JP2001179391A - Method of manufacturing ring shaped, forged article - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing ring-shaped, forged articles for a rotor element in a gas turbine driving device. SOLUTION: This is a method to manufacture ring-shaped, forged articles for a rotor element in a gas turbine driving device made of steel resistant against heat and nickel alloy that are designed to be used especially in turbine areas and high pressure compressor areas. When particular, cylindrical, solid- cored, metal blocks sold on market form multiple bases for forged articles, this method features in combining those works: a) Use the cast block 1 that has prescribed sizes D1, L1, or the cast block 1 should be fitted into larger diameter D2, L2 than that of the cast block 1. b) Push the block 1 from the end into a bowl-shaped, hollow body 7 that has a cylindrical wall area with a certain thickness and a bottom area 9 with thin walls. c) The wall area 8 of the hollow body 7 is divided into multiple cylindrical rings 10-14. d) The rings 11-14, which are solid-cored and structurally perfect, are forged into forged articles whose shapes adequately meet the articles made later on.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念によるタービン運転装置におけるロータ要素用のリン
グ状鍛造品の製造方法に関する。The present invention relates to a method for producing a ring-shaped forging for a rotor element in a turbine operating device according to the preamble of claim 1.

【０００２】ガスタービン運転装置におけるロータ要素
の高い強度要請に基づいて、出発材料（ブランク）は、
このために大抵鍛造品である。特にタービン領域におい
て構造材料の充分な耐熱性が必要とされ、従ってそこで
は好ましくはＦｅ−及びＮｉ−ベースの高合金の金属が
使用される。そのような合金は、部分的に一般名称で
「超合金」と称される。[0002] Due to the high strength requirements of the rotor elements in gas turbine operating devices, the starting material (blank) is
For this reason they are mostly forged. Sufficient heat resistance of the structural material is required, especially in the turbine area, so that Fe- and Ni-based high alloy metals are preferably used there. Such alloys are referred to in part by the generic name "superalloys".

【０００３】[0003]

【従来の技術】そのような鍛造されたリング状出発材料
の公知の製造方法では、出発材料（ブランク）として直
径５００ｍｍの、そのような特殊合金用の市販の半製品
である中実円筒状の金型鋳造されたブロックが利用され
る。前記ブロックから鍛造された出発材料への「工程」
は、次の方法ステップに繋がる。 １．複数の加熱（変形ステップ）においてブロックを直
径３００ｍｍの延べ棒に変形させること、 ２．延べ棒をそれぞれ後の出発材料に適合した重量のハ
イヒール状物に切断すること、 ３．自由鍛造でハイヒール状物を円形物に据え込みかつ
孔をあけること、 ４．−孔をあけられた−円形物を自由鍛造でマンドレル
を介して鍛延（展延）すること、 ５．鍛延された円形物を予備成形のためにリング圧延す
ること、 ６．落とし鍛造で予備成形物を所望の出発材料に仕上げ
鍛造すること。2. Description of the Prior Art Known processes for producing such forged ring-shaped starting materials include a solid cylindrical, commercially available semi-finished product for such special alloys having a diameter of 500 mm as starting material (blank). Die cast blocks are used. "Process" of starting material forged from the block
Leads to the next method step. 1. 1. deforming the block into a 300 mm diameter bar in multiple heating (deformation steps); 2. cutting the bars into high heels each weighing the starting material; 3. Upsetting and drilling high heels into rounds by free forging; 4. perforated-forging (spreading) the circular object through a mandrel by free forging; 5. Ring rolling the forged circular object for preforming; Finish forging the preform to the desired starting material by drop forging.

【０００４】この公知の方法は、多くの欠点を有する。
延べ棒仕上げの必要性及び予備成形の個々の仕上げを伴
う多数のステップは、非常に時間及びコストのかかる工
程に繋がる。自由成形−鍛造ステップは、結果として再
結晶度及び分割状態への不利な影響を伴う局部的に比較
的相違した変形度を有し、即ち局部的に変化する材料特
性の不十分な材料均一性が生じる。従って全く異なる方
法の再現可能性が最適とされる。This known method has a number of disadvantages.
The numerous steps involved with the need for bar finishing and the individual finishing of the preforming lead to a very time-consuming and costly process. The free-form-forging step has a locally relatively different degree of deformation with consequent adverse effects on the degree of recrystallization and the splitting state, i.e. poor material uniformity of the locally changing material properties Occurs. Therefore, the reproducibility of a completely different method is optimized.

