JPH02274342A - 翼の素形材加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、翼、たとえば発電機用のブレード。

ノズルなどの素形材の加工方法に係り、特に、翼横断面
形状が非対称な翼、すなわち蒸気出口側の翼厚が蒸気入
口側の翼厚よりも小さい翼の、素形材の加工方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来、翼の加工は、角材からの削り出し、あるいは、総
型を使用した型鍛造で、所定の仕上代をもつ素形材に加
工したのち、これを機械加工して翼に仕上げるものであ
った。

また、型鍛造後の機械加工の工数を大幅に低減するため
のものとして、大容量の精密スクリュウプレスによる精
密型鍛造加工を実施するようにしたものも知られている
。

しかし、角材からの削り出しでは、材料の歩留りが極め
て悪く、資源の無駄になり、また、総型による型鍛造で
は、金型が高価であるばかりでなく、熱間加工による型
寿命の低下から、加工品に占める型費の割合が増大し、
加工品の原価を引上げている。さらに、精密型鍛造では
設備費が過大となり、その償却は容易ではない。

上記の諸問題を解決するものとして、特開昭６１−１４
４０号公報には、翼の横断面形状を有する部分型を用い
て、自由鍛造方式により、長手方向に順次加圧して素形
材を得る方法が記載されている。

これを５図面を用いて説明する。

第９図は、従来の自由鍛造方式によって、素形材を加工
している状態を示す斜視図である。

この図において、素材の翼加工部１′　（断面形状は、
円形もしくは長方形）を、腹部成形上型３を背部成形下
型４との間で、根元部１’　　ｆ側から先端部１’　ｅ
側へ向かって矢印のごとく間欠的に移動させながら、　
Ｊｌｌｉｔ次加圧成形する方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した、自由鍛造方式による素形材の加工方法は、削
り出しや型鍛造に比べて、材料歩留りがよく、設備費、
金型費も安価であるという利点を有するもの゛の、横断
面形状が非対称な翼を加工する点については配慮がされ
ていなかった。

これを、図面を用いて説明する。

第８図は、本発明の対象となる、横断面形状が非対称の
翼の、素形材を示す斜視図である。

図において、１は翼部（詳細後述）、２はダブティール
部である。前記翼部１は、先端部１ａ。

根元部１ｆ、腹部１ｃ、背１ｄを有し、その翼幅はｗ、
　′Ａ高はＨ１翼部の長さはしてあり、その横断面形状
は、蒸気出口側１ａの翼厚の方が、蒸気入口側１ｂの翼
厚よりも小さい、非対称をなしている。

このような、横断面形状が非対称の翼の素形材の加工に
、前記した従来の自由鍛造方式を適用すると、翼厚の小
さい蒸気出口側の材料流動が、入口側より、も大きくな
り、前記出口側が凸になる面内面がりを生じて、高精度
の素形材が得られないという問題が生じた。

本発明は、このような問題点を解決して、自由鍛造方式
による塑性加工により、横断面形状が非対称の翼の素形
材を、高精度に加工することができる。翼の素形材加工
方法の提供を、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するための、本発明に係る翼の素形材
加工方法は。

翼加工部とダブティール部とを有する矩形状素材の前記
翼加工部を、自由鍛造方式により塑性加工して、所定の
仕上代をもつ、腹部と背部のある翼部に成形するように
した、翼の素形材加工方法において、 前記塑性加工は、フラットポンチとＶ下型とを使用する
予備成形と、腹部成形型と背部成形型とを使用して、素
形材に仕上げる仕上げ成形とからなるものであり、 前記フラットポンチは、長手方向の加圧幅が翼部の長さ
よりも十分短く、幅方向の加圧幅が翼加工部の幅よりも
長く、加圧面が平面状をなしたものであり。

