JPH0533601A - Method for manufacturing ceramic turbo rotor - Google Patents
Method for manufacturing ceramic turbo rotorInfo
- Publication number
- JPH0533601A JPH0533601A JP19219691A JP19219691A JPH0533601A JP H0533601 A JPH0533601 A JP H0533601A JP 19219691 A JP19219691 A JP 19219691A JP 19219691 A JP19219691 A JP 19219691A JP H0533601 A JPH0533601 A JP H0533601A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- burr
- root
- turbo rotor
- rotor
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミックターボロータの高応力部位である
翼部とハブ部の気体出口側付け根部の強度を高めるた
め、脱落による欠陥部や、キャビティ内のエア抜け不良
による低密度の部分を加工除去し、高回転に耐え得るよ
うにする。
【構成】 セラミックターボロータの翼部3とハブ部2
の気体出口側付け根部5を、成形体を焼成した後、型合
わせ面により生ずるバリの付け根より、そのバリの幅の
半分以上の深さまでを加工除去し、面粗度を5μmRm
ax以下とする。また、さらに、型合わせ部の面取り形
状により生成するバリの付け根より、200μm以上除
去し面粗度を5μmRmax以下とする。
(57) [Summary] [Purpose] To enhance the strength of the blade part and the root part of the gas outlet side of the hub part, which is the high stress part of the ceramic turbo rotor, the defect due to falling out and the low density due to defective air release in the cavity The part of is processed and removed so that it can withstand high rotation. [Structure] Wing portion 3 and hub portion 2 of ceramic turbo rotor
After firing the molded body, the root portion 5 of the gas outlet side is processed and removed from the root of the burr generated by the mold matching surface to a depth of more than half of the width of the burr, and the surface roughness is 5 μmRm.
It is set to ax or less. Further, 200 μm or more is removed from the root of the burr generated by the chamfered shape of the mold matching portion, and the surface roughness is set to 5 μm Rmax or less.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気系に接続
して使用するターボチャージャー(以下ターボと略す)
のセラミックターボロータの製造方法に関するものであ
り、さらに詳しくは、高速回転に耐え得る高い強度を有
するセラミックターボロータに係るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger (hereinafter abbreviated as "turbo") used by connecting to an exhaust system of an internal combustion engine.
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic turbo rotor, and more particularly to a ceramic turbo rotor having high strength capable of withstanding high speed rotation.
【0002】[0002]
【従来の技術】窒化珪素、サイアロン、炭化珪素等のセ
ラミック材料は、耐熱性や耐熱衝撃性に優れるため、こ
れらを用いたセラミックターボロータが盛んに開発され
ている。ターボロータは高速回転するため、軸付け根部
に遠心力に起因する高応力が働くことが知られている。
軸付け根部とは、軸部とハブ部との接合部を指す。そこ
で、特開昭61−226501号公報では、軸付け根部
のR形状および軸付け根部と軸部の面粗度を規定するこ
とにより、この部分への応力集中を緩和して、高速回転
に耐え得るようにする技術を開示している。すなわち、
形状により低応力化を図ることができる。2. Description of the Related Art Ceramic materials such as silicon nitride, sialon, and silicon carbide have excellent heat resistance and thermal shock resistance, and ceramic turbo rotors using them have been actively developed. Since the turbo rotor rotates at high speed, it is known that high stress due to centrifugal force acts on the shaft root.
The shaft root refers to a joint between the shaft and the hub. Therefore, in Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 61-226501, the R shape of the shaft root portion and the surface roughness of the shaft root portion and the shaft portion are regulated to alleviate stress concentration on this portion and withstand high speed rotation. Disclosed is a technique for obtaining the information. That is,
The stress can be reduced by the shape.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、さらに高
速回転に耐え得るセラミックターボロータを開発するた
め、有限要素法(FEM)による応力解析を行った。そ
の結果を図9に示す。図中太い線で示すのが等応力線で
ある。数字は遠心力による応力の大きさを示す指標で、
数字が大きいほど高応力が働いていることを示してい
る。この図から翼付け根部(ここでは翼部とハブ部との
接合部のうち、気体出口側付け根部を指す。)には軸付
け根部以上の高応力が働いていることがわかった。そこ
で、軸付け根部を高応力に耐えられるようにすることが
必要であるという認識を持つに到った。The present inventor conducted a stress analysis by the finite element method (FEM) in order to develop a ceramic turbo rotor capable of withstanding higher speed rotation. The result is shown in FIG. The thick lines in the figure are iso-stress lines. The number is an index showing the magnitude of stress due to centrifugal force,
The larger the number is, the higher the stress is. From this figure, it was found that the root portion of the blade (here, the joint portion between the blade portion and the hub portion refers to the root portion on the gas outlet side) is subjected to a higher stress than the shaft root portion. Therefore, it has been recognized that it is necessary to make the shaft root part capable of withstanding high stress.
【0004】例えば、翼厚を薄くして遠心力を小さくす
ることにより低応力化を図るという方法が考えられる。
しかし、この方法では、翼厚が薄くなることにより異物
衝突による耐チッピング性が劣り、信頼性を確保するこ
とができない。For example, a method of reducing the stress by reducing the blade thickness to reduce the centrifugal force can be considered.