【０００５】機械構造の他の領域から、即ちころがり軸
受技術から、次の両保護権利が存在する。From other areas of mechanical construction, namely from the rolling bearing technology, there are two protection rights:

【０００６】ドイツ国特許第４７０１２５号明細書は、
特に玉軸受用のリングの製造に関し、その際リングは種
々の大きさの直径を有する。その際先ず鉢状で、底部か
ら開放端部へ段階状に広がる中空体がプレスされる。そ
れによって段部の直径は略鉢状の隣接した段部の内径に
相応するので、段付リングは軸線方向力及び対抗した剪
断によって分離されることができ、その際鉢底は別個に
分離される。このことは、段付直径のリング状の出発材
料を製造するために、比較的簡単かつ好適な方法であ
る。プレスされた中空体用の出発半製品並びに形成され
たリングの後処理については何も具体的なことは言及さ
れていない。[0006] German Patent No. 470125 describes:
In particular, in the manufacture of rings for ball bearings, the rings have different diameters. At that time, a hollow body that is bowl-shaped and spreads stepwise from the bottom to the open end is pressed. As a result, the diameter of the step corresponds to the inner diameter of the adjacent pot-like step, so that the stepped ring can be separated by axial forces and opposing shearing, whereby the pot bottom is separated separately. You. This is a relatively simple and preferred method for producing a stepped diameter ring-shaped starting material. No specific mention is made of the starting semi-finished product for the pressed hollow body as well as the aftertreatment of the formed ring.

【０００７】ドイツ国専用特許（ＤＤ）第７６２０４号
明細書は、同時に内輪及び外輪、即ち種々の直径のリン
グがブランク状態で準備される、ころがり軸受リング用
の出発材料の成形製造のためその方法を同様に保護す
る。その際中央のマンドレル及びこれと同軸のリング状
プランジャを備えたプレス工具が使用される。押出成形
による孔のあいた又は孔のあいていない出発形状の変形
によって、底領域で結合した２つの同軸の鉢状物が形成
される。鉢軸線に対して横に分断することによって、こ
ろがり軸受用の複数の所望のリング状出発材料が得られ
る。ここでも出発形状の状態並びにブランクリングの他
の加工についての記載はなされてない。[0007] German patent specification No. 76204 describes a process for the production of a starting material for a rolling bearing ring, in which inner and outer rings, ie rings of various diameters, are simultaneously prepared in a blank state. As well. A pressing tool with a central mandrel and a coaxial ring plunger is used here. The deformation of the perforated or non-perforated starting shape by extrusion results in the formation of two coaxial pots joined at the bottom region. By dividing transversely to the pot axis, a plurality of desired ring-shaped starting materials for the rolling bearing are obtained. Here, too, no description is given of the state of the starting shape or the further processing of the blank ring.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ベース材料
としての市販の円筒状ブロックから出発しかつ迅速かつ
コストの安いプロセスによって並びに材料組織従って構
造品特性の高い均一性及び再生可能性によって特徴づけ
られる、ガスタービン運転装置におけるロータ要素用の
リング状鍛造品の製造方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention starts from a commercially available cylindrical block as base material and is characterized by a fast and low-cost process and by a high uniformity and reproducibility of the material structure and thus of the structural properties. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a ring-shaped forging for a rotor element in a gas turbine operating device.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
上位概念における当該分野の特徴と関連して、請求項１
に特徴づけられた方法ステップの組合せによって解決さ
れる。This object is achieved in accordance with the features of the present invention in connection with the features of the field in the generic concept of claim 1.
Is solved by a combination of method steps characterized in that:

【００１０】方法は、比較的簡単で、迅速かつ再生可能
な最少限のステップで上記のころがり軸受リングの仕上
げを行うことに集約され、その際鍛造品成形後分離まで
唯１つの部材のみが処理される。後方押出成形のプロセ
スステップは、良好な形状及び寸法保持並びに局部的な
変位なしに特別に均一な変形度の円筒状の「半製品」が
得られ、それによって変形／リングの所望の特性が確保
される。余り材料（切れ端）の廃棄は僅かでありかつ材
料のリサイクル性によってエコロジー的にも代替可能で
ある。最初の最も上方のリング（頭部屑物）を除いて、
一般に分離された全てのリングが高負荷可能な構造品に
後加工可能である。ベース材料としての鋳造されたブロ
ックの使用によって、方法は尚簡単かつコスト安くな
る。最終的に所望の最も強固な組織が先ず落し鍛造のス
テップによって達成される。The method is concentrated on finishing the above-mentioned rolling bearing ring in a relatively simple, fast and reproducible minimum step, in which only one part is processed after the forging is formed and then separated. Is done. The backward extrusion process step results in a cylindrical "semi-finished product" with a particularly uniform degree of deformation without good shape and dimensional retention and local displacement, thereby ensuring the desired properties of the deformation / ring Is done. The remaining material (scraps) is little wasted and can be ecologically replaced by the recyclability of the material. Except for the first uppermost ring (head debris)
Generally, all the separated rings can be post-processed into a structure capable of high load. With the use of cast blocks as base material, the method is still simpler and less costly. Ultimately, the desired strongest structure is achieved by first dropping and forging steps.

