フライス加工仕上げ工程後に除去される一時的なブレード支持リングを有する一体型ブリスクを製造するための改良化された方法

专利摘要:
本発明は、一体型ブリスクを製造する方法に関し、この方法は、−材料ブロック（１００）を切削するために研磨ウォータージェットを使用し、ディスクから径方向外方に延在するブレードプリフォームを形成する一方で、少なくとも２つの直接連続するブレードプリフォーム間の接続手段（１１２）を形成する材料を維持する工程と、次に、− ブレードプリフォームにフライス加工仕上げをして造形されたブレードブランク（２０２）を得る工程と、次に、− ブレードブランク（２０２）をフライス加工することによって最終仕上げし、最終形状を有するブレード（２）を得る工程と、次に、− 上記接続手段（１１２）を除去する工程と、を備える。
公开号:JP2011516280A
申请号:JP2011501215
申请日:2009-03-25
公开日:2011-05-26
发明作者:クリストフ・シャルル・モーリス・ロカ；セバスティアン・ボルドゥ；セルジュ・ベルランジェ；ティエリー・ジャン・マルヴィル
申请人:スネクマ；
IPC主号:B23P13-00

专利说明:

[0001] 本発明は、全体的に、好ましくは航空機のタービンエンジンのための一体型ブリスクの製造に関する。]
背景技術

[0002] ブリスクとも称される一体型のブレードを有するディスクは、材料ブロックを切削するために研磨ウォータージェットを用いて製造され、１以上のフライス加工が続く。]
[0003] フライス加工前に研磨ウォータージェットを用いる切削工程を用いることは、フライス加工のみに基づいた方法と比較して、製造時間及びコストを著しく低減する。これは、特に、このような製造方法がブリスクを製造するために元のブロックの材料の約７５％を除去する必要があるという事実による。研磨ジェットを用いた切削によってこの材料の大部分を除去することは、製造時間を低減し、同様に、フライス加工機械の摩耗を抑制する。]
[0004] それにもかかわらず、この方法は、完全に最適化されていないと考えられている。この方法の間においてブレードの変形及び振動があることは、欠点であり、これは、長いブレードに対して特に深刻になる。製造されるブリスクの品質へのこれら変形及び振動の影響を抑制するためには、低進行速度が必要であり、このため、製造を減速させる。また、振動及び長い製造時間は、製造コストへの悪影響をもたらすツールの摩耗を増大させる。]
発明が解決しようとする課題

