NO763605L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av en metallring.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstilling og særlig en fremgangsmåte ved produksjon av metallringer med særskilte tverrsnittsformer og nøyaktige radiale diameter.

Metallringer anvendes innenfor industrien for et stort antall forskjellige formål. Slike ringer er særlig anvendelig ved konstruksjon av deler for gassturbiner medregnet konstruksjonen av skovlekapslinger, ventilatorkapslinger, forbrenningskammer-foringer og turbin-ledeplater. Metallringkonstruksjoner for gassturbiner har karakteristisk nok vært fremstilt av metallring-

emner med rektangulært tverrsnitt som hadde en radial diameter og aksial bredde hovedsakelig lik.den for den endelige ringkonstruksjon og en tverrsnittstykkelse lik eller større enn den tykkeste del av den endelige ringkonstruksjon. En dreibenk ble anvendt for å skjære bort overskytende materiale fra utgangsemnet for å

oppnå en ønsket tverrsnittskontur. Ved en slik operasjon kan i et typisk eksempel nødvendigvis opp til 90% av det. opprinnelige ut-<g>angsmateriale måtte fjernes for å oppnå den ønskede tverrsnittskontur. Følgelig har det vist seg at slike tidligere kjente maskineringsrnetoder er både ytterst tidkrevende og sløsende. Dette problem er særlig preserende ved konstruksjonen av ringer for anvendelse i gassturbiner, på grunn av de relativt kostbare metall-legeringer for høy temperatur som anvendes, og på grunn av de forholdsvis store omkostninger for maskinering av slike'seige legeringer.

Det har vært anvendt andre fremgangsmåter for fremstilling av metallringer, såsom "back extrusion", varm ring-

yalsing og varm eller kald valslng av en kontur på et stangmateriale og deretter fremstilling av en ring av dette. Imidler-tid har disse tidligere kjente fremgangsmåter bare sjelden med-

ført omkostningsreduksjoner sammenlignet med fremgangsmåten med

fremstilling av rektangulære, tverrsnitt og maskinering. Slike tidligere, kjente fremgangsmåter har økonomiske faktorer som har hindret dem fra å bli anvendt i, stor utstrekning til konstruksjon a,v deler for gassturbi.nmaskinen. Det har således vist seg at fremstillingsomkostningene for varmvalsede ringformer er tilstrekkelig høye til at anvendelsen av slike fremgangsmåter blir begrenset. Videre har.det også vist at varmvalseprosessene mangler tilstrekkelig styrbarhet til å være i stand til å holde de snevre toleranser for dimensjon og form som er påkrevet for ringkonstruksjoner i gassturbinmaskiner. Ved slike varmvalse-prosesser har det følgelig vært nødvendig med etterfølgende maskinering av den valsede konstruksjon i en dreiebenk for å oppnå de påkrevede dimensjonale toleranser med en derav følgende uønsket økning av produksjonstiden og materialspill. Tilsvarende har tidligere kjente fremgangsmåter for kaldvalsing av ringkonstruksjoner ikke vært mulig å anvende med hell til produksjon av metallringer egnet for anvendelse i gassturbinmaskiner uten behovet for etterfølgende kostbar maskinering.

Det er således et hovedformål med foreliggende oppfinnelse å skaffe en fremgangsmåte ved fremstilling av metallringer med spesielle tverrsnittsformer og nøyaktige radiale diametere, hvor der ikke forekommer noe spill av utgangsmateriale og som. kan gjennomføres på betydelig mindre tid enn tidligere kjente produk-sjonsmetoder for ringer.

