JPH0462817B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属材料から、内外面に凹凸を有す
るあるいは軸方向（高さ方向）にテーパを有する
ような異形リングの製造方法に関する。

［従来の技術］ 航空機用、地上用のガスタービンなどに使用さ
れるリング状部品は高温強度や疲労強度など種々
の特性を要求されるため、Ni，Co，Cr，Ti，
Ｖ，Al，Fe等からなる特殊合金で製造される。

このリング状部品のうち、第７図において２点
鎖線で示されるような内外面に凹凸がある断面形
状を有する異形リングＲを製造する場合には、同
図に実線で示すような比較的単純な形状のリング
R′を鍛造、圧延等により成形し、これを切削な
ど機械加工により仕上げるという工程を行つてい
た。

これは、これらの製品は径に比較して肉厚が薄
く、かつ形状が複雑なものが多いことと、このよ
うな特殊合金は変形抵抗が大きく、製品に近い形
状まで塑性加工することが難しいこと、及び、加
工可能な温度範囲が狭いので１回の加熱当たりの
加工量が少なく、そのような少ない変形度と加熱
とを繰り返し受けると材料内部の結晶組織が粗大
かつ不均一なものとなりやすいなどの理由による
ものである。

［発明が解決しようとする問題点］ このような製造方法においては、特に、肉薄で
凹凸の大きい製品の場合には切削などの機械加工
しろが大きく、最終的な歩留りが数％程度にまで
落ちることがある。これらの材料は高価なものな
どで素材費が高くなるとともに、切削性が悪いも
のが多く加工費をも含めて製造コストが高くなつ
ていた。

また、これらのリングには部品を取り付けるた
めに、非軸対照なフランジやボス等を形成する場
合も多いが、上記のような方法では、このような
周方向の一部だけを形成するために全周に余肉を
付さねばならず、機械加工作業の増加と歩留りの
低下を招いていた。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、製品に
近似した形状のリングを塑性加工により形成し、
機械加工しろを少なくして製造コストを下げると
ともに、均質な結晶組織を得ることを目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは特殊合金の異形リングの変形過程
を詳しく調べた結果、次のような知見を得た。

例えば鉄鋼、ステンレス鋼などの塑性変形が容
易な材料から異形リングを製造する場合において
は、素材を型鍛造あるいは異形へのリング鍛造を
行つて異形のリングブランクを形成し、または異
形のリングブランクを用いて１〜２工程のリング
圧延により、製品にほぼ近い形状を得ることがで
きる。

ところで、特殊合金により上記のような異形リ
ングブランクをリング圧延する場合においては、
加工度がとれないため、及び径に対する肉厚比が
小さいために高さ方向の材料流動が制限され、所
定の形状を得るのは困難である。また、そのよう
な材料流動を無理に行わせようとすると、材料の
円周方向に大きな剪断歪が発生し、円周方向に不
均一な結晶組織を生来してしまう。

そこで、本発明は、縦断面が一様な矩形でない
異形リングを製造する方法において、貫通孔が形
成された円板状またはリング状の第一次素材を金
型内に引き込みあるいは押み込ながら鍛造し、製
品との比較において内径がより小さく、高さがほ
ぼ等しく、かつ高さ方向の質量分布がほぼ等しい
リング状の第二次素材を成形する鍛造工程と、上
記第二次素材をリングミルによりその高さ方向の
全長にわたつて上記素材の高さ方向への流動を制
限しながら半径方向外方へのみ拡開する圧延を行
うことによつて上記製品の形状を付与する圧延工
程とを行なうようにしたものである。また、異形
リングの外周への円周方向に連続していないボス
などの突起の形成を容易に行なうために、上記鍛
造工程において突起を形成し、リング圧延時にお
いて、突起をリングミルのマンドレル及びロール
に当接させないようにして圧延するようにしたも
のである。

