형성된 일체형 터빈 블레이드가 형성될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 터빈 블레이드 방전가공에 적용 가능한 방전가공 장치의 일 형태가 도시되어 있다. 상기 방전가공 장치는 상하로 대향되게 설치된 전극 홀더(210) 및 장착대(220)를 구비하고, 상기 장착대(220) 상에는 피가공물인 원판소재(300)가 안착되어 전극 홀더(210) 및 장착대(220) 사이에 고정된다. 상기 전극 홀더(210) 상측의 중앙에는 주축 장착부(211)가 형성되는데, 전극 홀더(210)는 주축 장착부(211)를 통하여 방전전극 이송부(240)와 연결되며, 방전전극 이송부(240)는 수치 제어부(260)의 제어를 받아 전극 홀더(210)를 상하방향(Z 방향) 및 원주방향(C 방향)으로 이송한다. 이를 위해, 수치 제어부(260)에는 사전에 가공 경로에 대한 정보가 입력되며, 이에 따라 전극 홀더(210)에 설치된 방전전극(230)들은 입 력된 가공 경로를 따라 이송되면서 원판소재(300)를 가공한다. 또한, 상기 주축 장착부(211)는 방전전압 발생부(250)와 전기적으로 연결되며, 이를 통하여 방전전극(230)들에는 방전 펄스가 인가된다. 전극 홀더(210)에는 다수의 방전전극(230)들이 설치되는데, 장착치구(213)에 의해 전극 홀더(210)의 원주를 따라서 고정된다. 한편, 동 도면에서 도면 부호 212는 방전전극 이송부(240)가 결합되는 결합부(attachment)를 나타낸다.
도 8에는 도 7의 전극 홀더가 도시되어 있는데, 전극 홀더(210)의 원주방향을 따라서는 방사상으로 다수의 장착홈(215)들이 형성되며, 이들 장착홈(215)들에는 방전전극(230)들이 정렬 장착된다. 이 때, 방전전극(230)들은 형성하고자 하는 터빈 블레이드의 블레이드 피치에 대응되는 간극을 사이에 두고 설치된다. 상기 방전전극(230)들은 주축 장착부를 통하여 소정의 방전전압을 인가받아 피가공물과의 사이에 방전을 일으킨다. 전극 홀더(210)에는 방사상으로 다수의 관통공(210`)이 형성되는데, 이는 전극 홀더(210)를 경량화시킴으로써, 전극 홀더(210)의 구동효율을 높이기 위함이다.
도 9a 및 도 9b에는 각각 상기 전극 홀더에 장착되는 황삭 방전전극(231) 및 정삭 방전전극(232)의 측면도가 도시되어 있는데, 이들 방전전극들(231,232)은 도9c에 도시된 바와 같이, 블레이드(120)의 윤곽을 따라서 형성된다. 상기 황삭 방전전극(231)들은 1차적으로 원판소재에 얕은 절삭을 수행하고, 그 결과 후술하는 정삭 방전전극(232)들이 인입되는 황삭 공간을 형성한다. 상기 정삭 방전전극(232)들은 황삭 공간을 통하여 원판소재의 내측으로 진입하여 깊은 가공을 수행함으로써, 블레이드의 형상을 완성한다. 상기 방전전극들(231,232)은, 높은 전기전도도 및 고온강도를 갖는, 예를 들어, 크롬-동 합금 등으로 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 황삭 방전전극(231)들 및 정삭 방전전극(232)들을 전극 홀더에 장착한 후, 이들에 대한 기준높이(h1,h2)를 설정하는 과정이 도시되어 있다. 기준높이(h1,h2)는 원판소재의 상면(U)으로부터 상방으로 측정되는데, 황삭 방전전극(231)들 및 정삭 방전전극(232)들은 이러한 기준높이(h1,h2)로부터 하측으로 이송되면서 가공을 수행한다. 상기 기준높이(h1,h2)는 황삭 가공 및 정삭 가공에서 서로 다르게 설정되는데, 설정의 편의를 위하여, 도면에 도시된 황삭 셋팅 블록(501) 및 정삭 셋팅 블록(502)을 원판소재 상에 안착한 후, 그 높이를 기준으로 하여 황삭 기준높이(h1) 및 정삭 기준높이(h2)가 설정될 수 있다. 