JP6369753B2 - Hot forging method - Google Patents
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Description
本発明は、熱間鍛造方法に関するものである。 The present invention relates to a Netsukan鍛granulation how.
近年、蒸気タービンの高効率化の要請により、蒸気タービンに用いられるタービンブレードも長尺化してきている。また、例えば、航空ジェットエンジンのタービンディスクは、ニッケル合金やチタン合金製であり、同心円状で直径1メートルを超える大きさがある。これらの大型鍛造品を製造するには、熱間型打鍛造中の変形荷重は150MNを超える非常に大きな加圧力を必要とする。
これらの大型鍛造品を製造するには、荒地成形の後、製品形状に熱間鍛造が行われるが、上述したように鍛造品の大型化により、金型も大型化が図られることになる。大型の熱間鍛造品を作製する場合、従来はで非常に大きな素材ブロックからの削りだしによって一体型の金型の製作がなされていた。これに対し、複数の金型片を組立てて大型の金型を作製する提案がなされている。例えば、特開2009−66661号公報(特許文献1)には、放射状のパターンで配置された複数の金型片を組み立てて一体化する方法が開示されている。
In recent years, turbine blades used in steam turbines have become longer due to the demand for higher efficiency of steam turbines. Further, for example, a turbine disk of an aircraft jet engine is made of a nickel alloy or a titanium alloy, and is concentric and has a size exceeding 1 meter in diameter. In order to manufacture these large forgings, the deformation load during hot stamping forging requires a very large pressing force exceeding 150MN.
In order to manufacture these large forged products, hot forging is performed on the product shape after the formation of the rough ground. As described above, the size of the forged product is increased, so that the mold is also enlarged. In the case of producing a large hot forged product, conventionally, an integral mold has been manufactured by cutting from a very large material block. On the other hand, proposals have been made to assemble a large mold by assembling a plurality of mold pieces. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2009-66661 (Patent Document 1) discloses a method of assembling and integrating a plurality of mold pieces arranged in a radial pattern.
上述の特許文献1に記載の方法は、被鍛造材を加工する際に、変形させる被鍛造材の半径方向の動きに一致して順応するように複数の金型片が半径方向に自由に移動するものである。即ち、被鍛造材を金型で変形させる鍛造サイクルに際して、被鍛造材の半径方向外側への肉流れを、金型片が半径方向外側へ同時に移動することによって自動的に補助し、その結果鍛造時の被鍛造材の半径方向の成長を、金型片との摩擦で阻害することなく促進することによって、鍛造品の亀裂発生率を低減するものである。
ところで、熱間鍛造する時の熱間鍛造用金型には、局部的に大きな引張応力が加わることになる。熱間鍛造用金型は引張り応力に対して著しく弱いという問題があるが、上述の特許文献1を含め、この引張応力に対する検討はなされていないのが現状である。特に、例えば、タービンブレードの荒地を成形する荒地成形用の熱間鍛造用金型については、殆ど検討がなされていない。
本発明の目的は、特に大型鍛造品を製造するための荒地成形用の熱間鍛造用金型にも適用可能で、局部的な引張応力を軽減することが可能な熱間鍛造方法を提供することであ
る。
When the forged material is processed, the method described in Patent Document 1 described above allows a plurality of mold pieces to freely move in the radial direction so as to conform to the radial movement of the forged material to be deformed. To do. That is, during the forging cycle in which the material to be forged is deformed by the mold, the meat flow to the radially outer side of the forged material is automatically assisted by the simultaneous movement of the mold pieces radially outward, and as a result, forging. The rate of occurrence of cracks in the forged product is reduced by accelerating the radial growth of the forged material at the time without being hindered by friction with the mold piece.
By the way, a large tensile stress is locally applied to the hot forging die during hot forging. Although the hot forging die has a problem that it is extremely weak against the tensile stress, the present situation is that no examination has been made on the tensile stress including the above-mentioned Patent Document 1. In particular, for example, a hot forging die for forming a wasteland for forming a wasteland of a turbine blade has not been studied.
An object of the present invention is particularly applicable to hot forging die for wasteland molding for the manufacture of large forgings, hot forging how capable of reducing localized tensile stress Is to provide.
