DE68912620T2

DE68912620T2 - Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial durch Stauchen, insbesondere für Kompressorschaufeln und Werkzeugausrüstung zur Durchführung des Verfahrens.

Info

Publication number: DE68912620T2
Application number: DE68912620T
Authority: DE
Inventors: Alain Georges Henri Lorieux
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1989-02-01
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: FR2626507B1; IL89160A; CA1330172C; EP0331539B1; JPH0732945B2; JPH01237039A; DE68912620D1; US4970887A; EP0331539A1; FR2626507A1; IL89160A0

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial für den Fuß einer Turbomaschinen-Kompressorschaufel durch Stauchen sowie eine Werkzeugausrüstung zur Durchführung des genannten Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5.
Bei der Herstellung bestimmter Teile wie z. B. Kompressorschaufeln aus geschmiedeten Rohlingen ist es üblich, ein Stauchen des Endes einer zylindrischen Stange auszuführen, um durch Vergrößerung des Querschnitts das Materialvolumen zu erhalten, das z. B. bei einer Schaufel für die Herstellung des Fußes erforderlich ist.
Bezüglich der Bestimmungsdaten eines solchen Stauchvorgangs können zwei Arten von Parametern festgehalten werden:
- technische Parameter wie z. B. der Stauchungsgrad t, der folgendermaßen definiert ist:
t = (Lo - L1)/Do
wobei Lo die Ausgangslänge des zu stauchenden Stangenabschnitts ist, L1 die Länge dieses gleichen Abschnitts nach dem Stauchen ist, Do der Ausgangsdurchmesser der zu stauchenden Stange ist; Lo - L1 stellt den Betätigungsweg des Stempels der verwendeten Stauchmaschine dar, und die Obergrenze dieses Wegs ist ein Konstruktionsdatum der genannten Maschine;
- metallurgische Parameter und insbesondere das Kürzungsverhältnis r, das folgendermaßen definiert ist:
r = Lo/L1 = S1/So = (D1/Do)²
wobei So der Ausgangsquerschnitt der Stange ist, S1 der Querschnitt der Stange nach dem Stauchen und D1 der entsprechende Durchmesser ist.
Bei den verschiedenen bekannten Anwendungen des Stauchverfahrens zeigt sich, daß das Verfahren zur Vermeidung nicht hinnehmbarer Schäden an den erzielten Rohlingen geometrischen Beschränkungen unterworfen ist. Diese Schäden, die sich aufgrund ungenügender Beherrschung der Verformung während des Vorgangs ergeben, bestehen insbesondere aus Stichen, die auf ein Ausknicken des zu stauchenden Stangenabschnitts zurückgehen können, oder aus einem gestörten Faserverlauf, der auf ein Verwinden der Stange nach dem Stauchen zurückgehen kann.
Die Figuren 1a, 1b, 1c, 1d der beigefügten Zeichnungen stellen die Ausführung eines Stauchvorgangs an einer in einem Behälter A angeordneten Stange B dar, bei dem in vier aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten, die jeweils den vier Figuren entsprechen, einer Verringerung der Länge l&sub1;, l&sub2;, l&sub3; und l&sub4; erzielt wird, und die soeben angegebenen Erscheinungen (Ausknicken, dann Verwinden) auftreten und dabei zu den Schäden führen, die erwähnt wurden (Stiche und gestörter Faserverlauf)
Üblicherweise wird so verfahren, daß zur Vermeidung dieser Schäden ein oberer Grenzwert des Stauchungsgrads t von 4 bei einem Stauchen in einem Arbeitsgang oder von 6 bei einem Stauchen in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen eingehalten werden muß. Es wird auch manchmal eine Beschränkung des Verhältnisses D1/Do von 1,5 bis 2, je nach Art der betroffenen Legierung, festgesetzt.
Bei verschiedenen Verbesserungsversuchen wurde danach getrachtet, die bis heute geltenden geometrischen Beschränkungen zu überschreiten, ohne ein Auftreten der Schäden zu verursachen. So versuchte man, den Stauchvorgang mittels eines Werkzeugs auszuführen, das an dem zu stauchenden Ende der Stange in eine unrunde Bewegung versetzt wurde, wobei diese gleichzeitig um eine Länge, die dem zu verformenden Volumen entsprach, in den Arbeitsbereich verschoben wurde. Desgleichen versuchte man, eine Stauchung in mehreren Schritten auszuführen, indem die Stange nach und nach bei jedem Schritt um eine Länge, die dem zu verformenden Volumen entsprach, vorgeschoben wurde. Beispiele für derartige Ausführungen werden in FR-A-2050 483, FR-A-2050 484 und in FR-A-2220 328 vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren waren die Ergebnisse nicht vollkommen zufriedenstellend, und insbesondere kann eine ausreichend regelmäßige Ausrichtung des Faserverlaufs nicht gewährleistet werden. Weiterhin ist aus SU-A-804 163, das den neuesten Stand der Technik darstellt, ein Werkzeug zum Schmieden des Rohlings eines Teils mit mehreckigem Querschnitt wie z. B. einer Mutter bekannt.