I samsvar med fremgangsmåten ifølge, foreliggende oppfinnelse blir en utgangsring med rektangulært eller annet enkelt tverrsnitt og som har en vekt tilsvarende vekten av en ønsket sluttringkonstruksjon, suksessiv kaldvalset mellom valgte par formvalser til en ønsket diameter og tverrsnittskontur. Formene er slike konstruert at hver valsegjennomgang vil bevirke samtidig aksial fordeling av ringmaterialet og tilsvarende radial vekst av ringens diameter. Ringen kan aiø^eS mellom suksessive valse-, operasjoner hvis dette er påkrevet for å tillate bevegelse av ringmaterialet uten brist av ringen. Da den endelige- ringdi.ameter vanligvis er kritisk, kan ringen valses til en diameter som er noe mindre, fortrinnsvis innenfor 0,5% av den ønskede endelige ring-diameter og deretter ekspandert på en presisjonsrørvalse til den ønskede endelige diameter. Nøyaktigheten av slik ekspandering over- stiger den som vanligvis kan oppnås, på grunn av enhetligheten og gjentagelsesmulighe.ten av .tverrsnittskpnturen og ringdiameteren for ringer valset i. samsvar med lauren i. foreliggende oppfinnelse.

Da ikke noe materiale går tapt under produksjons-, prosessen ifølge oppfinnelsen/er materialomkostningene ved frem-stillingen av ringformene betydeli.g lavere enn tilsvarende omkostninger for maskinerte ringer. Da det dessuten ikke er påkrevet med noen etterfølgende varmebehandlings— eller maskinerings-operasjoner, har det vist seg at store antall ringer kan valses under anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på betydelig kortere tid enn det som er nødvendig til fremstilling av lignende mengder ringer under anvendelse av tidligere kjent teknikk. Da dessuten formgivningen oppnås i voksende trinn under anvendelse av et antall sett formvalser og noen omdreininger for hvert sett formvalser, er den adskillende belastning mellom formvalsene betydelig mindre enn det som er nødvendig.for konvensjonell valse-teknikk. Følgelig er det maskineri som anvendes.til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, betydelig mindre kostbart enn det som anvendes ved konvensjonelle valsemetoder hvor det må tåles forholdsvis store adskillende belastninger.

Oppfinnelsen vil bedre forstås ut fra følgende be-skrivelse under henvisning til tegningene, hvor fig. 1 er et perspektivriss av et stykke stangmetall som kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, fig. 2 er et perspektivriss av materialet på fig. 1 utformet i samsvar med oppfinnelsens lære,

fig. 3 er et perspektivriss av et ringemne som kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, fig. 4 er et tverrsnitt av en ring og et formsett anvendt til utførelsen av oppfinnelsen, fig.

5 er et adskilt riss av en del av ring og formsettet på fig. 4 i større målestokk, fig. 6 er et snitt av ringen på fig. 3 som har fått kontur og er utvidet ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, fig. 7 er et snitt av ringen på fig. 6 som har fått ytterligere konturbehandling og er utvidet ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og fig. 8 er et tverrsnitt av ringen på fig..7 etter ytterligere behandling i samsvar med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Ved utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes en passende ringform såsom den vist på fig. 3, som utgangsmateriale. Utgangsringen kan være formet ved valsing av en list eller sta,ng ay metallmateri.ale som vist på fig. 1, til en ringform^som vist på fig. 2 og deretter forbindes endene for å danne, en ring som vist på f|ig. 3. En hvilken, som helst passende fremgangsmåte s.om er tidligere k.^ent og s<p>m vil 9 i en forholdsvis jevn og ren skjøt, kan anvendes til forbindelse av endene. Mindre ujevnheter ved skjøten kan fjernes i etterfølgende valseoperasjoner.. Utgangsringens form kan Være dannet ved hjelp av andre passende metoder, såsom ved "back extruding" a,v en metallbarre for å danne en sylinder og deretter dele opp sylinderen til ringformer som vist på fig. 3. Vekten av utgangsringen må velges omhyggelig for at den skal være nøyaktig lik vekten av den ønskede sluttring- . konstruksjon da ikke noe materiale går til spille under dannelsen av-den endelige ring. Den opprinnelige diameter av utgangsringen bør være betydelig mindre (som et typisk eksempel halvparten) enn den for den ønskede endelige ringkonstruksjon. Anvendelsen av en mindre diameter gir adgang til en viss økning av diameteren under de første valseoperasjoner, under hvilke der foregår aksial materialfordeling. Etter at den vesentlige aksiale materialfordeling er gjennomført, utføres valsing til endelig form. med temmelig jevn metallreduksjon gjennom hele ringen med mindre aksial metallfordeling.

