(57)【要約】【課題】  合金物品の超砥粒加工を改善する。【解決手段】  砥粒加工プロセスで使用される工具は、長手方向中心軸（５００）に沿って第１の端部（３０）から先端部（３２）まで延在する本体を有する。砥粒材料（３４）が先端部に設けられている。また、中央リセスが、先端部（３２）に形成されている。【選択図】  図１
2006055990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒加工プロセスで使用される工具であって、
長手方向中心軸に沿って第１の端部から先端部まで延在する本体と、
前記先端部に設けられた砥粒材料と、
前記先端部に形成された中央リセスと、を有することを特徴とする工具。
【請求項２】
前記中央リセスから延びる複数の追加リセスをさらに有することを特徴とする請求項１記載の工具。
【請求項３】
前記追加リセスは、概して第１の端部に向かって延びる細長いリセスであることを特徴とする請求項２記載の工具。
【請求項４】
前記細長いリセスは、それぞれリセス長さを有し、このリセス長さの主要部にわたって部分的に周方向に方向づけられているとともに部分的に長手方向に方向づけられていることを特徴とする請求項３記載の工具。
【請求項５】
前記複数の細長いリセスは、同一であり、かつ周方向に均等に離間されていることを特徴とする請求項３記載の工具。
【請求項６】
前記複数の追加リセスは、２〜４個のリセスを含むことを特徴とする請求項２記載の工具。
【請求項７】
前記本体は、先端突出部を含むことを特徴とする請求項１記載の工具。
【請求項８】
前記本体は、機械と係合するねじ付部分と、
レンチを受け入れる一対の平面を有するフランジと、
前記フランジから先端部方向に延在するシャフトと、を有することを特徴とする請求項１記載の工具。
【請求項９】
前記砥粒材料は、コーティングを含むことを特徴とする請求項１記載の工具。
【請求項１０】
前記砥粒は、立方晶窒化ホウ素めっき、ビトリファイド立方晶窒化ホウ素、ダイアモンド、炭化ケイ素、酸化アルミニウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の工具。
【請求項１１】
前記長手方向軸を中心に１００００回転／分を超える速度で工具を回転させる機械と組み合わせたことを特徴とする請求項１記載の工具。
【請求項１２】
請求項１の工具の製造方法であって、
前記先端部にパイロットホールを掘削し、
前記パイロットホールを円筒形に広げ、
前記砥粒をコーティングとして施すことを含むことを特徴とする工具の製造方法。
【請求項１３】
前記パイロットホールを円筒形に広げることによって、前記中央リセスが実質的に形成されることを特徴とする請求項１２記載の工具の製造方法。
【請求項１４】
前記中央リセスから延びる複数のリセスを機械加工することをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の工具の製造方法。
【請求項１５】
請求項１の工具の再生方法であって、
前記中央リセスまたは追加のリセスから砥粒材料を少なくとも部分的に除去するか、前記中央リセスまたは追加のリセスを少なくとも部分的にマスキングするかの少なくとも一方と、
前記先端部に追加の砥粒材料を施すことを含むことを特徴とする工具の再生方法。
【請求項１６】
前記砥粒材料の実質的に全てが、前記工具から化学的に除去されることを特徴とする請求項１５記載の工具の再生方法。
【請求項１７】
加工物の砥粒点加工法であって、
砥粒でコーティングされるとともに中央先端リセスを備える先端研削面を有する工具を提供し、
前記研削面と被加工面とが接触するように、前記工具を前記加工物の被加工面に対して方向づけ、
長手方向中心軸を中心に前記工具を回転させることで接触部における材料を除去して部品を形成することを含むことを特徴とする加工物の砥粒点加工法。
【請求項１８】
前記回転は、４００００〜１２００００回転／分の速度で前記工具を回転させることを含むことを特徴とする請求項１７記載の加工物の砥粒点加工法。
【請求項１９】
前記加工物の機械加工時に該加工物に対して前記長手方向軸の向きを変えることをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の加工物の砥粒点加工法。