前記Ｖ下型は、その一方の１１１１ｊ面の傾斜角α′が
、翼部の横断面の蒸気入口側端部と蒸気出口側端部とを
結ぶ線と平行で且つ背部底面に接する基線と、前記接点
と前記蒸気出口側端部との中間点で背部に接する線との
なす角αよりも大きく、他方の側面に接する線とのなす
角αよりも大きく、他方の側面の傾斜角β′が、前記基
線と、前記接点と前記蒸気入口側端部との中間点で背部
に接する線とのなす角βよりも小さく、長手方向の加圧
幅が前記フラットポンチの加工幅よりも長いものであり
、前記腹部成形型は、長手方向の加圧幅が翼部の長さよ
りも十分短く、幅方向の形状が翼部の腹部とほぼ同一形
状のものであり、 前記背部成形型は、長手方向の加圧幅が前記腹部成形型
の加圧幅よりも長く、幅方向の形状が翼部の背部とほぼ
同一形状のものであり、前記予備成形は、前記矩形状素
材を、その翼加工部の被加圧面が前記フラットポンチの
加圧面と平行になるように位置せしめた状態で、該矩形
状素材を、前記フラットポンチの長手方向の加圧幅より
も小さい量だけ移動させながら、前記翼加工部を局部的
に順次加圧して予備成形品を得るものであり、 前記仕上げ成形は、前記予備成形品を、その蒸気入口側
から蒸気出口側へ、θ＝α′−αだけ回動せしめた状態
で、該予備成形品を、前記腹部成形型の長手方向の加圧
幅よりも小さい量だけ移動させながら、その翼加工部を
局部的に順次加圧して素形材を得るようにしたものであ
る。

さらに詳しくは、次のとおりである。

矩形状素材の翼加工部を、次の２工程からなる、自由鍛
造方式による塑性加工で、翼に成形するようにしたもの
である。

その第１工程は、加圧面が平面状の−ｚシシ２１２江’
／ｆと、一方の側面の傾斜角α′がα（＝翼部の横断面
の蒸気入口側端部と蒸気出口側端部とを結ぶ線と平行で
且つ背部底面に接する基線と、前記接点と前記蒸気出口
側端部との中間点で背部に接する線となす角）よりも大
きく、他方の側面の傾斜角β′がβ（＝前記基線と、前
記接点と前記蒸気入口側端部との中間点で背部に接する
線となす角）よＯも小さく（ただし、α′−α＝β−β
′＝θ）、長手方向の加圧幅が前記フラットポンチの加
圧幅よりも長い兄上型とを使用して、矩形状素材を、そ
の翼加工部の被加圧面が前記フラットポンチの加圧面と
平行になるように位置せしめた状態に保持し、前記翼加
工部を順次加圧して予備成形品に成形する予備成形であ
り、 その第２工程は１幅方向の形状が翼部の腹部とほぼ同一
形状の１凰戊肛皇と、幅方向の形状が翼部の背部とほぼ
同一形状で、長手方向の加圧幅が前記腹部成形型の加圧
幅よりも長い１凰戊肛皇とを使用して、前記予備成形品
を、その蒸気入口側から蒸気出口側へ〇だけ回動せしめ
た状態で、その翼加工部を順次加圧して素形材に仕上げ
成形するものである。

［作用］ 仕上げ成形は、予備成形で得られた予備成形品をθだけ
傾斜した状態（すなわち、予備成形品の被加圧面が、蒸
気入口側で高くなるように、θだけ傾斜した状態）で実
施するようにしたので、成形の初期においては、主とし
て予備成形品の蒸気入口側（厚肉側）が加圧され、成形
終了間際になって、蒸気出口側（薄肉側）が加圧される
ことになり、蒸気入口、出口側で翼厚が異なる非対称の
真横断面形状であっても、翼部に面内向がりを生ずるこ
とはなく、高精度の素形材が得られる。

［実施例］ 以下１本発明を実施例によって、図面を用いて説明する
。

第１〜７図は１本発明の一実施例に係る。翼の素形材加
工方法を説明するためのものであり、第１図は、予備成
形の初期状態を示す正面図、第２図は、第１図における
矩形状素材の詳細を示す斜視図、第３図は、第１図にお
けるＶ下型の、入口。

出口テーパ部の傾斜角を決めるための、基準となる真横
断面の詳細図、第４図は、予備成形の最終段階を示す正
面図、第５〜７図は、それぞれ、仕上げ成形の初期状態
、中間段階、最終段階を示す正面図である。

