(57)【要約】      （修正有）【課題】第２段階の熱クリープ成形ダイ装置への位置決めが容易な成形装置を提供する。【解決手段】物１０を成形する成形装置２０、および成形方法が提供される。物１０は端部１６、本体部、および先端部１６を有する。成形装置２０において、先端部１６を保持する先端部ホルダ２２、端部１６をクランプする端部ダイ２６、相対回転を発生させる回転子４２を有する。回転子４２は、ねじりステップにおいて、本体部にねじれを発生させる。さらに、成形装置２０は、本体部ダイ３２を有し、本体部ダイ３２は、１つまたはそれ以上の成形表面３４を有し、型成形ステップにおいて、ねじれた本体部の表面５０を、成形表面３４に一致させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物を成形する成形装置であって、前記物は端部、本体部、および先端部を有し、前記本体部は前記端部から延び、前記先端部は、前記端部から離れる方の前記本体部の端に位置し、
前記装置は、前記先端部を保持する先端部ホルダと、前記端部をクランプする端部ダイとを有し、前記装置は、前記端部ダイと前記先端部ホルダとの間の相対回転を発生させる回転子を有し、前記回転子は、ねじりステップにおいて、使用中に前記本体部にねじれを生じさせ、前記装置は、本体部ダイを有し、前記本体部ダイは、１つまたはそれ以上の成形表面を有し、前記本体部ダイは、型成形ステップにおいて使用中に、ねじれた本体部の１つまたはそれ以上の表面を、前記各成形表面に一致させる、成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記本体部は軸に沿って前記端部から前記先端部まで延び、前記本体部は、前記軸を中心に相対的に回転する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記本体部ダイは、ねじれた前記本体部を、クリープ変形を生じさせることにより成形する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記装置は前記先端部ホルダを取り付けるための取付部を有する、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記取付部は、前記先端部ホルダの、前記端部ダイに向かう方向および前記端部ダイから離れる方向の運動を許容する、装置。
【請求項６】
物を成形する方法であって、前記物は、端部、本体部、および先端部を有し、前記先端部は、前記端部から離れる方の前記本体部の端に位置し、
前記方法は、前記先端部を保持するステップと、前記端部をクランプするステップと、ねじりステップとを有し、前記ねじりステップにおいて、前記先端部または前記端部のいずれか一方あるいは両方は、互いに対して回転されて前記本体部にねじれを生じさせ、前記方法は型成形ステップを有し、前記型成形ステップにおいて、ねじれた前記本体部は、１つまたはそれ以上の成形表面により型成形される、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記方法は、前記ねじりステップの間および／または前記型成形ステップの間に、前記物を加熱するステップを有する、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記型成形ステップにおいて、ねじれた前記本体部は、クリープ変形により型成形される、方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、前記端部をクランプするステップは、前記端部を反らせる、方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、前記先端部の保持および前記端部のクランプは、前記ねじりステップおよび前記型成形ステップを通して維持される、方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の方法であって、前記先端部の保持は、前記先端部の前記端部へ向かうおよび前記端部から離れる運動を許容するように構成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成形装置に関し、また物を成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広幅弦ファンブレード（wide chord fan blades）のような物は、ガスタービンエンジンの入口に位置する相対的に大きな翼である。