Verfahren zur Herstellung von Hohlschaufeln für Turbinen und Verdichter Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfah ren zur Herstellung von Hohlschaufeln für Turbinen, Verdichter oder dergleichen Maschi nen. Ferner betrifft. die Erfindung eine nach diesem Verfahren hergestellte Hohlschaufel.
Die Herstellung derartiger Schaufeln ist werten der komplizierten Formen derselben, des zu verarbeitenden Werkstoffes und der erforderlichen grossen Genauigkeit ausser ordentlich schwierig und kostspielig. Es ist bekannt, solche Schaufeln aus hitzebeständigen Blechen hohl zu ziehen oder durch Giessen mit Bohrung herzustellen. Die Bearbeitung von gezogenen oder geschweissten Schaufeln ist sehr zeitraubend und erfordert eine grosse An zahl von genau aufeinander abgestimmten Arbeitsgängen.
Beim Giessen der Schaufeln aus hochhitzebeständigen Metallegierungen lie ssen sieh bisher durch Kernverlagerung, Form kästenversatz, Ausbröckelung usw. auftretende Ungenauigkeiten nicht vermeiden, die dann durch sehr kostspielige Nacharbeit beseitigt erden mussten. Es ist auch bekannt, Hohl schaufeln aus Profilstangenabschnitten zu dre hen, zu bohren, im Gesenk zum Pressteil zu schlagen und schliesslich fertigzubearbeiten, wobei der Fertigungsabfall fast. 90% beträgt. Im Hinblick auf den sehr wertvollen Werk stoff ist ein solches Verfahren im höchsten Grade unwirtschaftlich.
Durch die Erfindung wird bezweckt, ein einfaches, wirtschaftliches, und genaues Ver- fahren zur Herstellung von Hohlschaufeln der in Rede stehenden Art zu schaffen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung be steht darin, dass zunächst durch Präzisions Bussverfahren ein hohler Schaufelrohling her gestellt wird, dessen Innen- und Aussenflächen sodann durch spanabhebende Werkzeuge be arbeitet werden, worauf die Schaufel schliess lich durch spanlose Verformung in die end gültige Form gebracht wird.
Diese Kombination eines Giessverfahrens mit spanabhebender Bearbeitung und span loser Verformung ermöglicht es, von einem bereits mit grosser Genauigkeit herstellbaren Schaufelrohling ausgehend, die sich durch das Giessen ergebenden Toleranzen zunächst durch eine spanabhebende Bearbeitung auszu scheiden und dann durch die anschliessende spanlose Verformung gleich die Endform der Schaufel mit den gewünschten Abmessungen zu erhalten, so dass schliesslich nur noch eine Feinbearbeitung der Oberfläche durch Schlei fen bzw. Polieren vorgenommen zu werden braucht.
Durch diese Folge von aufeinander folgenden Verfahrensstufen wird eine wesent liche Verringerung der Herstellungstoleran zen erzielt, der Materialverbrauch auf ein Minimum beschränkt und die gesamte Her stellung erheblich vereinfacht und verbilligt.
Im naehstehenden wird das Verfahren ge mäss der Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Fig. 1 und 2 zeigen im Längsschnitt. und in Stirnansicht einen Präzisionsguss - Schaufel rohling.
Fig.3 bis 5 veranschaulichen schematisch die spanabhebende Bearbeitung des Präzisions gussrohlings.
Fig. 6 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform der spanlosen Verformung mittels Walzen.
Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der spanlosen Verformung mittels Pressen, und Fig. 9 und 1.0 zeigen schliesslich die fertige Schaufel in Seiten- und Stirnansicht.