本発明者は、特に大型の鍛造品を製造するための熱間鍛造用金型を設計するにあたり、種々のシミュレーションを行った。その結果、例えば、タービンブレードの荒地を成形する荒地成形用の熱間鍛造用金型の上型を一体型とした場合、局部的に大きな引張応力集中部が生じることを確認した。その引張応力集中部が生じたまま金型を使用すれば、前記の上型の破壊につながることを知見した。
そのため、破壊の起点となる引張応力集中部に対する引張応力の軽減を検討した結果、応力集中部を分割することで、引張応力を飛躍的に軽減できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、上型と下型とでなる熱間鍛造用金型において、前記上型は複数個の金型片を組み合わせた分割金型でなり、前記上型の円形押圧面の中央部には被鍛造材の余肉部形成用の円形状の窪み部または貫通孔が設けられ、且つ、熱間鍛造時の引張応力集中部で分割されている熱間鍛造用金型を用いた熱間鍛造方法であって、
棒状の被鍛造材の一部を加熱する部分加熱工程と、
上型と下型を予熱する金型予熱工程と、
前記金型予熱工程により予熱した下型を組み立てて一体化する下型組み立て工程と、
前記下型組み立て工程により組み立てた下型に、前記部分加熱工程により一部を加熱した被鍛造材を配置する被鍛造材配置工程と、
前記被鍛造材配置工程により配置された被鍛造材の加熱された部分を、前記金型予熱工程により予熱された上型で押圧する押圧工程と、
押圧により成形された成形体を下型から除去する成形体除去工程、
とを含む熱間鍛造方法である。
The present inventor performed various simulations in designing a hot forging die for producing a large forged product. As a result, for example, it was confirmed that when the upper die for hot forging for forming the rough ground of the turbine blade was integrated, a large tensile stress concentration portion was locally generated. It has been found that if the mold is used while the tensile stress concentration portion is generated, the upper mold is broken.
Therefore, as a result of investigating the reduction of the tensile stress with respect to the tensile stress concentration portion that is the starting point of fracture, the inventors have found that the tensile stress can be drastically reduced by dividing the stress concentration portion, and the present invention has been achieved.
That is, the present invention relates to a hot forging die composed of an upper die and a lower die, wherein the upper die is a divided die obtained by combining a plurality of die pieces, and a central portion of the circular pressing surface of the upper die. Is provided with a circular recess or through-hole for forming a surplus portion of the material to be forged, and heat using a hot forging die divided at a tensile stress concentration portion during hot forging. An intermediate forging method,
A partial heating step of heating a part of the rod-shaped forged material;
A mold preheating process for preheating the upper mold and the lower mold,
A lower mold assembly process for assembling and integrating the lower mold preheated by the mold preheating process;
A to-be-forged material arrangement step for arranging a forged material partially heated by the partial heating step on the lower die assembled by the lower die assembling step;
A pressing step of pressing the heated portion of the forging material arranged in the forging material arranging step with an upper die preheated in the mold preheating step;
A molded body removing step of removing the molded body molded by pressing from the lower mold,
And a hot forging method .
好ましくは、前記窪み部または貫通孔の直径は、円形押圧面の直径の3〜30%である熱間鍛造方法である。
また、好ましくは、前記下型は、複数個の金型片の組立て体である熱間鍛造用金型である。
Preferably, in the hot forging method , the diameter of the recess or the through hole is 3 to 30% of the diameter of the circular pressing surface.
Preferably, the lower die is a hot forging die which is an assembly of a plurality of die pieces.
また、前記熱間鍛造用金型は、少なくとも翼部となる部分と、根部となる部分を有するタービンブレードの予備成形体作製用の熱間鍛造用金型であることが好ましい。
好ましくは、前記熱間鍛造用金型において、前記根部となる部分の成形は前記上型と下型とにより成形する熱間鍛造方法である。
Further, the hot forging die is preferably a hot forging die for producing a preform of a turbine blade having at least a portion serving as a blade portion and a portion serving as a root portion.
Preferably, in the hot forging die, the forming of the portion to be the root portion is a hot forging method in which the upper die and the lower die are formed .
