DE3039705A1

DE3039705A1 - Gesenksatz

Info

Publication number: DE3039705A1
Application number: DE19803039705
Authority: DE
Inventors: Donald George Singer Island Fla. MacNitt jun.; Bryant Harding Stuart Fla. Walker
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1979-11-01
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1981-05-14
Also published as: CH650423A5; SE8007523L; US4252011A; NO151142B; NL8005831A; BR8006904A; FR2468424B1; NL186298C; BE885939A; NO803208L; NO151142C; JPS5674344A; CA1134649A; ES8201046A1; IT1134081B; SE445310B; IL61297A; DE3039705C2; IL61297A0; GB2061785B

Description

Menges & Prahl

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr. 12, D-8000 München 5 Dipl.-lng. Rolf Menges

Dipl.-Chem.Dr. Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BiPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Yourref.

Unser Zeichen/Our ref. ^ '21

Datum/Date 21.10.1980

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Gesenksatz

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmiedevorrichtung und betrifft insbesondere einen Gesenksatz, in welchem ein Materialblock bei erhöhten Temperaturen in eine gewünschte Gestalt verformt wird.

Die Lehren der Erfindung wurden auf dem Gasturbinentriebwerksgebiet für die Herstellung von integral beschaufelten Rotoren entwickelt, haben aber breite Anwendungsmöglichkeiten in jeder Industrie, wo gleichgeformte Teile mit genauer Abmessung erwünscht sind.

Die US-PS 3 519 503 beschreibt ein Schmiedeverfahren, das von der Fa. Pratt & Whitney Aircraft, einer Tochtergesellschaft der Anmelderin, entwickelt und unter der warenzeichenrechtlich geschützten Bezeichnung "GATORIZING-Schmiedeverfahren" international bekannt geworden ist. Durch

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dieses Verfahren sind eine hohe Festigkeit aufweisende, schwierig zu schmiedende Legierungen, wie sie in der Gasturbinentriebwerksindustrie benutzt werden, aus einem Materialblpck in eine beinahe fertige Gestalt mit relativ komplexer Geometrie verformbar. Anfänglich wurden zwar nur scheibenförmige Bauteile geschmiedet, die Attraktivität des Schmiedens von integral beschaufelten Rotorscheiben hat jedoch zu späteren Entwicklungen angespornt.

Ein erster Gesenksatz und ein Verfahren zum Formen von solchen integral beschaufelten Rotoren sind in den US-PSen 4 051 708 und 4 074 559 beschrieben. Gemäß diesen beiden Patentschriften werden integrale Ansätze zwischen mehreren benachbarten Gesenken geschmiedet, die an dem Umfang der scheibenformenden Gesenke angeordnet sind. Weiterentwicklungen beinhalten Techniken zum Trennen der die Ansätze formenden Gesenke von dem fertigen Schmiedestück. Zwei derartige Techniken sind in den US-PSen 4 041 161 und 4 150 557 beschrieben.

Trotz der oben beschriebenen Fortschritte auf dem Gebiet des Schmiedens suchen Wissenschaftler und Techniker weiterhin nach neuen Konzepten und Techniken, durch die die Herstellbarkeit von geschmiedeten Bauteilen und die Qualität von solchen Bauteilen verbessert werden kann.

Gemäß der Erfindung hat ein Gesenksatz zum Formen eines zentralen Scheibengebildes und von mehreren in umfangsmässigen Abständen angeordneten Ansätzen, die von dem Scheibengebilde ausgehen, eine zylindrische Anordnung von ansatzformenden Gesenken, die .starr miteinander verriegelt sind, um ein Relativverkanten der ansatzformenden Gesenke zu verhindern.

In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält der Gesenksatz ein feststehendes Gesenk und ein bewegliches Gesenk, die durch die Anordnung von ansatzformenden Gesenken umge-

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ben sind, und Vorrichtungen zum Verriegeln der Gesenksegmente mit dem feststehenden Gesenk, um ein Relatiwerkanten der ansatzformenden Gesenke zu verhindern.

