WO2019187819A1 - 翼の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a wing.
- MIM Metal injection molding
- Patent Document 1 describes a method for manufacturing a turbine wheel to which MIM is applied.
- HIP processing hot isostatic pressing
- cutting and pressing are performed.
- a turbine wheel having a desired sintered density and dimensional accuracy can be manufactured.
- the sintering and HIP treatment in MIM are processes in which a thermal load exceeding 1000 ° C. is applied to the product, the product may be deformed due to a temperature change. Further, when manufacturing a thin member, there is a problem that deformation due to thermal strain is particularly likely to occur.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a blade capable of manufacturing a blade with high dimensional accuracy.
- the present invention relates to a molding step in which metal particles are injected toward a mold and a wing is formed by metal injection molding, and the mold of the jig which is divided into at least two and the shape of the wing is formed inside And a jig mounting step for sandwiching the wing between the surfaces formed with the jig and attaching the jig to the wing, and a heat treatment step for performing a heat treatment on the wing to which the jig is attached.
- the temperature of the thin wall portion can be prevented by covering the blade with the jig, and a temperature difference can be prevented from occurring in the blade when the heat treatment is performed in the heat treatment process. Stress can be relieved, deformation of the blade due to thermal stress can be suppressed, and a blade with high dimensional accuracy can be manufactured.
- a pressing portion that holds the jig in the direction in which the wing is sandwiched is attached to the jig in a state where the jig sandwiches the wing, and in the heat treatment step, the pressing portion is It is preferable to perform the heat treatment in a state of being attached to the jig.
- the jig can be attached to the blade, and the blade can be subjected to heat treatment in a state where force is applied so that the blade returns to the shape of the design dimension.
- the wing can be corrected to the design dimension, and the dimensional accuracy of the wing can be increased.
- the metal particles are preferably formed of stainless steel, Ni-based alloy, titanium alloy, and titanium aluminum alloy.
- a wing with high dimensional accuracy can be manufactured.
- FIG. 1 is an outline view showing a moving blade of a turbomachine manufactured by the blade manufacturing method according to the present embodiment.
- FIG. 2 is an example of a flowchart showing the blade manufacturing method according to the present embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a jig and a moving blade in a jig attaching step of the blade manufacturing method according to the present embodiment.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a jig and a moving blade in a jig attaching step of the blade manufacturing method according to the present embodiment.
- FIG. 1 is an outline view showing a moving blade 10 of a turbomachine manufactured by the blade manufacturing method according to the present embodiment.
- FIG. 2 is an example of a flowchart showing the blade manufacturing method according to the present embodiment.
- 3 and 4 are cross-sectional views showing a jig and a moving blade in the jig attaching step of the blade manufacturing method according to the present embodiment, respectively.
- the blade manufactured by the blade manufacturing method of the present embodiment is applied to the moving blade 10 of a turbomachine, for example.
- the blade manufacturing method of the present embodiment may be applied to a moving blade / static blade of an aero engine, a moving blade of an industrial gas turbine, and a moving blade of a steam turbine.
- the moving blade 10 includes a blade root portion 12, a blade portion 14, and a shroud 16.
- the moving blade 10 is a blade fixed to a rotating shaft of a turbo machine via a rotor disk.
- the moving blade 10 is made of a titanium alloy, but is not limited thereto.
- the material of the moving blade 10 may be, for example, a nickel alloy.
- the blade root 12 is formed at the end of the rotating blade 10 on the rotating shaft side 18.
- the rotating shaft side 18 is a side on which the rotating shaft of the rotor blade 10 is installed.
- the blade root portion 12 has a shape in which a plurality of irregularities are formed.
- the blade root portion 12 is fitted into an opening that matches the uneven shape of the blade root portion 12 formed on the outer periphery of the rotor disk. That is, the blade root portion 12 is fixed to the rotor disk.
- the blade 14 has one end on the rotating shaft side 18 connected to the blade root 12 and the other end connected to the shroud 16.