Dieses Werkzeug hat eine innenliegende Arbeitshöhlung mit konvexen Seiten, die durch abgerundete Winkel verbunden sind, deren Kurvenradius dergestalt beschaffen ist, daß die Kontur die Grenzen der Kontur des Abdrucks des Feinbearbeitungswerkzeugs überschreitet.
Das Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial durch Stauchen, mit dem diese Nachteile beseitigt werden können, ist dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Schritten besteht:
- (a) einem ersten Stauchschritt, bei dern zumindest ab einem ersten Verformungsstadium eine Berührung zwischen mindestens drei Mantellinien des genannten Stangenabschnitts und der Innenfläche eines ersten Behälters aufrechterhalten wird, der zwischen zwei der genannten Berührungslinien jeweils eine hohle Ausstülpung in Längsrichtung aufweist, die im Querschnitt einen keulenförmigen Abschnitt bildet;
- einem zweiten Stauchschritt, bei dem zumindest ab einem ersten Verformungsstadium eine Berührung zwischen den Spitzen der länglichen Ausstülpungen, die an dem ersten Rohling am Ende des ersten Schritts (a) erzielt werden, und der Innenfläche der Höhlung eines zweiten Behälters aufrechterhalten wird, wobei die genannte Innenfläche der Höhlung eine Konturform aufweist, die den genannten ersten Rohling umhüllt, und daß der genannte Stauchungsgrad t, der in zwei Durchgängen erzielt wird, mindestens gleich 8 ist.
Ein Stauchwerkzeug, das einen als Stange geschmiedeten Rohling umhüllt und für die Ausführung des genannten Verfahrens bestimmt ist, wird durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 5 definiert.
Vorteilhafterweise weist der erste Behälter eine Höhlung mit kreuzförmigem Querschnitt auf, wobei die zylindrische Stange sich mit der Innenfläche des Behälters an vier Mantellinien, die um 90º voneinander versetzt sind, in Berührung befindet und der zweite Behälter weist eine Höhlung mit quadratischem Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf, wobei die Spitzen der hohlen Ausstülpungen oder Keulen des kreuzförmigen Querschnitts der am Ende des ersten Arbeitsschritts erhaltenen Stange sich jeweils mit einer Seite des genannten Quadrats in Berührung befinden.
Bei bestimmten Anwendungen, die Titanlegierungen betreffen, waren für Stauchungsgrade von 8 bis 10, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in zwei Arbeitsschritten ergeben, mit zuvor bekannten, bisherigen Verfahren mindestens fünf aufeinanderfolgende Arbeitsschritte erforderlich. Bezüglich der geltenden Qualitätskriterien und bezüglich der Anwendungen insbesondere in Abhängigkeit von den verwendeten Legierungen können höhere Stauchungsgrade erzielt werden, die in allen Fällen höher sind als die bisherigen Resultate Weiterhin haben metallographische Untersuchungen, die an den mit dem erfindungsgemäßen Stauchungsverfahren hergestellten geschmiedeten Rohlingen durchgeführt wurden, eine deutliche Verbesserung der Ausrichtung des Faserverlaufs im Vergleich zu diesen bisherigen Verfahren sowie einen vollkommen schadenfreien Zustand ergeben. Diese verbesserten Resultate beruhen unmittelbar auf der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und lassen sich mit dessen Merkmalen erklären. So wird bei dem ersten Verfahrensschritt die Stange an mindestens drei Mantellinien in Anlage gehalten wodurch jegliche Verformung durch Ausknicken verhindert wird, während der Fluß der Legierung nur in Richtung der hchlen Teile des Behälters erfolgen kann. wodurch jede Verformung durch Verwinden verunmöglicht wird. Desgleichen wrd beim zweiten Schritt durch die Berührung der äußeren Mantellinien des Rohlings mit den Wandungen des Behälters jegliche Verformung durch Ausknicken oder durch Verwinden verhindert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsart der Erfindung deutlicher hervor, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
