JPH0321252B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鍛造方法及び鍛造装置に係り、更に詳
細には高強度低延性の合金の鋼塊が低強度高延性
の一時的な条件下にて所要の形状に鍛造される鍛
造方法及び鍛造装置に係る。

本発明は一体的なブレードを有するロータを製
造すべくガスタービンエンジンの技術分野に於て
考え出されたものであるが、寸法が正確で複雑な
形状の部品が必要である任意の技術分野に於ても
広く適用され得るものである。

本願出願人と同一の醸受人に譲渡された米国特
許第3519503号には、アメリカ合衆国コネチカツ
ト州ハートフオード所在のユナイテツド・テクノ
ロジーズ・コーポレイシヨンのPratt＆Whitney
Aircraft Divisionにより開発され
GATORIZING 鍛造法として知られている鍛造
方法が記載されている。この方法によれば、ガス
タービンエンジンの技術分野に於て使用される合
金の如く鍛造が困難な高強度合金もその材料の鋼
塊より比較的複雑な形状のほぼ仕上げ形状に成形
可能である。初期のうちにはデイスク形の構成要
素のみが鍛造されたが、一体的なブレードを有す
るロータデイスクを成形する必要性により更に
種々の鍛造法を開発することが促進された。

一体的なブレードを有するロータを成形する初
期のダイスパツケージ及び鍛造法が本願出願人と
同一の譲受人に譲渡された米国特許第4051708号
及びその分割に係る特許である同第4074559号に
記載されている。これらの米国特許に記載された
概念によれば、一体的な突出部はデイスクを成形
するダイスの周縁の周りに配置された複数個のダ
イスの間にて鍛造される。更に完成した鍛造物品
より突出部成形ダイスを分離する方法が開発され
た。かかる二つの方法が米国特許第4041161号及
び同第4150557号に記載されている。

鍛造分野に於ける上述の如き進歩発展にかかわ
らず、科学者やエンジニアは鍛造による構成要素
の製造性を向上し且かかる構成要素の品質を改善
する新たな方法を研究し続けている。

本発明によれば、一組のダイスは、予め成形さ
れた鋼塊を低強度高延性の状態にて好ましい中間
形状に変形する第一のダイス要素と、中間形状の
鋼塊を低強度高延性の状態を維持したまま所要の
仕上げ形状に変形する第二のダイス要素とよりな
る自動的に順次作動し得る複数個のダイス要素を
含んでいる。

本発明による方法によれば、高強度低延性合金
の鋼塊が一組の順次作動し得るダイス要素内にて
低強度高延性の状態に処理され、次いで順次作動
し得る一組のダイス要素内にて第一の形状（中間
形状）に加圧変形され、更にダイスより取出され
ることなく第二の形状（仕上げ形状）に変形され
る。

本発明の主要な一つの特徴は可動ダイスであ
る。この可動ダイスは少なくとも二つの順序作動
可能なダイス要素にて構成されている。図示の実
施例に於ては内側可動ダイスと外側可動ダイスと
が採用されている。これらのダイスは鋼塊を第一
の形状に形成し、次いでプレスをダイスパツケー
ジより引出すことなく第二の形状に成形すべく順
序駆動されるようになつている。複数個の加圧ピ
ンが星形プレートより下方へ延在しており、中央
デイスクが成形されるべき鋼塊内に押付けられる
ときアウタリングが変位するのを阻止するように
なつている。

本発明の主要な利点は複雑な形状の構成要素を
形成する能力が優れているということである。鋼
塊材料はその後の鍛造工程に於ける材料の分配が
改善されるよう初期の鍛造工程に於て第一の形状
に形成される。ガスタービンエンジンのロータブ
レードの如き複雑な形状の突出部もその支持構造
体の周縁部に正確な寸法及び形状に成形可能であ
る。材料が好ましく分配された状態にて鋼塊を中
間形状に成形することにより、その後の鍛造工程
に於て構成材料を複雑な形状の突出部へ有効に分
配することができる。ダイスパツケージを順次作
動することはまず後に加圧されるべきダイスを鋼
塊材料内に拘束することにより行なわれる。その
後順次作動されるダイスにより初期の鍛造工程に
於て使用されるモールドの一部が形成され、鋼塊
材料は中間形状の段階でそれがとるべき好ましい
位置へ移動される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。