[0005] したがって、本発明の目的は、従来技術の形態における上記欠点を少なくとも部分的に改善することである。]
課題を解決するための手段

[0006] これを達成するため、本発明の対象は、一体型ブリスクを製造する方法であり、当該方法は、
−材料ブロックを切削するために研磨ウォータージェットを使用し、ディスクから径方向外方に延在するブレードプリフォームを形成する一方で、少なくとも２つの直接連続するブレードプリフォーム間の接続手段を形成するように材料を維持する工程であって、上記接続手段が、上記ディスクから径方向で間隔をあけている、工程と、次に、
− ブレードプリフォームにフライス加工仕上げをして造形されたブレードブランクを得る工程と、次に、
− ブレードブランクをフライス加工することによって最終仕上げし、最終形状を有するブレードを得る工程と、次に、
− 上記接続手段を除去する工程と、
を備える。]
[0007] このため、本発明は、研磨ウォータージェットを使用する切削工程中に、少なくとも２つのブレードプリフォーム間、好ましくはこれらブレードプリフォームすべての間に接続手段を形成する点で顕著である。これは、当初のブロックにある材料によってブレードが互いに固定されたままであるため、ブレードを製造する間のブレードの変形及び振動を強く抑制するか無くす。]
[0008] この具体的な特徴は、さまざまなツールを高進行速度で使用することができ、これにより結果として得られるブリスクの品質を危うくすることなく製造時間を低減することである。さらに、製造時間の低減及び製造中のブレードの振動の低減は、ツールの摩耗、特にフライス加工機械の摩耗を遅延させ、製造コストを有利に抑制する。]
[0009] 好ましくは、研磨ウォータージェットを使用する切削工程は、上記接続手段が３を超えるブレードプリフォームを互いに、好ましくは互いに直接連続的に連結するようになされる。しかしながら、互いに接続される直接連続的なプリフォームのいくつかの組であって組が互いに接続されていない組を想定してもよい。どの場合であっても、遭遇する必要性に関わらず、接続手段によった該に接続されるブレードプリフォームの数及びプリフォームにあるこれら接続手段の配置は、調整されてもよい。]
[0010] １つの好ましい形態において、研磨ウォータージェットを使用する切削工程は、上記接続手段が好ましくはディスクの軸を中心とするほぼリングを形成するようになされる。このリングは、好ましくは、約３６０°で延在し、リングが互いに接続するブレードプリフォームによって中断されてもよい。しかしながら、上述のように、このリングは、完全に閉じている必要はない、すなわち、すべての直接連続するプリフォームを接続しなくてもよい。]
[0011] しかしながら、研磨ウォータージェットを使用する切削工程は、上記リングがブレードプリフォームすべてを互いに接続するようになされており、各プリフォームは、ブリスクのブレードの１つをその後に形成する。この場合において、好ましいことは、研磨ウォータージェットを使用する切削工程が、上記リングがブレードプリフォームの先端部を互いに接続してなされることである。そして、リングは、ブレードプリフォームを有する切り取られたブロックの周辺環状部分を形成し、このブレードプリフォームは、ディスクに向けてこのリングから径方向内方に延在する。]
[0012] それにもかかわらず、１つの別法は、上記リングが上記ブレードプリフォームをこれらの先端部から径方向内方に間隔をあけて互いに接続するように実行してもよい。この場合の例として、リングがプリフォームをほぼ中間の長さで互いに接続することが可能である。]
[0013] 留意すべきことは、上記提案された２つの解決法が組み合わされてもよいことであり、すなわち、周辺支持リングと周辺支持リングから径方向内方にある内側支持リングとの双方を設けてもよい。より一般的には、周辺支持リングを設ける場合、本発明の範囲から逸脱することなく、さらなる接続手段をブレードプリフォーム間に設けてもよいが、必ずしもリング形態をなしていない。]
[0014] したがって、接続手段を形成する材料は、フライス加工最終仕上げ工程の終わりまで維持されたままであり、次に、この材料は、除去される。]
[0015] 明らかに、他の従来の工程、
−研磨ウォータージェットを使用する切削工程の前に材料ブロックを回転させる工程、
−最終仕上げ工程後にブレードの研磨及び／またはショットブラストをする工程、
− ブレードを所定長さに切断する工程、及び、
−ブリスクのバランスをとる工程、
などは、本発明における方法において使用されもよい。]
[0016] 好ましくは、上記一体型ブリスクの直径は、８００ｍｍ以上である。この態様において、留意すべきことは、製造中にブレードを互いに保持する接続手段があることによって、ブレードの変形及び振動が低減されるか無くすため、大径のブリスクを製造することが可能となることである。好ましくは、ブレードの最小長さは、１５０ｍｍである。]
[0017] 好ましくは、上記一体型ブリスクの厚さは、１００ｍｍ以上である。それにもかかわらず、厚さは、研磨ウォータージェット切削技術によって達成される潜在的な高性能に起因して、１６０ｍｍ以上のオーダーからなってもよい。この厚さは、先端と後端との間における各ブレードによって覆われるブリスク軸に沿った距離にほぼ等しく。]
[0018] 好ましくは、一体型ブリスクのブレードは、捩られており、捩り角は、４５°以上まで変化する。]
[0019] 好ましくは、使用される上記材料ブロックは、チタンまたはチタン合金から形成されている。]
[0020] 好ましくは、上記一体型ブリスクは、航空機タービンエンジンのための一体型ブリスクである。]
[0021] さらに好ましくは、上記一体型ブリスクは、航空機タービンエンジンにあるタービンまたはコンプレッサのための一体型ブリスクである。]
[0022] 他の有利点及び本発明の特徴は、以下の詳細なかつ非限定的な説明を読むと明らかになるだろう。]
[0023] この説明は、添付の図面を参照しながらなされる。]
図面の簡単な説明

[0024] 本発明における製造方法を実行することによって得られるタービンエンジン用の一体型ブリスクを示す部分斜視図である。
ブリスクが好ましい実施形態の１つにしたがって形成される場合に、この製造方法の異なる工程における一体型ブリスクを示す図である。
ブリスクが好ましい実施形態の１つにしたがって形成される場合に、この製造方法の異なる工程における一体型ブリスクを示す図である。
ブリスクが好ましい実施形態の１つにしたがって形成される場合に、この製造方法の異なる工程における一体型ブリスクを示す図である。
ブリスクが好ましい実施形態の１つにしたがって形成される場合に、この製造方法の異なる工程における一体型ブリスクを示す図である。]
実施例