本発明によれば、熱間鍛造時の熱間鍛造用金型に生じる引張応力を飛躍的に軽減することが可能なため、熱間鍛造中の熱間鍛造用金型の破壊を確実に防止することが可能である。 According to the present invention, it is possible to drastically reduce the tensile stress generated in the hot forging die during hot forging, thereby reliably preventing the hot forging die from being broken during hot forging. Is possible.
本発明の重要な特徴の一つは、熱間鍛造用金型において、熱間鍛造中に生じる引張応力集中箇所で熱間鍛造用金型を分割したことにある。
図4は本発明で用いる熱間鍛造用金型をタービンブレードの予備成形体成形用の熱間鍛造用金型(上型)として用いたときの引張応力の分布を示す模式図である。図3は従来の熱間鍛造用金型をタービンブレードの荒地を成形する荒地成形用の熱間鍛造用金型(上型)として用いたときの引張応力の分布を示す模式図である。なお、この時の鍛造における最大荷重は6000トンであり、市販の有限要素法によるシミュレーションソフトを用いて計算した結果である。素材はJIS−60種で規定されるTi合金である。
図3を見ると熱間鍛造時に熱間鍛造用金型のコーナー部に局部的な引張応力が発生しているのが分かる。このコーナー部に対する引張応力は数千トン以上の鍛造荷重が加わると、コーナー部から熱間鍛造用金型が破壊する危険性が非常に高いことを示している。
一方、図4は、図3で示された局部的な引張応力集中箇所を分割部として、熱間鍛造用金型を2つの金型片(図1で示す上型(上型金型片A)2と上型(上型金型片B)3に相当)とし、この金型片を組み立てて用いたときの引張応力の分布を示す模式図である。局部的な引張応力集中箇所は消滅し、分割部と上型にも局部的な引張応力の発生は確認されていないことが分かる。解析結果から引張応力集中部の応力を求めた。表1にその結果を示す。
One of the important features of the present invention is that in the hot forging die, the hot forging die is divided at a location where the tensile stress is concentrated during hot forging.
FIG. 4 is a schematic view showing the distribution of tensile stress when the hot forging die used in the present invention is used as a hot forging die (upper die) for forming a preform for a turbine blade. FIG. 3 is a schematic diagram showing the distribution of tensile stress when a conventional hot forging die is used as a hot forging die (upper die) for forming a rough ground of a turbine blade. The maximum load in forging at this time is 6000 tons, which is the result of calculation using commercially available simulation software by the finite element method. The material is a Ti alloy specified by JIS-60 class.
It can be seen from FIG. 3 that local tensile stress is generated at the corner of the hot forging die during hot forging. The tensile stress on the corner portion indicates that the risk of breaking the hot forging die from the corner portion is very high when a forging load of several thousand tons or more is applied.
On the other hand, FIG. 4 shows that the hot tensile forging die is divided into two die pieces (the upper die (upper die piece A shown in FIG. 1), with the local tensile stress concentration points shown in FIG. ) 2 and an upper mold (corresponding to upper mold piece B) 3), and is a schematic diagram showing the distribution of tensile stress when this mold piece is assembled and used. It can be seen that the local tensile stress concentration portion disappears, and the generation of the local tensile stress is not confirmed in the divided portion and the upper die. The stress at the tensile stress concentration part was obtained from the analysis result. Table 1 shows the results.
表1に示すように、本発明で用いる熱間鍛造用金型とすれば、コーナー部に確認された引張応力集中箇所の応力を一体型と比較して1/2以下とすることが確認された。
以上の結果から、本発明で用いる熱間鍛造用金型をタービンブレードの荒地を成形する荒地成形用の熱間鍛造用金型(上型)として用いたときに有効であることが確認された。
なお、図1に本発明で用いる熱間鍛造用金型の構成例を示す。この熱間鍛造用金型において、上型は、2つの金型片2(上型金型片A)、3(上型金型片B)を組み合わせて構成されている。この2つの金型片の接合方法としては、例えば、焼嵌め、冷やし嵌めやボルト等の締結治具により接合することができる。
以上のように、通常の熱間鍛造用金型では、図3のような一体物であるため、熱間鍛造時に被鍛造材を強加工する位置に応力集中部が形成され、大きなプレス荷重が加わると破壊の危険性があった。一方、本発明で用いる熱間鍛造用金型は、熱間鍛造時の応力集中部を分割しているため、前述のタービンブレードの予備成形体を成形する予備成形体成形用の熱間鍛造用金型(上型)の他、被鍛造材押圧面の角部等の局部的な応力集中箇所を有するような、熱間鍛造用金型にも適用することが可能である。
As shown in Table 1, confirmed that the hot forging die and to lever, the stress of the tensile stress concentration portions which are confirmed in the corner portion as compared with the integral to 1/2 or less used in the present invention It was done.