- the wing part 14 has a thin plate shape.
- the shroud 16 is formed at the end of the moving blade 10 in the direction opposite to the rotating shaft side 18.
- the shroud 16 is a member that contacts the shroud of an adjacent moving blade, fixes the moving blade 10, and suppresses vibration of the moving blade 10.
- the jig 20 has a back jig 22 and a ventral jig 24. As shown in FIG. 3, the jig 20 is a mold in which the shape of the design dimension of the wing portion 14 is formed. The jig 20 can be divided into a back jig 22 and a ventral jig 24. In addition, although the jig
- the back jig 22 is a mold attached to the back surface of the wing part 14.
- the surface on the back side of the wing part 14 is a suction surface of the wing part 14.
- the back jig 22 is made of alumina ceramics, but is not limited thereto.
- the back jig 22 may be formed of a material having a hardness higher than that of the moving blade 10 at least in a temperature range applied in the heat treatment step of the blade manufacturing method.
- the back jig 22 has a coating 26 formed on the surface in contact with the moving blade 10.
- the coating layer 26 is, for example, a sprayed film of yttria ceramic, but is not limited thereto.
- the coating layer 26 only needs to be formed of a material having strength higher than that of the moving blade 10 and low reactivity with the moving blade at least in a temperature range applied in the heat treatment step of the blade manufacturing method.
- the ventral jig 24 is a mold attached to the ventral surface of the wing part 14.
- the ventral surface of the wing portion 14 is a surface on the side where the wing portion 14 receives wind.
- the material of the ventral jig 24 is a nickel alloy, but is not limited thereto.
- the ventral jig 24 may be formed of a material having a hardness higher than that of the moving blade 10 at least in a temperature range applied in the heat treatment step of the blade manufacturing method.
- an insulator layer 28 is formed on the surface in contact with the moving blade 10.
- the insulator layer 28 is, for example, a ceramic sprayed film, but is not limited thereto.
- the insulator layer 28 only needs to be formed of an insulating material whose hardness is higher than that of the rotor blade 10 at least in the temperature range applied in the heat treatment step of the blade manufacturing method.
- the back jig 22 and the vent jig 24 are formed of a material having a linear expansion coefficient close to that of a titanium aluminum alloy that is a material used for the rotor blade 10.
- that the linear expansion coefficient is close is Inconel 903, and the numerical values are shown in Table 1.
- the material used for the jig may be a ceramic material or carbon.
- a method for manufacturing the moving blade 10 will be described with reference to FIGS.
- a forming step S1, a jig mounting step S2, and a heat treatment step S3 are sequentially performed.
- the moving blade 10 is formed using MIM.
- the metal particles and the binder are sufficiently kneaded to create a compound.
- the metal particles are, for example, titanium aluminum alloy powder.
- the binder is, for example, paraffin wax.
- the compound is ejected toward the mold, and the static carrying is injection molded.
- the molded body is heated to a temperature range where the binder volatilizes, and the binder is removed from the molded body (hereinafter, removing the binder is referred to as degreasing as appropriate).
- the molded body is heated at a predetermined sintering temperature to sinter the molded body.
- the moving blade 10 is formed of, for example, a titanium aluminum alloy.
- the moving blade 10 may be formed of stainless steel, a Ni-based alloy, or a titanium alloy.
- the jig 20 is attached to the blade portion 14 of the moving blade 10.
- the wing part 14 is sandwiched between the back jig 22 and the ventral jig 24, and the jig 20 is attached to the wing part 14. That is, the periphery of the wing part 14 is covered with the space inside the jig 20.
- the internal space has a shape along the design shape of the wing part 14.
- a deviation of a predetermined amount or more is generated between the shape of the jig 20 and the shape of the wing part 14, as shown in FIG.
- the jig 20 is pressed by the pressing portion 30. Specifically, the wing part 14 is sandwiched between the dorsal jig 22 and the ventral jig 24, and the dorsal jig 22 and the ventral jig 24 are pressed by the pressing part 30, and moved from the ventral side and the dorsal side. A force is applied to the jig 20 to press the wing 10 and the jig 20 is attached to the wing portion 14.