However, with this method, since the blade thickness is thin, the chipping resistance due to foreign matter collision is poor, and reliability cannot be ensured.
【0005】また、従来技術の軸付け根部と同じように
R形状を大きくして、付け根部の応力集中を緩和すると
いう方法も考えられる。しかし、翼付け根部の場合は、
R形状を大きくしただけでは、以下に述べる理由により
高応力に耐えることができない。すなわち、セラミック
ターボロータの翼形状は複雑であり、翼の枚数に応じた
数に型を分割して製造される。そのため、翼付け根部に
は型の見切り面が必要であり、この見切り面からバリが
生ずる。そして、バリの脱落・欠けが欠陥となり、それ
が亀裂の起点となって強度が低下する。また、見切り面
からキャビティ内のエアが抜けるが、そのエア抜けが十
分行われないと、バリ近傍の粉末成形体中にエアが残
り、緻密でない部分が生ずる。この低密度の部分は、強
度が低いので、やはり強度低下の原因となる。これらの
理由から、たとえR形状を大きくしたとしても、バリが
生じてその影響がある限り高応力に耐えることができな
い。It is also conceivable to increase the R shape in the same manner as in the shaft root of the prior art to reduce the stress concentration at the root. But for the wing root,
A large R shape cannot withstand high stress for the reasons described below. That is, the blade shape of the ceramic turbo rotor is complicated, and it is manufactured by dividing the mold into a number corresponding to the number of blades. Therefore, a parting surface of the mold is required at the root of the blade, and burrs are generated from this parting surface. Then, the burrs are dropped or chipped to become defects, which serve as the starting points of cracks and reduce the strength. Further, although the air in the cavity escapes from the parting surface, if the air is not sufficiently escaped, the air remains in the powder compact near the burr, resulting in a non-dense portion. Since this low-density portion has low strength, it also causes a decrease in strength. For these reasons, even if the R shape is made large, it is not possible to withstand high stress as long as there is burr and its influence.
【0006】また、成形体の段階で加工によりバリおよ
びバリ近傍を除去し、バリの影響をなくす方法もある。
しかし、成形体の段階では焼結体ほどの強度がないの
で、バリの影響をなくすことができたとしても、逆に加
工による切欠き傷が生じ易い。そのため、応力集中によ
りその加工傷が亀裂の起点となり、やはり高応力に耐え
ることができない。There is also a method of eliminating the influence of the burr by removing the burr and the vicinity of the burr by processing at the stage of the molded body.
However, since it is not as strong as the sintered body at the stage of the molded body, even if it is possible to eliminate the influence of burrs, conversely, notch scratches due to processing are likely to occur. Therefore, due to stress concentration, the processing scratch becomes a starting point of a crack, and it is still impossible to endure high stress.
【0007】そこで本発明は、翼付け根部の強度低下要
因を除去することにより、セラミックターボロータの強
度を高めることを課題としている。Therefore, an object of the present invention is to increase the strength of the ceramic turbo rotor by eliminating the factor of lowering the strength of the blade root.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者は、高回転に耐
え得るセラミックターボロータを得るためには、翼付け
根部の強度を高めることが必要であるという観点から、
翼付け根部のバリおよびバリ近傍の影響について研究を
進め、本発明を完成させたものである。In order to obtain a ceramic turbo rotor capable of withstanding a high rotation speed, the present inventor considers that it is necessary to increase the strength of the blade root.
The present invention has been completed by studying the effects of burrs on the blade roots and the vicinity of the burrs.
【0009】すなわち、第一の発明は、軸部と、該軸部
に連結した傘状のハブ部と、該ハブ部に連結した翼部と
からなるセラミックターボロータを、複数に分割され、
少なくとも翼部と傘状のハブ部の接合部のうち、傘の径
が小さくなる側の付け根部に見切り面を有する型で粉末
を成形してターボロータ形状の成形体とし、該成形体を
焼成してなるセラミックターボロータの製造方法におい
て、成形体を焼成した後、前記付け根部を、少なくとも
型の見切り面の合わせ部により生成する第一のバリの付
け根部から、該バリの幅の半分以上の深さまで加工除去
し、表面粗さがRmax5μm以下となるようにするこ
とを特徴とするセラミックターボロータの製造方法によ
り前述の課題を解決するものである。That is, according to the first invention, a ceramic turbo rotor comprising a shaft portion, an umbrella-shaped hub portion connected to the shaft portion, and a blade portion connected to the hub portion is divided into a plurality of parts.
At least a joining portion of the wing portion and the umbrella-shaped hub portion is molded into a turbo rotor-shaped molded body by molding powder with a mold having a parting surface at the base portion on the side where the diameter of the umbrella becomes smaller, and the molded body is fired. In the method for manufacturing a ceramic turbo rotor according to claim 1, after firing the molded body, the root portion is at least half the width of the burr from the root portion of the first burr generated by the joining part of the parting surfaces of the mold. The problem described above is solved by a method for manufacturing a ceramic turbo rotor, which is characterized in that the surface roughness is Rmax of 5 μm or less by processing and removing to the depth of.