【００１１】従属請求項において主請求項による方法の
好適な構成が特徴づけられる。[0011] In the dependent claims preferred features of the method according to the main claim are characterized.

【００１２】続いて本発明を、図面に基づいて詳しく説
明する。その際簡単化された、尺度は合っていない図を
示す。Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a simplified, non-scaled figure is shown.

【００１３】[0013]

【実施例】ガスタービン運転装置に好適な特殊合金から
成る市販のブロック１は、一般に５００ｍｍの直径Ｄ１
を有する。製造すべき鍛造品は、直径が部分的に明らか
に大きく、その結果ブロックの変形は意味があり又は必
要であり得る。この場合は、図１に表されている。平ら
な上面２と平らな下面３との間にブロックが「熱い」状
態で−好適なプレスによって−その元の長さＬ１から減
少された長さＬ２に据え込まれ、その際その直径は元の
寸法Ｄ１から所望の寸法Ｄ２、例えば６４０ｍｍに増大
される。特定された直径Ｄ２を長さＬ２に亘って保持す
るために、ブロック１は、据え込みの際、見通しをよく
するために表されていない型５／カプセルによって取り
囲まれる。据え込み／直径増大が必要ない場合もある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A commercially available block 1 of a special alloy suitable for gas turbine operating equipment has a diameter D1 of typically 500 mm.
Having. The forging to be manufactured is partly obviously larger in diameter, so that deformation of the block may be meaningful or necessary. This case is shown in FIG. Between the flat upper surface 2 and the flat lower surface 3, the block is "hot"-upset by a suitable press-to a reduced length L2 from its original length L1, the diameter of which is reduced to the original length. From the dimension D1 to a desired dimension D2, for example, 640 mm. In order to keep the specified diameter D2 over the length L2, the block 1 is surrounded by a mold 5 / capsule which is not shown for upsetting during upsetting. Upsetting / diameter increase may not be necessary.

【００１４】しかし本発明による変形ステップは、図２
による装置によるブロック１のいわゆる後方押出成形で
ある。その際ブロック１は、型５の円筒状凹部６中に装
入されかつ高められた温度ではプランジャ状工具４の押
し込みによって凹部６の底の近くまで鉢状中空体７に押
出成形される。However, the deformation step according to the invention is similar to that of FIG.
Is a so-called backward extrusion of the block 1 by the device according to the invention. The block 1 is then inserted into the cylindrical recess 6 of the mold 5 and is extruded into a pot-like hollow body 7 near the bottom of the recess 6 by pushing in the plunger-like tool 4 at elevated temperature.

【００１５】図３は、この中空体７を縦断面で−斜線な
しに−示し、その際厚い壁の、中空円筒状壁領域８及び
薄い壁の平らな底領域９が認められる。底領域９は、リ
サイクル可能な屑物、いわゆる足部切れ端をも表し、そ
の寸法はできる限り小さくされる。壁領域８は、大部分
構造品のために使用可能であり、その際一般にその上
端、ここではリング１０と称されるは、同様に屑物、い
わゆる頭部切れ端として、分離される、そのわけはこれ
は、押出成形によって制限されて、寸法についても組織
／変形度分布についても所望の寸法／特性を有しないか
らである。勿論頭部切れ端を最少にしようと努められ
る。図３中水平の一点鎖線によて、中空体７が例えば鋸
挽き切断によって分断される分離平面が示される。本発
明の場合簡単のために軸線方向に高く／長く表されてい
るリング１１〜１４が構造品として好適である。相異な
る部品、例えばロータディスク及びシールリングを製造
するために、実際上リングは相異なる軸線寸法従って相
異なる体積／重量を有する。FIG. 3 shows this hollow body 7 in longitudinal section—without diagonal lines—in which a hollow cylindrical wall region 8 of a thick wall and a flat bottom region 9 of a thin wall are visible. The bottom region 9 also represents recyclable debris, so-called foot scraps, the dimensions of which are made as small as possible. The wall area 8 can be used for most structural parts, the upper end of which is generally referred to here as the ring 10, which is likewise separated as debris, a so-called head piece, This is because they are limited by extrusion and do not have the desired dimensions / properties, both in terms of dimensions and texture / deformation distribution. Of course, efforts are made to minimize head shards. In FIG. 3, a horizontal dashed line indicates a separation plane where the hollow body 7 is separated by, for example, sawing. In the case of the present invention, for simplicity, rings 11 to 14 which are shown high / long in the axial direction are suitable as structural products. In order to produce different parts, for example rotor disks and sealing rings, in practice the rings have different axial dimensions and therefore different volumes / weights.