なお、上記鍛造工程の金型を一方に開口した形
状とするか、あるいは、第二次素材をテーパ付リ
ングとすることにより、材料流動、鍛造荷重の双
方の点から鍛造が行いやすくなる。

［作用］ 上記のような異形リングの製造方法において
は、第二次素材をリング圧延すると、変形が高さ
方向の材料流動を伴わないので、加工度が低くて
も所期の形状が付与されるとともに、変形が半径
方向主体となり、円周方向の剪断歪も減少し、結
晶組織も均一なものとなる。また、突起はリング
ミルに当接しないので、圧延において他の部分か
らの引張変形のみを受け、多少の減厚がなされな
がら残存する。

鍛造工程において、貫通孔のある円板を該貫通
孔を徐々に拡径しながら鍛造することにより、こ
の材料は内側で伸びフランジ変形、外側で縮みフ
ランジ変形を受けるので、変形量が内外面とも一
様になり、これはリングの鍛造工程においても同
様である。

上述の第２次素材の鍛造によつて余肉を減らす
ことが可能となつたため、この鍛造の素材は薄肉
化する。そのため、金型による冷却がより大きく
働いて素材温度が低下し、所要の加工力は本願の
方法を用いてもなおプレスの能力を越えることが
ある。このような場合には、金型温度を材料温度
に近付けることが有効であり、通常の鍛造条件で
は、金型温度を材料温度より500℃以内に保持す
ることにより材料の加工中の冷却が防がれるの
で、変形抵抗が低いままに維持され、鍛造荷重が
低くてすむとともに、作業効率が上がる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳し
く説明する。

実施例 １ Ti−10V−2Fe−3Al合金のテーパ付異形リン
グを製造した。従来は、内径200mm、肉厚80mmの
ストレートリング状の素材を７工程かけて製品と
していたが、形状、組織ともに満足すべきもので
はなく、従つて、余肉として片側15mmづつ付して
いた。

まず、第３図に示すようなストレートなリング
鍛造品Ｒ１を第一次素材として、第２図に示すよ
うなリングブランクＲ２に鍛造した。このリング
ブランクＲ２は、高さが第１図の製品Ｒ３と等し
く、かつ内径は小さく、製品Ｒ３と高さ方向の質
量分布、すなわち厚さの分布がほぼ等しくなるよ
うに設定されている。

この鍛造は、テーパの押し込みによる拡管と前
後方押出となるので、鍛造荷重は比較的小さくて
すんだ（1700Ton）。このとき焼結高速度鋼の金
型をガス加熱して500℃に昇温し、材料温度750℃
で鍛造したが、材料の冷却が防止されたために、
均一な内部結晶組織が得られた。

このリングブランクＲ２をリングミルにより、
第１図に示す形状に余肉を片側３mm付した形状に
２工程で成形した。歩留りは30％から80％に改善
され、工程が減つたため、加熱回数も減り、組織
も均一なものが得られた。

実施例 ２ INCONEL718合金（Ni−19Cr−3Mo−19Fe，
Nb−Ta＜5.1，Al＝0.5，Ti＝0.9，Ｃ＜0.1，Mn
＜0.5，Si＜0.75）を材料に、第４図のような形状
のリングR′３を通常の鍛造条件により製造した。

まず、第６図のような貫通孔のある円板R′１
を局部鍛造を目打により製造し、これを拡径しつ
つ金型に引込成形しながら鍛造して材料配分し、
第５図のようなリングブランクR′２に成形した。
この鍛造は、材料を1000℃に加熱し、金型は熱間
工具鋼を用いて250℃に予熱して行つたが、この
場合は肉を一部分のみ流動させて、大部分の部材
は曲げ成形を行うことになり、鍛造荷重は
1500Tonであつた。このリングブランクR′２の鍛
造工程において、第４図のＡ〜Ｂ間の外周部分の
対応する位置４箇所に15mmの突起Ｃを形成した。