本発明による方法及び装置は、鍛造の分野、特
に米国特許第3519503号に記載された方法により
形成される複雑な形状を有する構成要素を鍛造す
るのに非常に有用であることが分かつている。前
述の米国特許の方法は、第１図に示された移動鍛
造装置の如き鍛造装置による構成要素の自動生産
に特に適している。この装置内に於ては、高強度
低延性の材料が鍛造工程中複雑な形状を有するダ
イスキヤビテイ内に鋼塊材料が流れ得るよう低強
度延性の一時的な状態に処理される。鍛造工程の
後所定の形状に仕上げられた加工片は高強度低延
性の元の状態に戻るよう熱処理される。

鍛造工程は流体圧プレス１２の作用により収納
ベツセル１０内にて行なわれる。プレス１２は複
数個のタイロツド１８により互いに隔置されたベ
ツド１４とヘツド１６とを有している。収納ベツ
セル１０はプレスのベツド１４より上方へ延在す
る構造体２０により支持されている。収納ベツセ
ル１０の上端はベロー２２に於てプレスのヘツド
１６に接続されている。

プレスのベツド１４内にはラムプレート２４が
配置されており、このラムプレート２４は収納ベ
ツセル１０内にロアダイスコラム２６を支持して
いる。ラムプレート２４は収納ベツセル１０に対
し相対的に可動であり、ベロー２８により収納ベ
ツセル１０に接続されている。複数個の鍛造ラム
３０がラムプレート２４を位置決めし且鍛造工程
中大きな力にてラムプレートを上方へ駆動するよ
うになつている。この鍛造ラム３０は図には示さ
れていない流体圧アクチユエータにより駆動され
るようになつている。鍛造工程中ラムプレート２
４が上方へ移動する際の限界を与えるべく複数個
のラムストツプ３２がラムプレートより上方へ延
在している。またアツパダイスコラム３４がプレ
スのヘツド１６より収納ベツセル１０内へ下方へ
延在している。

アツパダイスコラム３４及びロアダイスコラム
２６は複数個の平坦なプレート３６にて構成され
ている。ロアダイスコラム２６の最上プレート３
８及びアツパダイスコラム３４の最下プレート４
０はモリブデンの如き熱電導率の小さい材料にて
構成されている。同じくモリブデンの如き熱伝導
率の小さい材料にて構成された容器状リング部材
４２がロアダイスコラム２６の最上プレート３８
上に載置されている。このリング部材４２内には
ダイスパツケージ４４が配置されるようになつて
いる。アツパダイスコラム３４の最下プレート４
０は、ダイスパツケージ４４の可動要素に面する
そのダイス対向面にてダイスパツケージに当接し
ている。取出しラム４６がロアダイスコラム２６
及びリング部材４２を貫通してアクチユエータ４
８より上方へ延在している。

収納ベツセル１０は三つの隔離可能な室、即ち
予熱室５０と鍛造室５２と冷却室５４とに分割さ
れている。入口ドア５６が鍛造室５２を予熱室５
０より分離しており、出口ドア５８が鍛造室５２
を冷却室５４より分離している。

予熱室５０はその予熱室内の圧力や雰囲気を制
御する弁６０を有している。収納ベツセル１０内
ヘダイスパツケージ４４を配置し得るよう、予熱
室５０には装入ドア６２が設けられている。予熱
器アーム６６の一端に設けられた予熱器テーブル
６４が予熱セクシヨン内にそれぞれのダイスパツ
ケージ４４を支持するようになつている。加熱要
素６８が予熱室内にて予熱ステーシヨン７０に設
けられている。予熱器テーブル及び予熱器アーム
は、それぞれのダイスパツケージを加熱要素内へ
移動しまたそれを貫通して持上げるべく予熱室５
０内を上下動し得るよう構成されている。典型的
な実施例に於ては、予熱器アーム６６は図には示
されていない流体圧アクチユエータより上方へ延
在している。加熱要素６８の上方に於て装入アー
ム７４の一端に設けられた装入トレイ７２は予熱
室５０を横切つて水平方向に往復動し得るよう構
成されている。予熱器テーブル６４がその上昇し
た位置にある場合には、装入トレイ７２は予熱器
テーブルよりダイスパツケージを受けることがで
きるようになつている。また予熱器テーブルがそ
の後退した位置にある場合には、装入トレイ及び
装入アームはダイスパツケージ４４を鍛造室５２
内へ装入し得るようになつている。典型的な実施
例に於ては装入トレイ及び装入アームの水平方向
の運動は図には示されていない流体圧アクチユエ
ータにより与えられるようになつている。

