WO2017069185A1 - ブリスクの製造方法、及び、ブリスクの中間品 - Google Patents

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    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/183—Two-dimensional patterned zigzag

Definitions

  • the present disclosure relates to methods for producing blisk, and intermediates of blisk.
  • the preceding moving blade 16 refers to the moving blade 16 preceding in the rotational direction of the blisk 10.
  • the trailing blade 16 refers to the trailing blade 16 with respect to the rotation direction of the blisk 10.
  • the bridge 24 connects the trailing edge 22b of the leading bucket equivalent 22 and the trailing bucket 22.
  • the front edge 22a of the corresponding portion 22 may be connected.
  • the method of manufacturing the blisk 10 according to the present embodiment includes an intermediate product forming step, a first disc finishing step, a blade finishing step, and a second disc finishing step. And the concrete contents of each process in the manufacturing method of blisk 10 concerning this embodiment are as follows.
  • the lower mold 30 is mounted on a bolster (not shown) of a forging press, and faces the upper mold 28 in the vertical direction, and a molding surface having a shape corresponding to the shape of the other side of the blisk intermediate product 18 in the axial direction. It has 30 m.
  • the forging press is operated to move the upper mold 28 downward integrally with the slide of the forging press, whereby the upper mold 28 and the lower mold 30 are moved together.
  • the disk equivalent 20 is cut with the cutting tool 32 to move the cutting tool 32 in the radial direction of the blisk intermediate product 18. Then, rough-turning (one of rough-cutting) and finish-turning (one of finish-cutting) are sequentially performed on the portion of the disc equivalent portion 20 excluding the outer peripheral surface 20p, whereby the disc equivalent portion 20 has a disc 12 similar to the product shape. It can be finished.
  • the disk 12 close to the product shape refers to the disk 12 in which the portion excluding the outer peripheral surface 12p and the insertion hole 14 (see FIG. 3) has a product shape.

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Abstract

ブリスクの製造方法は、円板状のディスク相当部と、複数の動翼相当部と、各隣接する一対の動翼相当部のうちの一方の動翼相当部の前縁と他方の動翼相当部の後縁とを連結するブリッジとを有したブリスクの中間品を成形する中間品成形工程を有する。更に、ブリスクの製造方法は、ディスク相当部を切削し、ディスク相当部を製品形状のディスクに仕上げるディスク仕上げ工程と、ブリッジを切削し、各動翼相当部を製品形状の動翼に仕上げる動翼仕上げ工程とを有する。