このようなリングブランクR′２をリングミル
により２工程で成形し、余肉は従来の片側15mmか
ら４mmに下げることができた。

そして、リング圧延において上記突起Ｃが主ロ
ールに接触しないように、主ロールに逃げを作つ
ておいた。リング圧延において、、この突起Ｃは
その上下部分の変形に引きずられる形で引張変形
され、最終的に10mmの段差を有する突起Ｃとして
残存し、これにより突起を形成するときの材料の
節約と機械加工時間の短縮ができた。

この圧延工程においては、変形が半径方向のみ
の小さいものであるので、リング圧延力を従来よ
り約20％低下させることができた。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は、縦断面が一様
な矩形でない異形リングを製造する方法におい
て、貫通孔が形成された円板状またはリング状の
第一次素材を金型内に引き込みあるいは押し込み
ながら鍛造し、製品との比較において内径がより
小さく、高さがほぼ等しく、かつ高さ方向の質量
分布がほぼ等しいリング状の第二次素材を成形す
る鍛造工程と、上記第二次素材をリングミルによ
りその高さ方向の全長にわたつて上記素材の高さ
方向への流動を制限しながら半径方向外方へのみ
拡開する圧延を行うことによつて上記製品の形状
を付与する圧延工程とを行なうものであるので、
変形抵抗が大きく、変形可能温度範囲が狭くて一
回当たりの加工量が少ないような場合において
も、塑性加工のみで所要の形状に充分近くなるま
で成形でき、従つて、その後の機械加工の手間及
び切削しろを減少させ、コストを下げることがで
きる。また、鍛造工程においても圧延工程におい
ても材料の均一な変形をさせ、圧延工程を短縮さ
せて加熱、加工の繰り返しを少なくするので、部
分的な結晶の粗大化がなく、良好な金属組織が得
られる。さらに、鍛造工程においてボス等の突起
を形成し、リング圧延時において、該突起をリン
グミルに当接させずに圧延するようにすることに
より、突起の成形において機械加工量を大幅に減
少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例１の説明
図であり、第１図は製品の異形リングの断面図、
第２図は第二次素材の断面図、第３図は第一次素
材の断面図、第４図ないし第６図は本発明の実施
例２の説明図であり、第４図は製品の断面図、第
５図は第一次素材の断面図、第６図は第一次素材
の断面図、第７図は従来法の一例を示す断面図で
ある。 Ｒ１，R′１……第一次素材、Ｒ２，R′２……
第二次素材、Ｒ３，R′３……異形リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 縦断面が一様な矩形でない異形リングを製造
   する方法において、貫通孔が形成された円板状ま
   たはリング状の第１次素材を、金型内に引き込み
   あるいは押込みながら鍛造し、製品との比較にお
   いて内形がより小さく、高さがほぼ等しく、かつ
   高さ方向の質量分布がほぼ等しいリング状の第二
   次素材を形成する鍛造工程と、上記第二次素材を
   リングミルによりその高さ方向の全長にわたつて
   上記素材の高さ方向への流動を制限しながら半径
   方向外方へのみ拡開する圧延を行うことによつて
   上記製品の形状を付与する圧延工程とを行なうこ
   とを特徴とする異形リングの製造方法。 ２ 縦断面が一様な矩形でない異形リングであつ
   てその外周の高さ方向中間部に突起を有する異形
   リングを製造する方法において、貫通孔が形成さ
   れた円板状またはリング状の第一次素材を、金型
   内に引き込みあるいは押込みながら鍛造し、製品
   との比較において内径がより小さく、高さがほぼ
   等しく、高さ方向の質量分布がほぼ等しいリング
   状の第二次素材を形成する鍛造工程と、上記第二
   次素材を、上記突起に対応する部分をリングミル
   のマンドレル及びロールに当接させないようにし
   てその高さ方向の全長にわたつて上記素材の高さ
   方向への流動を制限しながら半径方向外方へのみ
   拡開する圧延を行うことによつて上記製品の形状
   を付与する圧延工程とを行なうことを特徴とする
   異形リングの製造方法。