die Figuren 1, 1b, 1c, 1d, die zuvor beschrieben wurden, die Verformungen einer Stange bei aufeinanderfolgenden Stauchgängen ohne Anwendung der Erfindung im Schema darstellen,
die Figuren 2a, 2b die Stange in ihrer Ausgangsform vor dem Stauchen in einer Vorderansicht bzw. in einer Querschnittansicht zeigen,
die Figuren 3a, 3b die in den Figuren 2a, 2b dargestellte Stange während des ersten Stauch-Arbeitsschritts nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Längsschnittansicht bzw. in einer Querschnittansicht im Schema zeigen,
die Figuren 4a, 4b den am Ende des ersten Arbeitsschritts erhaltenen Rohling während des zweiten Stauch- Arbeitsschritts nach dem erfindungsgemäßen Verfahren analog zu den Figuren 3a und 3b in einer Längsschnittansicht bzw. in einer Querschnittansicht im Schema zeigen,
Fig. 5 eine Ansicht des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten geschmiedeten Endrohlings in einexn Querschnitt zeigt,
Fig. 6 in einer Querschnittansicht analog zu Fig. 4b eine Durchführungsvariante des zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
die Figuren 7a, 7b, 7c Durchführungsvarianten der Stauch-Arbeitsschritte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge durch Stauchen betrifft insbesondere Stangenmaterial wie z. B. eine zylindrische Stange 1, die in den Figuren 2a und 2b in ihrer Ausgangsform dargestellt ist Wie in den Figuren 3a und 3b schematisch dargestellt, ist die Stange 1 bei der Ausführung des ersten Stauch-Arbeitsschritts (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Behälter 2 angeordnet, der mit einer Schmiedepresse oder Stauchmaschine fest verbunden ist, die an sich bekannt ist und in den Zeichnungen nicht näher dargestellt wird. Bei diesem ersten Stauch-Arbeitsschritt (a) wird ein Ende 1a der Stange 1 der Staucheinwirkung eines Stempels 3 ausgesetzt. der von den Schub- und Steuermitteln der genannten Maschine bewegt wird. Dadurch neigt der Abschnitt 1b der dem Stauchvorgang unterzogenen Stange 1 dazu, den zur Verfügung stehenden Raum des Behälters 2, der von der Fläche des Stempels 3 begrenzt wird, einzunehmen, was eine Verringerung der Länge des genannten Abschnitts 1b zusammen mit einer Vergrößerung des entsprechenden Querschnitts mit sich bringt. Bei der in den Figuren 3a und 3b dargestellten Ausführungsart der Erfindung weist der beim ersten Schritt des Stauchverfahrens verwendete erste Behälter 2 eine Höhlung 4 mit einem allgemein kreuzförmigen Querschnitt auf, die aus vier keulenförmigen Teilen 4a, 4b, 4c, 4d besteht, die paarweise symmetrisch angeordnet sind, wobei auf diese Weise vier Mantellinien 5a 5b 5c, 5d entstehen, die um 90º versetz voneinander angeordnet sind und mit den entsprechenden vier Mantellinien des gestauchten Abschnitts 1b der Stange 1 zusammenwirken, indem sie ab einem ersten Verformungsstadium während des Stauch-Arbeitsschritts in permanenter Berührung mit diesen bleiben. Die genannte Berührung zwischen Behälter und Stange an den Mantellinien wird ab dem Zeitpunkt erforderlich, mit dem während des Stauchvorgangs die Gefahr des Auftretens von irreversiblen Schäden durch Ausknicken oder Verwinden entsteht. Die Berührung kann ab Beginn des Arbeitsvorgangs hergestellt werden. In dem Praxis ist es für die leichtere Durchführung oft einfacher. ein anfängliches radiales Spiel zwischen den genannten Mantellinien vorzusehen, das bei dieser Ausführungsart bis zu 0,5 mm betragen kann. Die Betätigung des Stempels 3 in Richtung der ausgeübten Kraft und der erzielten Bewegung erfolgt gemäß de Pfernl F, während die Pfeile f die Flußrichtungen der Legierung, aus der die Stange 1 besteht, während des Stauchvorgangs angeben.