【請求項２０】
前記加工物は、一体型ブレード付ディスクおよびタービンエンジンケース構成要素からなる群から選択された構成要素を含み、
前記機械加工によって、前記ディスクのブレード間の床または前記タービンエンジンケース構成要素の外側ポケットが形成されることを特徴とする請求項１７記載の加工物の砥粒点加工法。
【請求項２１】
前記加工物は、タービンエンジンケースセグメントであり、前記機械加工によって、ボスを画成するリブが形成されることを特徴とする請求項１７記載の加工物の砥粒点加工法。
【請求項２２】
前記加工物は、実質的にチタン合金からなることを特徴とする請求項１７記載の加工物の砥粒点加工法。
【請求項２３】
前記加工物は、ニッケル基またはコバルト基の超合金を含むことを特徴とする請求項１７記載の加工物の砥粒点加工法。
【請求項２４】
前記加工物は、実質的にニッケル基またはコバルト基の超合金からなることを特徴とする請求項１７記載の加工物の砥粒点加工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工に関し、特に、合金物品の超砥粒加工に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械の構成要素の点加工および側面加工用の超砥粒加工（ＳＡＭ）装置は、特許文献１，２に開示されている。特許文献３には、ブレード保持スロットの機械加工の方法および装置が開示されている。特許文献３では、クイル先端部の中央における研削動作の不足に対処するためにクイルの回転軸を垂直から横方向にずらして方向づけることを論じている。
【特許文献１】米国特許出願第１０／２８９４９３号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／４００，９３７号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１０／６２７，１５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、合金物品の超砥粒加工を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一形態は、砥粒加工プロセスで使用される工具を含む。本体が、長手方向中心軸に沿って第１の端部から先端部まで延在する。先端部に砥粒材料が設けられている。また、先端部には、中央リセスが形成されている。
【０００５】
種々の実施例では、工具は中央リセスから延びる複数の追加リセスを有しうる。追加リセスは、概して第１の端部に向かって延びる細長いリセスとすることができる。細長いリセスは、それぞれリセス長さを有し、このリセス長さの主要部にわたって部分的に周方向に方向づけられるとともに部分的に長手方向に方向づけられてもよい。このようなリセスを２〜４個含むことができる。本体は、先端突出部を含んでもよい。また、本体は、機械と係合するねじ付部分と、レンチを受け入れる一対の平面を有するフランジと、フランジから先端部方向に延在するシャフトと、を有してもよい。砥粒は、コーティングを含みうる。また、砥粒は、立方晶窒化ホウ素めっき、ビトリファイド立方晶窒化ホウ素、ダイアモンド、炭化ケイ素、酸化アルミニウムからなる群から選択してもよい。上記の工具は、長手方向軸を中心に１００００回転／分を超える速度で工具を回転させる機械と組み合わせることができる。
【０００６】
本発明の他の形態は、上記の工具の製造方法を含む。先端部にパイロットホールを掘削する。パイロットホールを円筒形に広げる。コーティングとして砥粒を施す。コーティングは、上記のリセスに隣接するとともにリセスに沿って設けることができる。中央リセスから延びる複数の追加リセスを機械加工してもよい。追加リセスは、概して第１の端部に向かって延びる細長いリセスとすることができる。
【０００７】
本発明のまた他の形態は、加工物の砥粒点加工法を含む。砥粒でコーティングされるとともに中央先端リセスを備える先端研削面を有する工具が提供される。研削面と被加工面とが接触するように、工具を加工物の被加工面に対して方向づける。長手方向中心軸を中心に工具を回転させることで接触部における材料を除去して部品を形成する。