Description

ブリスクの製造方法、及び、ブリスクの中間品
　本開示は、ブリスクを製造するための方法、及び、ブリスクの中間品に関する。
　航空機エンジン等に採用され得るガスタービンエンジンを構成するコンプレッサ又はタービンは、ロータとしてブリスク（一体型翼車）を含むことがある。このブリスクは、ニッケル合金又はチタン合金等（金属材料の１つ）により形成されている。また、ブリスクは、円板状のディスクと、ディスクの外周面にその周方向に沿って等間隔に設置された複数の動翼とを有する。
　一般に、ブリスクは、以下の方法で製造される。バイト等のディスク用の切削工具を用いて、ニッケル合金等からなる円板状の素材の中央部に粗旋削（粗切削の１つ）及び仕上げ旋削（仕上げ切削の１つ）を順次行って、円板状の素材の中央部を製品形状（最終形状）のディスクに仕上げる。続いて、エンドミル等の動翼用の切削工具を用いて、円板状の素材の外縁部に粗転削（粗切削の１つ）及び仕上げ転削（仕上げ切削の１つ）を順次行って、円板状の素材の外縁部を製品形状の複数の動翼に仕上げる。これにより、円板状の素材からブリスクを製造することができる。
　本開示に関連する先行技術としては特許文献１に示すものがある。
特開２００９－１９７６４９号公報
　一般に、動翼の翼厚は薄く、動翼のスパン長は長いので、動翼自体の剛性が小さい。そのため、仕上げ転削によって製品形状の動翼を仕上げる際に、動翼の仕上げ精度の低下に繋がるビビリ振動が生じやすい。そこで、通常、動翼用の切削工具の切削速度及び送り速度等を小さくすることにより、製品形状の動翼に仕上げる際のビビリ振動を抑制して、動翼の仕上げ精度、換言すれば、ブリスクの製品精度（形状精度）を確保している。しかし、動翼用の切削工具の切削速度及び送り速度等を小さくすると、動翼用の切削工具と、加工硬化した加工表面との摩擦熱によってブリスクの表面状態が悪化すると共に、切削時間が長くなって、ブリスクの生産性の低下を招く。
　そこで、本開示は、ブリスクの製品精度を確保しつつ、ブリスクの生産性を高めるのに有利なブリスクの製造方法及びブリスクの中間品を提供することを目的とする。
　本開示のブリスクの製造方法は、円板状のディスクと、ディスクの外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置される複数の動翼とを有するブリスクの製造方法であって、ディスクに削り代を含む円板状のディスク相当部と、ディスク相当部の外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置され、動翼に削り代を含む複数の動翼相当部と、各隣接する一対の動翼相当部のうちの一方の動翼相当部の前縁と他方の動翼相当部の後縁とを連結するブリッジと、を有するブリスク中間品を成形する中間品成形工程と、ディスク相当部を切削し、ディスク相当部をディスクの形状に仕上げるディスク仕上げ工程と、ブリッジを切削し、各動翼相当部を動翼の形状に仕上げる動翼仕上げ工程と、を有する。
　本開示のブリスクの中間品は、円板状のディスクと、ディスクの外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置される複数の動翼とを有するブリスクの製造に用いられる中間品であって、ディスクに削り代を含む円板状のディスク相当部と、ディスク相当部の外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置され、動翼に削り代を含む複数の動翼相当部と、各隣接する一対の動翼相当部のうちの一方の動翼相当部の前縁と、他方の動翼相当部の後縁とを連結するブリッジと、を有する。
図１は、本開示の実施形態に係るブリスク中間品の斜視図である。 図２は、図１に二点鎖線でブリスクを示した斜視図である。 図３は、ブリスクの製品形状（最終形状）の斜視図である。 図４Ａは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における中間品成形工程を説明する模式図である。 図４Ｂは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における中間品成形工程を説明する模式図である。 図４Ｃは、図４ＢにおけるＣ－Ｃ線に沿った拡大断面図である。 図５Ａは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における第１ディスク仕上げ工程を説明する模式図である。 図５Ｂは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における第１ディスク仕上げ工程を説明する模式図である。 図５Ｃは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における第１ディスク仕上げ工程を説明する模式図である。 図６Ａは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における動翼仕上げ工程を説明する模式図である。 図６Ｂは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における動翼仕上げ工程を説明する模式図である。 図７Ａは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における動翼仕上げ工程を説明する模式図である。 図７Ｂは、本開示の実施形態に係るブリスクの製造方法における第２ディスク仕上げ工程を説明する模式図である。