Die erste Stufe des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht darin, dass mit Hilfe des Präzisionsgussverfahrens (z. B. mit verlorenem Wachsmodell arbeitend) ein Schaufelrohling gemäss Fig. 1 und 2 als Vorform hergestellt wird. Diese Vorform richtet sich einmal nach der Grösse der auftretenden Toleranzen und der Bearbeitungsmöglichkeiten und ist. zum andern abhängig von der Eigenart der jeweils verwendeten Legierung und der erforderlichen Warmbehandlung. Der Gussschaufelrohling erhält eine Schaufelform mit z. B. rundem, eiförmigem oder dem endgültigen Profil noch stärker angenäherten Querschnitt. mit einer Be arbeitungszugabe auf der Innen- und Aussen fläche der Schaufel, welche so bemessen ist, dass die sich durch das Giessen ergebenden Toleranzen zunächst durch eine spanabhebende Bearbeitung der Innen- und Aussenflächen ausgeschieden werden können.
Im übrigen wird die Querschnittsform des Gussrohlings, und zwar sowohl des späteren Schaufelblattes 1 als auch des späteren Schaufelfusses 2 vor teilhaft so gewählt, dass sich die Innen- und Aussenflächen dieser Teile leicht, mit Hilfe von handelsüblichen Werkzeugsmaschinen oder Werkzeugen spanabhebend bearbeiten lassen.
Fig. 3 der Zeichnung veranschaulicht sche matisch, wie beispielsweise die Innenfläche des hohlen Schaufelblattes 1 und des hohlen Schaufelfusses 2 bei kreisrundem Querschnitt ausgedreht oder bei profiliertem Querschnitt geräumt wird. Sodann wird der Schaufelfuss gemäss Fig. 4 an der Aussenfläche bei kreisrundem Quer schnitt abgedreht. bzw. bei profiliertem Quer schnitt kopiergedreht oder kopiergefräst.
Die Hohlschaufel kann hiernach gemäss Fig.5 auf einen genau passenden Dorn auf gesetzt und auf ihrer äussern Fläche, vorzugs weise durch Einstechschleifen auf einer auto matischen Kopierschleifmaschine so genau be arbeitet. werden, dass die Abweichungen der Abmessungen in der Grössenordnung von Bruchteilen von 100stel mm gehalten werden.
Nachdem die gewünschten Abmessungen durch die vorstehenden spanabhebenden Be arbeitungen unter Einhaltung der erforderten Toleranzen erreicht worden sind, werden die Schaufeln je nach der Besonderheit der ver wendeten Metallegierung entweder kalt oder warm durch Pressen, Prägen, Walzen oder eine ähnliche spanlose Verformung in die end gültige Form gebracht.
Fig.6 veranschaulicht die spanlose Form gebung des Schaufelblattes 1 mit Hilfe von Pendelwalzen 3. Das Walzen mit Hilfe einer solchen Vorrichtung wird als an sieh bekannt vorausgesetzt.
Gemäss Fig.7 und 8 erfolgt die span lose Verformung der Schaufeln durch Pressen in entsprechenden Pressformen oder Gesenken 4. Bei dieser Arbeitsstufe durch spanlose Ver formung wird dann auch die Verwindung des Schaufelblattes herbeigeführt, so dass an schliessend die Schaufel 1 mit dem Schaufelfuss die in Fig. 9 und 10 veranschaulichte end gültige Form erhält. Der Schaufelfuss wird ebenfalls entsprechend durch spanlose Ver formung in die endgültige Form gebracht.
.Je nach der Art, der verwendeten Metall legierung kann vor oder zwischen den ein zelnen Arbeitsgängen eine Warmbehandlung eingeschaltet werden, die der Struktur und Härte des Schaufelmaterials und den Erfor- dernissen der Bearbeitung angepasst ist.
Schliesslich wird die Schaufeloberfläche durch Feinbearbeitung wie Schleifen und Po lieren, z. B. durch Schleifen in einer sogenann- ten Tatiehschleifmasehine in den gewünschten Endzustand gebracht.
Method for the production of hollow blades for turbines and compressors The invention relates to a method for the production of hollow blades for turbines, compressors or the like machines. Also concerns. the invention a hollow blade produced by this method.
The manufacture of such blades is extremely difficult and expensive considering the complicated shapes of the same, the material to be processed and the great precision required. It is known to draw such blades hollow from heat-resistant sheet metal or to produce them by casting with a bore. The processing of drawn or welded blades is very time-consuming and requires a large number of precisely coordinated operations.