Für den zweiten Schritt (b) des erfindungsgemäßen Stauchverfahrens, dessen Verlauf ähnlich ist wie der des soeben oben beschriebenen ersten Schritts (a) , wird der Zwischenrohling 1c, der sich am Ende des ersten Schritts (a) ergibt, in einem zweiten Behälter 6 angeordnet, wie schematisch in den Figuren 4a und 4b dargestellt, und sein Ende wird erneut einer Staucheinwirkung eines Stempels 7 ausgesetzt. Bei der in den Figuren 4a und 4b dargestellten Ausführungsart der Erfindung weist der zweite Behälter 6 eine Höhlung 8 mit einem allgemein quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf. Der Zwischenrohling 1c weist einen kreuzförmigen Querschnitt auf, der die Form der Höhlung 4 des ersten Behälters 2 wiedergibt, und die Mantellinien 1d, 1e, 1f und 1g, die den Spitzen der keulenförmigen Teile dieses kreuzförmigen Querschnitts des Zwischenrohlings 1c entsprechen, werden in Berührung mit entsprechenden Anlagelinien der Seiten des Quadrats der Höhlung des zweiten Behälters 6 gebracht, und ähnlich wie bei dem ersten Schritt (a) wird in zweiten Stauchschritt (b) ab einem ersten Verformungsstadiun die Berührung zwischen der Außenfläche des Rohlings 1c und der Fläche der Höhlung 8 des zweiten Behälters 6 in Höhe dieser vier paarweise symmetrischen Mantellinien ebenfalls permanent aufrechterhalten. Wie zuvor kann zu Beginn des zweiten Schritts zwischen den zusammenwirkenden Mantellinien der Stange und des Behälters ein radiales Spiel, das - bei dieser Anwendung vcn 0 bis 0,5 mm - variiert werden kann, vorgesehen werden.
Am Ende dieses zweiten Schritts (b) des erfindungsgemäßen Stauchverfahrens weist der gestauchte Ausgangsabschnitt 1b einen Endquerschnitt 1d des geschmiedeten Rohlings auf. wie in Fig. 5 bei der soeben beschriebenen Ausführungsart dargestellt. Dieser gestauchte Stangenabschnitt 1b kann insbesondere dazu gedacht sein, den Fuß einer duroh Schmieden hergestellten Turbomaschinen-Kompressorschaufel zu bilden.
Es kcnnen verschiedene Ausführungsarten. bei denen die beschriebenen Merkmale des erfindungsgemäßen Stauchverfahrens zur Anwendung kommen, In Betracht gezogen werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der Art der betroffenen Legierungen, den Teilen. die hergestellt werden sollen, und dein angestrebten Stauchungsgrad eine unterschiedliche Anzahl von Schritten des Stauchverfahrens angewendet werden. Es können auch verschiedene Höhlungsformen des verwendeten Behälters bzw. gemäß den miteinander verknüpften Schritten miteinander verbunden werden, vorausgesetzt daß sie erfindungsgemäß eine permanente Berührung zwischen mehreren Mantellinien des Rohlings und der Höhlungsoberfläche des Behälters herstellen. Der zweite Behälter 6, der im zweiten Schritt (b) des Stauchverfahrens bei der beschriebenen Ausführungsart, deren Querschnitt in Fig. 4b dargestellt ist, verwendet wird, kann beispielsweise eine Höhlung 8a aufweisen, die von einer Fläche begrenzt wird, die in Fig. 6 mit einem kreisförmigen Schnitt dargestellt ist. Die Figuren 7a 7b, 7c stellen in einern schematischen Schnitt weitere verwendbare Behälterhöhlungsformen 9a, 9b, 9c dar, die jeweils einem zu stauchenden Stangenabschnitt mit dem Schnitt loa, 10b, 10c bzw. 10d zugeordnet sind. Dieser Ausgangsstangenquerschnitt ist in der Form an das herzustellende Endstück angepaßt und kann außer zylindrisch insbesondere rechtwinklig oder quadratisch sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial für den Fuß einer Turbomaschinen-Kompressorschaufel durch Stauchen, wobei wenigstens ein Stangenabschnitt (1b) mit der Ausgangslänge Lo und dem Ausgangsquerschnitt So des Durchmessers Do durch Stauchen in einen Stangenabschnitt (1d) mit der Endlänge L1 und dem Endquerschnitt S1 des Durchmessers D1 dergestalt umgewandelt wird, daß Lo > L1, So < S1, Do > D1, wobei ein technischer Parameter t oder Stauchungsgrad ausgedrückt ist durch t = (Lo - L1) / Do, wobei die genannte, in ein Haltewerkzeug oder Behälter (2 6) gesteckte Stange (1) der Staucheinwirkung eines Stempels (3) einer Schmiedepresse ausgesetzt wird die auf das Ende der Stange ausgeübt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Schritten besteht:

