(57)【要約】【課題】ファーツリー型タービンブレードの製造方法を提供する。【解決手段】鍛造素材を使用したファーツリー型タービンブレードを、堅固であって精密に製作する製造方法に係り、該製造方法は、ブレードを構成する原素材を既設定規格に合うように切断し、基準面を面削する段階と、フット部を、既設定の寸法と形状とに切削する段階と、原素材の上端を、ドリル作業で穿孔し、工作機械に原素材の上端を固定し、切削されたフット部をジグに固定する段階と、エアフォイルを、既設定の寸法と形状とに切削する段階と、エアフォイル切削時に残留する上端のダミーを切断する段階と、フット部硬化のためにショットピーニングを遂行する段階と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファーツリー型タービンブレードを製造する方法であって、
前記ブレードを構成する原素材を既設定規格に合うように切断し、基準面を面削する段階と、
フット部を、既設定の寸法と形状とに切削する段階と、
前記原素材の上端を、ドリル作業で穿孔し、工作機械に前記原素材の上端を固定し、前記切削されたフット部をジグに固定する段階と、
エアフォイルを、既設定の寸法と形状とに切削する段階と、
前記エアフォイルの切削時に残留する上端のダミーを切断する段階と、
前記フット部に対して、ショットピーニングを行う段階と、
前記フット部の表面から一定深みの残留応力を測定し、前記フット部の全ての地点での残留応力（ＭＰａ）値が、既設定目標範囲内に収まるか否かということをチェックする段階とを含むことを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【請求項２】
前記ショットピーニング後、前記ブレード回転時の重量位置偏差を測定するために、バランシングテストを行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のタービンブレードの製造方法。
【請求項３】
前記残留応力値の既設定目標範囲は、表面から１００μｍ深みにおいて、４００〜６００ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載のタービンブレードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンブレードの製造方法に係り、特に、鍛造工程を介して、ファーツリー（ｆｉｒ  ｔｒｅｅ）型のタービンブレードを堅固であって精密に製作する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用エンジンに利用されるターボチャージャ（ｔｕｒｂｏ  ｃｈａｒｇｅｒ）には、タービンブレード（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｂｌａｄｅ）がタービンホイールに付着して回転する。
【０００３】
タービンブレードの構造は、周知のように、フット部（ｆｏｏｔ  ｐｏｒｔｉｏｎ）とエアフォイル（ａｉｒｆｏｉｌ）とから構成され、フット部は、タービンホイールに装着され、エアフォイルは、一定角度にねじれた羽構造によってなる。
【０００４】
従来、タービンブレードは、鋳造工程を介して製造されたが、製造過程が複雑であり、製造期間が長くかかるという問題があり、特に、だんだんと鋳造工程として取り扱い難い材質の素材が適用されることにより、鍛造素材を使用して製造するようになっている。
【０００５】
そのように、製造過程において、製造コストや期間を考慮しなければならないが、それよりも、堅固であって精密な加工が優先して考慮されなければならないが、鍛造素材を利用してタービンブレードを製造する場合、そのような要件を充足することができる製造方法が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、鍛造素材を利用して、堅固であって精密にタービンブレードを製作することができるタービンブレード製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、フット部とエアフォイルとが一体に形成されたタービンブレードを製造する方法であって、前記ブレードを構成する原素材を、既設定規格に合うように切断し、基準面を面削する段階と、前記フット部を、既設定の寸法と形状とに切削する段階と、前記原素材の上端を、ドリル作業で穿孔し、工作機械に前記原素材の上端を固定し、前記切削されたフット部をジグに固定する段階と、前記エアフォイルを、既設定の寸法と形状とに切削する段階と、前記エアフォイルの切削時に残留する上端のダミー（ｄｕｍｍｙ）を切断する段階と、前記フット部硬化のためにショットピーニング（ｓｈｏｔ  ｐｅｅｎｉｎｇ）を遂行する段階と、を含むことを特徴とするタービンブレードの製造方法によっても達成される。
【０００８】
望ましくは、前記ショットピーニング後、前記ブレードの回転時、重量の位置偏差を測定するために、バランシングテスト（ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｔｅｓｔ）を遂行する段階をさらに含んでもよい。