- maintenance part 30 is a clamp and a vise, for example.
- the rotor blade 10 to which the jig 20 is attached is heat treated.
- the heat treatment is, for example, HIP processing.
- the HIP treatment is a heat treatment in which a pressure of 10 MPa to 200 MPa and a thermal load exceeding 1000 ° C. are applied to an object to be processed in an argon atmosphere.
- the heat processing in heat processing process S3 was HIP processing, it is not limited to this.
- the heat treatment in the heat treatment step may be a vacuum heat treatment, a normal pressure heat treatment, an atmospheric heat treatment in which heating is performed in an inert gas atmosphere, or a hot press heat treatment in which heating is performed in a pressurized state from one direction.
- the heat treatment is performed at a lower temperature than the sintering treatment in the forming step S1.
- As a typical heat treatment it is preferable to hold at a temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. for 10 hours to 100 hours.
- the jig 20 that is a mold in which the shape of the blade 14 is formed in the jig attachment step S2 is attached to the blade 14 and heat treatment is performed in the heat treatment step S3.
- the jig 20 can cover the wing part 14, and the use of the jig 20 can reduce the difference in the cooling speed depending on the position of the wing part 14 in the heat treatment step S3. It is possible to suppress the occurrence of a temperature difference in the blade portion 14.
- the outside of the jig 20 becomes an external space, and both the thick and thin portions of the wing portion 14 radiate heat through the jig 20, and the temperature can be lowered on average.
- produces in the wing
- the blade with high dimensional accuracy can be manufactured.
- the blade when the blade is formed of a titanium aluminum alloy that easily deforms due to temperature change, it is possible to manufacture a blade with particularly high accuracy.
- By forming the wings from a titanium aluminum alloy it is possible to manufacture a wing having a lighter weight and higher strength than when a nickel alloy is applied to the wing material.
- the wing portion 14 when the wing portion 14 is deformed in the molding step S1, the wing portion 14 is placed between the back side jig 22 and the ventral side jig 24 in the jig attaching step S2. Clamping, pressing the back jig 22 and the ventral jig 24 with the pressing part 30, applying force to the jig 20 so as to press the moving blade 10 from the ventral side and the back side, and attaching the jig 20 to the wing part 14 In the heat treatment step S3, heat treatment is performed on the wing portion 14 to which the jig 20 is attached.
- the jig 20 in which the insulator layers 26 and 28 are formed in the portion in contact with the wing part 14 is attached to the wing part 14 in the jig attaching step S2. Accordingly, an insulator can be interposed between the wing portion 14 and the jig 20, and the wing portion 14 and the jig 20 can be electrically insulated. It is possible to prevent galvanic corrosion occurring during the process, and it is possible to manufacture a higher quality wing.
- the moving blade 10 is formed using the MIM in the molding step S1. Thereby, it is possible to manufacture the moving blade 10 with higher dimensional accuracy than manufacturing by casting, to improve productivity, and to reduce manufacturing cost.
