NL8005831A

NL8005831A - Werkwijze en inrichting voor een smeedbewerking.

Info

Publication number: NL8005831A
Application number: NL8005831A
Authority: NL
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1979-11-01
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1981-06-01
Also published as: ES496453A0; NL186298B; ES8201046A1; DE3039705A1; SE445310B; IL61297A; FR2468424B1; NO151142B; IL61297A0; FR2468424A1; SE8007523L; JPS5674344A; IT1134081B; JPH0329495B2; BR8006904A; GB2061785B; NO151142C; DE3039705C2; NO803208L; GB2061785A

Description

. * -i - i -

Werkwijze en inrichting voor een smeedbewerking

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor een smeedbewerking en meer in het bijzonder op een dergelijke werkwijze en inrichting, waarbij een blok metaallegering van hoge sterkte en lage ductiliteit 5 wordt gesmeed tot een geweste configuratie, waarbij tijdelijk toestanden van lage sterkte en van hoge ductiliteit optreden.

De inrichting volgens de uitvinding is in het bijzonder bestemd voor het vervaardigen van tot één geheel gevormde schoepbladrotoren voor gasturbinemotoren, doch zij kan ook 10 worden toegepast op het vervaardigen van delen van soortgelijke configuratie, waarbij nauwkeurige afmetingen gewenst zijn.

üit het Amerikaanse octrooischrift 3 519 503 is een vervaardigingswijze voor hoge temperatuur-legeringen bekend 15 als "Gatorizing" smeedbewerking. Bij deze bekende smeedwerk-wijze kunnen moeilijk te smeden legeringen van hoge sterkte zoals die, welke gebruikt worden bij het vervaardigen van gasturbinemotoren uit een blok staal van voorraadmateriaal worden gedeformeerd tot een nagenoeg geheel afgewerkte vorm 20 van relatief gecompliceerde geometrie. Hoewel aanvankelijk alleen schijfvormige delen werden gesmeed, leidde de aantrekkelijkheid van het vormen van uit één stuk bestaande schoep-bladrotorschijven tot verdere ontwikkelingen.

Verder is uit het Amerikaanse octrooischrift 4 051 708 een 25 beginvormpakket en werkwijze voor het vormen van dergelijke uit één stuk bestaande schoepbladrotoren bekend, terwijl in het Amerikaanse octrooischrift 4 074 559 een smeedwerk-wijze is beschreven in overeenstemming met deze ideeën en worden tot één geheel gevormde aanvulstukken gesmeed tussen 30 een aantal aangrenzende matrijzen, die geplaatst zijn over de omtrek van de schijf-vormende matrijs. Verder zijn technieken ontwikkeld voor het scheiden van de aanvulstukken-vormende matrijzen van het afgewerkte smeedstuk. Twee van dergelijke technieken zijn weergegeven in de Amerikaanse oc-trooischriften 4 041 161 en 4 150 557.

35 Niettegenstaande de bovenbeschreven vorderingen in deze smeedtechniek blijven onderzoekingen plaats hebben voor nieuwe ideeën en technieken, die bijdragen tot de vervaardigtaarheid O ft Λ K Q Ύ Λ - 2 - van smeedstukken en hun kwaliteitsverbetering.

Volgens de uitvinding wordt voorzien in een matrijspakket voor het vormen van een centrale schijfconstructie en een aantal over de omtrek verwijderd van elkaar opgestelde aan-vulstukken (appendages), die hieraan uitsteken en een cilin-5 drische groep aanvulstukken-vormende matrijzen omvatten, die onderling vast gekoppeld zijn teneinde een relatief kantelen van de aanvulstukken-vormende matrijzen te verhinderen.

Een gunstige uitvoeringsvorm van het matrijspakket volgens de uitvinding bevat een vaststaand matrijs en een beweeg-10 baar matrijs, die over hun omtrek worden omgeven door een reeks aanvulstukken-vormende matrijzen en middelen bevatten voor het onderling koppelen van de matrijssegmenten met de vaststaande matrijs teneinde een relatief kantelen van de aanvulstukken-vormende matrijzen te verhinderen.

15 In een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding worden een paar tegenover elkaar gelegen eindmatrijzen omgeven door de groep aanvulstukken-vormende matrijzen en is een vrijstaande ring aangebracht, die de aanvulstukken-vormende matrijzen aaneen koppelt teneinde een relatief kantelen van 20 de aanvulstukken-vormende matrijzen te verhinderen.