【０００９】
望ましくは、前記フット部と前記エアフォイルとの切削は、粗削り（荒削り）と精密削りとを順を追って遂行してなされる。
【発明の効果】
【００１０】
前記構成によれば、原素材状態において、フット部を加工し、余力を十分に取ることができるジグにフット部を固定した後、エアフォイル切削作業を進めることにより、安定しており、さらに効率的にタービンブレードを製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の製造方法によって製造されたタービンブレードを示す図面である。
【図１Ｂ】本発明の製造方法によって製造されたタービンブレードを示す図面である。
【図２】本発明によるタービンブレードの製造方法について説明するフローチャートである。
【図３】フット部の切削が完了した状態を示す図面である。
【図４】エアフォイルの切削に先立ち、原素材の上端と下端とを固定した状態を示す図面である。
【図５】５軸工作機械で加工が完了した状態を示す図面である。
【図６】ダミーが除去されたタービンブレードを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明で利用される技術的用語は、ただ特定実施例についての説明に使用されたものであり、本発明を限定する意図ではないということに留意しなければならない。また、本発明で利用される技術的用語は、本発明において、特別に異なった意味に定義されない限り、本発明が属する技術分野において、当業者によって一般的に理解される意味に解釈され、過度に包括的な意味に解釈されたり、過度に縮小された意味に解釈されるものではない。また、本発明で利用される技術的な用語が、本発明の思想を正確に表現することができない、的を得た技術的用語ではないときには、当業者が正しく理解することができる技術的用語に代替されて理解されなければならないのである。また、本発明で利用される一般的な用語は、前もって定義されているところにより、または前後文脈上で解釈されなければならず、過度に縮小された意味に解釈されるものではない。
【００１３】
以下、添付した図面を参照し、本発明について詳細に説明する。
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の製造方法によって製造されたタービンブレードを示す。
【００１５】
ブレード１００は、フット部１１０とエアフォイル（ａｉｒｆｏｉｌ）１２０とが一体に形成されるが、フット部１１０は、タービンホイールに結合し、しっかりと装着されるように、波状の表面を具備する。また、エアフォイル１２０は、プラットホームに連結されたフット部１１０に対して、端部のチップ（ｔｉｐ）が一定角度にねじれている。
【００１６】
図２は、本発明によるタービンブレードの製造方法について説明するフローチャートである。
【００１７】
原素材１０を既設定規格に合うように切断し、基準面を面削する（段階Ｓ２１）。
【００１８】
切断した原素材１０は、表面が不均一であるために、６面、すなわち、左右側面、前後なら及び上下面を面削し、精密に加工し、たとえば、ブレード規格より約５ｍｍほどの肉付けをおき、原素材１０を３軸ミリングで切削することができる。
【００１９】
原素材１０を既設定規格に合わせて切断した後、フット部１１０とエアフォイル１２０とを正確な寸法に加工する。
【００２０】
本発明によれば、フット部１１０に対する切削工程を遂行した後、エアフォイル１２０に対する切削工程を遂行する。
【００２１】
それに係わる理由について具体的に説明すれば、タービンブレード１００の構造上、エアフォイル１２０の加工時、多くの余力が発生するために、エアフォイル１２０加工のために、基準点を取る作業が必要である。
【００２２】
言い換えれば、基準点を取らずに、エアフォイル１２０を加工する場合、エアフォイル１２０を加工するときに生ずる余力のために、ブレード１００が不安定になって精密な加工をし難い。
【００２３】
従って、原素材１０において、クリープフィード（ｃｒｅｅｐ  ｆｅｅｄ）グラインダでフット部１１０を精密削り加工した後、余力を十分に取ることができるジグ３０を製作し、フット部１１０の基準点に対して、ジグ３０を利用して、しっかりした力で原素材１０をおさえなければならない。
【００２４】
結論として、エアフォイル１２０の加工より、フット部１１０の加工をまず行うことが、安定しており、さらに効率的である。
【００２５】
図３に図示されているように、フット部１１０を粗削り（荒削り）（ｒｏｕｇｈ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、すなわち、粗く削ることを行う（段階Ｓ２２）。
【００２６】
例えば、ワイヤＥＤＭカッティング（ｗｉｒｅ  ＥＤＭ  ｃｕｔｔｉｎｇ）で加工することができ、加工代は、精密削り時、さらに１度削るために、片側に＋０．８ｍｍほどおいて作業する。
【００２７】
加工後、寸法検査結果が公差を外れる場合、クリープフィード研削時に不良が発生することがあるので、寸法検査記録書に明示された全体部位に対して寸法検査を行い、データを分析後に加工する。