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Abstract
品質の安定した翼を製造することができる翼の製造方法を提供する。金属粒子を型に向けて噴射し金属射出成形で翼を造形する成形工程と、少なくとも2つに分割され、前記翼の形状が内部に形成された型である治具の前記型が形成された面で前記翼を挟み、前記治具を前記翼に取り付ける治具取付工程と、前記治具を取り付けた前記翼に熱処理を施す熱処理工程と、を備える。
Description
本発明は、翼の製造方法に関するものである。
金属粉末射出成型法(Metal Injection Molding:以下、適宜MIMと称する)は、生産性及び寸法精度が高いことから、機械部品の製造に広く利用されている。MIMは、金属及び合金の粉末と有機バインダとを混練し、混練したコンパウンドを金型に射出することにより所望の形状の成形体を作成し、成形体から有機バインダを除去し、焼結することで所定形状の焼結体を得る加工方法である。
特許文献1には、MIMを適用したタービンホイールの製造方法が記載されている。特許文献1記載のタービンホイールの製造方法は、MIMにより焼結体を得た後に、熱間静水圧加圧処理(Hot Isostatic Pressing:以下、適宜HIP処理と称する)、切削加工及びプレス加工を施すことで、所望の焼結密度および寸法精度のタービンホイールを製造することができる。
ここで、MIMにおける焼結及びHIP処理は、1000℃を超える熱負荷を製品に加えるプロセスであるため、製品が温度変化によって変形してしまう恐れがあった。また、厚みが薄い部材を製造する場合には、熱ひずみによる変形が特に起こり易いという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、寸法精度の高い翼を製造することができる翼の製造方法を提供することを課題とする。
本発明は、金属粒子を型に向けて噴射し金属射出成形で翼を造形する成形工程と、少なくとも2つに分割され、前記翼の形状が内部に形成された型である治具の前記型が形成された面で前記翼を挟み、前記治具を前記翼に取り付ける治具取付工程と、前記治具を取り付けた前記翼に熱処理を施す熱処理工程と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、治具が翼を覆うことで薄肉部の温度低下を防ぐことができ、熱処理工程において熱処理を行う場合に翼に温度差が発生することを抑制でき、翼に発生する熱応力を緩和することができ、熱応力による翼の変形を抑制することができ、寸法精度の高い翼を製造することができる。
また、前記治具取付工程は、前記治具が前記翼を挟んだ状態で、前記翼を挟む向きに前記治具を押える押さえ部を前記治具に取り付け、前記熱処理工程は、前記押さえ部が前記治具に取り付けられた状態で前記熱処理を施すことが好ましい。
この構成によれば、翼が成形工程において変形した場合でも治具を翼に取り付けることができ、翼が設計寸法の形状に戻るように力を加えた状態で翼に熱処理を施すことができ、翼を設計寸法に矯正することができ、翼の寸法精度を高くすることができる。
また、前記金属粒子は、ステンレス鋼、Ni基合金、チタン合金およびチタンアルミ合金で形成されていることが好ましい。
本発明によれば、寸法精度の高い翼を製造することができる。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
図1は、本実施形態に係る翼の製造方法により製造されるターボ機械の動翼10を示す外形図である。図2は、本実施形態に係る翼の製造方法を示すフローチャートの一例である。図3及び図4は、それぞれ本実施形態に係る翼の製造方法の治具取付工程の治具と動翼を示す横断面図である。
本実施形態の翼の製造方法により製造される翼は、例えば、ターボ機械の動翼10に適用される。なお、本実施形態では、ターボ機械の動翼10に適用したが、特に限定されず、他のあらゆる翼に適用してもよい。例えば、航空エンジンの動翼・静翼、産業用ガスタービンの動翼および蒸気タービンの動翼に本実施形態の翼の製造方法を適用してもよい。先ず、動翼10の製造方法の説明に先立ち、図1及び図3を参照して、動翼10及び動翼10の製造に用いる治具20について説明する。
動翼10は、翼根部12と、翼部14と、シュラウド16とを備える。動翼10は、ターボ機械の回転軸にロータディスクを介して固定される翼である。動翼10は、材料がチタン合金であるがこれに限定されない。動翼10の材料は、例えば、ニッケル合金でもよい。
翼根部12は、動翼10の回転軸側18の端部に形成される。ここで、回転軸側18とは、動翼10の回転軸が設置される側である。翼根部12は、図1に示すように、複数の凹凸が形成された形状を有する。翼根部12は、例えば、ロータディスク外周に形成された翼根部12の凹凸形状と一致する開口にはめ込まれる。つまり、翼根部12は、ロータディスクに固定される。