From the above results, it was confirmed that the hot forging die used in the present invention is effective when used as a hot forging die (upper die) for forming a wasteland of a turbine blade. .
FIG. 1 shows a configuration example of a hot forging die used in the present invention. In this hot forging die, the upper die is configured by combining two die pieces 2 (upper die piece A) and 3 (upper die piece B). As a method for joining the two mold pieces, for example, they can be joined by a fastening jig such as shrink fitting, cold fitting or bolt.
As described above, since a normal hot forging die is an integrated body as shown in FIG. 3, a stress concentration portion is formed at a position where the forged material is strongly processed during hot forging, and a large press load is generated. There was a risk of destruction when added. On the other hand, since the hot forging die used in the present invention divides the stress concentration part during hot forging, it is used for hot forging for forming a preform for the above-mentioned turbine blade preform. In addition to the mold (upper mold), the present invention can be applied to a hot forging mold having a local stress concentration portion such as a corner of the pressing surface of the forged material.
また、本発明の重要な特徴の二つ目は、図1に示すように熱間鍛造用金型の上型の中央部には被鍛造材の余肉部形成用の窪み部または貫通孔7を設けたことにある。
余肉成形用の窪み部または貫通孔7は、例えば、タービンブレードの予備成形体に、後に製品形状に熱間鍛造する際に金型とタービンブレードの予備成形体とを最適な位置に載置するための位置決め用の凸部を形成するためのものである。本発明では、この凸部を熱間鍛造時に余肉部として形成する目的で、上型の中央部に設けられた窪み部または貫通孔7を利用して行うこととする。前記凸部(余肉部)を形成するためには、窪み部または貫通孔の何れでも構わないが、例えば、貫通孔であれば熱間鍛造中のガス抜きの孔としても用いることができるため好都合である。
また、本発明では、前記の余肉部形成用の窪み部または貫通孔7の直径は、被鍛造材が上型に接触する円形押圧面の直径の3〜30%であることが好ましい。これは、例えば、被鍛造材が上型に接触する円形押圧面の直径の3%未満であると、成形に必要な最大荷重が非常に大きく、プレスの仕様制限荷重内での成形が難しくなる。一方、被鍛造材が円形押圧面の直径の30%を超えると凸部の成形速度が低下し、上型2と下型5の間に熱間鍛造中の被鍛造材が回りやすくなり、ばりの発生リスクが大きくなる。そのため、余肉部形成用の窪み部または貫通孔の直径は、円形押圧面の直径の3〜30%が好ましい。好ましい下限は5%であり、更に好ましくは7%である。また、好ましい上限は25%であり、更に好ましくは20%である。
The second important feature of the present invention is that, as shown in FIG. 1, a hollow portion or through hole 7 for forming a surplus portion of the material to be forged is formed at the center of the upper die of the hot forging die. It is in having established.
The surplus molding recess or through-hole 7 is placed, for example, on the preform of the turbine blade, and the mold and the turbine blade preform are optimally positioned when hot forging into a product shape later. It is for forming the convex part for positioning for doing. In the present invention, for the purpose of forming this convex portion as a surplus portion at the time of hot forging, the concave portion or the through hole 7 provided in the central portion of the upper mold is used. In order to form the convex part (remaining part), either a recessed part or a through hole may be used. For example, if it is a through hole, it can also be used as a vent hole during hot forging. Convenient.