In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwei einander gegenüberliegend angeordnete Endgesenke durch die Anordnung von ansatzformenden Gesenken umschlossen und ein freier stehender Ring ist mit den ansatzformenden Gesenken verriegelt, um ein Relativverkanten der ansatzformenden Gesenke zu verhindern.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist der Verriegelungseingriff, wie er zwischen dem feststehenden Gesenk und den es umgebenden gekrümmten GesenkSegmenten vorhanden ist. In einer Ausführungsform hat das feststehende Gesenk einen Bund, der sich umfangsmäßig um es erstreckt. Der Bund ist konisch, um das radiale Trennen der gekrümmten Gesenksegmente von den geformten Ansätzen zu ermöglichen. Eine konische Fläche an der Unterseite des Bundes ist in einer Linie mit der Achse der Ansätze und mit der Richtung des Zurückziehens der Segmente von den Ansätzen. Ein weiteres Merkmal ist der Kanal in dem unteren Teil jedes gekrümmten Gesenks. Jeder Kanal hat die umgekehrte Geometrie des Bundes und ist in seinen Abmessungen diesem eng angepaßt, damit sich eine stabile Verriegelung zwischen jedem Gesenksegment und dem feststehenden Gesenk ergibt. Ein Draht an dem äußeren Umfang der gekrümmten Segmente hält die Gesenke des Gesenksatzes in einer Einheit zusammen. In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Kanäle in den oberen Teilen der gekrümmten Gesenksegmente mit einem freistehenden Ring verriegelt, durch den das bewegliche Gesenk gleitet.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die bessere Möglichkeit der Herstellung von Bauteilen, die Ansätze mit besonderer Maßgenauigkeit haben. Die Stabilität der ansatzformenden Gesenke in dem Satz wird erreicht. Der stabile Satz ist für

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automatisierte Schmiedeverfahren gut geeignet, bei denen ein vorher zusammengefügter und vorgewärmter Satz, der den zu schmiedenden Block enthält, in den Schmiedeofen eingeführt wird.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine automatisierte

Schmiedevorrichtung, in der der Gesenksatz nach der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht des eine

Einheit bildenden Gesenksatzes nach der Erfindung und

Fig. 3A und 3B in einer Vergleichsdarstellung die

Möglichkeit der Verbesserung der Fertigungstoleranz von in dem Gesenksatz nach der Erfindung geformten Ansatzteilen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist auf dem Gebiet des Schmiedens von hohem Nutzen, insbesondere beim Schmieden von Bauteilen mit komplexen Geometrien durch das in der US-PS 3 519 503 beschriebene Verfahren für warmfeste Legierungen. Dieses bekannte Verfahren ist für eine automatisierte Fertigung gut geeignet, für die in Fig. 1 eine automatisierte Schmiedevorrichtung vereinfacht dargestellt ist.

Im Betrieb der dargestellten automatisierten Schmiedevorrichtung wird ein Gesenksatz 10, der einen zu schmiedenden Materialblock enthält, in einen Vorwärmofen 12 einge-

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bracht, in welchem die Temperatur des Gesenksatzes und des Blockes auf ungefähr diejenige Temperatur erhöht wird, bei der der Schiniedeprozeß auszuführen ist. Der erhitzte Gesenksatz.und der Block werden dann durch eine Tür 14 in eine Schmiedekammer 16 eingebracht und in einem großen Ring 18 abgelegt, und ein zweiter Gesenksatz, der einen Block enthält, wird in den Vorwärmofen eingebracht. Der bereits vorgewärmte Block wird innerhalb des Gesenksatzes in dem Schmiedeofen unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Druckes, wie sie aus der US-PS 3 519 503 bekannt sind, in eine gewünschte Geometrie verformt. Der verformte Block und der Gesenksatz werden danach aus dem großen Ring angehoben und durch eine Tür 20 in eine Gesenkexpansionsstation 22 und von dieser aus in eine Abkühlkammer 24 gebracht. Der zweite Gesenksatz wird in die Schmiedekammer eingeführt und das Verfahren wird fortgesetzt, bis die gewünschte Anzahl von Bauteilen geschmiedet worden ist. Gesenksätze nach der Erfindung können in die betreffenden Kammern hinein— und aus diesen hinaustransportiert werden, ohne daß eine unzulässige Fehlausrichtung der Gesenke hervorgerufen wird.