翼部14は、回転軸側18の一端部が翼根部12に接続し、他端部がシュラウド16に接続している。翼部14は、薄い板形状を有する。
シュラウド16は、動翼10の回転軸側18とは反対方向の端部に形成される。シュラウド16は、隣接する動翼のシュラウドと接触して、動翼10を固定し、動翼10の振動を抑制する部材である。
治具20は、背側治具22と、腹側治具24とを有する。治具20は、図3に示すように、翼部14の設計寸法の形状が内部に形成された型である。治具20は、背側治具22と腹側治具24とが分割可能である。なお、治具20は、背側治具22と腹側治具24とが分割可能であるとしたが、これに限定されない。治具20は、3つ以上の部材に分割可能であるとしてもよい。なお、図3に示した治具20の断面の外形は、長方形であるが、これに限定されない。治具20の断面の外形は、多角形、円形及び楕円形でもよい。
背側治具22は、翼部14の背側の面に取り付けられる型である。ここで、翼部14の背側の面とは、翼部14の負圧面である。背側治具22は、材料がアルミナセラミックスであるがこれに限定されない。背側治具22は、少なくとも翼の製造方法の熱処理工程で適用される温度帯において、硬度が動翼10よりも高い材料で形成されていればよい。背側治具22は、動翼10と接する面にコーティング26が形成されている。コーティング層26は、例えば、イットリアセラミックの溶射膜であるがこれに限定されない。コーティング層26は、少なくとも翼の製造方法の熱処理工程で適用される温度帯において、強度が動翼10よりも高く動翼との反応性が低い材料で形成されていればよい。
腹側治具24は、翼部14の腹側の面に取り付けられる型である。ここで、翼部14の腹側の面とは、翼部14が風を受ける側の面である。腹側治具24は、材料がニッケル合金であるがこれに限定されない。腹側治具24は、少なくとも翼の製造方法の熱処理工程で適用される温度帯において、硬度が動翼10よりも高い材料で形成されていればよい。腹側治具24は、動翼10と接する面に絶縁体層28が形成されている。絶縁体層28は、例えば、セラミックの溶射膜であるがこれに限定されない。絶縁体層28は、少なくとも翼の製造方法の熱処理工程で適用される温度帯において、硬度が動翼10よりも高い絶縁性の材料で形成されていればよい。
ここで、背側治具22、腹側治具24及びは、線膨張係数が動翼10に用いる材料であるチタンアルミ合金に近い材料で形成されていることが好ましい。ここで、線膨張係数が近いとは、インコネル903であり、その数値を表1に示す。製品形状によっては線膨張係数が異なっていても成形が可能であることから、治具に用いる材料は、セラミックス材料やカーボンでもよい。
次に、図2、図3及び図4を参照して、上記の動翼10の製造方法について説明する。本実施形態における翼の製造方法は、図2に示すように、成形工程S1と、治具取付工程S2と、熱処理工程S3と、を順に行っている。
成形工程S1では、MIMを用いて、動翼10を造形する。具体的には、金属粒子とバインダとを十分に混練し、コンパウンドを作成する。ここで、金属粒子とは、例えば、チタンアルミ合金粉末である。ここで、バインダとは、例えば、パラフィンワックスである。次に、金型を備える射出成形機を用いて、コンパウンドを金型に向けて噴出し、静携帯を射出成形する。次に、成形体をバインダが揮発する温度域まで加熱し、成形体からバインダを除御する(以下、バインダを除去することを適宜脱脂と称する)。なお、脱脂は、バインダが溶解可能な溶媒に成形体を浸漬することで行ってもよい。次に、所定の焼結温度で成形体を加熱し、成形体を焼結させる。なお、成形体の脱脂を行う前に、射出成形によって生じた線状凸痕跡(パーティングライン)を除去する作業を実行してもよい。ここで、動翼10は、例えば、チタンアルミ合金で形成する。なお、動翼10は、ステンレス鋼、Ni基合金、チタン合金で形成してもよい。
治具取付工程S2では、図3に示すように、動翼10の翼部14に治具20を取り付ける。具体的には、背側治具22及び腹側治具24で翼部14を挟み、治具20を翼部14に取り付ける。つまり、翼部14の周囲を治具20の内部の空間で覆う。内部の空間は、翼部14の設計形状に沿った形状である。ここで、成形工程S1において翼部14が変形し、治具20の形状と翼部14の形状とに所定以上のずれが生じている場合、図4に示すように、翼部14に治具20を取り付けた後、押さえ部30で治具20を押える。具体的には、背側治具22と腹側治具24との間に翼部14を挟み、背側治具22と腹側治具24とを押さえ部30で押え、腹側及び背側から動翼10を押えるように治具20に力を加え、翼部14に治具20を取り付ける。ここで、押さえ部30とは、例えば、クランプ及び万力である。このように翼部14の変形が大きい場合は、押さえ部30で治具20に力を加え、図3に示すように、治具20に翼部14が収納された状態とする。