[0025] まず図１を参照すると、図は、本発明の製造方法を用いることによって得られる一体型ブリスク１を示している。好ましくは、航空機のタービンエンジン用圧縮機またはタービンロータの一部を形成することを意図している。] 図１
[0026] 以降本発明にかかる方法を用いて得られるブリスクと称される一体型ブリスクは、大型であり、すなわち、ブリスクの直径は、８００ｍｍ以上であり、ブリスクのブレード２の長さは、１５０ｍｍ以上であり、ブリスクのディスク４の厚さ「ｅ」は、１３０ｍｍ以上である。さらに、ディスクの中心軸線５を有するディスク４によって支持されるブレードは、４５°以上のツイスト角できつく捩られている。情報として、この角度は、従来の慣習にしたがって、具体的なブレード２の基端部６と先端部８との間の仮想角度と等しい。]
[0027] ブリスク１を製造する方法の好ましい実施形態は、図２ａから図２ｄを参照して説明される。] 図２ａ 図２ｄ
[0028] まず、第１調整工程を「一体型ブランク」とも称されるチタン合金で形成された材料のブロックに実行し、このブロックをブロックの最終寸法が例えば１ｍｍ以内となるように機械加工する。]
[0029] 次の工程は、研磨ウォータージェットを用いて中実のブロックを切削する工程からなり、ブレードのプリフォームを形成する。]
[0030] これは、非常に高圧（例えば３０００ｂａｒ）でありかつ非常に高精度のウォータージェット切削機械（例えば６軸機械）を用いてなされる。非常に高圧の水圧は、材料へのその切削効果を最適化する研磨剤を運搬する。ウォータージェットは、ダイアモンドまたはサファイアのノズルを用いた公知の方法で形成される。また、砂のような研磨剤を加えるために使用される混合チャンバがある。収束銃は、水及び砂を均質化し、砂を切削される領域に収束する。]
[0031] この研磨銃切削技術は、大きな材料除去速度及び良好な再現性を可能にする。このため、その軸線５に沿って材料ブロックの全体厚さ「ｅ」を貫通して内側ブレード空間を形成するように材料を除去するのに完全に適している。]
[0032] これは、図２ａに示されており、この図２ａは、研磨ウォータージェット切削工程を完了した後の材料ブロック１００の頂部を示している。したがって、このブロックは、ディスク４からの径方向、すなわち中心軸線５に対する直交方向に沿うブレードプリフォーム１０２を有する。一般的に、切取りは、ブロック１００の厚さ範囲内でなされ、周方向において直接連続しているブレードプリフォーム１０２間の内側ブレード空間１１０を形成する。] 図２ａ
[0033] また、切取りは、軸線５を中心とするリング１１２の形態をなしかつブレードプリフォーム１０２の先端部１０８すべてを接続する場合において、プリフォーム１０２間の接続手段を形成するようになされる。このため、リング１１２は、切り取られたブロック１１０の周辺環状部分を形成し、その結果、内側ブレード空間１１０の外部径方向区画部を形成する。]
[0034] この研磨ウォータージェット切削工程は、第１切削動作をなして捩れるまたはディスクから径方向に沿う螺旋状を有する第１片を除去し、これは、第２の小容量の材料を除去するための第２切削動作が続き、この第２の小容量の材料は、同様に、捩れるまたは径方向に沿う螺旋状を有する。]
[0035] より正確には、図２ｂに含まれる概略図の左側部分は、その軸線５に沿ってブロック１００の厚さ全体を貫通する材料１１４の第１片を切り出す第１切削動作を示している。これは、収束銃１１６の軸線を図２ａの下側部分に示す閉じた線１１８に沿って移動させることによってなされ、この線は、基端部４から開始され、径方向に沿ってブロックの外側径方向端部近傍まで延在するがリングを形成するように外側径方向端部に到達せず、そして、線１１８は、基端部４に到達するために再び径方向内方に変更される前に周方向でこのリングを辿り、そして、この基端部を辿ってその基点まで戻る。] 図２ａ 図２ｂ
[0036] 上記線１１８に沿うこの経路中において、銃１１６の軸は、好ましくは固定されたままである軸５に対する適切な追加の移動によって移動し、この追加の移動は、径方向回りで回動し、径方向に沿って全体的に捩れた形状を有する第１片を形成する銃の軸で基本的に構成される。より一般的には、軸５に対して銃１１６が辿る経路が２つの同時に発生する回転によって得られるいわゆる５軸経路であることに留意すべきである。第１片１１４は、好ましくは、図２ｂの中央部分に概略的に示されるように、操作者によって手で除去される。径方向に垂直な典型的な断面を示すこの図に示すように、片１１４は、四角形の形態をなしており、この四角形について、ブロックの厚さに沿う２つの対辺は、いったん処理が完了すると得られる２つの直接連続するブレード２に非常に近接して通過する。] 図２ｂ
[0037] 上述の結果として、第１片１１４それぞれを除去すると、２つの直接連続するブレードプリフォーム１０２の表面が形成される。好ましくは、第１工程は、すべての第１片１１４を切り取ることであり、第１片の数は、ブリスクに設けられるブレードの数に基づいており、そして、これら片１１４は、第２切削動作の前に手で除去される。]
[0038] この第２切削動作は、結果として得られるブレードプリフォームの形状が最終ブレードを反転した湾曲(inverted cuevature)を有する捩れ形状にできるだけ近づくようになされ、この捩れ形状は、ブレード断面が湾曲していても研磨ウォータージェットがほぼ直線でブロックを通過するので、単一の切削で達成することが困難である。]