Een primair kenmerk van de uitvinding bestaat uit de onderlinge koppeling tussen de vaststaande matrijs en de over de omtrek opgestelde boogvormige matrijssegmenten. In een gegeven uitvoeringsvorm heeft de vaststaande matrijs een 25 kraag die zich over de omtrek hiervan uitstrekt. De kraag heeft een taps verloop teneinde een radiaal losnemen van de boogvormige matrijssegmenten van de gevormde aanvulstukken mogelijk te maken. Een conisch oppervlak aan de bodem van de kraag ligt op één lijn met de hartlijn van de aanvulstuk-30 ken en met de terugtrekrichting van de segmenten van de aanvuls tukken. Verder is het onderste deel van elke boogvormige matrijs voorzien van een gleuf. Elk van deze gleuven heeft een geometrie, die complementair is aan die van de kraag en is nauwsluitend hiermee gedimensioneerd teneinde een stabiele 35 aaneenkoppeling of vergrendeling te verschaffen van elk matrijssegment met de vaststaanöe matrijs.. Door een kabel over de buitenomtrek van de boogvormige matrijzen worden de matrijzen van het matrijspakket tot een eenheidconstructie samengehouden. In een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding zijn in 40 de bovenste delen van de boogvormige matrijssegmenten gleuven 80 0 5 8 3 1 + 4 - 3 - gevormd, die een koppeling verschaffen met een vrijstaande ring, waarover de beweegbare matrijs glijdt.

Even principieel voordeel van de uitvinding is een verhoogde geschiktheid tot het vormen van lichamen die voorzien 5 zijn van aanvulstukken met nel sluitende tolerantie. Verder werd een stabiliteit van de aanvulstukken-vormende matrijzen in het matrijzenpakket bereikt. Het stabiele pakket is zeer geschikt voor geautomatiseerde smeedtechnieken, waarbij esnvoorgemonteerd en voorgewarmd pakket, dat het te smeden 10 blok staal bevat, wordt ingebracht in de smeedoven.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorfaseld een gunstige uitvoeringsvorm van de matrijsconstructie volgens de uitvinding is weergegeven. Hierin toont: 15 fig. 1 schematisch een geautomatiseerdesmeedinrichting van het type, waarop het matrijzenpakket volgens de uitvinding toepasbaar is; fig. 2 een dwarsdoorsnede van het tot een eenheid samengevoegde matrijzenpakket volgens de uitvinding; 20 fig. 3A en fig. 3B respektievelijk voor de conventionele uitvoeringsvorm en voor het matrijzenpakket volgens de uitvinding de geschiktheid tot verbetering van de vervaardigings-tolerantie van de aanvuldelen van het smeedstuk.

De inrichting volgens de uitvinding is zoals bekend zeer 25.bruikbaar voor smeedtechnieken en in het bijzonder voor het smeden van lichamen met gecompliceerde geometrieën met de technieken zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3 519 503, waarin een vervaardigingswijze voor hoge tempera-tuur-legeringen is beschreven, welke vervaardigingswijze zeer 30 geschikt is voor de geautomatiseerde vervaardiging door middel van een geautomatiseerde smeedinrichting zoals vereenvoudigd is voorgesteld in fig. 1.

Bij het in werking treden van in fig. 1 weergegeven geautomatiseerde smeedinrichting wordt een matrijspakket 10, 35 dat een blok staal van te smeden voorraadmateriaal bevat, geplaatst in een voorverwarmingsoven 12, waar de temperatuur van het matrijspakket en het blok staal wordt verhoogd tot bij benadering de temperatuur, waarbij het smeedproces moet worden uitgevoerd. Het verhitte pakket en het blok staal worden ver-40 volgens via de deur 14 vervoerd naar een smeedkamer 16 en ft Π η ς ö x 1 - 4 - geplaatst in een draagring 18, terwijl een tweede .....

matrijspakket, dat een blok staal bevat,wordt ingevoerd in de voorverhittingsoven . Het oorspronkelijk binnen het matrijspakket voor--verhitte blok staal wordt tot een gewenste geome-5 trie gedeformeerd in de smeedoven onder een verhoogde temperatuur en druk zoals beschreven in het genoemde Amerikaanse octrooischrift 3 519 503. Het gedeformeerde blok staal en het matrijspakket worden vervolgens opgelicht uit de draagring en via een deur 20 vervoerd naar een matrijsexpansiestation 22 10 en vervolgens naar een afkoelkamer 24. Het tweede matrijspakket wordt dan in de smeedkamer gevoerd en het proces wordt voortgezet tot het gewenste aantal delen is gevormd. De ma-trijspakketten volgens de uitvinding zijn geschikt om in en uit de respektieve kamers te worden gevoerd zonder dat hierbij 15 het niet meer volkomen gericht zijn van de matrijzen op een onaanvaardbare wijze wordt aangetast.