In the present invention, the diameter of the recess for forming the surplus portion or the through hole 7 is preferably 3 to 30% of the diameter of the circular pressing surface where the forged material contacts the upper die. For example, if the material to be forged is less than 3% of the diameter of the circular pressing surface that contacts the upper die, the maximum load required for forming is very large, making it difficult to form within the press specification limit load. . On the other hand, if the material to be forged exceeds 30% of the diameter of the circular pressing surface, the forming speed of the convex portion decreases, and the material to be forged during hot forging easily turns between the upper die 2 and the lower die 5, and the flash The risk of occurrence increases. Therefore, the diameter of the recess or through hole for forming the surplus portion is preferably 3 to 30% of the diameter of the circular pressing surface. A preferable lower limit is 5%, and more preferably 7%. Moreover, a preferable upper limit is 25%, More preferably, it is 20%.
また、本発明で用いる熱間鍛造用金型の下型は、複数個の金型片の組立て体であることが好ましい。本発明を大型鍛造品を製造するための荒地成形用にも用いる場合には、被鍛造材の大きさも大型化する。その場合、1つの下型を小型化して加熱炉にて所定の温度に予熱する方が熱間鍛造時の被鍛造材の温度低下を抑制し、変形抵抗がより小さい状況にて鍛造が可能であるため変形促進に有利となる。特に、被鍛造材を部分的に加熱して被鍛造材の一部を熱間鍛造する場合、熱間鍛造する部位の位置に相当する下型の金型片のみを加熱することもできる。また、幾つかの金型片を組み立てると、被鍛造材が大型化、長尺化してもそれに応じた金型片を組合わせることも可能となる。以上のことから本発明では熱間鍛造用金型の下型は、複数個の金型片の組立て体とするのが好ましい。
また、下型を複数個の金型片の組立て体とする場合、例えば、上型の降下をガイドする下型4(下型金型片A)、熱間鍛造にて上型と共に被鍛造材1の所望の形状とするための下型5(下型金型片B)及び被鍛造材1を拘束する下型6(下型金型片C)とに分けることができる。前記の下型5(下型金型片B)と下型6(下型金型片C)の分割の起点となる位置は被鍛造材1が挿入される内周側の起点よりも外周側の起点の位置が上型から離れる位置(下側)になるように、段差や傾斜を設けるのが良い。これは、熱間鍛造時に下型が膨張した場合、前記の構成とすることで下型同士の熱膨張による拘束力を軽減できるためである。
Moreover, it is preferable that the lower die of the hot forging die used in the present invention is an assembly of a plurality of die pieces. When the present invention is also used for forming rough ground for producing a large forged product, the size of the material to be forged is also increased. In that case, downsizing one lower mold and preheating to a predetermined temperature in a heating furnace suppresses the temperature drop of the material to be forged during hot forging, and forging is possible in a situation where deformation resistance is smaller. Therefore, it is advantageous for promoting deformation. In particular, when a part of the material to be forged is hot forged by partially heating the material to be forged, it is also possible to heat only the lower mold piece corresponding to the position of the part to be hot forged. Further, when several mold pieces are assembled, even if the material to be forged becomes larger and longer, it is possible to combine the corresponding mold pieces. From the above, in the present invention, the lower die of the hot forging die is preferably an assembly of a plurality of die pieces.
When the lower die is an assembly of a plurality of mold pieces, for example, the lower die 4 (lower die piece A) for guiding the lowering of the upper die, the material to be forged together with the upper die by hot forging. 1 can be divided into a lower mold 5 (lower mold piece B) for obtaining a desired shape and a lower mold 6 (lower mold piece C) for restraining the material 1 to be forged. The position at which the lower mold 5 (lower mold piece B) and the lower mold 6 (lower mold piece C) are divided is located on the outer peripheral side relative to the inner peripheral side where the forged material 1 is inserted. It is preferable to provide a step or an inclination so that the position of the starting point is a position (lower side) away from the upper mold. This is because, when the lower mold expands during hot forging, the above-described configuration can reduce the restraining force due to the thermal expansion of the lower molds.