【０００８】
種々の実施例では、上記の工具を４００００〜１２００００回転／分の速度で回転させることができる。加工物の機械加工時に加工物に対して長手方向軸の向きを変えてもよい。加工物は、一体型ブレード付ディスクおよびタービンエンジンケース構成要素からなる群から選択された構成要素を含みうる。機械加工によって、ディスクのブレード間の床またはタービンエンジンケース構成要素の外側ポケットを形成することができる。加工物は、実質的にニッケル基またはコバルト基の超合金、またはチタン合金からなるか、これらの材料を含んでもよい。
【０００９】
本発明の１つまたは複数の実施例の詳細が、添付図面および以下の実施形態に開示されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、実施形態、図面、および請求項によって明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、多軸工作機械のスピンドル２２に取り付けられた研削用クイル２０を示している。工作機械は、長手方向中心軸５００を中心にクイルを回転させるとともに加工物２４を機械加工するために（例えば、移動方向５０２などの）１つまたは複数の方向にクイルを移動させる。例示的な回転は、方向５０４（図３参照）における１０，０００ｒｐｍを超える（例えば、４０，０００〜９０，０００ｒｐｍの）速度での回転である。クイルが移動すると、面２５の下の材料が取り除かれて加工物に切削面２６が残る。工作機械は、軸５００の向きをさらに変更することもできる。代わりにまたはこれに加えて、工作機械は、加工物の位置または向きを変更することもできる。例示的なクイル２０は、後端部３０から前端部（先端部）３２まで延在する金属製本体を含む。先端部に設けられた砥粒コーティング３４が有効な切削を提供する。
【００１１】
例示的なクイルは、後端部３０の近傍においてスピンドル２２の中央開口部３８の対応するねじ付部分に螺合されるねじ付部分３６を含む。ねじ付部分３６の前方では、ねじのない円筒部分４０が開口部３８の対応するねじのない部分に嵌合してクイル／スピンドル／回転軸５００の正確な共軸性を維持する。レンチフランジ４２がねじのない部分４０の前方（先端部寄り）にあり、スピンドルの前面４６に接する径方向に延在する後面４４を有する。例示的なフランジ４２は、少なくとも一対の対向する平行なレンチ平面４８を有し、これらの平面は、クイルを螺合により設置および除去するために使用される。また、自動工具交換装置などで使用される異なるクイル作用面を有する工具とともに使用できる、ねじ付シャフトやレンチフランジ以外の特徴部を設けることもできる。
【００１２】
シャフト５０は、フランジ４２から先端部３２まで概して前方に延在する。例示的な実施例では、シャフト５０は、基部５２、環状の先端突出部５４、および中間部５６を有する。例示的な実施例では、基部５２は、突出部５４と中間部５６を合わせた長さよりも長く、少なくとも中間部の直径よりも直径が実質的に大きく、実施例では突出部５４よりも直径が実質的に大きい。（例えば、傾斜した）ショルダ部５８が、基部５２と中間部５６とを分離する。先端突出部５４は、要求される切削特徴部を形成することができるよう十分に小さく設けられている。中間部５６は、機械加工時に部品の他の部分との干渉を避けるために十分に細くかつ長いことが有利である。基部５２の相対的な厚さは強度を提供する。（中間部および突出部と合わせた）基部５２の長さにより、先端部と工具スピンドルとの所望の離間距離が提供される。このような離間距離は、スピンドルとスピンドルと干渉するおそれがある部品の部分との干渉を避けながら所望の切削を行うために必要でありうる。
【００１３】