【0010】また、第二の発明は、軸部と、該軸部に連
結した傘状のハブ部と、該ハブ部に連結した翼部とから
なるセラミックターボロータを、複数に分割され、少な
くとも翼部と傘状のハブ部の接合部のうち、傘の径が小
さくなる側の付け根部に見切り面を有する型で粉末を成
形してターボロータ形状の成形体とし、該成形体を焼成
してなるセラミックターボロータの製造方法において、
成形体を焼成した後、前記付け根部を、少なくとも型の
製品形状を郭定する面と型の見切り面との交差部の面取
り形状により生成する、製品形状より突出した第二のバ
リの付け根部から200μm以上の深さまで加工除去
し、表面粗さがRmax5μm以下となるようにするこ
とを特徴とするセラミックターボロータの製造方法によ
り前述の課題を解決するものである。In a second aspect of the present invention, a ceramic turbo rotor comprising a shaft portion, an umbrella-shaped hub portion connected to the shaft portion, and a blade portion connected to the hub portion is divided into a plurality of parts, and at least the ceramic turbo rotor is divided into a plurality of parts. Among the joints of the blade portion and the umbrella-shaped hub portion, powder is molded with a mold having a parting surface at the base portion on the side where the diameter of the umbrella becomes smaller to form a turbo rotor-shaped molded body, and the molded body is fired. In the manufacturing method of the ceramic turbo rotor
After firing the molded body, the root portion is generated by at least the chamfered shape of the intersection between the surface defining the product shape of the mold and the parting surface of the mold, and the base portion of the second burr protruding from the product shape. It is intended to solve the above-mentioned problems by a method for manufacturing a ceramic turbo rotor, characterized in that the surface roughness is Rmax 5 μm or less by processing and removing to a depth of 200 μm or more.
【0011】バリには第一のバリと第二のバリがある。
図2を用いて説明すると、図2(a)に示すように、第
一のバリ6とは、型の見切り面の合わせ部に、成形しよ
うとするセラミック粉末が入り込むことにより生成する
ものである。また、第二のバリ7とは,製品形状を形成
するキャビティ面と、型の見切り面との交差部の稜線の
形状が、型製造時の意図的な面取り加工や、セラミック
粉末の成形を繰り返すうちに起こる摩耗等により丸めら
れ、面取り形状となる。このような形状となった型が型
合わせされると山形形状の窪みが形成される。この部分
へセラミック粉末が入り込むことにより生ずるのが第二
のバリ7である。The burr includes a first burr and a second burr.
Explaining with reference to FIG. 2, as shown in FIG. 2A, the first burr 6 is generated by the ceramic powder to be molded entering the mating portion of the parting surface of the mold. . The second burr 7 has a shape of the ridge line at the intersection of the cavity surface forming the product shape and the parting surface of the mold, and the intentional chamfering process at the time of manufacturing the mold and the molding of the ceramic powder are repeated. The chamfered shape is formed by rounding due to wear and the like. When the molds having such a shape are matched, a mountain-shaped recess is formed. The second burr 7 is generated by the ceramic powder entering this portion.
【0012】第一のバリ6は、通常の型製作精度では約
20μm程度の幅をもつ。第二のバリ7の幅は、第一の
バリ6の幅よりも大きいのが普通であり、第二のバリ7
の上にさらに第一のバリ6が生じているのが通常の成形
体の状態である。第一のバリ6が脱落すれば、第一のバ
リ6の幅の約半分の深さ程度までの窪みが生じ、これが
亀裂の起点になり得る。そのため、第一のバリ6の付け
根部から、少なくともこの窪みの深さ以上の深さまでを
除去することが必要である。そこで第一の発明では第一
のバリの付け根部から、該バリの幅の半分以上の深さま
でを加工除去することとした。The first burr 6 has a width of about 20 μm in a normal die manufacturing accuracy. The width of the second burr 7 is usually larger than that of the first burr 6, and the second burr 7
The first burr 6 is further formed on the top of the normal molded body. If the first burr 6 falls off, a recess is formed to a depth of about half the width of the first burr 6, and this can be the starting point of a crack. Therefore, it is necessary to remove from the root portion of the first burr 6 to at least a depth equal to or greater than the depth of the depression. Therefore, in the first invention, it is decided to process and remove from the root portion of the first burr to a depth of at least half the width of the burr.