この実施例は、第２図に示す矩形状素材１１（詳細後述
）から、翼の素形材１０（第８図）を成形するものであ
る。前記矩形状素材１１は、翼加工部７とタブティール
部２とからなり、翼加工部７は、先端部７ｅ、根元部７
ｆを有し、その幅はＷ　＋、厚さはＨｌ、長さはｌであ
る。

まず、この成形（すなわち、予備成形と仕上げ成形）に
使用する金型を説明する。

予備成形には、フラットポンチ９とＶ下型８とを使用す
る。フラットポンチ９は、長手方向の加圧幅が、翼部の
長さしく第８図参照）よりも十分短く、幅方向の加圧幅
が、翼加工部の幅Ｗ’　　（第２図参照）よりも長く、
加圧面が平面状をなしたものである。

また、前記ｖ下型８は、第１図に示すように。

その一方の側面（蒸気出口側を成形する側）に係る出口
テーパ部８ａの傾斜角がα′であり、他方の側面（蒸気
入口側を成形する側）に係る人口テーパ部８ｂの傾斜角
がβ′であり、これら傾斜角α　、β′の大きさは、第
３図におけるα、β（詳細後述）に対して、次の関係を
満足するものである。

。・　〉。　　　　　　　　　　　　　・・・　（１）
β′くβ　　　　　　　　・・・（２）α−α＝β−β
′（＝θ）・・・　（３）前記αは、翼部の横断面の蒸
気入口側１ｂの端部と蒸気出口側１ａの端部とを結ぶ線
Ａと平行で且つ背部１ｄ底面に接する（この接点をＭと
する）基線Ｂと、前記接点Ｍと蒸気出口側１ａの端部と
の中間点Ｐで背部１ｄに接する線Ｃとのなす角である。

また、βは、前記基線Ｂと、前記接点Ｍと蒸気入口側１
ｂの端部との中間点Ｑで背部１ｄに接する線りとのなす
角である。そして、このＶ下型８の長手方向の加圧幅は
、前記フラットポンチ９の加圧幅よりも長いものである
。

一方、仕上げ成形には、腹部成形型３と背部成形型５と
を使用する（第５図参照）。腹部成形型３は、長手方向
の加圧幅Ｗｐが、翼部の長さしよりも十分短く、幅方向
の形状が、所定仕上代を考慮して腹部を転写した、腹部
ＩＣとほぼ同一形状のものである。

また、前記背部成形型５は、長手方向の加圧（曜Ｗが、
腹部成形型３の加圧幅Ｗ、よりも長く１幅方向の形状が
、■所定仕上代を考慮して背部を転写した。入口成形部
５ｂ、出口成形部５ａを有する。背部１ｄとほぼ同一形
状の部分と、■ガイドとなる入ロガイド部５ｂ′、出ロ
ガイド部５ａ’とからなるものである。

このように構成した前記金型を使用して１本発明の一実
施例に係る、翼の素形材加工方法を説明する。

まず、マニピュレータ（図示せず）によって。

矩形状素材１１のダブティール部２を把持し、ＮＣ制御
装［（図示せず）をＯＮにすると、矩形状素材１１の翼
加工部７が、その被加圧面がフラットポンチ９の加圧面
と平行になるようにして、Ｖ下型８とフラットポンチ９
との間に挿入され、第１図に示すような、１回目の加圧
位置にセツティングされる。ここで、フラットポンチ９
が所定のストローク量δだけ下降し、翼加工部７を加圧
する。次にフラットポンチ９が上昇し、それと同時に、
前記マニピュレータにより、矩形状素材１１がフラット
ポンチ９の長手方向の加圧幅よりも小さい所定の送りピ
ッチ量ｐ１だけマニピュレータ側へ移動し、２回目の加
圧を行なう。この動作が連続的に実行されて、根元部７
ｆから先端部７ｅまで加圧すると予備成形が終了し、予
備成形品６が得られる。第４図はその状態を示したもの
であり、６ａは出口加工部、６ａ　　、６ａ’は、その
角部、６ｂは入口加工部、６ｂ’　、６ｂ“は、その角
部である。