　本開示の実施形態に係るブリスク中間品、及び、ブリスクの製造方法等について図面を参照して説明する。なお、図中、「Ｕ」は、上方向（鉛直方向上側）、「Ｄ」は、下方向（鉛直方向下側）、「ＡＤ」は、ブリスク又はブリスクの中間品の軸方向、「ＣＤ」は、ブリスクの回転方向、「ＲＤ」は、ブリスク又はブリスクの中間品の半径方向、「ＳＤ」は、動翼又は動翼相当部のスパン方向を示す。ここで、スパン方向とは、動翼又は動翼相当部の根元側から先端側に向かう方向をいう。また、図４Ａ及び図４Ｂ、図５Ａ～図５Ｃ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂの各図においては、便宜上、ブリッジの図示を省略している。
　本実施形態が採用され得るブリスク１０は、図３に示されるような形状を有し、全体が一体として形成される一体型翼車である。ブリスク１０は、航空機エンジン等に採用され得るガスタービンエンジンを構成するコンプレッサ（図示省略）又はタービン（図示省略）に用いられる。また、ブリスク１０は、ニッケル合金又はチタン合金等（金属材料の１つ）により形成される。
　ブリスク１０は、円板状のディスク１２を有する。ディスク１２は、その中央部に、コンプレッサ又はタービンのロータ軸（図示省略）を挿通させるための挿通穴１４を有する。挿通穴１４は、ブリスク１０の軸方向に沿ってディスク１２を貫通している。また、ディスク１２の外周面には、複数の動翼１６が、ディスク１２の外周面の周方向に沿って等間隔に設置されている。そして、各隣接する一対の動翼１６のうちの先行の動翼１６の前縁１６ａは、後続の動翼１６の後縁１６ｂよりもブリスク１０の回転方向側に位置している。換言すれば、ブリスク１０の軸方向から見たときに、各隣接する一対の動翼１６の間は、開放されている。ここで、先行の動翼１６とは、ブリスク１０の回転方向に対して先行する動翼１６のことをいう。後続の動翼１６は、ブリスク１０の回転方向に対して後続する動翼１６のことをいう。
　図１及び図２に示すように、本実施形態に係るブリスク中間品１８は、図３に示す製品形状のブリスク１０に仕上げる前の中間品である。また、ブリスク中間品１８は、ニッケル合金等からなる金属ブロックＩ（図４Ａ参照）に鍛造加工を行うことによって成形される。なお、ブリスク中間品１８は、鍛造加工に代えて、機械加工、電解加工、金属粉末射出成形（ＭＩＭ工法）等によって成形されてもよい。
　ブリスク中間品１８は、ディスク１２を含む円板状のディスク相当部２０を有する。ディスク相当部２０の表面側には、仕上げ加工のための削り代（余肉）２０ｅが含まれている。ディスク相当部２０の外周面には、動翼１６に相当する複数の動翼相当部２２が、ディスク相当部２０の外周面の周方向に沿って等間隔に設置されている。各動翼相当部２２の表面側には、仕上げ加工のための削り代２２ｅが含まれている。
　ブリスク中間品１８は、各隣接する一対の動翼相当部２２の間に、ブリッジ２４を有する。各ブリッジ２４は、各隣接する一対の動翼相当部２２のうちの先行の動翼相当部２２の前縁２２ａと、後続の動翼相当部２２の後縁２２ｂとを、動翼相当部２２のスパン方向の全域に亘って連結する。ここで、先行の動翼相当部２２とは、先行の動翼１６に相当する部分のことをいう。後続の動翼相当部２２は、後続の動翼１６に相当する部分のことをいう。なお、いずれかのブリッジ２４には、切欠（図示省略）等があってもよい。ブリッジ２４による連結の範囲は、動翼相当部２２のスパン方向の全域に亘ってなくてもよい。ブリッジ２４は、先行の動翼相当部２２の前縁２２ａと後続の動翼相当部２２の後縁２２ｂとを連結する代わりに、先行の動翼相当部２２の後縁２２ｂと後続の動翼相当部２２の前縁２２ａとを連結してもよい。
　次に、本実施形態に係るブリスク１０の製造方法について説明する。
　本実施形態に係るブリスク１０の製造方法は、中間品成形工程と、第１ディスク仕上げ工程と、動翼仕上げ工程と、第２ディスク仕上げ工程とを含む。そして、本実施形態に係るブリスク１０の製造方法における各工程の具体的な内容は、次の通りである。
　(i)中間品成形工程
　ニッケル合金等からなる金属ブロックＩ（図４Ａ参照）は、ヒータ（図示省略）によって予め加熱される。続いて、金属ブロックＩは、図４Ａに示すように、鍛造プレス（図示省略）に装着された鍛造金型２６における上金型２８と下金型３０との間にセットされる。ここで、上金型２８は、鍛造プレスのスライド（図示省略）に装着されており、ブリスク中間品１８の軸方向の一方側の形状に対応する形状の成形面２８ｍを有する。下金型３０は、鍛造プレスのボルスタ（図示省略）に装着されており、上金型２８に上下方向で対向し、ブリスク中間品１８の軸方向の他方側の形状に対応する形状の成形面３０ｍを有する。そして、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、鍛造プレスを稼動させて、上金型２８を鍛造プレスのスライドと一体的に下方向へ移動させることにより、上金型２８と下金型３０とが協働し、金属ブロックＩに対して鍛造加工が行われる。これにより、金属ブロックＩから、ディスク相当部２０と複数の動翼相当部２２とを有したブリスク中間品１８を成形することができる。
　なお、それぞれ形状の異なる複数の鍛造金型２６を準備し、複数の鍛造金型２６を用いて金属ブロックＩに対して段階的に鍛造加工を行ってもよい。ここでは、鍛造加工によりブリスク中間品１８を成形する場合について説明したが、鍛造加工に代えて、機械加工、電解加工、金属粉末射出成形等によって成形してもよい。
　(ii)第１ディスク仕上げ工程