Ein Gesenksatz 10 nach der Erfindung ist ausführlich in dem Teillängsschnitt von Fig. 2 montiert in dem großen Ring 18 gezeigt. Der Gesenksatz hat zwei Endgesenke, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, nämlich das feststehende Gesenk 26 und das bewegliche Gesenk 28. Mehrere gekrümmte Gesenksegmente 30 sind nebeneinander in einer zylindrischen Anordnung um -das stationäre und das bewegliche Gesenk herum angeordnet und bilden gemeinsam mit diesen einen Hohlraum (Gravur), der die umgekehrte Geometrie des gewünschten Bauteils aufweist, welches bei Bedarf Ansätze hat. Das bewegliche Gesenk hat eine äußere zylindrische Fläche 32 und eine Stirnfläche 34. Die Stirnfläche des beweglichen Gesenks ist mit der umgekehrten Geometrie einer Seite des zu formenden Bauteils versehen. Das fest-

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stehende Gesenk hat eine zylindrische Außenfläche 36 und eine Stirnfläche 38. Die Stirnfläche des feststehenden Gesenks ist mit der umgekehrten Geometrie der anderen Seite des zu formenden Bauteils versehen. Ein ümfangsbund 40 steht von der zylindrischen Außenfläche des feststehenden Gesenks nach außen vor.

Die Gesenksegmente 30 haben jeweils zwei Umfangsseitenwände 42, die so konturiert sind, daß sie gemeinsam mit den Seitenwänden der benachbarten Segmente mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Hohlräume (Gravuren) bilden, die die umgekehrte Geometrie der zu formenden Ansätze haben. Jedes Segment hat eine innere gekrümmte Fläche 44 mit einem Kanal 46, der sich über die Fläche erstreckt und mit dem Bund 40 des feststehenden Gesenks verriegelt wird, um ein Verkanten jedes Segments gegenüber dem feststehenden Gesenk zu verhindern. Der Bund hat wenigstens eine konische Seitenfläche 48, die das Zurückziehen der Gesenksegmente von dem Bund längs einer gewünschten Zuglinie L von den Ansätzen aus gestattet.3h einem weitergebildeten Gesenksatz, der weitere Merkmale der Erfindung enthält und ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist, hat die innere gekrümmte Fläche 44 jedes Segments 30 einen zweiten Kanal 50 in dem Gebiet des beweglichen Gesenks 28. Jeder Kanal 50 wird mit einem Ring 52 verriegelt, dessen Abmessungen den seinen genau angepaßt sind, um einen zusätzlichen Widerstand gegen eine Segmentverkantung zu schaffen. Wie in dem Fall des Bundes hat der Ring eine konische Seitenfläche 54, der das Zurückziehen der Segmente 30 von dem Ring längs der gewünschten Zuglinie L gestattet. Die Konzepte des Bundes und des Ringes können unabhängig voneinander oder in Kombination benutzt werden.

Jedes Gesenksegment 30 hat weiter eine äußere gekrümmte Fläche 56 mit einer sich über sie erstreckenden Nut, um zusammen mit den Nuten der benachbarten Segmente einen äuße-

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ren Kanal 58 zu bilden, der sich vollständig um die zylindrische Anordnung erstreckt. Ein Draht 60 erstreckt sich in dem äußeren Kanal 58 um die Gesenksegmente und hält die Elemente des Gesenksatzes in einer Einheit zusammen.

Ein Hauptvorteil des Verriegeins der gekrümmten Gesenksegmente mit einem gemeinsamen Element, wie dem feststehenden Gesenk 26 oder dem Ring 52, ist in den Fig. 3A und 3B gezeigt. In diesen Figuren werden bekannte Gesenke (Fig. 3A) mit Gesenken nach der Erfindung (Fig. 3B) verglichen. Gekrümmte Gesenksegmente 30 des Typs, wie er beim Anformen von Axialrotorschaufeln an einer Rotorscheibe benutzt wird, sind gezeigt. Hohlräume oder Gravuren 62, in die Blockmaterial zu schmieden ist, werden durch die Seitenwände 42 der Segmente begrenzt.