【００１６】円筒状リング１１〜１４からその形状及び
その強度特性に関して所望の仕上げ品に可能最良に適合
される出発材料を成形するために、本発明による他の変
形ステップとして個々のリングの落とし鍛造が設けられ
る。このステップのために工作物は「加熱され」、即ち
好適な高い温度にもたらされる。In order to form a starting material from the cylindrical rings 11 to 14 which is best adapted in terms of its shape and its strength properties to the desired finished product, a further deformation step according to the invention is the drop-forging of the individual rings. Is provided. For this step, the workpiece is "heated", ie brought to a suitably high temperature.

【００１７】図４は、例えばその形状がリング状ロータ
ディスクとしての使用に向けられる仕上げられた鍛造品
１５を示す。FIG. 4 shows a finished forging 15 whose shape is intended for use as a ring-shaped rotor disk, for example.

【００１８】仕上品としてのディスクまでの鍛造品１５
の、必要な、特に切削加工ステップは、本発明の目的物
ではなく従ってこれ以上は説明しない。Forged product 15 up to disk as finished product
The necessary, especially the machining steps, are not the object of the present invention and will not be described further.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】図１は、ブロックを大きな直径に据え込みを示
す図である。FIG. 1 shows the upsetting of a block to a large diameter.

【図２】図２は、装入されたブロックの後方押出成形の
ための装置を示す図である。FIG. 2 shows an apparatus for backward extrusion of a charged block.

【図３】図３は、図２による装置によって形成された鉢
状の中空体を示す図である。FIG. 3 shows a pot-shaped hollow body formed by the device according to FIG. 2;

【図４】図４は、中空体部材から仕上げられた鍛造品を
示す図である。FIG. 4 is a view showing a forged product finished from a hollow body member.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ブロック ４ 工具 ５ 型 ６ 円筒状凹部 ７ 鉢状中空体 ８ 円筒状壁領域 ９ 薄壁の外領域 １０ 円筒状リング １１ 円筒状リング １２ 円筒状リング １３ 円筒状リング １４ 円筒状リング １５ 鍛造品 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Block 4 Tool 5 Die 6 Cylindrical recessed part 7 Pot-like hollow body 8 Cylindrical wall area 9 Outer area of thin wall 10 Cylindrical ring 11 Cylindrical ring 12 Cylindrical ring 13 Cylindrical ring 14 Cylindrical ring 15 Forging

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｄ 5/06 Ｆ０１Ｄ 5/06 Ｆターム(参考） 3G002 AA02 AA11 AA13 AB00 4E087 AA10 BA02 BA03 BA24 CA01 CA24 CA31 CA32 CA33 CB01 DB03 DB12 DB14 DB24 EC11 EC18 EC22 EC37 EC50 EC54 HA61 HB08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) F01D 5/06 F01D 5/06 F-term (Reference) 3G002 AA02 AA11 AA13 AB00 4E087 AA10 BA02 BA03 BA24 CA01 CA24 CA31 CA32 CA33 CB01 DB03 DB12 DB14 DB24 EC11 EC18 EC22 EC37 EC50 EC54 HA61 HB08