鍛造室５２は該鍛造室内の圧力及び雰囲気を制
御する弁７６を有している。加熱要素７８が鍛造
室内にて鍛造ステーシヨン８０に設けられてい
る。この加熱要素７８は上部加熱要素８２と下部
加熱要素８４とに分割されている。これら二つの
加熱要素はロアダイスコラム２６上に載置された
リング部材４２内にダイスパツケージ４４を装入
し得るよう上下方向に分離されるようになつてい
る。加熱要素８２及び８４が分離されロアダイス
コラム２６がラムプレート２４により下方へ後退
せしめられると、取出しラム４６は伸長された装
入トレイ７２よりダイスパツケージ４４を持ち上
げそれを鍛造に備えてリング部材４２内へ降ろす
ことができるようになつている。同様に鍛造工程
が完了するとラムプレート２４は後退し、取出し
ラム４６は伸長してリング部材４２よりダイスパ
ツケージを持上げるようになつている。

冷却室５４は該冷却室内の圧力及び雰囲気を制
御する弁８６を有している。取出しアーム９０の
一端に設けられた取出しトレイ８８は冷却室を横
切つて水平方向に往復動し得るよう構成されてい
る。これら取出しトレイ及び取出しアームは取出
しラム４６よりダイスパツケージ４４を受けるべ
く鍛造室５２内へ伸張し得るようになつている。
冷却室５４はダイス分解ステーシヨン９２と冷却
ステーシヨン９４とを有している。ダイス分解ス
テーシヨン９２は上部分解リング９６と下部分解
リング９８とよりなつている。流体圧アクチユエ
ータ１０２より上方へ延在する分解アーム１００
が下部分解リング９８を上方へ持ち上げて取出し
トレイ８８よりダイスパツケージを持ち上げるよ
うになつている。アクチユエータ１０２は更に分
解リング９６及び９８を互いに押しつけてダイス
パツケージを分解し、鍛造された加工片よりそれ
らを取りはずすようになつている。冷却室５４に
はダイスパツケージ及び加工片を取出すための取
出しドア１０４が設けられている。

第２図に本発明により構成されたダイスパツケ
ージ４４が図示されている。ダイスパツケージ４
４は外面１０８を有する円筒形の静止ダイス１０
６と、少なくとも二つの可動のダイス（第一の可
動ダイス即ち内側可動ダイス１１０と第二の可動
ダイス即ち外側可動ダイス１１２とを含んでい
る。第一及び第二の可動ダイス１１０及び１１２
は静止ダイス１０６と同軸状に装着されている。
第二の可動ダイス１１２はほぼ円筒形をなしてお
り外面１１４を有している。第一の可動ダイス１
１０は第二の可動ダイス１１２内に収容されるよ
うになつている。これら二つの可動ダイス１１０
及び１１２は端面１１６を有しており、これらの
面は形成されるべき構成要素の一方の側の形状に
対する補形形状に形成されている。静止ダイス１
０６は形成されるべき構成要素の他方の側の形状
に対する補形形状に形成された端面１１８を有し
ている。

周縁方向に延在するカラー１２０が静止ダイス
１０６の延筒状外面より半径方向外方へ隆起した
状態にて形成されている。鍛造されるべき加工片
の鋼塊１２２が静止ダイス１０６と可動ダイス１
１０及び１１２との間に収容されるようになつて
いる。複数個の円弧状ダイスセグメント１２４が
静止ダイス及び可動ダイスの周りに円筒列状に互
いに隣接して配置されており、静止ダイス及び可
動ダイスと共働して形成されるべき突出部の形状
に対する補形形状を有するキヤビテイ２５を郭定
している。