例示的な実施例では、先端部３２（図２参照）は、リム６２に囲まれた中央リセス６０を含む。突出部５４は、長手方向断面において中間部５６への凹状の移行部６４を有する。凸部６６が移行部６４の前方に延在しており、この凸部６６は、最も外側位置６８を通ってから径方向内側に戻るように延在してリム６２を形成する。この面は、リム６２からリセス６０の比較的広い前部を画成する部分７０に沿って内側かつ後方に延在し続ける。リセス６０の前部は、実質的に径方向に延在する環状の底部７２を有する。また、リセス６０は、底部７２から後方に延びる比較的小径のパイロットホール部分７４を含む。これらの特徴部は、例示的な製造パラメータに関連して以下でより詳細に説明する。リセス６０を設けることで、そうでなければ先端部の中央に生じる低速の接触領域がなくなる。これにより、長手方向／回転軸５００からほぼ９０°外れた角度θの移動方向５０２が可能になる。例えば、図４は、（ブリスクとも呼ばれる）一体型ブレード付ロータ（ＩＢＲ）２００の機械加工の一段階におけるクイル２０の例示的配置を示している。この一体形成ブリスク２００は、ブレード２０４の周方向の列が径方向に延在するハブ２０２を有する。隣接するブレード２０４の間の床２０６を研削するクイル２０が図示されている。同じまたは異なるクイルを使用して、ブレードの表面形状（例えば、正圧面の凹面や負圧面の凸面）を機械加工することもできる。クイル軸に対して垂直またはほぼ垂直な移動により、比較的少ない通過回数で床２０６を機械加工することが可能になる（例えば、対照的に、先端部がより尖ったクイルを用いて垂直からより大きく外れた角度で機械加工を行った場合は、ほぼ平坦とするために非常に狭く、かつ凹状の通過経路を通って非常に小さい間隔で機械加工を行う必要があり、実質的に追加の仕上げ加工が必要となりうる）。
【００１４】
他の用途は、タービンエンジンケース構成要素の機械加工を含む。例示的なケース構成要素は、円筒形または円錐台形のシェルセグメントとして形成されたパネルである。図５は、チタン合金製ダクトセグメント２５２における複数のポケット２５０のうちの１つを機械加工するクイル２０を示している。例示的なセグメント２５２は、一体形成されており、内側面（内部面）２５４および外側面（外部面）２５６を含む。例示的なセグメントは、上流（前方）端部２５８と下流（後方）端部２６０との間に延在する。このセグメントは、さらに一対の長手方向端部２６２を有する。例示的なセグメントは、さらに開口部ポート２６４を含む。例示的なセグメントのポケット２５０の機械加工により、外側に延在する周辺リブ２６６、（例えば、周辺リブ２６６の部分の間に延在する）中間構造体補強リブ２６８、および開口部を囲むリブ２７０が形成される。実施形態によって、リブ２７０は管路、器具、アクチュエータ、またはセグメントを通過する他の構成要素の取付部を含むボスを画成しうる。例示的なクイルの使用およびその軸に直角またはほぼ直角の移動は、セグメントの実質的な軽量化のために外側面２５６に沿った比較的平らなポケットの床および比較的細い（特に細い基部を有する）リブの簡便な機械加工を提供しうる。
【００１５】
例示的なクイル２０の追加の特徴部は、研削くずの除去および／または研削領域への冷媒流れの改善を補助するように機能する細長いリセス９０である。例示的な実施例では、リセス９０は中央リセス６０からリム６２を通って延びるとともに中間部５６に沿って螺旋状に設けられる。例示的なリセス９０は、リセス６０内で径方向に延在する根部９２を有し、これらの根部９２はリム６２を通り抜けてリム６２に溝をつける弓形部分９４とつながっているとともに、ここから中間部５６に沿って螺旋状に設けられる。例示的な螺旋は、リセス９０の長さに沿って変化する接線方向成分および長手方向成分を有することができ、螺旋状でなくてもよい。
【００１６】
例示的な製造プロセスでは、基本的なクイル本体が鋼材から（１つまたは複数の旋削工程や研削工程により）機械加工され、部分３６にねじを切るとともに先端部にパイレットホールとカウンタボアを掘削することもこの機械加工に含まれる。続いて（エンドミル削りなどによって）細長いリセスを形成することができる。熱的および／または機械的な表面処理工程を実施してもよい。続いて、（電気めっきなどによって）砥粒をコーティングとして施すことができる。例示的な超砥粒材料は、（例えば、めっきまたはビトリファイド）立方晶窒化ホウ素、（特にチタン合金の機械加工に有効な）ダイアモンド、炭化ケイ素、酸化アルミニウムからなる群から選択可能である。また、例示的な超砥粒材料は、切削深さおよび（例えば、１０μｉｎまたはそれよりも細かい）要求される表面仕上げに応じて、４０／４５〜３２５／４００の範囲のグリットサイズを有することができる。