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 特にタービン領域及び高圧圧縮機領域に
使用するための耐熱鋼及びニッケル合金から成る、ガス
タービン運転装置におけるロータ要素用のリング状鍛造
品の製造方法であって、その際特定の円筒状形状の市販
の中実金属ブロックが、複数の鍛造品用のベースを形成
する前記方法において、 次の方法ステップの組合せ、即ち ａ）所定の寸法（Ｄ１，Ｌ１）の鋳造されたブロック
（１）を使用すること又は製造されるべき鍛造品の直径
に依存して、鋳造されたブロック（１）をより大きな直
径（Ｄ２，Ｌ２）に据え込むこと、 ｂ）特定の厚さの円筒状壁領域（８）と−できる限り−
薄壁の底領域（９）とを備えた茶碗状の中空体（７）
に、円筒状凹部（６）を備えた型（５）内でプランジャ
状工具（４）により−場合によって据え込まれた−ブロ
ック（１）を後方押出すること、 ｃ．中空体（７）の壁領域（８）を複数の円筒状リング
（１０〜１４）に分割すること、その際分離された底領
域（９）をリサイクル可能な余り材料として廃棄するこ
と、及び ｄ）中実かつ構造的に完全なリング（１１〜１４）を特
定され後にでき上がる品物に適合した形の鍛造品（１
５）に落し鍛造することを特徴とする前記方法。1. A method for producing a ring-shaped forging for a rotor element in a gas turbine operating device, comprising a heat-resistant steel and a nickel alloy, especially for use in the turbine area and the high-pressure compressor area, the method comprising the steps of: In the above method of forming a commercially available solid metal block of cylindrical shape to form a base for a plurality of forgings, a combination of the following method steps: a) a cast block of predetermined dimensions (D1, L1); 1) upsetting the cast block (1) to a larger diameter (D2, L2), depending on the use of 1) or the diameter of the forging to be produced; b) cylindrical of a certain thickness With wall area (8)-as much as possible-
A bowl-shaped hollow body (7) with a thin-walled bottom region (9)
Backwardly extruding the block (1), optionally-upset, by means of a plunger-like tool (4) in a mold (5) with a cylindrical recess (6), c. Dividing the wall region (8) of the hollow body (7) into a plurality of cylindrical rings (10-14), discarding the separated bottom region (9) as surplus recyclable material, and d. ) A solid and structurally perfect ring (11-14) is identified and a forged product (1
5) The above method, wherein the forging is performed by dropping. 【請求項２】 鋸挽き、好ましくはバンドソーによる茶
碗状中空体（７）の壁領域（８）をリング（１０〜１
４）に分割することを特徴とし、その際−できる限り−
小さい軸線長さの第１リング（１０）が、押出成形され
た中空体（７）の開放端から挽き離されかつ−底領域
（９）のように−余り材料として処理されることを特徴
とする請求項１に記載の方法。2. A saw (preferably band-saw) wall region (8) of a bowl-shaped hollow body (7) is connected to a ring (10-1).
It is characterized in that it is divided into 4).
A first ring (10) of small axial length is milled away from the open end of the extruded hollow body (7) and-as in the bottom region (9)-is treated as excess material. The method of claim 1, wherein 【請求項３】 ベース材料として５００ｍｍの直径（Ｄ
１）の鋳造されたブロック（１）を使用すること並びに
このブロック（１）を６００ｍｍ以上の直径（Ｄ２）に
据え込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方
法。3. A base material having a diameter of 500 mm (D
3. The method according to claim 1, wherein the cast block (1) of 1) is used and the block (1) is upset to a diameter (D2) of at least 600 mm. 【請求項４】 タービンディスク、高圧圧縮機ディスク
及びシールリング用の鍛造品（１５）を使用することを
特徴としその際鋳造されたブロック（１）が、ワスパロ
イ（Ｗａｓｐａｌｏｙ）、インク（Ｉｎｃ）７１８、ガ
トライズド（Ｇａｔｒｉｚｅｄ）ワスパロイ（Ｗａｓｐ
ａｌｏｙ）、ユーディメット（Ｕｄｉｍｅｔ）及びＡ２
８６−鍛造品（１５）のような高合金鋼材料及びニッケ
ル材料から成る鋳造されたブロック（１）が鍛造品（１
５）用のベースを形成することを特徴とする請求項１か
ら３までのうちのいずれか１つに記載の方法。4. Use of forgings (15) for turbine disks, high-pressure compressor disks and seal rings, wherein the blocks (1) cast are Waspaloy, Ink (718). , Gatrized Waspaloy (Wasp)
aloy), Udimet and A2
86-A cast block (1) made of a high alloy steel material and a nickel material such as a forging (15) is used for the forging (1).
4. The method according to claim 1, wherein a base is formed for 5).