ダイスセグメント１４はそれぞれ一対の周縁方
向側壁１２６を有しており、それぞれの側壁は互
いに隣接するダイスセグメントの側壁と共働して
形成されるべき突出部の形状に対する補形形状を
有する複数個の周縁方向に隔置されたキヤビテイ
を郭定している。各ダイスセグメントはそれを横
切つて延在するチヤンネル１３０を含む円筒状内
面１２８を有しており、チヤンネル１３０は静止
ダイス１０６のカラー１２０と係合してそれぞれ
のダイスセグメントが静止ダイス１０６に対し傾
斜するのを阻止するようになつている。カラー１
２０は少なくとも一つのテーパの付いた側面１３
２を有しており、これにより所要の引張り方向線
Ｌに沿つてダイスセグメントをカラーより取外し
得るようになつている。

ダイスパツケージを詳細に示す第２図に於て、
各ダイスセグメント１２４の円筒状内面１２８は
可動ダイス１１０の領域に第二のチヤンネル１３
４を含んでいる。各チヤネル１３４は非常に小さ
い寸法公差にて形成されたリング１３６と係合
し、これによりダイスセグメントが傾斜するのを
更に防止するようになつている。カラー１２０の
場合と同様、リング１３６はテーパの付いた側面
１３８を有しており、これにより所要の引張り方
向線Ｌに沿つて引張ることによりリングよりダイ
スセグメントを取外し得るようになつている。か
かるカラー及びリングによるダイスセグメントの
傾斜防止の概念はそれぞれ互いに独立して使用さ
れてもよく、両者を組合せて使用されてもよい。

各ダイスセグメント１２４は、該セグメントを
横切つて延在する溝１４２を有するテーパの付い
た円筒状外面１４０を有しており、隣接するダイ
スセグメントの溝１４２と共働してダイスセグメ
ントの周りに延在するアウタチヤンネルを郭定し
ている。このアウタチヤンネル内にはダイスセグ
メントの周りにワイヤ１４４が延在しており、こ
れによりダイスパツケージの各要素を一体的に組
立てられた状態に維持するようになつている。

また第２図に示されている如く、第一の可動ダ
イス１１０が加工片に対し押圧されるとき第二の
可動ダイス１１２が加工片により変位せしめられ
るのを阻止する装置がアツパダイスコラム３４内
に設けられている。この装置は星形プレート１４
８より第二の可動ダイス１１２上へ下方へ延在す
る複数個の加圧パツド１４６を含んでいる。共通
のロツド或いはラム１５０が星形プレート１４８
を位置決めするようになつている。ラム１５０は
図には示されていないプレスの最上部に設けられ
た流体圧アクチユエータにより駆動されるように
なつている。

本発明による鍛造方法が第２図乃至第４図に図
示されている。第２図に於て、まずダイスセグメ
ント１２４が静止ダイス１０６の周りに円筒列状
に配置される。次いでワイヤ１４４が溝１４２内
に配置されてダイスセグメント１２４を所定の位
置に締付ける。形成されるべき加工片の材料の鋼
塊１２２が円筒列内の静止ダイス上に配置され、
第二の可動ダイス１１２と第一の可動ダイス１１
０とよりなる可動ダイスが円筒列内の鋼塊上に配
置されてダイスパツケージが完成される。

かくして形成されたダイスパツケージが第１図
に示された如き鍛造室内に配置され、鋼塊材料が
低強度高延性の一時的な状態にもたらされるよう
昇温される。次いで加圧パツド１４６が第二の可
動ダイス１１２に対し押付けられる。