[0039] 図２ｂに含まれる概略図の右側部分は、第２切削動作が材料の第２片１２０を切り取ることを示しており、この第２片は、ブロック１００の厚さの一部のみにわたって、すなわち第１片１１４の除去によって形成される径方向要素１２２の厚さの一部のみにわたって延在している。また、片１２０は、片の結合要素１２２の径方向部分に沿ってのみ延在する、すなわち、片は、図２ａに示すように、リングに到達することなく基端部から開始して延在する。] 図２ａ 図２ｂ
[0040] これは、収束銃１１６を径方向線１２４に沿って移動させることによってなされ、この線の一部は、図２ａに示される。この線は、基端部４から開始し、したがって、第１片１１４の除去中に現れるリング１１２に達しないでほぼ径方向に沿って延在する。例えば、研磨ジェットが通過する線１２４は、径方向要素１２２の厚さのほぼ中間にあり、線は、これら要素の径方向の高さの中間を越えて停止する。] 図２ａ
[0041] 上記線１２４に沿うその経路中において、銃１１６の軸は、好ましくは固定されたままである軸５に対する適切な追加の移動によって駆動され、この追加の移動は、基本的には、銃の軸を径方向回りで回動させることを含み、同様に径方向に沿って捩れ形状を有する第２片１２０を形成する。再度、より一般的には、軸５に対して銃１１６が辿る経路が２つの同時に発生する回転によって得られるいわゆる５軸経路であることに留意すべきである。この第２片１２０は、いったん研磨ウォータージェットによって基端部４から完全に除去されると、好ましくは、図２ｂの右側部分において図示されるように、操作者による補助なく自然に分離する。] 図２ｂ
[0042] この点において、銃１１６がほぼ径方向線１２４に沿って及び線１２４の内側径方向端部から基端部４に沿って延在する線の環状部分（図示略）に沿って移動し、基端部から片１２０を完全に分離することに留意する。]
[0043] 径方向に垂直な任意の断面を示す図２ｂに示すように、片１２０は、三角形の形態をなしており、この三角形の一辺は、いったん処理が完了すると関係する径方向要素１２２から得られるブレード２に可能な限り近接して通過する。] 図２ｂ
[0044] いったんすべての第２片１２０を除去すると、ブロックにおける残されたものは、リング１１２によってプリフォームの先端部１０８において互いに取り付けられたブレードプリフォーム１０２である。そして、研磨ウォータージェットの切削工程は、完了する。]
[0045] 次の工程は、ブレードプリフォーム１０２をフライス加工して造形されたブレードブランク２０２を得ることである。すなわち、この工程の目的は、例えば５軸フライス加工機械を用いてなされ、ブレードプリフォーム１０２に残存している材料を除去して例えば０．６ｍｍ以内の最終寸法に達することである。]
[0046] この場合において、プリフォーム１０２は、好ましくは１つずつ機械加工され、それぞれは、図２ｃの左側部分に示すように、造形されたブレードブランク２０２を形成する。] 図２ｃ
[0047] 処理は、最終仕上げ工程と称される別のフライス加工工程に続き、この最終仕上げ工程は、ブランク２０２から開始してブレード２の最終形状を形成するように構成されている。使用される工具は、より精密な機械加工を可能とし、最終的な寸法に達し、したがって、図２ｃの右側部分に示すように、ブレード２を得る。また、この図は、リング１１２によって互いに接続されたブレード２の先端部８を示しており、このリングは、ブロック１００の周辺環状部分を未だ形成している。] 図２ｃ
[0048] 処理は、ブレードプリフォーム１０２を接続するリング１１２を除去する工程を除去する工程を続ける。この工程は、ワイヤカットまたはフライス加工のような当業者が適宜考慮する任意の方法でなされる。この点において、図２ｄは、このリング１１２とブレード先端部との間の連結部を破断することによって、ブロック１００の残りからリング１１２を分離することを概略的に示している。いったんすべてのこれらほぼ周方向の破断部３２８を得ると、リングは、ブロックの軸５に沿う相対移動によってブロックから効率よく引き出される。そして、リング１１２は、除去されると考えられる。この場合においても、リング１１２は、別法として、ブレード２間に位置するこのリングの部分を削除することによって単純に除去されてもよく、そして、これらブレードの径方向端部に位置する他の部分は、例えば後の段階においてブレードの先端部の一部を形成するために、維持される。そして、必要な破断部は、もはや図２ｄにおける破断部３２８のようにほぼ円周状ではないが、ほぼ径方向であり、未だブロックの厚さの範囲内にある。] 図２ｄ
[0049] 処理のこの段階において、材料の残された容積は、研磨ウォータージェットの切削工程の開始直前における、すなわち上記回転工程の直後におけるこのブロックの容積の２５％未満である。]
[0050] そして、処理は、（上述のように）研磨工程、ショットブラスト工程、所定の長さにブレードを切断する工程及び／またはバランスをとる工程を含む従来の工程の１つまたは複数が続いてもよい。]
[0051] 上記実施形態がブレード先端部に形成された支持リング１１２を用いて説明されたが、同様に、これらブレードのより中心部分に先端部から径方向内方に形成してもよい。]
[0052] 明らかに、当業者は、非限定的な実施例として単独で上述のようにさまざまな改良をなしてもよい。]
[0053] １一体型ブリスク，ブリスク、２ブレード、４ディスク，基端部、１００材料ブロック，ブロック、１０２ブレードプリフォーム，プリフォーム、１０８ 先端部、１１２支持リング，リング（接続手段）、２０２ブレードブランク，ブランク]