동 도면에서 도면부호 d1 및 d2는 각각 황삭 가공 및 정삭 가공이 완료되는 황삭 깊이와, 정삭 깊이를 의미하는데, 이들(d1,d2)은 각각의 기준높이(h1,h2)로부터 하방으로 측정되는 것이며, 이들(d1,d2)에 대한 정보는 방전가공 장치에 사전에 입력되어 방전전극(231,232)이 상기 깊이(d1,d2)에 도달하면 방전가공이 종료되도록 한다. 예를 들어, 정삭방전에 있어서, 정삭 방전전극(232)은 회전축(Co)을 중심으로 하여 θ 만큼 회전이송됨과 동시에 기준높이(h2)로부터 하측으로 d2 만큼 이송되어 정삭이 완료되고, 이러한 이송과정을 통하여 블레이드(120)가 가공된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드 방전가공 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 도 11a에 도시된 바와 같이, 원판소재(300)를 마련하고, 이를 전술한 방전가공 장치에 장착 고정한다. 참고적으로, 본 발명의 터 빈 블레이드 방전가공에서는 원판소재(300)를 대칭선(S)을 중심으로 상측부(310) 및 하측부(320)로 나누어 방전가공을 진행한다. 원판소재(300)를 장착한 후, 전극 홀더에 적어도 둘 이상의 황삭 방전전극(231)들을 설치하는데, 여기서는 형성하고자 하는 블레이드 수에 대응하여 다수의 황삭 방전전극(231)들을 설치함으로써, 각각의 황삭 방전전극(231)들에 의해 각각의 블레이드(120)들이 동시에 가공되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 원판소재(300)의 원주를 따라서 다수의 블레이드(120)들이 동시에 형성되도록 하면, 가공시간이 단축되어 생산성이 향상됨은 물론, 반복적인 셋팅 공정을 피할 수 있고, 수회에 걸쳐 이루어진 셋팅 오차가 제거됨으로써, 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
전극 홀더에 방전전극(231)들을 설치한 후에는 황삭 기준높이(h1) 설정이 이루어지는데, 이는 도 10을 참고하여 설명된 바와 같다. 다음으로, 방전가공 장치에 방전전극의 가공 경로에 대한 정보를 입력하는데, 황삭 가공단계에서는 황삭 리이드 각(α1)에 대한 정보가 입력된다. 여기서, 리이드 각(α1)은 도면에서 볼 수 있듯이, 방전전극(231)의 이송 각도를 의미하는 것으로 원판소재(300)의 수직축을 기준으로 한 각도로 정의될 수 있다. 이 때, 리이드 각(α1)은 형성하고자 하는 터빈 블레이드의 경사부(120a) 각도에 따라 0도와 90도 사이의 소정 각도로 셋팅될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 방전전극(231)은 원주방향 및 상하방향으로 동시에 제어되어서 소정의 리이드 각(α1)을 따라 이송된다.
다음으로, 도 11b 내지 도 11d에 도시된 바와 같이, 입력된 리이드 각으로 황삭 방전전극(231)이 진행하면서 방전가공이 수행되는데, 방전전극(231)이 설치된 전극 홀더를 원판소재의 상하방향(Z 방향) 및 원주방향(C 방향)으로 동시에 제어함으로써, 황삭 방전전극(231)이 소정의 리이드 각을 따라서 이송될 수 있다. 이러한 황삭 단계는 도 11d에 도시된 바와 같이, 방전전극(231)이 사전에 입력된 황삭 깊이(d1)에 도달함으로써 완료되며, 황삭 가공단계를 거쳐서 도 12에 도시된 바와 같이, 원판소재 상측부(310)에 소정의 황삭 공간(310`)이 형성되는데, 이 공간을 통하여 후술하는 정삭 방전전극들이 인입되어 정삭 가공이 이루어지게 된다.