第３図に示されている如く、中央ダイス要素即
ち第一の可動ダイス１１０が鋼塊１２２内に押込
められ、加工片が中間的な半完成形状に形成され
る。この場合加圧パツド１４６は流動する鋼塊材
料によりリング即ち第二の可動ダイス１１２が変
位せしめられるのを阻止する。かかる中間形状に
於ては加工片はその後の鍛造に適するよう好まし
い領域へ鋼塊材料が分配された状態にある。例え
ば図に於てＲにて示された領域に於ては、その後
隣接するダイスセグメント間のエアフオイル形成
キヤビテイ２５内へ流動し得るよう鋼片材料が集
められる。

第３図は加工片が中間加工形状に成型された第
一の鍛造工程終了後の状態を示し、第４図は加工
片が最終形状に成型された第二の鍛造工程終了後
の状態を示す。第二の鍛造工程ではアツパダイス
コラム３４は、第４図に示すようにダイスセグメ
ント１２４の上面に接するまで下降し、それによ
つて二つの上部可動ダイス１１０，１１２は同時
に押し下げられる。

第４図に示された状態に於ては、加圧パツド１
４６に作用する圧力はラムプレート２４が上昇し
ダイスセグメント１２４がダイスコラム３４に当
接することにより解除されている。第一の可動ダ
イス１１０及び第二の可動ダイス１１２は同時に
鋼塊に対し押付けられる。領域Ｒ内の材料は隣接
するダイスセグメント間のエアフオイル（突出
部）形成キヤビテイ２５の端部に押込められ、か
くして加工片が第二或いは最終の形状に形成され
る。