ところで、前述した熱間鍛造用金型を用いて製造するタービンブレードの予備成形体11は、例えば、図2に示す形状となる。上型(場合によっては上型と下型)により形成された膨らみをもった根部となる部位13の先端には余肉部12が形成されている。また、根部となる部位13に続いて翼部となる部位14が形成される。
このタービンブレードの予備成形体を成形する予備成形体用の熱間鍛造用金型において、前記上型と下型とにより、タービンブレードの予備成形体の根部を成形可能なようにするのが好ましい。これは、例えば根部となる部位13と翼部となる部位14との境目の位置までの形状を上型のみで成形すると、根部と翼部との境目周辺にばりが発生しやすく、加圧面積が大きくなることから鍛造時の荷重が高くなる。熱間鍛造時の荷重が高くなると、数万トン規模の熱間鍛造装置を用いても所望の形状に成形するのが困難となる場合がある。そのため、ばりの発生を抑制すると共に熱間鍛造時の荷重を低下させる目的で、根部の成形は、上型と下型とにより行うのが好ましい。中でも、根部となる部分の最大外径部を上型と下型とにより成形するのが好ましい。
By the way, the preform 11 of the turbine blade manufactured using the hot forging die described above has, for example, the shape shown in FIG. A surplus portion 12 is formed at the tip of a portion 13 which is a root portion having a bulge formed by an upper die (in some cases, an upper die and a lower die). Moreover, the site | part 14 used as a wing | blade part is formed following the site | part 13 used as a root part.
In the hot forging die for a preform for molding the turbine blade preform, it is preferable that the upper portion and the lower die can form the root of the turbine blade preform. . For example, if the shape up to the position of the boundary between the root portion 13 and the wing portion 14 is formed only with the upper mold, a flash is likely to occur around the boundary between the root portion and the wing portion. Increases the load during forging. When the load at the time of hot forging becomes high, it may be difficult to form into a desired shape even if a hot forging device having a scale of tens of thousands of tons is used. Therefore, for the purpose of suppressing the generation of flash and reducing the load at the time of hot forging, it is preferable to form the root portion with an upper die and a lower die. Especially, it is preferable to shape | mold the largest outer diameter part of the part used as a root part with an upper mold | type and a lower mold | type.
次に前述した本発明で用いる熱間鍛造用金型を用いてタービンブレード用の予備成形体を製造する場合の製造方法について説明する。なお、ここで記す予備成形体とは、その後、更に荒地に加工される場合もある。
先ず、部分加熱工程として、棒状の被鍛造材の一部を加熱する。加熱する部分は熱間鍛造にて根部となる部分の形状に加工を施す場所である。好ましい加熱方法としては、素材の形状に左右されない加熱炉に被鍛造材の一部を入材する方法である。もし、素材の形状が一定であれば、例えば高周波加熱であっても良い。
また、金型予熱工程として、熱間鍛造用金型も予熱する。
金型の予熱工程は、熱間鍛造時の荷重を低減するのに効果的である。予熱する金型としては、上型は必須として、下型が複数個の場合、根部となる部位を成形する下型の金型片を優先的に予熱するのが好ましい。予熱する温度としては、金型の材質にもよるが200〜500℃で十分である。
次に前記の金型予熱工程により予熱した下型を組み立てて一体化して、前記の下型組み立て工程により組み立てた下型に、前記部分加熱工程により一部を加熱した被鍛造材を配置する。この場合、前述したとおり、部分的に加熱した被鍛造材の根部となる部位を上型側で成形可能なように配置する。
そして、前記被鍛造材配置工程により配置された被鍛造材の加熱された部分を、前記金型予熱工程により予熱された上型で押圧して、図2に示すタービンブレードの予備成形体に熱間鍛造を行う。
最後に、押圧により成形された成形体を下型から除去することでタービンブレードの予備成形体を得ることができる。
Next, a manufacturing method in the case of manufacturing a preform for a turbine blade using the above-described hot forging die used in the present invention will be described. In addition, the preformed body described here may be further processed into a rough ground after that.
First, as a partial heating step, a part of the rod-shaped forged material is heated. The portion to be heated is a place where the shape of the portion that becomes the root portion is processed by hot forging. As a preferable heating method, a part of the material to be forged is put into a heating furnace that is not affected by the shape of the material. If the shape of the material is constant, for example, high-frequency heating may be used.