【0013】第二のバリ7近傍は、前述のように緻密で
ない部分があるが、本発明者の研究によれば、その深さ
は第二のバリ7の付け根部9から約200μm程度まで
である。そして、通常の成形体の製造方法ならば、この
深さは製品の大きさや第二のバリ7の大きさが変わって
も、これ以上大きくなることはない。なぜならば、製品
やバリが大きい場合にはエアが抜けやすいため、型内に
残されるエアの割合は少ない。一方、製品やバリが小さ
い場合には、エアが抜けにくいため残される割合は多
い。しかし、その絶対量としては製品やバリの大小に関
わらず、それほどの大差はなく、結局緻密でない部分の
深さとしては、どちらも同じように第二のバリ7の付け
根部9から約200μmまでとなるのである。そこで、
200μm以上を加工除去することにより、強度の弱い
緻密でない部分が取り除かれる。なお、図2(b)のよ
うに第二のバリ7が脱落する場合もあり、バリが大きい
ほど窪みも大きくなる。しかし、大きくなるほど脱落し
にくくなるので、脱落部の影響をなくすには少なくとも
200μm以上の除去で十分である。As described above, the vicinity of the second burr 7 has a non-dense portion, but according to the research by the present inventor, the depth is about 200 μm from the base 9 of the second burr 7. is there. And, in the case of a usual method for manufacturing a molded body, this depth does not increase any more even if the size of the product or the size of the second burr 7 changes. This is because when the product or the burr is large, the air easily escapes, and the proportion of the air left in the mold is small. On the other hand, when the product or the burr is small, the air is difficult to escape and a large proportion is left. However, there is no big difference in the absolute amount regardless of the size of the product or the burr, and as a result, the depth of the non-dense portion is the same from the base 9 of the second burr 7 to about 200 μm. It becomes. Therefore,
By processing and removing 200 μm or more, the non-dense portion having weak strength is removed. The second burr 7 may fall off as shown in FIG. 2B, and the larger the burr, the larger the depression. However, the larger the size, the more difficult it is to drop off. Therefore, at least 200 μm or more is sufficient to eliminate the influence of the falling off part.
【0014】また、第二のバリ7の付け根部9に亀裂が
生じた場合でも、加工除去することは効果があるが、深
さが200μm以上あるような大きな亀裂は肉眼で観察
でき、不良品として取り除くことができる。それに対
し、これより小さな亀裂の場合には、蛍光探傷等の検査
手段を用いないと発見できない。そこで、肉眼では亀裂
を観察できない製品に対し、加工除去を行えばよいの
で、第二の発明では200μm以上の加工除去をするこ
ととした。Further, even if a crack is generated in the root portion 9 of the second burr 7, it is effective to remove it by processing, but a large crack having a depth of 200 μm or more can be visually observed and a defective product. Can be removed as On the other hand, in the case of a crack smaller than this, it cannot be found without using inspection means such as fluorescent flaw detection. Therefore, since it is only necessary to perform processing removal for a product in which cracks cannot be observed with the naked eye, it was decided to perform processing removal of 200 μm or more in the second invention.
【0015】加工部の面粗度を5μmRmax以下とし
たのは、面粗度が5μmより粗いと加工傷への応力集中
のため亀裂の起点となり、バリの影響を加工により除去
しても強度の向上が見られず、かえって強度低下するた
めである。好ましくは3μmRmax以下の面粗度とす
れば、さらに強度向上効果がある。The reason why the surface roughness of the machined portion is set to 5 μm Rmax or less is that if the surface roughness is less than 5 μm, stress will be concentrated on the processing scratches, which will cause a crack to start, and even if the effect of burrs is removed by the processing, the strength of This is because no improvement is seen and the strength is rather reduced. If the surface roughness is preferably 3 μmRmax or less, the strength is further improved.
【0016】[0016]
【作用】セラミックターボロータ成形体の翼付け根部に
生成するバリの近傍は、バリの脱落による切欠き欠陥が
発生する。また、脱落しない場合でもバリ近傍はキャビ
ティ内のエアが抜けきらないで成形体中に残存し易いた
め、緻密でなく強度が低いので破壊の起点になる。翼付
け根部は高応力の働く部位であるからその影響が大き
い。そこで、第一の発明では、バリ近傍を焼成後加工除
去し、面粗度を5μmRmax以下に規定することによ
り、破壊の起点となる第一のバリ脱落による窪みの除去
と、加工傷による応力集中の低下によって、高い強度を
有するようになる。また、第二の発明では、バリ近傍の
緻密でなく強度の低い部分の除去、および第二のバリ脱
落による窪みの除去と、加工傷による応力集中の低下に
よって、さらに高い強度を有するようになる。In the vicinity of the burr generated at the blade root portion of the ceramic turbo rotor molding, a notch defect occurs due to the burr falling off. Further, even if it does not fall off, the air in the cavity near the burr does not completely escape and tends to remain in the molded body, so that it is not dense and has low strength, which is a starting point of fracture. The root of the wing is a part where high stress acts, so its influence is great. Therefore, in the first invention, the vicinity of the burr is processed and removed after firing, and the surface roughness is regulated to 5 μmRmax or less, thereby removing the dent caused by the first burr detachment which becomes the starting point of the fracture and stress concentration due to the processing scratch. Has a high strength. Further, in the second invention, even higher strength can be obtained by removing a portion which is not dense and has low strength in the vicinity of the burr, removal of the dent due to the second burr dropping, and reduction of stress concentration due to processing scratches. .