このようなブレードは、外来物の衝突および大きな衝突速度のような現象に耐えるように構成されなければならず、また一方で、重量を最小化し、翼の性能および寿命を最大化し、メンテナンスの必要性を最小化するように構成されなければならない。典型的には、このようなブレードは比較的新しい材料で形成され、このようなブレードの製造プロセスは比較的複雑であり多くの連続した工程を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような翼は、翼の根元と先端との間にねじれ部を含む。このような翼を成形する従来の方法は、２段階のプロセスを含み、第１段階として、ブレードワークピース（素材）を一方の端部に把持し、他方の端部をスロット内に配置して、ブレードワークピースをねじり、第２段階として、ワークピースを別個の熱クリープ成形ダイに輸送して、ブレードワークピースの表面を成形する。しかし、このプロセスの第１段階は、ブレード先端位置の不一致およびブレードワークピース表面の不規則性を発生させ、これは、ブレードワークピースを熱クリープ成形ダイ装置に位置決めするのをより困難にする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の側面によれば、物を成形するための成形装置が提供され、この物は、端部、本体部、および先端部を含み、本体部は端部から延び、先端部は端部から離れた方の本体部の端に位置する。この装置は、先端部を保持するための先端部ホルダを有し、また、端部をクランプするための端部ダイを有し、また本装置は、端部ダイと先端部ホルダとの間で相対的な回転を発生させるための回転子を有し、この回転子はねじりステップにおいて、使用中に本体部分のねじれを発生させ、本装置は本体ダイを有し、この本体ダイは１つまたはそれ以上の成形表面を有し、本体ダイは型成形ステップ（conformation step）において使用されるときに、ねじれた本体部の１つまたはそれ以上の表面を各成形表面に一致させるように構成される。
【０００５】
本体部は端部から軸に沿って先端部まで延び、相対的な回転はこの軸を中心としてもよい。
本体ダイは、クリープ変形を発生させることにより、ねじれた本体を成形し、熱クリープ変形により最適化してもよい。
【０００６】
本装置は加熱装置を含むことができ、加熱装置は物に熱を与える。この加熱装置は、ねじりステップにおいて物に熱を与え、また、型成形ステップの間に物に熱を与えるようにしてもよい。
【０００７】
端部ダイは端部を変形させ、また、端部を反らせるようにしてもよい。
先端部ホルダは一対のジョー（jaws）を含み、ジョーは互いに相対的に移動することができる。また、ジョーは、先端部を、先端部ホルダと先端部との間の実質的な相対運動なしに先端部を保持するように構成されてもよい。本装置は、先端部ホルダを取り付けるための取付部を備えることができる。この取付部は、先端部ホルダの端部ダイに向かう運動および端部ダイから離れる運動を許容する。
【０００８】
代替的にまたは追加的に、ジョーはその間に先端部を、先端部ホルダと先端部との間の相対的な運動を許容しながら、受け入れるように構成されてもよい。この許容される相対運動は軸に沿うようにすることができる。
【０００９】
この物は翼の製造におけるブレードワークピースとすることができ、これがガスタービンエンジンの翼になる。この翼は広幅弦ファンブレードとすることができる。この物は、チタンまたはチタン合金から形成することができる。
【００１０】
本発明の第２の側面によれば、物を成形するための方法が提供される。この物は、端部、本体部および先端部を有し、先端部は本体部の端部から離れる方の端に位置する。本方法は、先端部を保持するステップ、端部をクランプするステップ、ねじるステップを有する。ねじるステップは、先端部または端部の一方または両方を互いに対して回転させ、本体部にねじれを生じさせる。本方法はさらに、型成形するステップを有し、ここで、ねじれた本体は、１つまたはそれ以上の成形表面に一致するようにされる。
【００１１】
本方法は、物を加熱するステップを含むことができる。物はねじるステップにおいて加熱することができる。物は型成形ステップの間に加熱することができる。
型成形ステップにおいて、ねじれた本体はクリープ変形により成形でき、熱クリープ変形により成形できる。型成形ステップにおいて、熱および／または圧力は、ねじれた本体に与えられ、クリープ変形を発生させることができ、熱および／または圧力は先端部には付与されない。