次に、この予備成形品６が第５図に示すように、前記マ
ニピュレータによってθ（＝α　−α）程度回転し、背
部成形型５にセツティングされる。

そして、腹部成形型３により、前記予備成形におけると
同様にして、予備成形品６の根元部から先端部へ向かっ
て、その加圧＠ｗｐより小さい所定の送りピッチ量ｐ２
ずつ移動しながら順次加圧成形する。この成形は５予備
成形品６の入口加工部６ｂの両角部６ｂ’　、６ｂ’と
、出口加工部６ａの底面側の角部６ａ’とから進行する
。このとき、出口加工部６ａの角部６ａ’は、若干浮い
た状態にあるが、仕上げ打ち加工終了間際になって、背
部成形型５の出口成形部５ａと当接して加圧成形される
。このようにして、前記動作が所定回数繰返えされると
仕上げ成形が完了し、所望の翼部１を有する素形材１０
が得られる。

具体例を示す。

素形材１０の翼部１の寸法は、第８図を参照して、翼＠
ｗ＝５２ｍ、翼高Ｈ＝２７ｍｍ、翼部の長さＬ＝２２０
ｍｍ　（いずれも、仕上げ代ＩＩｍを付き）である。こ
の翼部１は捩れのないストレート翼で、α＝２８°、β
＝７７°　（第３図参照）である。

その詳細形状は複雑になるので省略するが、蒸気出口側
１ａの方が蒸気入口側１ｂよりも翼厚の小さい、非対称
形状であり、材質は１２Ｃｒステンレス鋼である。

この素形材１０を成形するために使用する矩形状素材１
１は、第２図を参照して、その翼加工部７の寸法は、加
工中の幅方向への拡がりと高さ方向の肉厚減少とを考慮
して５幅Ｗ’　＝４０ｍ、厚さＨ’　＝３３ａｍとし、
また、素形材１０の背部１の体積よりも若干大きくなる
ような条件から算出して、長さｌ＝１４０ａｍとした。

フラットポンチ９は、第１図を参照して、長手方向の加
圧幅＝　１５　ｍ、幅方向の加圧幅＝６５ｍで、加圧面
が半面状のものである。

Ｖ下型８は、α’＝４５°、ｐ’　＝６０’　　（α’
−α＝β−β′＝１７°）であり、長手方向の加圧幅＝
３０−である。

腹部成形型３は、第５図を参照して、長手方向の加圧幅
ｗｐ：１５ｍで５幅方向の形状が腹部ＩＣとほぼ同一で
ある。

背部成形型５は、長手方向の加圧幅ｗ　＝３０１であり
１幅方向の形状は、背部１ｄとほぼ同一の部分と、ガイ
ド部とを有するものである。

加工は、熱間（加工開始時は約１０００℃、終了時は約
８００℃）で行なった。

まず、予備成形は、その送りピッチ量Ｐ１＝ｌＯ１１１
１とし、パス回数（根元部から先端部までの加圧繰返し
回数）を２回とし、各回のストローク量を、それぞれＬ
　２ｍ、　１０ｍ　（合計２２ａｎ）にした。

この予備成形によって、矩形状素材１１の翼加工部７の
高さＨ′が３ｍｍ減少して３０ｍとなり、予備成形品６
が得られた。

仕上げ成形は、その送りピッチ量Ｐｚ”Ｐ□＝１０ＩＩ
ｍとし、パス回数を３回とし、各回のストローク量を、
それぞれ８　ｍ　、　６　ｎｕ　、　−３ｍｓ　（合計
１７■）にした。これによって、仕上げ代ＩＩの、形状
精度の優れた、翼部１を有する素形材１０が得られた。

以上説明した実施例によれば、次の効果がある。

■、Ｘ部の横断面形状の非対称性に起因する面内的がり
を抑止することができ、精度の良好な翼の素形材が得ら
れる。

◎、切削と比較して、材料歩留りを向上することができ
るとともに、総型による型鍛造と比較しても設備費、金
型費の点で有利である。

なお１本実施例では金型を上、下に配置し、−方（Ｖ下
型）を固定して用いたが、金型の双方を同時に闘動して
もよく、また金型を左右に配置しても同様の効果が得ら
れる。矩形状素材の送り方法は間欠的でなくてもよく、
連続的な送りでもよいが、その場合には、金型の加工面
の素材長手方向側すなわち材料が挿入されていく側にテ
ーパをほどこす必要がある。また、送りピッチ量は、各
工程あるいは各パスごとに変化してもよい。