【0017】[0017]
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。窒化珪素粉末に焼結助剤としてイットリアお
よびスピネルを各3wt%添加し、ボールミルで24時
間湿式混合を行った。次に150℃で乾燥した後、有機
結合剤をセラミック粉末に対し16wt%加え、ニーダ
で150℃で混練し、射出成形用ペレットを形成した。
次にこのペレットを用いて、射出成形によりタービンロ
ータ形状に成形した。得られた成形体をオーブン中で1
〜5℃/Hの昇温速度で500℃まで加熱して脱脂を行
った。次に窒化珪素製のサヤ(円筒状のケース)の中に
セットして、窒素雰囲気中1800℃で4時間焼結を行
った。このようにして得られたセラミックターボロータ
の断面図を図1に示す。このセラミックターボロータ
は、軸部1と傘状のハブ部2の径の大きい側が連結され
ている。また、傘状のハブ部2のテーパー面に複数の枚
数の翼部3が連結されている。なお、図示はしていない
が、翼部3の先端は通常ねじれた形状をしている。傘状
のハブ部2の径の大きい側と軸部1との連結部が軸付け
根部4であり。また、傘状のハブ部2の径の小さい側と
翼部3との連結部が軸付け根部5である。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples. 3 wt% each of yttria and spinel was added to the silicon nitride powder as a sintering aid, and wet mixing was performed for 24 hours in a ball mill. Next, after drying at 150 ° C., 16 wt% of an organic binder was added to the ceramic powder, and kneading was performed at 150 ° C. with a kneader to form injection molding pellets.
Next, the pellets were used to form a turbine rotor shape by injection molding. 1 in the oven
Degreasing was performed by heating to 500 ° C. at a temperature rising rate of ˜5 ° C./H. Next, it was set in a silicon nitride sheath (cylindrical case) and sintered at 1800 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. A cross-sectional view of the ceramic turbo rotor thus obtained is shown in FIG. In this ceramic turbo rotor, the large diameter side of the shaft portion 1 and the umbrella-shaped hub portion 2 are connected. A plurality of blades 3 are connected to the tapered surface of the umbrella-shaped hub 2. Although not shown, the tip of the wing portion 3 is usually twisted. The connecting portion between the large diameter side of the umbrella-shaped hub portion 2 and the shaft portion 1 is the shaft root portion 4. In addition, the connecting portion between the small diameter side of the umbrella-shaped hub portion 2 and the blade portion 3 is the shaft root portion 5.
【0018】焼成後の翼付け根部の断面を観察すると、
図2(a)、(b)に示すようにバリが生成して残って
いる部分と、バリが脱落して窪みとなっている部分があ
った。図4は、本発明のようにバリ近傍の加工除去をせ
ず、第二のバリ脱落部から亀裂が生じて破壊したロータ
の翼断面の結晶の構造を示す写真である。バリ近傍には
キャビティ内のエア抜け不良によるごく微細な空洞があ
り、緻密ではないことが示されている。Observing the cross section of the blade root after firing,
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), there were a portion where burr was generated and remained, and a portion where the burr fell off and became a depression. FIG. 4 is a photograph showing a crystal structure of a blade section of a rotor, which was destroyed by cracking from the second burr drop-off portion without machining and removing the vicinity of the burr as in the present invention. It is shown that there are minute cavities in the vicinity of the burr due to defective air removal in the cavity, and it is not dense.
【0019】そこで、高応力が作用する翼付け根部5
に、図5に示すように砥石を押しつけることにより超仕
上加工を行った。本実施例では#2000の砥石を用い
て超仕上げ加工を行ったので、加工後の面粗度は1μm
Rmaxであった。加工後の翼付け根部の断面形状の模
式図を図3に示す。本実施例では第二のバリの付け根部
9からt=70μm(第一のバリ付け根からは90μ
m)加工除去を行い、バリの影響を除去した。Therefore, the blade root portion 5 on which high stress acts
Then, a super finishing process was performed by pressing a grindstone as shown in FIG. In this embodiment, since the # 2000 grindstone was used for superfinishing, the surface roughness after processing was 1 μm.
It was Rmax. A schematic view of the cross-sectional shape of the root portion of the blade after processing is shown in FIG. In this embodiment, t = 70 μm from the root portion 9 of the second burr (90 μm from the first burr root).
m) Processing removal was performed to remove the effect of burrs.
【0020】このようにして得られた加工後の焼成体の
翼付け根部強度を、図6のように、翼に負荷ピン13を
押しつけ、負荷をかけて破壊荷重を調べる方法によって
行った。この評価方法によって、加工面の面粗度と翼破
壊荷重との関係を調べたが、その結果を図5に示す。面
粗度が6μmRmaxでは、バリ近傍を加工除去しない
場合の未加工強度よりも逆に強度が低下してしまってお
り、5μmRmax以下にすることで強度が向上してい
る。本実施例では1μmRmaxの面粗度であるため、
175kgfの翼破壊荷重となり、未加工強度の75k
gfに比べて大きく強度が向上した。また、t=220
μmの加工除去を行った場合には、強度のばらつきが減
少し、平均強度が180kgfまで上昇した。The strength of the blade root portion of the fired body thus obtained after processing was determined by a method of pressing the load pin 13 against the blade and applying a load to examine the breaking load as shown in FIG. The relationship between the surface roughness of the machined surface and the blade breaking load was examined by this evaluation method, and the results are shown in FIG. When the surface roughness is 6 μmRmax, the strength is lower than the unmachined strength when the vicinity of the burr is not processed and removed, and the strength is improved by setting the surface roughness to 5 μmRmax or less. In this embodiment, since the surface roughness is 1 μmRmax,
A blade breaking load of 175 kgf and a raw strength of 75 k
The strength was greatly improved compared to gf. Also, t = 220
When the processing removal of μm was performed, the variation in strength decreased and the average strength increased to 180 kgf.