【００１２】
端部のクランプは端部を反らせることができる。
先端部の保持および端部のクランプは、ねじりステップおよび型成形ステップを通して維持することができる。
【００１３】
先端部の保持は、先端部が端部に向かっておよび端部から離れて移動することを許容するようになされる。
本方法は、前述の成形装置の使用を含むことができる。
【００１４】
本発明の第３の側面によれば、前述の方法により成形された物が提供される。
本発明の第４の側面によれば、前述の成形装置により成形された物が提供される。
本発明の第５の側面によれば、ガスタービンエンジンが提供され、このガスタービンエンジンは、前述の方法により成形された物、または前述の装置により成形された物を含む。
【００１５】
本発明の実施形態が単なる例として、添付図面を参照しながら以下に説明される。添付図面は以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ワークピースの側面図である。
【図２】装填ステップにおいて、使用中の成形装置の一部の概略斜視図である。
【図３】ねじりステップにおいて、使用中の図２の成形装置の一部の概略斜視図である。
【図４】型成形ステップにおいて、使用中の成形装置の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照すると、ブレードワークピース１０の形状の物が示されている。このブレードワークピース１０は、根部１２の形状の端部、根部１２から延びる本体部１４、および本体部１４の根部１２から離れる方に位置する先端部１６を含む。本体部１４は、根部１２から軸４４に沿って延びる。
【００１８】
一例において、ブレードワークピース１０は、翼の製造におけるワークピースとすることができ、これは広幅弦ファンブレードとすることができ、これはガスタービンエンジンに利用することができる。ワークピース１０は、チタンまたはチタン合金から形成することができる。
【００１９】
図２から図４を参照すると、成形装置２０は先端部ホルダ２２を有し、先端部ホルダ２２は一対のジョー２４を有する。
成形装置２０は、根部ダイ２６を有し、根部ダイ２６は一対の根部ダイジョー３０を有し、各根部ダイジョー３０は反った成形表面２８を有する。
【００２０】
成形装置２０は本体ダイ３２を有し、本体ダイ３２は上部３８および下部４０を有し、上部３８および下部４０の各々は、本体成形表面３４を有する。
成形装置２０は加熱装置３６を含む。加熱装置３６は任意の形態とすることができる。
【００２１】
成形装置２０は、根部ダイ２６と先端部ホルダ２２との間の軸４４を中心とする相対回転のための回転子４２を含む。
成形装置２０は、先端部ホルダ取付部４６を有し、これは、先端部ホルダ２２を移動可能に、装置取付部４８に取り付ける。この例において、根部ダイ２６は、装置取付部４８に固定位置で取り付けられる。
【００２２】
使用に際して、装填ステップにおいて、ワークピース１０は装置２０に装填される。先端部１６は、先端部ホルダジョー２４の間に配置され、ジョー２４は先端部１６を把持するために把持位置に互いに移動する。一例において、先端部ホルダジョー２４は、先端部１６を把持し、先端部１６と先端部ホルダジョー２４との間の相対的な運動を実質的に防止する。
【００２３】
装填ステップにおいて、根部１２は根部ダイジョー３０の間に位置し、本体部１４は本体部ダイ３２の上部３０と下部４０との間に位置する。
反らせ成形ステップにおいて、先端部保持ジョー２４は把持位置を維持し、根部ダイジョー３０は、図３の矢印Ｃで示されるようにクランプ位置に互いに移動し、根部ダイジョー３０の反った成形表面２８が、根部１２に、成形表面２８に対応する反ったまたは湾曲した部分を形成する。このステップの間、加熱装置３６により熱（図２の矢印Ｂで示される）がワークピース１０に与えられ、または、より具体的には根部１２に熱が与えられる。
【００２４】
ねじりステップにおいて、先端部保持ジョー２４は把持位置を維持し、また、根部ダイジョー３０はクランプ位置を維持した状態であり、回転子４２が、先端部ホルダ２２を根部ダイ２６に対して軸４４のまわりに回転させ、図３の矢印Ｄにより示されるようなねじれ位置に回転させ、本体部１４にねじれを形成する。このステップの間、加熱装置３６により、熱（図２の矢印Ｂで示される）が本体部１４の温度を約８００℃まで上昇させる。
【００２５】
一例において、先端部ホルダ２２は、根部ダイ２６に対して約７０°の角度で回転する。