In der Darstellung in Fig. 3A (Stand der Technik) führt eine geringfügige axiale Verkantung zwischen den Segmenten zu beträchtlichen Veränderungen in der Dicke T der Flügelprofilteile. Infolgedessen können die Flügelprofilteile des fertigen Rotorschaufelbauteils unvorhersagbare aerodynamische Eigenschaften und eine unzulängliche bauliche Festigkeit haben.

In der Darstellung in Fig. 3B sind gemäß der Erfindung die Segmente 30 mit dem feststehenden Gesenk durch den Bund und den Ring 52 verriegelt. Infolgedessen werden die Segmente am Verkanten gehindert und die Schaufeldicken T bleiben gleich.

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Claims

Patentansprüche ;

Gesenksatz zum Formen eines zentralen Scheibengebildes und von mehreren angeformten Ansätzen, die von dem Scheibengebilde ausgehen, gekennzeichnet durch: ein insgesamt zylindergeometrisches, feststehendes Gesenk (26), das eine zylindrische Außenfläche (36) und eine obere Fläche (38) hat, welche die umgekehrte Geometrie einer Seite des zentralen Scheibengebildes aufweist; ein bewegliches, insgesamt zylindergeometrisches Gesenk (28), das eine zylindrische Außenfläche (32) und eine Stirnfläche (34) hat, welche die umgekehrte Geometrie der anderen Seite des zentralen Scheibengebildes aufweist, wobei das bewegliche Gesenk axial in einer Linie mit dem feststehenden Gesenk und mit Abstand von diesem angeordnet ist;

eine zylindrische Anordnung von umfangsmäßig benachbarten Gesenksegmenten (30) , von denen jedes zwei Umfangsseitenwände (42) hat, die an die Seitenwände der benachbarten Segmente anstoßen und so konturiert sind, daß sie mit die-

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sen mehrere umfangsmäßigen Abstand aufweisende Gravuren mit der umgekehrten Geometrie der zu formenden Ansätze bilden, und eine innere gekrümmte Fläche (44), die die Außenflächen (32, 36) des feststehenden und des beweglichen Gesenks berührt; und

eine Vorrichtung (40; 52) zum Verriegeln der Gesenksegmente der zylindrischen Anordnung, um deren Verkanten in dem Gesenksatz zu verhindern.
2. Gesenksatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere gekrümmte Fläche (44) jedes Gesenksegments (30) einen Kanal (46) hat und daß die Vorrichtung zum Verriegeln der Gesenksegmente einen Umfangsbund (40) aufweist, der von der zylindrischen Außenfläche (36) des feststehenden Gesenks (26) vorsteht und verriegelnd in den Kanal jedes Gesenksegments einfaßt, um das Verkanten der Gesenksegmente zu verhindern.
3. Gesenksatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere gekrümmte Fläche (44) jedes Gesenksegments (30) einen zweiten Kanal (50) hat und daß die Vorrichtung zum Verriegeln der Gesenksegmente weiter einen Ring (52) aufweist, der Verriegelnd in den zweiten Kanal jedes Gesenksegments einfaßt.
4. Gesenksatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere gekrümmte Fläche (44) jedes Gesenksegments (30) einen Kanal (50) hat und daß die Vorrichtung zum Verriegeln der Gesenksegmente einen Ring (52) aufweist, der verriegelnd in den Kanal (50) jedes Gesenksegment einfaßt, um das Verkanten der Segmente zu verhindern.
5. Gesenksatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Gesenksegmente (30) jeweils eine äußere gekrümmte Fläche (56) mit einer sich über sie erstreckenden Nut (58) haben, um einen äußeren Kanal um die

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Gesenksegmente herum zu bilden, und daß der Gesenksatz (10) weiter einen Draht (60} aufweist, der sich umfangsmäßig um die Anordnung von Gesenksegraenten in den Nuten der äußeren Flächen erstreckt, um die Elemente des Gesenksatzes in einer Einheit zusammenzuhalten.

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