【0021】このように、静的な荷重では大きな強度向
上効果が得られたので、実際に回転させた場合の動的な
強度を調べるため、950℃においてホットスピンテス
ト(過酷な条件での強制破壊試験)を行い、破壊回転数
を調べた。その結果、従来のように未加工ものは、20
×104 rpmで破壊したのに対し、本実施例のものは
24×104 rpmであった。すなわち、本発明によっ
て高回転数にまで耐えられる強度向上が認められた。As described above, a large strength improving effect was obtained under static load. Therefore, in order to investigate the dynamic strength when actually rotating, a hot spin test (forced under severe conditions) was performed at 950 ° C. Destruction test) was performed and the number of revolutions of destruction was examined. As a result, 20
While destroyed in × 10 4 rpm, the present example was a 24 × 10 4 rpm. That is, according to the present invention, the improvement in strength capable of withstanding a high rotation speed was recognized.
【0022】ところで、焼成体を製造する場合、焼成雰
囲気によっては焼成体表面近傍に焼成変質異常層と呼ば
れる層が生ずることがある。これは、雰囲気中の焼結助
剤成分の蒸気圧の大小により、焼成体の焼肌表層の助剤
成分濃度が変化したものである。雰囲気中の助剤成分濃
度が低い場合には、焼肌表層から助剤成分が蒸発して成
分濃度が下がり、逆に雰囲気中の助剤成分濃度が高い場
合には、焼肌表層の成分濃度が上がる。前者のように助
剤成分が少ない場合、表層の緻密化が十分進まず、室温
強度が低下する。また逆に助剤成分が多い場合には、粒
界相の量が多くなり、高温強度が低下する。By the way, when a fired body is manufactured, a layer called a fired alteration layer may occur near the surface of the fired body depending on the firing atmosphere. This is because the concentration of the auxiliary component in the surface layer of the burned surface of the fired body changed depending on the magnitude of the vapor pressure of the sintering auxiliary component in the atmosphere. When the concentration of the auxiliary component in the atmosphere is low, the auxiliary component evaporates from the surface layer of the burnt skin to lower the component concentration. Conversely, when the concentration of the auxiliary component in the atmosphere is high, the concentration of the component of the burnt surface layer is high. Goes up. When the amount of the auxiliary component is small as in the former case, the densification of the surface layer does not proceed sufficiently and the room temperature strength decreases. On the other hand, when the amount of the auxiliary component is large, the amount of the grain boundary phase is large and the high temperature strength is lowered.
【0023】本実施例では、サヤと呼んでいる窒化珪素
製の円筒形状の筒内に成形体を納め、焼成している。こ
のサヤの材質を変えて、助剤成分元素の一つであるAl
の翼断面における元素分布を、EPMA線分析により調
べた。その結果を図8に示す。助剤を多く含む常圧焼結
窒化珪素焼結体をサヤとして用いた場合が図8(a)
で、助剤の少ない反応焼結窒化珪素焼結体を用いた場合
が図8(b)である。前者では表面から約200μm程
度まで助剤成分が高くなっており、後者では逆に約10
0μm程度まで少なくなっている。本実施例では反応焼
結窒化珪素を用いたので図8(b)のように焼肌表層の
助剤成分濃度が低くなっていた。In the present embodiment, the molded body is housed in a cylindrical cylinder made of silicon nitride, called a sheath, and fired. By changing the material of this sheath, one of the auxiliary component elements, Al
The element distribution in the blade cross section of No. 1 was investigated by EPMA line analysis. The result is shown in FIG. FIG. 8A shows the case where a pressureless sintered silicon nitride sintered body containing a large amount of an auxiliary agent is used as a sheath.
FIG. 8B shows the case where the reaction-sintered silicon nitride sintered body containing less auxiliary agent is used. In the former, the amount of the auxiliary component is increased up to about 200 μm from the surface, and in the latter, on the contrary, about 10 μm.
It is reduced to about 0 μm. In this example, since the reaction-sintered silicon nitride was used, the auxiliary component concentration in the burnt surface layer was low as shown in FIG. 8 (b).
【0024】これらの焼成変質異常層は、厳密な焼成雰
囲気のコントロールで、ある程度は防ぐことができる。
しかし、そのための装置・条件が非常に厳しくなり実用
上は困難である。従って、焼成変質異常層の生成はある
程度やむを得ないが、その深さとしては通常の焼成装置
・条件では約200μm程度までである。そのため、第
二の発明のようなバリの影響を除くための加工除去によ
り、焼成変質異常層も同時に加工除去することができ、
強度の向上に大きく寄与することができる。These abnormal layers with altered firing can be prevented to some extent by strictly controlling the firing atmosphere.