ねじりステップにおいて、可動先端部ホルダ取付部４６は、軸４４に沿って先端部ホルダ２２の根部ダイ２６に向かう方向および根部ダイ２６から離れる方向の運動を許容し、この方向は図２において両方向の矢印Ａで示されている。本体部１４がねじれるとき、先端部ホルダ２２は根部ダイ２６に向かって移動する。
【００２６】
型成形ステップにおいて、先端部ホルダジョー２４は把持位置を維持し、先端部ホルダ２２はねじれ位置にあり、根部ダイジョー３０はクランプ位置を維持しており、本体部ダイ３２の上部ダイ部分３８および下部ダイ部分４０は、図４の矢印Ｅで示されるように互いに移動して成形位置に移動し、本体部１３の表面５０を、上部ダイ部分３８および下部ダイ部分４０の本体成形表面３４に一致させる。
【００２７】
このステップの間、加熱装置３６により、熱（図２の矢印Ｂで示される）が本体部１４を約７５０℃に加熱する。この熱と、本体成形表面３４により与えられる圧力との組み合わせは、本体部１４の熱クリープ変形を生じさせ、本体部表面５０が本体成形表面３４に一致する。熱と圧力とは、本体部１４のみに与えられ、本体部１４だけをクリープ変形させ、実質的に先端部を変形させない。
【００２８】
本発明の成形装置２０、および上述の発明による方法は、従来の方法および装置よりも、高くまた一貫した品質のワークピースを製造する。先端部１６の把持は型成形ステップの間、ワークピースのより一貫した「引き伸ばし」を生じさせ、より一貫したブレード先端位置を与え、前述した表面の不規則性を低減または除去する。先端部１６は、実質的に熱クリープ変形にさらされないので、ブレード先端部１６の位置および寸法はより一貫する。より一貫したブレード先端部の位置決めは、その後の成形プロセスにより高い生産性をもたらす。ブレード先端部１６のより一貫した寸法は、最初により少ない材料がワークピースの先端部に必要とされるので、材料の節約を可能にする。より一貫した変形は、最初のワークピースのサイズをより簡単に効率的に決定することを可能にし、新しい設計の開発を市場に出す時間を減少させる。
【００２９】
本発明の範囲から逸脱せずに様々な修正が可能である。装置および／または方法は、任意の形状および寸法の任意の材料から形成された任意の適当な物を成形するのに用いることができる。
【００３０】
回転子は任意の適当な設計とすることができる。回転子は、根部ダイ、先端部ホルダ、または両者の回転を発生させることができる。先端部ホルダ取付部は、任意の設計とすることができる。
【００３１】
先端部ホルダジョー、根部ダイジョー、および本体部ダイの部分を移動させるために任意の適当な手段を用いることができる。
一例において、先端部１６は、先端部ホルダ２２のジョー２４の間に配置することができ、しかしジョー２４は、先端部ホルダ２２と先端部１６との間の相対的な運動を許容するように構成される。従って、ジョー２４は先端部１６を把持しない。この例において、先端部ホルダ２２は、根部ダイ２６に対して位置が固定される。ねじりステップにおいて、先端部１６はジョー２４の間から部分的に引き戻される。
【００３２】
他の例において、先端部ホルダ２２は、ある位置においてジョー２４が先端部１６を把持せずにその相対運動を許容し、他の位置においてジョー２４は先端部１６を把持し、実質的にジョー２４の相対運動を防止する、ように構成される。
【００３３】
他の例において、先端部ホルダ２２は、使用中に、先端部１６を位置決めおよび把持し、根部ダイ２６は、装置取付部４８に可動に取り付けられる。
上述のステップは、別個の連続なステップとして説明されたが、複数のステップが重なり合うことも可能である。たとえば、先端部ホルダジョー２４が互いに移動する間に、根部ダイジョー３０が互いに移動するようにしてもよい。反った成形表面２８が根部１２に反らせ部を成形するときに、回転子４２が回転してもよい。
【００３４】
このように、従来の装置および方法に優る数多くの利点を備える、成形装置および物を成形する方法が提供される。従来の方法と比較して、１つのプロセス段階が取り除かれ、本方法はより効率的である。製造される製品は、より一貫した表面品質およびサイズであり、後続の処理ステップでの磨耗および堆積物のような問題を低減する。より一貫したサイズは、材料の節約を可能にし、また、新製品の開発時間を短くする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010110821.tif 000006
【外国語明細書】
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