熱処理工程S3では、治具20が取り付けられた動翼10に熱処理を行う。熱処理とは、例えば、HIP処理である。ここで、HIP処理は、アルゴン雰囲気下で10MPaから200MPaの圧力及び1000℃を超える熱負荷を被処理物に加える熱処理である。なお、熱処理工程S3における熱処理はHIP処理としたが、これに限定されない。熱処理工程における熱処理は、真空熱処理、常圧熱処理、不活性ガス雰囲気で加熱を行う雰囲気熱処理及び1方向から加圧した状態で加熱を行うホットプレス熱処理でもよい。ここで、熱処理は、成形工程S1の焼結処理よりも低い温度で実行する。所望の機械的特性を得るため種々の条件から熱処理条件を選定する必要があるが、代表的な熱処理としては800℃以上1200℃以下の温度で10時間から100時間の保持を行うことが好ましい。
本実施形態に係る翼の製造方法は、治具取付工程S2において翼部14の形状が内部に形成された型である治具20を翼部14に取り付け、熱処理工程S3において熱処理を行う。これにより、治具20が翼部14を覆うことを可能にし、治具20を用いることで熱処理工程S3において翼部14の位置による冷却される速度の差を小さくすることができ、熱処理工程S3において翼部14に温度差が発生することを抑制できる。具体的には、治具20の外側が外部の空間となり、翼部14の厚い部分も薄い部分も治具20を介して放熱することになり、平均的に温度を低下させることができる。これにより、翼部14に発生する熱応力を緩和することができ、熱応力による翼の変形を抑制することができる。このように、翼の変形を抑制でき、冷却も平均化できることで、寸法精度の高い翼を製造することができる。
また、翼を、温度変化による変形が起こり易いチタンアルミ合金で形成する場合に特に精度の高い翼を製造することができる。チタンアルミ合金で翼を形成することで、ニッケル合金を翼の材料に適用した場合よりも重量が軽くかつ強度が高い翼を製造することができる。
また、本実施形態の翼の製造方法は、成形工程S1において翼部14が変形した場合に、治具取付工程S2において、背側治具22と腹側治具24との間に翼部14を挟み、背側治具22と腹側治具24とを押さえ部30で押え、腹側及び背側から動翼10を押えるように治具20に力を加え、翼部14に治具20を取り付け、熱処理工程S3において、治具20が取り付けられた翼部14に熱処理を行う。これにより、翼部14が成形工程S1において変形した場合でも、翼部14を設計寸法により近い形状に戻した状態で翼部14に熱処理を施すことができ、翼部14を設計寸法に矯正することができ、翼部14の寸法精度を高くすることができる。
また、本実施形態の翼の製造方法は、治具取付工程S2において、翼部14と接触する部分に絶縁体層26、28が形成されている治具20を翼部14に取り付ける。これにより、翼部14と治具20との間に絶縁体を介在させることを可能にし、翼部14と治具20とを電気的に絶縁させることができ、翼部14と治具20との間に生じる電蝕を防ぐことができ、より高い品質の翼を製造することができる。
また、本実施形態の翼の製造方法は、成形工程S1において、MIMを用いて、動翼10を造形する。これにより、鋳造による製造に比べて高い寸法精度で動翼10を製造することを可能にし、生産性を向上させることができ、製造コストを低減させることができる。
10 動翼
12 根翼部
14 翼部
16 シュラウド
18 回転軸側
20 治具
22 背側治具
24 腹側治具
26、28 絶縁体層
30 押さえ部
12 根翼部
14 翼部
16 シュラウド
18 回転軸側
20 治具
22 背側治具
24 腹側治具
26、28 絶縁体層
30 押さえ部
Claims (4)
- 金属粒子を型に向けて噴射し金属射出成形で翼を造形する成形工程と、
少なくとも2つに分割され、前記翼の形状が内部に形成された型である治具の前記型が形成された面で前記翼を挟み、前記治具を前記翼に取り付ける治具取付工程と、
前記治具を取り付けた前記翼に熱処理を施す熱処理工程と、を備えることを特徴とする翼の製造方法。 - 前記治具取付工程は、前記治具が前記翼を挟んだ状態で、前記翼を挟む向きに前記治具を押える押さえ部を前記治具に取り付け、
前記熱処理工程は、前記押さえ部が前記治具に取り付けられた状態で前記熱処理を施すことを特徴とする請求項1に記載の翼の製造方法。 - 前記金属粒子は、チタンアルミ合金で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の翼の製造方法。
- 前記治具は、前記翼と接触する面に絶縁体層が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の翼の製造方法。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56108802A (en) * | 1980-02-01 | 1981-08-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Working method for machine constituting parts using metal powder as raw material |