　中間品成形工程の終了後に、ブリスク中間品１８は、旋盤のチャック（図示省略）にセットされる。続いて、図５Ａに示すように、旋盤の刃物台（図示省略）に、ディスク用の切削工具としてのバイト３２が装着され、ブリスク中間品１８をその軸心１８ｃ周りにチャックと一体的に回転させる。次に、図５Ｂに示すように、ブリスク中間品１８の軸方向の一方側から、バイト３２によりディスク相当部２０に切り込みを与えて、バイト３２をブリスク中間品１８の半径方向へ移動（送り移動）させる。同様に、図５Ｃに示すように、ブリスク中間品１８の軸方向の他方側から、バイト３２によりディスク相当部２０に切り込みを与えて、バイト３２をブリスク中間品１８の半径方向へ移動させる。そして、ディスク相当部２０における外周面２０ｐを除く部分に粗旋削（粗切削の１つ）及び仕上げ旋削（仕上げ切削の１つ）を順次行うことにより、ディスク相当部２０を製品形状に近いディスク１２に仕上げることができる。ここで、製品形状に近いディスク１２とは、外周面１２ｐ及び挿通穴１４（図３参照）を除く部位が製品形状になっているディスク１２のことをいう。
　なお、バイト３２は、粗旋削から仕上げ旋削に移行する際に交換される。ただし、バイト３２は、粗旋削中又は仕上げ旋削中に交換されてもよい。また、挿通穴１４は、第１ディスク仕上げ工程を開始する前に、トリミングと仕上げ切削とを行うことによってディスク１２に形成されていることが望ましい。
　(iii)動翼仕上げ工程
　ディスク仕上げ工程の終了後に、ブリスク中間品１８は、フライス盤のテーブル（図示省略）にセットされる。続いて、図６Ａに示すように、フライス盤の主軸（図示省略）に、動翼用の切削工具としてのエンドミル３４が装着され、エンドミル３４をその軸心３４ｃ回りに主軸と一体的に回転させる。次に、図６Ｂに示すように、エンドミル３４により動翼相当部２２の先端２２ｔ側（先端２２ｔに近い側）に切り込みを与えて、エンドミル３４を各動翼相当部２２の周囲方向へ移動（送り移動）させる。ここで、動翼相当部２２の周囲方向とは、動翼相当部２２の前縁２２ａ、腹面２２ｖ、後縁２２ｂ、背面２２ｄを囲む方向のことをいう。これにより、各ブリッジ２４を転削して除去しつつ、各動翼相当部２２の先端２２ｔ側に粗転削（粗切削の１つ）、中仕上転削（仕上げ切削の１つ）、及び仕上げ転削（仕上げ切削の１つ）を行うことができる。また、各動翼相当部２２の先端２２ｔ側に粗転削等を行う間、残存するブリッジ２４によって各動翼相当部２２の剛性を保持することができる。
　更に、図７Ａに示すように、エンドミル３４を各動翼相当部２２のスパン方向へピッチ移動させつつ、エンドミル３４により動翼相当部２２に切り込みを与えて、エンドミル３４を各動翼相当部２２の周囲方向へ移動させる。そして、各ブリッジ２４を転削して除去しつつ、各動翼相当部２２の先端２２ｔ側から根元２２ｒ側に粗転削、中仕上転削、及び仕上げ転削を繰り返しながら行うことで、各動翼相当部２２を製品形状の動翼１６に仕上げることができる。
　なお、エンドミル３４は、粗転削から中仕上転削に又は中仕上げ転削から仕上げ転削に移行する際に交換される。また、転削のうち粗転削又は中仕上げ転削を省略しても構わない。
　(iv)第２ディスク仕上げ工程
　動翼仕上げ工程中又は動翼仕上げ工程の終了後に、図７Ｂに示すように、ディスク用の切削工具としてのエンドミル３４を、その軸心３４ｃ回りに主軸と一体的に回転させる。そして、エンドミル３４によりディスク相当部２０に切り込みを与えて、エンドミル３４を各隣接する動翼１６（動翼相当部２２）の間に沿って移動させる。そして、ディスク相当部２０の外周面２０ｐに仕上げ転削（仕上げ切削の１つ）を行うことで、ディスク相当部２０を製品形状のディスク１２に仕上げることができる。
　以上により、金属ブロックＩから、ディスク１２と複数の動翼１６とを有したブリスク１０を製造することができる。
　なお、動翼仕上げ工程は、第１ディスク仕上げ工程の終了後ではなく、中間品成形工程の終了後で、かつ、第１ディスク仕上げ工程の開始前に実行してもよい。
　続いて、本実施形態の作用及び効果について説明する。
　各隣接する一対の動翼相当部２２のうちの先行の動翼相当部２２の前縁２２ａと後続の動翼相当部２２の後縁２２ｂとは、ブリッジ２４を介して連結されている。そのため、各動翼相当部２２の翼厚が薄く、各動翼相当部２２のスパン長が長くても、各動翼相当部２２の剛性を十分に確保することができる。これにより、エンドミル３４の切削速度及び送り速度等を小さくすることなく、製品形状の動翼１６に仕上げる際におけるビビリ振動を抑制することができる。
　ブリスク中間品１８は、金属ブロックＩに鍛造加工を行うことによって成形され、複数の動翼相当部２２を有している。そのため、複数の動翼１６を仕上げるまでの転削量（切削量）、換言すれば、ブリスク１０を製造するまでの切削量を大幅に低減できる。また、投入材料としての金属ブロックＩの量（体積）を大幅に低減することができる。
　従って、本実施形態によれば、前述のように、エンドミル３４の切削速度及び送り速度等を小さくすることなく、製品形状の動翼１６に仕上げる際におけるビビリ振動を抑制できる。よって、本実施形態によれば、動翼１６の仕上げ精度、換言すれば、ブリスク１０の製品精度（形状精度）を十分に確保しつつ、ブリスク１０の生産性を高めることができる。
　また、本実施形態によれば、ブリスク１０の製造に必要な切削量を大幅に低減できるため、ブリスク１０の生産性をより高めると共に、エンドミル３４の消耗を十分に低減することができる。
　更に、本実施形態によれば、投入材料としての金属ブロックＩの量を大幅に低減できるため、ブリスク１０の材料コストを減らして、ブリスク１０の低コスト化を十分に図ることができる。
　このように、本開示は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。従って、本開示の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる。