コーティングが望ましくない領域を保護するために、上記のコーティングの前にマスクを施してコーティングの後に取り外すことができる。例えば、このマスクはコーティングを先端突出部５４に制限することができる。また、このマスクは、突出部を中断するリセスの部分およびカウンタボアを覆って、これらの領域を通る冷媒流量を最大化するためにこれらの領域をコーティングのない状態に保つことができる。特にビトリファイドコーティングでは、機械加工精度を向上させるために施した状態のコーティングを仕上げることができる。他の順番も可能であり、例えば、細長いリセスを形成する前に砥粒を施すこともできる。コーティングは、使用後に１回または複数回にわたって洗浄および／または（ダイアモンドホイールなどにより）目直ししてもよい。クイルを再生するには、（例えば、選択的に使用済みの／摩耗した／汚染されたコーティングの一部または全部を除去したあと）追加のコーティングを施すことができる。例えば、リセスまたはカウンタボア内のコーティングが比較的摩耗していない場合には、これらの領域から（例えば、さらに摩耗した領域からの除去よりも絶対的にまたは比較的大きい）コーティング厚の一部または全部を除去することが有利でありうる。従って、再コーティングの後、これらの領域におけるコーティング厚は、その動作を妨げるほど厚くならない。また、これらの領域は、代わりにまたは加えて再コーティング工程においてマスキングしてもよい。有利なプロセスでは、代わりのコーティングを施す前に、（化学的な手段などにより）砥粒コーティングをクイルから全て除去する。
【００１７】
スピンドルの前方におけるクイルの例示的な突出長さＬは、５７ｍｍであり、より広くは４０〜８０ｍｍである。例示的な突出部の直径Ｄは、１４ｍｍであり、より広くは８〜２０ｍｍである。例示的なリセスの直径Ｄ1は直径Ｄの２０〜８０％であり、より狭くは３０〜７０％である。例示的な細長いリセスの幅Ｗは、１．５ｍｍであり、より広くは０．８〜３．０ｍｍである。例示的な細長いリセスの深さは、幅の３０〜７０％である（例えば、０．８ｍｍ、より広くは０．４〜２．０ｍｍ）。リムは、（位置６８およびその前方などで）１．６ｍｍ、より広くは０．５〜３．０ｍｍの例示的な曲率で長手方向に丸みを付けることができる。
【００１８】
本発明の１つまたは複数の実施例を説明したが、本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに種々の変更を行うことができる。例えば、本発明の原則は、点ＳＡＭクイル、側面ＳＡＭクイル、および（もみの木状スロットの研削などに使用される）プロフィル研削クイルを含む種々の既存のクイル構造およびこれから開発されるクイル構造に適用することができる。リセスが含まれる場合には、これらのリセスは同一である必要はない（例えば、カウンタボアに冷媒を導入するように構成された対やカウンタボアから冷媒およびくずを取り除くように構成された対などとすることができる）。従って、他の実施例も請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るクイルの側面図である。
【図２】図１のクイルの先端領域の拡大図である。
【図３】図２のクイル先端部の正面図である。
【図４】一体型ブレード付ロータのブレード間の床を機械加工する図１のクイルの説明図である。
【図５】タービンエンジンケースのセグメントを機械加工する図１のクイルの説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
２０…クイル
２２…スピンドル
２４…加工物
２５…面
３０…後端部
３２…先端部
３４…砥粒コーティング
３６…ねじ付部分
３８…中央開口部
４０…ねじのない円筒部分
４２…レンチフランジ
４４…後面
４６…前面
４８…レンチ平面
５０…シャフト
５２…基部
５４…先端突出部
５６…中間部
５８…ショルダ部
５００…長手方向中心軸
５０２…移動方向
【図１】
2006055990.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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