However, the equipment and conditions therefor become extremely strict, which makes it practically difficult. Therefore, although the formation of the abnormal layer by firing is unavoidable to some extent, the depth thereof is up to about 200 μm under the usual firing equipment and conditions. Therefore, by processing removal for removing the effect of burrs as in the second invention, it is possible to simultaneously process and remove the fired altered layer.
It can greatly contribute to the improvement of strength.
【0025】以上の実施例で説明したように、本実施例
においては、バリ近傍の強度を低下させる要因を加工に
より除去したので、翼破壊荷重が向上し、ホットスピン
テストによる動的な強度も向上した。また通常の焼成条
件で生成する焼成変質異常層も同時に除去することがで
き、さらに強度向上効果がある。As described in the above embodiments, in this embodiment, the factors that reduce the strength near the burr are removed by machining, so the blade breaking load is improved and the dynamic strength by the hot spin test is also improved. Improved. In addition, the abnormal layer with altered calcination generated under normal calcination conditions can be removed at the same time, which further has the effect of improving strength.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明は、セラミックターボロータの高
応力部位である翼付け根部に生成するバリ脱落による切
欠き欠陥や、バリ部からのキャビティ内のエア抜け不良
による低密度の部分を加工除去することにより、破壊の
起点を除去することができる。さらに加工面の面粗度を
5μmRmax以下に規定することにより、加工傷への
応力集中を小さくすることができる。以上のことから、
セラミックターボロータの翼付け根部の強度が向上して
高回転に耐えられ、ターボの性能が向上する。またセラ
ミックターボロータの形状を変えることなくターボの性
能を向上させることができる。さらに、成形体の品質の
バラツキ、特にバリ近傍の欠陥に関わらず一定品質の強
度を持つ製品が得られる。As described above, the present invention processes and removes notch defects due to burrs falling off at the blade roots, which are high stress parts of ceramic turbo rotors, and low density parts due to defective air removal from the burrs into the cavity. By doing so, the starting point of destruction can be removed. Further, by defining the surface roughness of the machined surface to be 5 μmRmax or less, it is possible to reduce the stress concentration on the machining scratches. From the above,
The strength of the blade root of the ceramic turbo rotor is improved to withstand high rotation, and the turbo performance is improved. Further, the performance of the turbo can be improved without changing the shape of the ceramic turbo rotor. Further, it is possible to obtain a product having a constant strength regardless of variations in quality of the molded product, particularly defects near the burr.
【図1】本発明のセラミックターボロータの一実施例の
形状を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing the shape of an embodiment of a ceramic turbo rotor of the present invention.
【図2】実施例の翼付け根部のバリ形状を示す部分断面
の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a partial cross section showing a burr shape of a blade root portion of the example.
【図3】実施例の翼付け根部のバリの影響部を加工除去
した後の形状を示す、部分断面の模式図であるFIG. 3 is a schematic view of a partial cross section showing a shape after processing and removing a burr-affected portion of a blade root portion of an example.
【図4】従来の第二のバリの脱落部の結晶の構造を示す
顕微鏡写真(600倍)である。FIG. 4 is a photomicrograph (600 times) showing a crystal structure of a conventional second flash dropout portion.
【図5】実施例の翼付け根部の加工方法を示す説明図で
ある。FIG. 5 is an explanatory view showing a method of processing a wing root portion of the embodiment.
【図6】実施例の翼付け根部の強度測定方法を示す説明
図である。FIG. 6 is an explanatory view showing a method of measuring the strength of the wing root portion of the example.
【図7】実施例の翼付け根部の、加工面の面粗度と破壊
荷重の関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the surface roughness of the machined surface and the breaking load of the blade root portion of the example.
【図8】実施例の翼部断面の元素分布を、EPMA線分
析で調べた結果を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the results of examining the element distribution on the blade section of the example by EPMA line analysis.
【図9】実施例の形状のセラミックターボロータを、F
EMにより応力解析した結果を示すグラフである。FIG. 9 shows a ceramic turbo rotor having the shape of the embodiment
It is a graph which shows the result of having stress-analyzed by EM.