JPH062011A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-11 | Agency Of Ind Science & Technol | 粉末成形品の製造法 |
JP2003049660A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Sogi Kogyo Kk | Vgsタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される可変翼の翼部の製造方法 |
JP2011174096A (ja) | 2008-10-29 | 2011-09-08 | Technes Co Ltd | タービンホイールの製造方法 |
JP2013148050A (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 軸流圧縮機翼とその製造方法 |
JP2016211043A (ja) * | 2015-05-11 | 2016-12-15 | 株式会社アテクト | タービンホイールの製造方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4287991B2 (ja) * | 2000-02-23 | 2009-07-01 | 三菱重工業株式会社 | TiAl基合金及びその製造方法並びにそれを用いた動翼 |
DE102004029789A1 (de) * | 2004-06-19 | 2006-01-05 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zum Fertigen von Bauteilen einer Gasturbine sowie Bauteil einer Gasturbine |
JP4317906B1 (ja) * | 2008-10-09 | 2009-08-19 | 株式会社テクネス | 可変ベーンの製造方法 |
JP4269091B1 (ja) * | 2008-11-25 | 2009-05-27 | 株式会社テクネス | タービンローター用シャフトの製造方法 |
JP2010270645A (ja) * | 2009-05-20 | 2010-12-02 | Ihi Corp | インペラの製造方法 |
US20140217638A1 (en) * | 2011-08-31 | 2014-08-07 | Polyplastics Co., Ltd., 973, | Mold and method for manufacturing mold |
US20150224607A1 (en) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | Siemens Energy, Inc. | Superalloy solid freeform fabrication and repair with preforms of metal and flux |
-
2018
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56108802A (en) * | 1980-02-01 | 1981-08-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Working method for machine constituting parts using metal powder as raw material |
JPH062011A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-11 | Agency Of Ind Science & Technol | 粉末成形品の製造法 |
JP2003049660A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Sogi Kogyo Kk | Vgsタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される可変翼の翼部の製造方法 |
JP2011174096A (ja) | 2008-10-29 | 2011-09-08 | Technes Co Ltd | タービンホイールの製造方法 |
JP2013148050A (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 軸流圧縮機翼とその製造方法 |
JP2016211043A (ja) * | 2015-05-11 | 2016-12-15 | 株式会社アテクト | タービンホイールの製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
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