Utgangsringen valses suksessivt mellom valgte par sirkulærsymmetriske former laget av en egnet metall-legering for å gi ringen kontur, hvilken ring samtidig utvides i radial diameter. De innledende former kan anvendes for å oppnå maksimal aksialbevegelse av materialet med en minimal økning av ringens diameter. Formene som anvendes senere i prosessen, kan være konstruert for oppnåelse av nøyaktig form med nominell diametral økning i samsvar med den ønskede prosentvise tverrsnittsreduksjon. Denne valsesekvens reduserer til et minimum eller unngår for tidlig økning av den radiale diameter av den valsede ring med en derav følgende reduksjon av materialtykkelsen som kan etterlate util-strekkelig materialtykkelse til å oppnå den ønskede tverrsnittskontur og derved føre til en for stor diameter. For å oppnå styring av dimensjonen i slutttrinnene av valsingen er det videre ønskelig å ha hovedsakelig jevn reduksjon gjennom hele ringens tverrsnitt.

Det er også ønskelig å smøre formene mellom vekslinger. Ved konvensjonell valsing er det ikke ønskelig å ha et altfor effektivt smøremiddel eller en a,ltfor lav friksjons-koeffisient fordi den. valsede, del da kan gli i. formen. Ijnidlertid er det kutt'som tas av formen ved fremgahgsmåten ifølge oppfinnelsen meget mindre for hver gjennomgang enn det som vanligvis anvendes ved tidligere kjente fremgangsmåter. Følgelig kan det anvendes meget virksomme smøremidler, såsom smørefett og molybden-disulfid som hjelpemiddel ved den aksiale fordeling av ringmaterialet.

Antallet av formsett som er nødvendige, vil avhenge av graden av formgivning som er ønsket og tendens til herdning under arbeidet av materialet som anvendes. Hvert par valseformer må , velges slik at der oppnås en maksimal mengde materialbevegelse uten å bevirke brudd av ringen. Valseformene for denne fremgangsmåte, er basert på en innkapslende grunntanke som best'fremgår av fig. 4 og 5. Således omslutter den øvre form 9 og den nedre form lO fullstendig tverrsnittet av den valsede ring 8. De øvre og nedre former er konstruert med nøyaktige toleranser, fortrinnsvis i størrelsesorden 0,0127 til 0,0381 mm i tilstøtende vertikale områder 11 og 12 av formene for nøyaktig styring av den aksiale inn-stilling av den valsede ring. Klaringen er anordnet i tilstøtende område 15, 16, 17 og 18 av formene for å oppta ringens tverrsnitt 8. De øvre og nedre former i hvert sett er slik konstruert at de har ansatser 13 henholdsvis 14 som passer til hverandre ved slutten av valseoperasjonen for angjeldende formsett. Det er ikke.påkrevet hvis valseverket har egnede lukkestyringer. Da formene er basert på et innkapslingsprinsipp, kan der i området 19 anvendes et skarpt fremspring som best sees på fig. 5 uten å bevirke brudd av formene 9 og 10. Mens formene 9 og 10 vanligvis er tilpasset hverandre slik at den nedre form 10 innkapsler den øvre form. 9, er det likeledes mulig med noen utformninger å unngå brudd som skyldes fremspring ved innkapsling av den øvre form 9 med den nedre form 10.