In addition, as a mold preheating process, a hot forging mold is also preheated.
The mold preheating process is effective in reducing the load during hot forging. As the mold to be preheated, the upper mold is indispensable, and when there are a plurality of lower molds, it is preferable to preheat the lower mold piece for forming the portion to be the root portion preferentially. As the preheating temperature, although it depends on the material of the mold, 200 to 500 ° C. is sufficient.
Next, the lower mold preheated by the mold preheating process is assembled and integrated, and the forging material partially heated by the partial heating process is placed on the lower mold assembled by the lower mold assembly process. In this case, as described above, the portion to be the root of the partially heated forging material is arranged so that it can be molded on the upper die side.
Then, the heated portion of the forging material arranged in the forging material arranging step is pressed with the upper die preheated in the die preheating step, and the preform of the turbine blade shown in FIG. 2 is heated. Perform forging.
Finally, a preformed body of the turbine blade can be obtained by removing the formed body formed by pressing from the lower mold.
上記のシミュレーション結果を受けて、図1に示す熱間鍛造用金型を用いて、実際に据込熱間鍛造を行った。用いた被鍛造材は直径φ186mm×1150mmLのJIS−60種で規定されるTi合金とし、タービンブレードの荒地用の予備成形体を成形するための部分的な荒地成形を行った。また、用いた熱間鍛造機は、最大荷重6000トンの熱間鍛造機であり、熱間プレスにて熱間鍛造を行った。
先ず、前記の被鍛造材を940℃に加熱した。被鍛造材の加熱は前記の棒状の被鍛造材の一部を加熱した。加熱する部分は熱間鍛造にて根部となる部分の形状に加工を施す場所とし、加熱炉に被鍛造材の一部を入材する方法を適用した。
また、熱間鍛造に用いる金型も400〜450℃で予熱を行った。予熱する上型の円形押圧面の直径は186mmであり、その中央部に被鍛造材の余肉部形成用の直径が70mmの貫通孔を設け、図1に示すように熱間鍛造時の引張応力集中部で分割したものである。また、下型は3個の金型片を組合わせたものとし、そのうち熱間鍛造にて根部となる部分を成形する下型5(下型金型片B)及び下型4(下型金型片A)には予熱を行った。
次に前記の金型予熱工程により予熱した下型を組み立てて一体化して図1で示す下型の組立て体とした。前記の下型組み立て工程の後、図1に示すように下型に被鍛造材1をセットした。被鍛造材1のセットは、部分的に加熱した被鍛造材1の根部となる部位を上型側で成形可能なように配置した。その後、上型(上型金型片A2と上型金型片B3)を用いて、型入れ鍛造を行った。鍛造時の最大荷重は約6000トンであった。この荷重は、一体物の上型を用いたときには破壊の危険性がある荷重となっていた。
上記の熱間鍛造において、応力集中部で分割した本発明で用いる熱間鍛造用金型としたため、上型が破壊されることもなく、熱間鍛造が行えた。押圧により成形された成形体を下型から除去することでタービンブレードの予備成形体とした。熱間鍛造後の熱間鍛造材を目視で確認したところ、何等欠陥の無い熱間鍛造材となっていることを確認した。
In response to the above simulation results, upset hot forging was actually performed using the hot forging die shown in FIG. The to-be-forged material used was a Ti alloy defined by JIS-60 type having a diameter of 186 mm × 1150 mmL, and partial rough ground forming for forming a preform for a rough ground of a turbine blade was performed. The hot forging machine used was a hot forging machine with a maximum load of 6000 tons, and hot forging was performed by a hot press.
First, the forged material was heated to 940 ° C. The forging material was heated by heating a part of the rod-shaped forging material. The part to be heated was a place where the shape of the part to be the root part was processed by hot forging, and a method in which a part of the material to be forged was put into a heating furnace was applied.
The mold used for hot forging was also preheated at 400 to 450 ° C. The diameter of the circular pressing surface of the upper die to be preheated is 186 mm, and a through hole with a diameter of 70 mm for forming the surplus portion of the material to be forged is provided at the center thereof, and as shown in FIG. It is divided at the stress concentration part. The lower die is a combination of three die pieces, of which a lower die 5 (lower die piece B) and a lower die 4 (lower die) for forming a root portion by hot forging. Mold piece A) was preheated.