Fig. '2 toont meer en detail een doorsnede over het matrijspakket 10 volgens de uitvinding terwijl het rust in de draagring 18. Het matrijspakket bestaat uit een paar 20 eindmatrijzen, die geplaatst zijn op een gemeenschappelijke as, te weten een vaststaande matrijs 26 en een beweegbare matrijs 28. Een aantal boogvormige matrijssegmenten 30 zijn aangrenzend geplaatst in een cilindrische rij om de vaststaande en beweegbare matrijs en vormen te zamen hiermede een 25 holte, die de omgekeerde geometrie heeft van het te smeden lichaam met inbegrip van de aanvullende delen. De beweegbare matrijs heeft een cilindrisch buitenvlak 32 en een eindvlak 34. Het eindvlak van de beweegbare matrijs heeft een geometrie, die omgekeerd is aan die van de ene zijde van het te vormen 30 smeedstuk. De vaststaande matrijs heeft een cilindrisch buitenvlak 36 en een eindvlak 38. Het eindvlak van de vaststaande * matrijs heeft een geometrie, die omgekeerd is aan die van de andere sijde van het te vormen smeedstuk. Een zich over de omtrek uitstrekkende kraag 40 is aan het cilindrische buiten-35 vlak van de vaststaande matrijs voorzien van een naar buiten toe uitstekend deel.

Elk van de matrijssegmenten 30 is voorzien van een paar omtrekszijwanden 42, die tezamen met de zijwanden van de aangrenzende segmenten een aantal over de omtrek verwijderd van 40 elkaar liggende holten afbakenen , waarvan de geometrie 8005:31 - 5 - omgekeerd is met die van de te vormen aanvullende delen. Elk segment heeft een boogvormig binnenvlak 44, waarin een gleuf 46 is gevormd, die past over de kraag 40 van de vaststaande matrijs teneinde een kantelen van elk segment ten opzichte 5 van de vaststaande matrijs te verhinderen. De kraag is voorzien van een eerste één taps verlopend zijvlak 48 waardoor het mogelijk wordt om de segmenten vanuit de kraag 40 volgens een gewenste treklijn L van de aanvullende delen van het smeedstuk vandaan te trekken. In een meer gedetailleerd ma-10 trijspakket volgens de uitvinding is het boogvormige binnenvlak 44 van elk segment 30 zoals fig. 2 toont voorzien van een tweede gleuf 50 in het gebied van de beweegbare matrijs 28. Elk van de gleuven 50 en een ring 52 passen nauwsluitend in elkaar teneinde een verdere weerstand te bieden 15 tegen een kantelbeweging van een segment. Evenals de kraag is de ring voorzien van een tapsverlopend zijvlak 54, wat een van de ring vandaan trekken van de segmenten volgens de gewenste treklijn L mogelijk maakt. De kraag en de ring kunnen onafhankelijk of in combinatie worden gebruikt.

20 Elk van de matrijssegmenten 30 is verder voorzien van een boogvormig buitenvlak 56 met een zich hierover uitstrekkende gleuf, waarbij de gleuven van de aangrenzende segmenten op elkaar aansluiten. Verder strekt zich over de gehele cilindrische rij een buitenste gleuf 58 uit. In deze buiten-25 ste gleuf 58 loopt een kabel 60 over de matrijssegmenten teneinde de elementen van het matrijspakket tot een eenheids-cinstructie bijeen te houden.

Het principiële voordeel van het aaneen koppelen van de boogvormige matrijssegmenten tot een gemeenschappelijk ele-30 ment zoals de vaststaande matrijs 26 of de ring 52 is tot uitdrukking gebracht in fig. 3A en 3B, waarbij fig. 3A betrekking heeft op conventionele matrijzen en fig. 3B op het matrijzenpakket volgens de uitvinding. Hierbij zijn boogvormige matrij.ssegmenten 30 van het type zoals gebruikt bij 35 het vormen van axiale stromingsrotorschoepen, die tot één geheel gevormd zijn met een rotorschijf, weergegeven. Het blokmateriaal wordt gesmeed in holten 62, die zijn afgebakend door de zijwanden 42 van de segmenten.