- (a) einem ersten Stauchschritt, bei dem zumindest ab einem ersten Verformungsstadium eine Berührung zwischen mindestens drei Mantellinien des genannten Stangenabschnitts und der Innenfläche eines ersten Behälters (2) aufrechterhalten wird, der zwischen zwei der genannten Berührungslinien (5a, 5b 5c, 5d) jeweils eine hohle Ausstülpung (4a, 4b, 4c, 4d) in Längsrichtung aufweist, die im Querschnitt einen keulenförmigen Abschnitt bildet,

- (b) einem zweiten Stauchschritt, bei dem zumindest ab einem ersten Verformungsstadium eine Berührung zwischen den Spitzen (1d, 1e, 1f, 1g) der länglichen Ausstülpungen, die an dem ersten Rohling (1c) am Ende des ersten Schritts (a) erzielt werden, und der Innenfläche der Höhlung eines zweiten Behälters (6) aufrechterhalten wird, wobei die genannte Innenfläche der Höhlung eine Form der Kontur aufweist, die den genannten ersten Rohling umhüllt, und daß der genannte Stauchungsgrad (t) , der in zwei Durchgängen erzielt wird, mindestens gleich 8 ist.

2. Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus stangenmaterial durch Stauchen nach Anspiuch 1, wobei beim ersten Schritt (a) der erste Behälter (2 im Querschnitt eine allgemein kreuzförmige Innenkontur aufweist und der erste gestauchte Rohling (1b, 1c) während des genannten ersten Schritts (a) an vier Mantellinien (5a, 5b, 5c, 5d) in Längsrichtung gehalten wird, die am Umfang um 90º versetzt voneinander verteilt sind, und am Ende des ersten Schritts (a) vier Ausstülpungen in Längsrichtung aufweist, die im 90º-Winkel zueinander liegen.

3. Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial durch Stauchen nach einen der Ansprüche 1 oder 2, wobei beim zweiten Schritt (b) dr zweite Behälter (6) im Querschnitt eine allgemein quadratische Innenkontur mit abgerundeten Ecken aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial durch Stauchen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei beim zweiten Schritt (b) der zweite Behälter (8a) im Querschnitt eine kreisförmige Innenkontur aufweist.

5. Srauchwerkzeug, das einen geschmiedeten Rohling (1b, 1c) aus Stangenmaterial umhüllt, zur Durchführung eines Herstellungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus zwei Behältern (2, 6) die jeweils eine Höhlung (4 g) aufweisen, in der der genannte F.chling (1b, 1c) angeordnet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter (2), der für die Durchführung des ersten Schritts (a) des genannten Verfahrens geeignet ist, eine dergestalt Innenflächengeometrie der Höhlung (4) aufweist, daß der Rohling (1b) vor dem Stauchen zumindest ab einem ersten Verformungsstadium mit mindestens drei Mantellinien in Berührung mit den zusammenwirkenden Mantellinien (5a, 5b, 5c, 5d) bes Behälters (2) ist und daß zwischen den genannten Mantellinien (5a, 5b, 5c 5d) hohle Ausstülpungen (4a, 4b, 4c, 4d in Längsrichtung ausgeführt sind,

und daß der zweite Behälter (6) , der für die Durchführung des zweiten Schritts (b) des genannten Verfahrens geeignet ist, eine dergestalte Innenflächengeometrie der Höhlung (8) aufweist, daß die Querschnittkontur die Innenflächenkontur der Höhlung des ersten Behälters umhüllt und daß die Konturen der Höhlungsinnenflächen des genannten ersten (2) und zweiten Behälters (6) mit mindestens drei Mantellinien Tangenten bilden und in keinem Punkt schneidend verlaufen.

6. Werkzeugausrüstung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial durch Stauchen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der erste Behälter (2) eine Höhlung mit einem kreuzförmigen Querschnitt mit vier im 90º-Winkel zueinander angeordneten Keulen (4a, 4h, 4c, 4d) aufweist.

7. Werkzeugausrüstung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial durch Stauchen nach einem der Ansprüche 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite Behälter (6) eine Hchlung (8) mit einem allgemein quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist, wobei die Länge einer Seite des Quadrats den Abstand zwischen zwei sich diametral gegenüber- liegenden Ausstülpungsgipfeln (1d-1f, 1e-1g) des ersten Behälters (2) darstellt.

8. Werkzeugausrüstung zur Durchführung dffi.s Verfahrens zur Herstellung geschmiedeter Rohlinge aus Stangenmaterial durch Stauchen nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite Behälter eine Höhlung (8a) mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweist, dessen Umfangslinie den Querschnitt der Höhlung (4) des ersten Behälters (2) umhüllt.