Claims (5)

  1. 　円板状のディスクと、前記ディスクの外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置される複数の動翼とを有するブリスクの製造方法であって、
    　前記ディスクに削り代を含む円板状のディスク相当部と、前記ディスク相当部の外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置され、前記動翼に削り代を含む複数の動翼相当部と、各隣接する一対の前記動翼相当部のうちの一方の前記動翼相当部の前縁と他方の前記動翼相当部の後縁とを連結するブリッジと、を有する前記ブリスク中間品を成形する中間品成形工程と、
    　前記ディスク相当部を切削し、前記ディスク相当部を前記ディスクの形状に仕上げるディスク仕上げ工程と、
    　前記ブリッジを切削し、各動翼相当部を前記動翼の形状に仕上げる動翼仕上げ工程と、
    を有するブリスクの製造方法。
  2. 　前記ブリッジは、各隣接する一対の前記動翼相当部のうちの一方の前記動翼相当部の前縁と、他方の前記動翼相当部の後縁とを、前記動翼相当部の根元側から先端側に向かう方向の全域に亘って連結する請求項１に記載のブリスクの製造方法。
  3. 　前記中間品成形工程では、前記ブリスク中間品は、金属ブロックに対する鍛造加工により成形される請求項１又は請求項２に記載のブリスクの製造方法。
  4. 　円板状のディスクと、前記ディスクの外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置される複数の動翼とを有するブリスクの製造に用いられる中間品であって、
    　前記ディスクに削り代を含む円板状のディスク相当部と、
    　前記ディスク相当部の外周面にその周方向に沿って間隔を置いて設置され、前記動翼に削り代を含む複数の動翼相当部と、
    　各隣接する一対の前記動翼相当部のうちの一方の前記動翼相当部の前縁と、他方の前記動翼相当部の後縁とを連結するブリッジと、
    を有するブリスク中間品。
  5. 　前記ブリッジは、各隣接する一対の前記動翼相当部のうちの一方の前記動翼相当部の前縁と、他方の前記動翼相当部の後縁とを前記動翼相当部の根元側から先端側に向かう方向の全域に亘って連結する請求項４に記載のブリスク中間品。
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