1・・・軸部 2・・・ハブ部 3・・・翼部 4・・・軸付け根部 5・・・翼付け根部 6・・・第一のバリ 7・・・第二のバリ 8・・・第一のバリの付け根部 9・・・第二のバリの付け根部 10・・第二のバリ脱落部 11・・砥石 12・・チャック 13・・負荷ピン 1 ... Shaft 2 ... Hub 3 ... Wing 4 ... Root of shaft 5: Wing root 6 ... the first burr 7 ... second burr 8: First burr base 9 ... Second burr base 10-Second burr dropout part 11 ... Whetstone 12-chuck 13 ... Load pins
Claims (2)
と、該ハブ部に連結した翼部とからなるセラミックター
ボロータを、複数に分割され、少なくとも翼部と傘状の
ハブ部の接合部のうち、傘の径が小さくなる側の付け根
部に見切り面を有する型で粉末を成形してターボロータ
形状の成形体とし、該成形体を焼成してなるセラミック
ターボロータの製造方法において、 成形体を焼成した後、前記付け根部を、少なくとも型の
見切り面の合わせ部により生成する第一のバリの付け根
部から、該バリの幅の半分以上の深さまで加工除去し、
表面粗さがRmax5μm以下となるようにすることを
特徴とするセラミックターボロータの製造方法。1. A ceramic turbo rotor comprising a shaft portion, an umbrella-shaped hub portion connected to the shaft portion, and a blade portion connected to the hub portion is divided into a plurality of parts, and at least the blade portion and the umbrella-shaped rotor portion are provided. Of the joined portion of the hub portion, the powder is molded with a mold having a parting surface at the base portion on the side where the diameter of the umbrella becomes smaller to form a turbo rotor-shaped molded body, and the molded body is fired to produce a ceramic turbo rotor. In the manufacturing method, after firing the molded body, the root portion, at least from the root portion of the first burr generated by the mating portion of the parting surface of the mold, processed and removed to a depth of half or more of the width of the burr,
A method for manufacturing a ceramic turbo rotor, characterized in that the surface roughness is set to Rmax 5 μm or less.
と、該ハブ部に連結した翼部とからなるセラミックター
ボロータを、複数に分割され、少なくとも翼部と傘状の
ハブ部の接合部のうち、傘の径が小さくなる側の付け根
部に見切り面を有する型で粉末を成形してターボロータ
形状の成形体とし、該成形体を焼成してなるセラミック
ターボロータの製造方法において、 成形体を焼成した後、前記付け根部を、少なくとも型の
製品形状を郭定する面と型の見切り面との交差部の面取
り形状により生成する、製品形状より突出した第二のバ
リの付け根部から200μm以上の深さまで加工除去
し、表面粗さがRmax5μm以下となるようにするこ
とを特徴とするセラミックターボロータの製造方法。2. A ceramic turbo rotor composed of a shaft portion, an umbrella-shaped hub portion connected to the shaft portion, and a blade portion connected to the hub portion is divided into a plurality of parts, and at least the blade portion and the umbrella-shaped rotor portion are formed. Of the joined portion of the hub portion, the powder is molded with a mold having a parting surface at the base portion on the side where the diameter of the umbrella becomes smaller to form a turbo rotor-shaped molded body, and the molded body is fired to produce a ceramic turbo rotor. In the manufacturing method, after the molded body is fired, the root is formed by at least the chamfered shape of the intersection of the surface defining the product shape of the mold and the parting surface of the mold. A method for manufacturing a ceramic turbo rotor, characterized in that the surface roughness is Rmax 5 μm or less by processing and removing from the root of the burr to a depth of 200 μm or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19219691A JPH0533601A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Method for manufacturing ceramic turbo rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19219691A JPH0533601A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Method for manufacturing ceramic turbo rotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0533601A true JPH0533601A (en) | 1993-02-09 |
Family
ID=16287278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19219691A Pending JPH0533601A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Method for manufacturing ceramic turbo rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0533601A (en) |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP19219691A patent/JPH0533601A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0231648B2 (en) | ||
| JPS6224603B2 (en) | ||
| US4689921A (en) | Process of contouring the edges of a ceramic rotor | |
| US4866829A (en) | Method of producing a ceramic rotor | |
| US4552510A (en) | Radial type ceramic turbine rotor and method of producing the same | |
| US4550004A (en) | Method of producing radial type ceramic turbine rotor | |
| EP0107268B1 (en) | Method of providing a reinforced shaped ceramic body | |
| JPH0533601A (en) | Method for manufacturing ceramic turbo rotor | |
| JPH0627482B2 (en) | Manufacturing method of radial type ceramic turbine rotor | |
| US5476623A (en) | Method of manufacturing hollow ceramic part with hole therein | |
| JP3176190B2 (en) | Ceramic turbine rotor | |
| JPH04214927A (en) | Ceramic turbo charger rotor and manufacture thereof | |
| JP3406415B2 (en) | Ceramic material and method of manufacturing ceramic product using the same | |
| JP3360417B2 (en) | Turbine casing structure | |
| EP0112146A2 (en) | Radial blade type ceramic rotor and method of producing the same | |
| JPH09272021A (en) | Manufacture of turbine rotor | |
| JPH08295569A (en) | Silicon nitride sintered body and method for manufacturing the same | |
| JP2859042B2 (en) | Ceramic rotating body | |
| JP3245346B2 (en) | Manufacturing method of ceramic turbine rotor | |
| JP4712997B2 (en) | Combined member, manufacturing method thereof, and gas turbine component | |
| Hamano et al. | Reliability evaluation of ceramic rotor for passenger-car turbochargers | |
| Watanabe et al. | Research and development of ceramic turbine wheels | |
| EP0732481B1 (en) | Turbine rotor | |
| Bandyopadhyay et al. | Fabrication and Development of Axial Silicon Nitride Gas Turbine Rotors | |
| JPH04272404A (en) | Vane bottom part structure of ceramics made rotary vane and processing method thereof |