さらに、本実施例のように比較的短い翼の場合には一端
のみを把持すればよいが、翼長が太い場合あるいは真横
断面の非対称性がさらに大きい場合には、曲がりを抑止
する点からも両端把持が望ましい。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明によれば、設備費、金
型非が安価な自由鍛造方式により、翼部での面内曲がり
を抑止して、真横断面形状が非対称な翼を精度良く加工
することができる。これにより、切削による方法と比較
して材料歩留りを向上できるとともに、総型を用いた型
鍛造と比べても設備費、金型費の点で有利である。

これを要するに、自由鍛造方式による塑性加工により、
横断面形状が非対称の翼の素形材を、高精度に加工する
ことができる、翼の素形材加工方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は、本発明の一実施例に係る、翼の素形材加
工方法を説明するためのものであり、第１図は、予備成
形の初期状態を示す正面図、第２図は、第１図における
矩形状素材の詳細を示す斜視図、第３図は、第１図にお
けるｖ下型の、入口。 出口テーパ部の傾斜角を決めるための、基準となる真横
断面の詳細図、第４図は、予備成形の最終段階を示す正
面図、第５〜７図は、それぞれ、仕上げ成形の初期状態
、中間段階、最終段階を示す正面図、第８図は、本発明
の対象となる、横断面形状が非対称の翼の、素形材を示
す斜視図、第９図は、従来の自由鍛造方式によって、素
形材を加工している状態を示す斜視図である。 １・・・翼部、１ｃ・・・腹部、１ｄ・・・背部、２・
・・ダブティール部、・・・腹部成形型、５・・・背部
成形型、７・・・翼加工部、８・・・Ｖ下型、９・・・
フラットポンチ、１０・・・翼の素形材、１１・・・矩
形状素材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、翼加工部とダブテイール部とを有する矩形状素材の
   前記翼加工部を、自由鍛造方式により塑性加工して、所
   定の仕上代をもつ、腹部と背部のある翼部に成形するよ
   うにした、翼の素形材加工方法において、 前記塑性加工は、フラットポンチとＶ下型とを使用する
   予備成形と、腹部成形型と背部成形型とを使用して、素
   形材に仕上げる仕上げ成形とからなるものであり、 前記フラットポンチは、長手方向の加圧幅が翼部の長さ
   よりも十分短く、幅方向の加圧幅が翼加工部の幅よりも
   長く、加圧面が平面状をなしたものであり、 前記Ｖ下型は、その一方の側面の傾斜角α′が、翼部の
   横断面の蒸気入口側端部と蒸気出口側端部とを結ぶ線と
   平行で且つ背部底面に接する基線と、前記接点と前記蒸
   気出口側端部との中間点で背部に接する線とのなす角α
   よりも大きく、他方の側面の傾斜角β′が、前記基線と
   、前記接点と前記蒸気入口側端部との中間点で背部に接
   する線とのなす角βよりも小さく、長手方向の加圧幅が
   前記フラットポンチの加圧幅よりも長いものであり、 前記腹部成形型は、長手方向の加圧幅が翼部の長さより
   も十分短く、幅方向の形状が翼部の腹部とほぼ同一形状
   のものであり、 前記背部成形型は、長手方向の加圧幅が前記腹部成形型
   の加圧幅よりも長く、幅方向の形状が翼部の背部とほぼ
   同一形状のものであり、前記予備成形は、前記矩形状素
   材を、その翼加工部の被加圧面が前記フラットポンチの
   加圧面と平行になるように位置せしめた状態で、該矩形
   状素材を、前記フラットポンチの長手方向の加圧幅より
   も小さい量だけ移動させながら、前記翼加圧部を局部的
   に順次加圧して予備成形品を得るものであり、 前記仕上げ成形は、前記予備成形品を、その蒸気入口側
   から蒸気出口側へ、θ＝α′−αで回動せしめた状態で
   、該予備成形品を、前記腹部成形型の長手方向の加圧幅
   よりも小さい量だけ移動させながら、その翼加工部を局
   部的に順次加圧して素形材を得るものである ことを特徴とする翼の素形材の加工方法。