以上に於ては、本発明をその特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、本発明の範囲内にて種
種の修正並びに省略が可能であることは明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を採用し得る鍛造装置を
示す解図的縦断面図である。第２図は第１図の鍛
造装置の一部を示す解図的縦断面図であり、特に
鍛造工程が開始する前の状態に於けるプレスの内
部の鋼塊を収納したダイスパツケージを示してい
る。第３図は第一の可動ダイスを鋼塊中に押込む
ことにより鋼塊が第一の形状に鍛造された状態を
示す第２図と同様の解図的部分断面図である。第
４図は第二の可動ダイスを鋼塊中に押込むことに
より第二、即ち最終の形状に鋼塊が鍛造された状
態を示す第２図と同様の解図的部分縦断面図であ
る。 １０〜収納ベツセル、１２〜流体圧プレス、１
４〜ベツド、１６〜ヘツド、１８〜タイロツド、
２２〜ベロー、２４〜ラムプレート、２５〜キヤ
ビテイ、２６〜ロアダイスコラム、２８〜ベロ
ー、３０〜鍛造ラム、３２〜ラムストツプ、３４
〜アツパダイスコラム、３６〜プレート、３８〜
最上プレート、４０〜最下プレート、４２〜リン
グ部材、４４〜ダイスパツケージ、４６〜取出し
ラム、４８〜アクチユエータ、５０〜予熱室、５
２〜鍛造室、５４〜冷却室、５６〜入口ドア、５
８〜出口ドア、６０〜弁、６２〜装入ドア、６４
〜予熱器テーブル、６６〜予熱器アーム、６８〜
加熱要素、７０〜予熱ステーシヨン、７２〜装入
トレイ、７４〜装入アーム、７６〜弁、７８〜加
熱要素、８０〜鍛造ステーシヨン、８２〜上部加
熱要素、８４〜下部加熱要素、８６〜弁、８８〜
取出しトレイ、９０〜取出しアーム、９２〜ダイ
ス分解ステーシヨン、９４〜冷却ステーシヨン、
９６〜上部分解リング、９８〜下部分解リング、
１００〜分解アーム、１０２〜流体圧アクチユエ
ータ、１０４〜取出しドア、１０６〜静止ダイ
ス、１０８〜外面、１１０〜第一の可動ダイス、
１１２〜第二の可動ダイス、１１４〜外面、１１
６，１１８〜端面、１２０〜カラー、１２２〜鋼
塊、１２４〜ダイスセグメント、１２６〜側壁、
１２８〜円筒状内面、１３０〜チヤンネル、１３
２〜側面、１３４〜第二のチヤンネル、１３６〜
リング、１３８〜側面、１４０〜円筒状外面、１
４２〜溝、１４４〜ワイヤ、１４６〜加圧パツ
ド、１４８〜星形プレート、１５０〜ラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動アツパダイスコラム３４を有する鍛造プ
   レス装置によつて、中央デイスク部とそれより延
   在し一体的に形成された複数個の突出部とを有す
   る鍛造品を鍛造する方法に於て、 静止ダイス１０６上に鋼塊１２２を配置するこ
   とと、 内側可動ダイス１１０とそれを囲む外側可動ダ
   イス１１２とを前記鋼塊上に配置することと、 前記静止ダイスと前記外側可動ダイスの回りに
   前記突出部を形成するためのキヤビテイ２５を有
   するダイスセグメント１２４を円筒状に配列する
   ことと、 前記鋼塊、前記静止ダイス、前記内側可能ダイ
   ス、前記外側可動ダイス及び前記ダイスセグメン
   トの温度を前記鍛造品が鍛造されるべき温度まで
   上昇せしめることと、 前記ダイスセグメントの円筒状配列を保持し、
   また前記外側可動ダイスが鋼塊によつて上向きに
   押されて移動するのを阻止すべく該外側可動ダイ
   スを下向きに保持した状態にて、前記内側可動ダ
   イスを前記静止ダイスへ向けて前記可動アツパダ
   イスコラムにて駆動し、前記鋼塊を中間形状を有
   する加工片に鍛造する第一の鍛造工程を実施する
   ことと、 前記加工片、前記静止ダイス、前記内側可動ダ
   イス、前記外側可動ダイス及び前記ダイスセグメ
   ントの温度を鍛造温度に保持することと、 前記ダイスセグメントの円筒状配列を保持しつ
   つ前記内側可動ダイスと前記外側可動ダイスを前
   記アツパダイスコラムより更に前記静止ダイスへ
   向けて駆動し、前記加工片の材料の一部を前記ダ
   イスセグメントの前記キヤビテイ内へ圧入して前
   記鍛造品を成形する第二の鍛造工程を実施するこ
   とと、 を有することを特徴とする鍛造品の鍛造方法。 ２ 静止ダイス１０６と、内側可動ダイス１１０
   と、前記内側可動ダイスを囲む外側可動ダイス１
   １２と、 前記内側可動ダイス及び前記外側可動ダイスに
   対向する面を有し、鋼塊を中間の加工片に形成す
   べく前記内側可動ダイスに対して鍛造圧力を加
   え、次いで前記加工片を最終の鍛造品に形成すべ
   く前記内側可動ダイス及び前記外側可動ダイスに
   対して鍛造圧力を加えることができるよう構成さ
   れた可動アツパダイスコラム３４と、 前記内側可動ダイスが鋼塊に押付けられるとき
   前記外側可動ダイスが前記鋼塊によつて押されて
   移動するのを阻止すべく、前記可動アツパダイス
   コラムに対して相対的に移動可能である加圧プレ
   ート１４８に取付けられて前記外側可動ダイスに
   係合し、該外側可動ダイスを押付けることができ
   るよう構成された加圧パツド１４６と、を有する
   ことを特徴とする鍛造装置。 ３ 中央デイスク構造体とそれより延在し一体的
   に形成された複数個の突出部とを有する鍛造品を
   鍛造するためのダイスパツケージにして、 円筒形の外面部１０８を有する静止ダイス１０
   ６と、 円筒形の外面部１１４を有する外側可動ダイス
   １１２と、 前記外側可動ダイス内に収容された内側可動ダ
   イス１１０と、 前記静止ダイスと前記外側可動ダイスの前記円
   筒形外面部に接する円筒状内面部１２８を呈する
   よう、前記静止ダイスと前記外側可動ダイスの周
   りに円筒状に配列され、前記複数個の突出部を形
   成するための複数個のキヤビテイを郭定する複数
   個のダイスセグメント１２４とを有し、 前記外側可動ダイスと前記内側可動ダイスは前
   記静止ダイスより隔置されて前記静止ダイスに対
   し軸線方向に整合するよう構成されており、前記
   内側可動ダイスは前記外側可動ダイスに対し独立
   に摺動できるよう構成されていることを特徴とす
   るダイスパツケージ。