다음으로, 도 13a를 참조하면, 전극 홀더에 설치된 황삭 방전전극들을 정삭 방전전극(232)들로 교체하고, 정삭 기준높이(h2)에 대한 정보를 방전가공 장치에 입력한다. 이 때, 정삭 기준높이(h2)는 도 10을 참조하여 설명된 바와 같이 설정될 수 있다. 이어서, 방전가공 장치에 정삭방전의 가공경로로서, 제1 정삭 단계에서의 정삭 리이드 각(α2)에 대한 정보 및 후술하는 제2 정삭 단계에서의 원주방향 이동량(φ1, 도 13f)에 대한 정보를 입력한다. 여기서, 통상 정삭 리이드 각(α2)은 도 11a 및 도 13a에서 볼 수 있듯이, 황삭 리이드 각(α1)보다 예리한 각으로 설정되어, 황삭 공간으로 진입된 방전전극에 의해 피삭제의 방전가공이 이루어지도록 한다. 이어서, 도 13b 내지 도 13e에 도시된 제1 정삭 방전가공이 수행되는데, 여기서는, 설정된 리이드 각(α2)을 따라 정삭 방전전극(232)을 이송하면서 가공이 수행된다. 정삭 방전전극(232)이 설치된 전극 홀더를 상하방향(Z 방향) 및 원주방향(C 방향)으로 동시에 제어함으로써, 정삭 방전전극(232)이 정삭 리이드 각을 따라 이 송된다. 도 13e에 도시된 바와 같이, 정삭 방전전극(232)이 사전에 입력된 정삭 깊이(d2)에 도달하면 제1 정삭 단계는 완료되고, 제2 정삭 단계가 이어진다. 제 2 정삭 단계에서는 도 13f 및 도 13g에 도시된 바와 같이, 방전전극(232)을 상하방향으로는 고정하고 원주방향(C 방향)으로는 설정된 이송량(φ1)에 따라서 왕복 구동하면서 블레이드의 볼록부 및 오목부를 형성한다. 보다 구체적으로, 도 13f에 도시된 바와 같이, 정삭 방전전극(232)을 원주방향(C 방향)으로 이송하면서, 블레이드의 볼록부(120b)를 형성하고, 다시, 도 13g에 도시된 바와 같이, 정삭 방전전극(232)을 역의 원주방향(C 방향)으로 이송하면서, 블레이드의 오목부(120c)를 형성한다. 이러한 정삭 방전전극(232)의 이송은 수치 제어부를 통하여 전극 홀더를 상하방향(Z 방향)으로는 고정하고 원주방향(C 방향)으로는 왕복 이송함으로써, 이루어진다. 이러한 정삭 단계를 거쳐서 원판소재 상측부(310)는 도 14에 도시된 바와 같이 가공된다. 여기서, 상측 가공부의 하단(L1)은 대칭선(S)보다 공차여유(e)만큼 더 깊게 형성되는 것이 바람직한데, 상기 공차여유는 0.1mm 내지 0.3mm 정도가 되는 것이 바람직하다. 이로써, 원판소재의 상측부(310) 및 하측부(320)가 경계부분(120ba)에서 중첩적으로 가공됨으로써, 상측부와 하측부 간의 미스매치(mismatch, 도 5)가 제거될 수 있다.