Next, the lower mold preheated by the mold preheating process was assembled and integrated to obtain the lower mold assembly shown in FIG. After the lower mold assembling step, the material to be forged 1 was set on the lower mold as shown in FIG. The set of the to-be-forged material 1 was arranged so that a part to be a root portion of the to-be-forged material 1 heated partially could be formed on the upper mold side. Thereafter, mold forging was performed using the upper mold (upper mold piece A2 and upper mold piece B3). The maximum load during forging was about 6000 tons. This load has a risk of destruction when using the upper die of the single unit.
In hot forging above, since the hot forging die used in the present invention divided by the stress concentration, without the upper mold is broken, hot forging was performed. The molded body formed by pressing was removed from the lower mold to obtain a turbine blade preform. When the hot forging material after hot forging was confirmed visually, it was confirmed that the hot forging material was free of any defects.
以上の結果から、本発明で用いる熱間鍛造用金型は、応力集中部で分割する構造としたことから、特に、大きな荷重で熱間鍛造を行う場合の熱間鍛造用金型として好適であることは明らかである。また、図1のような上型で被鍛造材を押圧する場合には、特に好適な構造である。
今後ますます大型化する製品の熱間鍛造に対しては、本発明に係る熱間鍛造用金型は必要不可欠な技術となる。
From the above results, since the hot forging die used in the present invention has a structure in which it is divided at the stress concentration part, it is particularly suitable as a hot forging die when performing hot forging with a large load. It is clear that there is. Moreover, when pressing a forging material with an upper mold | type like FIG. 1, it is a structure especially suitable.
The hot forging die according to the present invention will be an indispensable technique for hot forging of products that will become larger in the future.
1 被鍛造材
2 上型(上型金型片A)
3 上型(上型金型片B)
4 下型(下型金型片A)
5 下型(下型金型片B)
6 下型(下型金型片C)
7 余肉部成形用貫通孔
11 タービンブレードの予備成形体
12 余肉部
13 根部となる部位
14 翼部となる部位
1 Material to be forged 2 Upper mold (Upper mold piece A)
3 Upper mold (Upper mold piece B)
4 Lower mold (lower mold piece A)
5 Lower mold (Lower mold piece B)
6 Lower mold (lower mold piece C)
7 surplus part forming through-hole 11 turbine blade preform 12 surplus part 13 root part 14 wing part part
Claims (5)
棒状の被鍛造材の一部を加熱する部分加熱工程と、
上型と下型を予熱する金型予熱工程と、
前記金型予熱工程により予熱した下型を組み立てて一体化する下型組み立て工程と、
前記下型組み立て工程により組み立てた下型に、前記部分加熱工程により一部を加熱した被鍛造材を配置する被鍛造材配置工程と、
前記被鍛造材配置工程により配置された被鍛造材の加熱された部分を、前記金型予熱工程により予熱された上型で押圧する押圧工程と、
押圧により成形された成形体を下型から除去する成形体除去工程、
とを含むことを特徴とする熱間鍛造方法。 In the hot forging die composed of an upper die and a lower die, the upper die is a divided die obtained by combining a plurality of die pieces, and a material to be forged is provided at the center of the circular pressing surface of the upper die. This is a hot forging method using a hot forging die provided with a circular recess or through-hole for forming a surplus portion of the steel and divided at a tensile stress concentration portion during hot forging. And
A partial heating step of heating a part of the rod-shaped forged material;
A mold preheating process for preheating the upper mold and the lower mold,
A lower mold assembly process for assembling and integrating the lower mold preheated by the mold preheating process;
A to-be-forged material arrangement step for arranging a forged material partially heated by the partial heating step on the lower die assembled by the lower die assembling step;
A pressing step of pressing the heated portion of the forging material arranged in the forging material arranging step with an upper die preheated in the mold preheating step;
A molded body removing step of removing the molded body molded by pressing from the lower mold,
The hot forging method characterized by including these.
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