权利要求:

請求項1
一体型ブリスク（１）を製造する方法であって、−材料ブロック（１００）を切削するために研磨ウォータージェットを使用し、ディスク（４）から径方向外方に延在するブレードプリフォーム（１０２）を形成する一方で、少なくとも２つの直接連続する前記ブレードプリフォーム間の接続手段（１１２）を形成する材料を維持する工程であって、前記接続手段が、前記ディスクから径方向で間隔をあけている、工程と、次に、−前記ブレードプリフォーム（１０２）にフライス加工仕上げをして造形されたブレードブランク（２０２）を得る工程と、次に、−前記ブレードブランク（２０２）をフライス加工することによって最終仕上げし、最終形状を有するブレードを得る工程と、次に、−前記接続手段（１１２）を除去する工程と、を備えることを特徴とする方法。
請求項2
前記研磨ウォータージェットを使用する切削工程が、前記接続手段（１１）が３を超える前記ブレードプリフォーム（１１２）を互いに、好ましくは互いに直接連続的に連結するようになされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項3
前記研磨ウォータージェットを使用する切削工程が、前記接続手段がほぼリング（１１２）を形成するようになされることを特徴とする請求項２に記載の方法。
請求項4
前記研磨ウォータージェットを使用する切削工程が、好ましくは、前記リング（１１２）が前記ブレードプリフォーム（１０２）すべてを互いに接続するようになされることを特徴とする請求項３に記載の方法。
請求項5
前記研磨ウォータージェットを使用する切削工程が、前記リング（１１２）が前記ブレードプリフォーム（１０２）の先端部（１０８）を互いに接続するようになされることを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
請求項6
前記一体型ブリスクの直径が、８００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
請求項7
前記一体型ブリスク（４）の厚さが、１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
請求項8
前記一体型ブリスク（４）の前記ブレード（２）が、捩れていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
請求項9
使用される前記材料ブロック（１００）が、チタンまたはチタン合金で形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
請求項10
前記一体型ブリスクが、航空機タービンエンジンのための一体型ブリスクであることを特徴とする請求項１から９に記載の方法。
請求項11
前記一体型ブリスクが、航空機タービンエンジンにあるタービンまたはコンプレッサのための一体型ブリスクであることを特徴とする請求項１から１０に記載の方法。