이상 전술한 원판소재 상측부(310)의 가공에 이어서, 원판소재 하측부(320)의 가공이 수행된다. 도 15a를 참조하면, 피삭제인 원판소재(300)를 180도로 회전하여 하측부(320)가 상방을 향하도록 장착대에 고정한다. 이어서, 전극 홀더에 황 삭 방전전극(231)들을 설치하고, 기준높이(h3) 및 리이드 각(α3)에 대한 정보를 방전가공 장치에 입력하는데, 여기서, 상기 기준높이(h3) 및 리이드 각(α3)은 상측부 가공(310)에서와 동일하게 설정되어야만 블레이드(120) 상하 간에 어긋남이 발생되지 않는다. 이어서, 입력된 정보에 의해 황삭 가공이 시작되는데, 도 15b 내지 도 15d에 도시된 바와 같이, 황삭 방전전극(231)들이 리이드 각을 따라 원판소재(300)의 내측으로 진입하면서 원판소재를 가공하며, 도 15d에 도시된 바와 같이, 방전전극(231)이 설정된 황삭 깊이(d3)에 도달하면 황삭 단계가 완료된다. 황삭된 원판소재 하측부(320)에는 도 16에 도시된 바와 같은 황삭 공간(320`)이 형성된다.
다음으로, 하측부의 정삭 가공이 수행되는데, 도 17a를 참조하면, 전극 홀더에 설치된 황삭 방전전극들을 정삭 방전전극(232)들로 교체하고, 도 10을 참조하여 설명된 바와 같이 정삭 기준높이(h4)를 설정하고, 정삭 가공경로에 대한 정보를 입력하는데, 제1 정삭 단계에서의 정삭 리이드 각(α4) 및 후술하는 제2 정삭 단계에서의 원주방향 이송량(Φ2, 도 17f)에 대한 정보를 입력한다. 여기서, 정삭 리이드 각(α4) 및 원주방향 이송량(Φ2)은 상측부 가공에서 설정된 정삭 리이드 각(α 2, 도 13a) 및 원주방향 이송량(Φ1, 도 13f)과 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.
이어서, 도 17b 내지 도 17e에 도시된 제1 정삭 방전가공이 수행되는데, 여기서는, 설정된 리이드 각(α4)을 따라 정삭 방전전극(232)을 이송하면서 가공이 수행된다. 정삭 방전전극(232)이 설치된 전극 홀더를 상하방향(Z 방향) 및 원주방향 (C 방향)으로 동시에 제어함으로써, 정삭 방전전극(232)은 정삭 리이드 각을 따라 이송된다. 도 17e에 도시된 바와 같이, 정삭 방전전극(232)이 사전에 입력된 정삭 깊이(d4)에 도달하면 제1 정삭 단계는 완료되고, 제2 정삭 단계가 이어진다. 제2 정삭 단계에서는 도 17f 및 도 17g에 도시된 바와 같이, 정삭 방전전극(232)을 상하방향으로는 고정하고 원주방향(C 방향)으로는 설정된 원주방향 이송량(Φ2)에 따라 왕복 구동하면서 블레이드의 볼록부 및 오목부를 형성한다. 보다 구체적으로, 도 17f에 도시된 바와 같이, 정삭 방전전극(232)을 원주방향(C 방향)으로 이송하면서, 블레이드의 볼록부(120b)를 형성하고, 다시, 도 17g에 도시된 바와 같이, 정삭 방전전극(232)을 원주 역방향으로 이송하면서, 블레이드의 오목부(120c)를 형성한다. 이러한 정삭 방전전극(232)의 이송은 수치 제어부를 통하여 전극 홀더를 상하방향(Z 방향)으로는 고정하고 원주방향(C 방향)으로는 왕복 이송함으로써, 이루어진다. 이러한 정삭 단계를 거쳐서 원판소재 하측부(320)는 도 18에 도시된 바와 같이 가공된다. 여기서, 하측 가공부의 하단(L2)은 대칭선(S)보다 공차여유(e)만큼 더 깊게 형성되는 것이 바람직한데, 상기 공차여유는 0.1mm 내지 0.3mm 정도가 되는 것이 바람직하다. 이는 상측부(310) 및 하측부(320)의 경계부분(120ba)이 중첩적으로 가공됨으로써, 미스매치(mismatch, 도 5)가 제거될 수 있기 때문이다.