When casting the blades from highly heat-resistant metal alloys, inaccuracies caused by core displacement, mold box misalignment, crumbling, etc. could not be avoided, which then had to be eliminated by very costly rework. It is also known to hen hollow shovels from profile rod sections to rotate, to drill, to hit in the die to the pressed part and finally to finish, with the production waste almost. 90%. In view of the very valuable material, such a process is extremely uneconomical.
The aim of the invention is to create a simple, economical, and precise method for producing hollow blades of the type in question.
The method according to the invention consists in the fact that a hollow blade blank is first made using a precision bus method, the inner and outer surfaces of which are then processed by cutting tools, whereupon the blade is finally brought into its final shape by non-cutting deformation.
This combination of a casting process with machining and non-cutting deformation makes it possible, starting from a blade blank that can already be manufactured with great accuracy, to first separate the tolerances resulting from the casting by machining and then through the subsequent non-cutting deformation, the final shape of the blade with the desired dimensions, so that ultimately only a fine processing of the surface by grinding or polishing needs to be made.
Through this sequence of successive process steps, a substantial reduction in manufacturing tolerances is achieved, the material consumption is reduced to a minimum and the entire production is considerably simplified and cheaper.
In the following, the method according to the invention is explained using the drawing, for example. Fig. 1 and 2 show in longitudinal section. and a precision cast blade blank in front view.
3 to 5 schematically illustrate the machining of the precision cast blank.
6 schematically illustrates an embodiment of the non-cutting deformation by means of rollers.
7 and 8 illustrate a further embodiment of the non-cutting deformation by means of pressing, and finally, FIGS. 9 and 1.0 show the finished blade in side and front view.
The first stage of the method according to the invention consists in producing a blade blank according to FIGS. 1 and 2 as a preform with the aid of the precision casting method (e.g. working with a lost wax model). This preform depends on the size of the tolerances that occur and the processing options and is. on the other hand, it depends on the nature of the alloy used and the required heat treatment. The cast blade blank is given a blade shape with z. B. round, egg-shaped or the final profile even closer approximated cross-section. with a machining allowance on the inner and outer surface of the blade, which is dimensioned so that the tolerances resulting from the casting can first be eliminated by machining the inner and outer surfaces.
In addition, the cross-sectional shape of the cast blank, both of the later blade 1 and the later blade root 2, is chosen so that the inner and outer surfaces of these parts can easily be machined with the help of commercially available machine tools or tools.
Fig. 3 of the drawing illustrates cal cally how, for example, the inner surface of the hollow blade 1 and the hollow blade root 2 is turned out with a circular cross-section or cleared with a profiled cross-section. Then, according to FIG. 4, the blade root is turned off on the outer surface with a circular cross-section. or with a profiled cross-section, copy-turned or copy-milled.
According to FIG. 5, the hollow blade can then be placed on a precisely fitting mandrel and processed as precisely on its outer surface, preferably by plunge grinding on an automatic copy grinding machine. that the deviations of the dimensions are kept in the order of magnitude of fractions of 100ths of a mm.
After the desired dimensions have been achieved by the above machining operations in compliance with the required tolerances, the blades are either cold or warm, depending on the particularity of the metal alloy used, by pressing, embossing, rolling or similar non-cutting deformation into their final shape brought.
6 illustrates the non-cutting shaping of the airfoil 1 with the aid of pendulum rollers 3. The rolling with the aid of such a device is assumed to be known per se.
According to Fig. 7 and 8, the non-cutting deformation of the blades is carried out by pressing them in corresponding molds or dies 4. In this work stage, the blade is also twisted by non-cutting deformation, so that the blade 1 with the blade root then follows the in Figs. 9 and 10 is finalized form illustrated. The blade root is also brought into its final shape by non-cutting deformation.
Depending on the type of metal alloy used, a heat treatment can be switched on before or between the individual work steps, which is adapted to the structure and hardness of the blade material and the requirements of the processing.
Finally, the blade surface is covered by fine machining such as grinding and Po, z. B. brought into the desired final state by grinding in a so-called tool grinding machine.