Bij de in fig. 3A weergegeven conventionele uitvoerings-40 vorm veroorzaakt een geringe kantel- of overhelstand tussen 8005831 - 6 - de segmenten onderling beduidende variaties van de dikte T van de luchtlagen. Als gevolg hiervan kunnen de luchtlagen van het voltooide rotorschoepelement onvcprspelbare aërodynamische karakteristieken en onvoldoende structurele integri-5 teit vertonen.

Bij het in fig. 3B weergegeven matrijspakket volgens de uitvinding passen de segmenten 30 nauwsluitend in de vaststaande matrijs door de aanweèigheid van de kraag 40 en de ring 52. Hierdoor zal een kantel- of overhelstand van de seg-10 menten worden verhinderd en blijft de schoepdikte T homogeen.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding geenszins beperkt is tot de boven beschreven uitvoeringsvoorbeelden, doch dat velerlei gewijzigde uitvoeringsvormen kunnen worden ontwikkeld zonder hierbij buiten het kader van de uitvinding 15 te treden.

-Conclusies- 80 0 5 8 3 1

Claims

1. Matrijspakket voor het vormen van een centrale schijf-constructie met een aantal hieraan uitstekende en hiermede tot .één geheel gevormde aanvullende .delen, met het kenmerk, dat dit matrijspakket bestaat uit een vaststaande 5 matrijs van een in het algemeen cilindrische geometrie met een cilindrisch buitenvlak en een bovenvlak, waarvan de geometrie omgekeerd is aan die van één zijde van de centrale schijfconstructie, uit een beweegbare matrijs van een in het algemeen cilindrische geometrie met een cilindrisch buiten-10 vlak en een eindvlak, waarvan de geometrie omgekeerd is met die van de andere zijde van de centrale schijfconstructie, welke beweegbare matrijs/axiaal gericht is met de vaststaande matrijs en op een afstand hiervan verwijderd ligt, uit een cilindrische rij aangrenzende omtreksmatrijssegmenten, · 15 elk voorzien van een paar omtrekszijwanden, die in aanslag liggen .tegen de zijwanden van de aangrenzende segmenten en tezamen hiermede over de omtrek verwijderd van elkaar liggende holten afbakenen, waarvan de geometrie omgekeerd is met die van de te vormen aanvullende delen, en van een boogvormig 20 binnenvlak, dat in contact is met de buitenvlakken van de vaststaande en de beweegbare matrijs, en uit middelen voor het koppelen . van de segmenten van de cilindrische rij teneinde een kantelen of overhellen hiervan in het matrijspakket te verhinderen.

2. Matrijspakket volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het boogvormige binnenvlak van elk van de matrijssegmenten voorzien is van een zich hierover uitstrekkende gleuf, en dat het middel voor het koppelen van de matrijssegmenten bestaat uit een zich over de omtrek uitstrek-30 kende kraag, die aan het cilindrische buitenvlak van de vaststaande matrijs naar buiten toe uitsteekt en past in de gleuf van elk matrijssegment teneinde een kantelen of overhellen van de segmenten te verhinderen.

3. Matrijspakket volgens conclusie 2,met het ken-35 m e r k , dat het boogvormige binnenvlak van elk van de ma-trijssegmenten voorzien is van een zich hierover uitstrekkende tweede gleuf, en dat het middel voor het koppelen van het 8005831 - 8 - matrijssegment verder bestaat uit een ring, die pasend ingrijpt in de tweede gleuf van elk matrijssegment.

4. Matrijspakket volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gebogen binnenvlak van elk van de matrijs-5 segmenten voorzien is van een zich hierover uitstrekkende gleuf, en dat het middel voor het koppelen van de matrijssegmenten bestaat uit een ring, die passend ingrijpt in de gleu* van elk matrijssegment teneinde een kantelen of overhellen van de segmenten te verhinderen.

5. Matrijspakket volgens eender voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat elk van de boogvormige matrijssegmenten voorzien is van een boogvormig buitenvlak, dat voorzien is van een zich hierover uitstrekkende gleuf teneinde een buitenste gleuf over de matrijssegmenten te vormen, en 15 dat het matrijspakket verder voorzien is van een kabel, die zich over de omtrek van de rij segmenten uitstrekt in de gleuven van de buitenvlakken teneinde de elementen van het pakket tot een eenheidsconstructie bijeen te .houden. 80 0 5 8 3 1