Den nøyaktige form av de anvendte formvalser for denne fremgangsmåte vil være bestemt av den ønskede form og diameter av den endelige ringkonstruksjon og av de følgende generelle prinsipper. Hvis formvalsen har en relativt flat valseoverflate vil den bevirke en reduksjon av materialtykkelsen og en diametral økning med minimal aksial fordeling av materialet. Slike flate<y>alse- overflater hevirker at innvendige påkjenninger rundt omkretsen bygger seg opp i. den valsede kcns.truksjon med mindre graden av re.duksjpn ex jevn over det aks i a, le tverrsnitt av den valsede ringkonstruksjon. Omvendt, hvis formplaten er skarp, vil den bevirke forskyvning av ringkonstruksjonen som fører til maksimal aksial fordeling av materialet med en minimal diametral økning og nesten ikke noen omkretspåkjenninger. Valsebøyning og valseklemming er to ytterligere fremgangsmåter for.aksial materialfordeling med minimal diametral økning. Formene som anvendes for denne fremgangsmåte er slik fremstilt at de kombinerer disse fire prinsipper på en måte som vil sørge for aksial fordeling av ringmateriale med minimale påkjenninger på omkretsen.

Det vil vanligvis være ønskelig å gløde ringen mellom formvekslene, fordi den vil ha blitt hard under kald bearbeidning. Tendensene hos metallet eller metall-legeringen anvendt for ringen til herding under bearbeidelsen vil vanligvis bestemme graden av reduksjon av materialtykkelsen som kan oppnås før glødning. Det har vist seg at de.fleste legeringer på nikkel- og koboltbasis kan reduseres ved kaldvalsing omkring 30% før gløding mellom trinnene. Imidlertid.er 40% reduksjon mulig med noen legeringer og former. Ved aksial fordeling av metall er det vanskelig å utjevne den prosentvise reduksjon langs tverrsnittet. Således vil de partier av tverrsnittet som utsettes for den største deformering, ha en tendens til å strekke seg mer diametralt enn de som utsettes for en mindre reduksjon. Disse to områder søker å motvirke hverandre, hvilket fører til trygg- og strekkområder inne i materialet. For et hvilket som helst materiale er der en grense for kvantumet av slik innvendig påkjenning som kan tåles før glødingen mellom trinnene. På grunn av disse begrensninger og de som påføres ved de vanlige herdetendenser ved kaldbearbeidet metall anbefales at metalliske ringer av legeringer på nikkel- eller koboltbasis glødes etter ca. 20% reduksjon ;av tykkelsen.

Metallringer valset i. samsvar med foreliggende oppfinnelse kan fremstilles med fine toleranser uten behov for noen etter-følgende maskinering eller varmebearbei.dningsoperas joner . Toleranse-grenser på + 0,0508 mm har yært oppnådd under anvendelse av yalse-prosessen ifølge oppfinnelsen.

Som et eksempeJL skal betraktes konstruksjonen av en kompressor-statorskovlering for en gassturbinmaskin med en tverrsnittsform som vist på fig. 8. En slik ring ble fremstilt av et utgangsemne som vist på fig. 3. Emnet ble til og begynne med valset til tverrsnittsformen vist på fig. 6 under anvendelse av et egnet sett formvalser. Den innledende valseoperasjon bevirket forholdsvis aksial fordeling og formgivning av ringen (som frem-går ved sammenligning av det opprinnelige rektangulære tverrsnitt med det på fig. 6) med tilnærmet 10% økning av diameteren av det • opprinnelige ringemne. Etter valsing til tverrsnittsformen på fig. 6 ble ringen glødet og deretter igjen valset i et annet sett formvalser for å gi en ring med formen vist på fig. 7 og radial økning i forhold til tverrsnittsreduksjonen på tilnærmet 10%. Ringen ble deretter utsatt for en annen glødning og deretter valset til den endelige tverrsnittsform.vist på fig. 8 under anvendelsen av et tredje sett formvalser. Denne sluttvalseprosess fører til en ring med en diameter lik tilnærmet 150% av diameteren for utgangsemnet. Som det vil fremgå ved sammenligning av ringformene på fig. 6 til og med 8 anvendes de første formvalser for å oppnå maksimal aksialfordeling av ringmaterialet, mens de siste formvalser anvendes for å oppnå den ønskede mindre aksiale materialfordeling og radial økning av det ønskede konstruksjonsbehov. Alle formvalser var slik konstruert at de fullstendig kapslet inn ringens tverrsnitt i valseområdet. Når den øvre og den nedre form i hvert sett ble lukket med skinne mot skinne, var valseoperasjonen for<a>ngjeldende formsett ansett før fullstendig.. Vekten av utgangsemnet ble omhyggelig valgt slik at når det siste par formvalser var lukket med skinnene mot hverandre, styres tverrsnittsformen til nøyaktige fine toleranser. Diameteren av ringen valset på denne måte, er meget reproduserbar, slik at en etterfølgende ekspan-deringsoperasjon på omkring en halv prosent vil gi nøyaktig diametral styring (på tegningen vist + 0 ,0508 .mm) .