【００２８】
次に、粗削りによる仕上げ値寸法から１〜２ｍｍほど肉盛りがあるので、それに対して、クリープフィード研削によって精密な加工を行い、線輪郭度公差及び表面粗度公差を充足させる（段階Ｓ２３）。
【００２９】
ここで、フット部１１０のプロファイルは、２０倍ほど拡大して、公差領域をその上限値と下限値とを外れないようにしなければならない。
【００３０】
フット部１１０の切削作業が完了すれば、エアフォイル１２０を切削するが、エアフォイル１２０を切削する前に、精密な作業のためのフット部１１０が加工された原素材１０の設置作業が先行されなければならない（段階Ｓ２４）。
【００３１】
すなわち、フット部１１０を切削して加工した後、タービンブレード１００のエアフォイル１２０を切削加工するが、そのために、タービンブレード１００の上端と下端とを固定する必要があり、該下端は、加工されたフット部１１０をジグ３０に固定する。
【００３２】
図４を参照すれば、原素材１０の上端を、ドリル作業で穿孔し（１２）、４軸工作機械（図示せず）に原素材１０を正確に固定させる。
【００３３】
次に、エアフォイル１２０に対応する原素材１０を、加工代をおいて粗削り加工する（段階Ｓ２５）。
【００３４】
該加工代は、部位別で異なって設定することができるが、例えば、プラットホームやチップ（ｔｉｐ）では、１．５ｍｍほどの加工代をおき、シャンク（ｓｈａｎｋ）では、０．５ｍｍほどの加工代をおくことができる。
【００３５】
このとき、精密削り作業が完了したフット部１１０のプロファイルが損傷されないように、前述のように、ジグ３０で固定する。
【００３６】
エアフォイル１２０の粗削り加工が終われば、精密削り加工を行う（段階Ｓ２６）。
【００３７】
精密削り加工は、寸法精密度を高めると共に、全ての規格が許容公差以内へ収まるようにしなければならず、精密加工のために、５軸工作機械（図示せず）で切削する。
【００３８】
図５は、該５軸工作機械で加工が完了した状態を示す。
【００３９】
図５に図示されているように、エアフォイル１２０の５軸精密削り加工を完了した後、固定のために残しておいた上端のダミー（ｄｕｍｍｙ）１１をバンドソー（ｂａｎｄ  ｓａｗ）を利用して切断し、該部分をグラインダできれいに仕上げる（段階Ｓ２７）。
【００４０】
図６は、ダミー１１が除去されたタービンブレードを示す。
【００４１】
ダミー１１を除去した後、フット部１１０の硬化のために、ショットピーニング（ｓｈｏｔ  ｐｅｅｎｉｎｇ）作業を追加して実施する（段階Ｓ２８）。
【００４２】
すなわち、ブレード１００のフット部１１０は、ロータ軸と整列されて組み立てられるので、硬度と耐性が多く要求されるので、ショットピーニング作業を遂行する。周知のように、ショット（ｓｈｏｔ）という鋼製の小粒子を、被加工品表面に２０〜５０ｃｍ／ｓｅｃの速度で多数噴射させる冷間加工法をいい、ショットピーニングを行った表面は、表面硬化により、表面層の約０．３ｍｍまで圧縮残留応力が発生する。
【００４３】
ショットピーニング作業完了後、圧縮残留応力を測定するために、表面から１００μｍ深みの残留応力を測定し、Ｘ線応力分析方法を使用する。
【００４４】
総３ヵ所の地点を測定し、全ての地点において、残留応力（ＭＰａ）値が既設定目標範囲である４００〜６００ＭＰａ内に収まるようにする。
【００４５】
最後に、タービンブレード１００をロータ軸に結合して組み立てて回転させたときの重量の位置偏差を測定するために、バランシングテスト（ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｔｅｓｔ）を行う（段階Ｓ２９）。
【００４６】
タービンブレードのような回転体には、不均衡があれば、一方に大きい遠心力を発生させ、振動と騷音とを発生させ、軸を曲げ、故障につながってしまう。
【００４７】
該バランシングテストは、分当たり４００ｒｐｍ以上の回転速度で進められ、結果値がホイール部分において、５８０ｇｍｍ以下にならなければならない。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を中心に説明したが、当業者のレベルで多様な変更を加えることができるということは言うまでもない。従って、本発明の権利範囲は、前述の実施形態に限定されて解釈されるものではなく、特許請求の範囲によって解釈されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の、ファーツリー型タービンブレードの製造方法は、例えば、造船関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０        原素材
１１    ダミー
３０        ジグ
１００        タービンブレード
１１０        フット部
１２０        エアフォイル
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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