전술한 본 발명의 터빈 블레이드의 방전가공 방법 및 이에 적용되는 터빈 블레이드의 방전가공 장치에 의하면, 이하와 같은 효과가 달성될 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 터빈 블레이드의 방전가공 방법은, 방전전극의 진입 공간을 확보하는 황삭 단계 및 블레이드의 정밀 가공이 이루어지는 정삭 단계를 포함하여 이루어지므로, 터빈 블레이드의 형상에 제한받지 않고, 예를 들어, 블레이드 사이의 간격이 상대적으로 좁은 터빈 블레이드 또는 셔라우드 일체형의 터빈 블레이드의 경우에도 제조가 가능하다.
둘째, 본 발명에 따른 터빈 블레이드의 방전가공 방법에서는 공차여유 만큼 상측부와 하측부를 중첩적으로 가공함으로써, 종래 상측부와 하측부 사이에서 발생되는 미스매치(mismatch) 현상이 방지된다.
셋째, 본 발명에 따른 터빈 블레이드의 방전가공 방법은 적어도 둘 이상의 방전전극을 이용하여 동시에 블레이드의 형상 가공이 이루어지므로, 원판소재를 원주방향으로 이동하면서 각 블레이드를 하나씩 가공하던 종래 방식에 비해 가공시간이 단축되어 생산성이 향상되고, 셋팅과정에서 발생되는 누적 오차가 방지되어 정밀도 높은 터빈 블레이드의 제조가 가능해진다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 원주를 따라 다수의 블레이드가 형성된 터빈 블레이드의 방전가공 방법으로서,
    대칭선을 기준으로 상측부와 하측부로 분할되는 원판소재를 준비하는 단계;
    상기 상측부가 상방을 향하도록 원판소재를 고정하는 단계;
    상기 원판소재 상측부에 적어도 둘 이상의 황삭 방전전극들을 이용하여 블레이드의 초기 윤곽을 동시에 형성하는 상측 황삭 단계;
    상기 상측 황삭 단계를 거쳐 형성된 황삭 공간으로 적어도 둘 이상의 정삭 방전전극들을 인입하여 블레이드의 정밀 가공을 동시에 진행하는 상측 정삭 단계;
    상기 원판소재의 하측부가 상방을 향하도록 원판소재를 뒤집어 고정하는 단계;
    상측부에 형성된 블레이드에 대응하는 하측부 부분에 적어도 둘 이상의 황삭 방전전극들을 이용하여 블레이드의 초기 윤곽을 동시에 형성하는 하측 황삭 단계; 및
    상기 하측 황삭 단계를 거쳐 형성된 황삭 공간으로 적어도 둘 이상의 정삭 방전전극들을 인입하여 블레이드의 정밀 가공을 동시에 진행하는 하측 정삭 단계;를 포함하며, 각각의 상측 및 하측 황삭 단계에서는 상기 황삭 방전전극들이 소정의 황삭 리이드 각을 따라 이송되면서 원판소재의 주된 면에 대해 사선방향으로 가공이 진행되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 방전가공 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 상측 및 하측 정삭 단계는,
    상기 정삭 방전전극들이 소정의 정삭 리이드 각을 따라 이송되면서 가공이 진행되는 제1 정삭 단계; 및
    상기 정삭 방전전극들이 원판소재의 원주방향으로 왕복 이송되면서 가공이 진행되는 제2 정삭 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 방전가공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 상측 및 하측 정삭 단계에서는 상기 원판소재가 그 대칭선보다 0.1mm 내지 0.3mm 만큼 더 깊게 절삭되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 방전가공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 황삭 방전전극 및 정삭 방전전극은 목적 블레이드의 형상에 대응하여 형성되되, 서로 다른 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 방전가공 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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