Mens fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er særlig anvendelig til konstruksjon av metallringer anvendt for gassturbinmaskiner, kan fremgangsmåten anvendes til å produsere ringer for en hvilken som helst anvendelse som krever ringkonstruksjoner med kontur. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes til å lage metallringer innenfor et stort antall variasjoner av tverrsni.ttskonturer med tverrsnittstykkelser som varierer fra 10 til 1 eller mer og for å øke de radiale diametere av utgangsringemnene proporsjonalt for å svare til kravene for den ønskede del.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en metallring, karakterisert ved følgende trinn, fremstilling av en utgangsring av kaldt metall med en vekt hovedsakelig lik vekten av en ønsket sluttring og med en radial diameter hovedsakelig mindre enn en ønsket, endelig radial diameter og suksessiv kaldvalsing av utgangsringen mellom valgte par formvalser for å danne den ønskede kontur, mens samtidig ringens radiale diameter økes inntil en ønsket endelig kontur og radial diameter er oppnådd.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangsringen er konstruert ved valsing av en lengde metall-stangmateriale med enkelt tverrsnitt til en ringform og sveising av endene av stangmateriale for å danne en ring.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangsringen er konstruert ved "back extruding" av en metallbarre for å danne en sylinder og deretter avskjæring av sylinderen til ringer.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at valgte områder av tverrsnittskonturen reduseres i tykkelse i området fra 1 til 10 ganaer,

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forskjellige deler av formvalsene anvendes for suksessive valseoperasjoner med mellomliggende glødeoperasjon mellom hver valseoperasjon.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved det trinn at der. anvendes en presisjonsrørvalse for å utvide diameteren av den endelige valsede ring.

7. Fremgangsmåte.ifø lge krav 1, karakterisert ved at ringen suksessivt valses mellom valgte par formvalser, s.lik at ringens tverrsnitt får kontur med en ønsket form, mens ringens diameter samtidig økes.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at utgangsringen har rektangulært tverrsnitt og de første par formvalser anvendes, for å gi maksimal aksialbevegelse av ringmateriale med minimal økning av ringens diameter, for å tilnærmet oppnå den ønskede endelige tverrsnittsform i de første trinn av valsingen og de siste par formvalser anvendes for å gi minimal aksial bevegelse av ringmateriale og tilsvarende diametral økning slik at i den avsluttende valsegjennomgang er der hovedsakelig en jevn reduksjon av materialtykkelsen over hele ringens tverrsnitt.

9. Fremgangsmåten ifølge krav 8, karakterisert ved at hver suksessive valseoperasjon omfatter både aksial bevegelse av ringmateriale og radial økning av ringdiameteren.

10. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved suksessiv valsing av en kald metallring med eh vekt lik vekten av en ønsket sluttring mellom suksessive par formvalser for å gi tverrsnittet av ringen en kontur etter en ønsket form, mens samtidig økes diameteren av ringen til en diameter hovedsakelig større enn diameteren av utgangsringen og noe mindre enn en ønsket diameter på sluttringen, gløding av ringen mellom suksessive valseoperasjoner som påkrevet for å tillate kald bearbeiding av ringmaterialet uten brudd av ringen, og ekspandering av den valsede ring på en presisjonsrørvalse for a øke diameteren av denne til en ønsket sluttdiameter.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at ringens tverrsnittsareal reduseres innenfor et område på mellom 10% og 30% ved hvert suksessivt formsett.