アブレイシブウォータージェットによる一体型羽根付きディスクの最適な製造プロセス
本発明は、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップを含む一体型羽根付きディスクの製造プロセスに関し、前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、
加工機の噴出ヘッド（１１６）をブロックの第１の面（１１０ａ）に向けてブロックの厚さを貫通する一片（１１４ａ）の連続切断であって、ブロックの第１の面の反対側の第２の面（１１０ｂ）とアブレイシブウォータージェットによって切断された前記ブロックの表面との合流線（１２１ａ）を形成する連続切断と、その後に、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面（１１０ｂ）に向けてブロックの厚さの一部にわたって延在し、かつ前記合流線の少なくとも一部を含む一片（１１４ｂ、１１４ｃ）の少なくとも１つの精密切断と
を含む。
加工機の噴出ヘッド（１１６）をブロックの第１の面（１１０ａ）に向けてブロックの厚さを貫通する一片（１１４ａ）の連続切断であって、ブロックの第１の面の反対側の第２の面（１１０ｂ）とアブレイシブウォータージェットによって切断された前記ブロックの表面との合流線（１２１ａ）を形成する連続切断と、その後に、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面（１１０ｂ）に向けてブロックの厚さの一部にわたって延在し、かつ前記合流線の少なくとも一部を含む一片（１１４ｂ、１１４ｃ）の少なくとも１つの精密切断と
を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には、好ましくは、航空機タービンエンジンの一体型羽根付きディスクの製造の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
一体型羽根付きディスク、いわゆる「ＭＶＤ」または英語の「ブリスク」を製造するためには、一般に、アブレイシブウォータージェットによる材料ブロックの切断ステップの後に、１つまたは複数のフライス加工ステップが使用される。
【０００３】
フライス加工の前にアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを用いることで、フライス加工のみのプロセスに比べて時間や製造コストの低減に役立つ。これは、特に、このような製造プロセスには、ＭＶＤの形状にするのに最初のブロックから約７５％の材料を除去する必要があるということによる。アブレイシブジェットによる切断によってこの材料の大部分を除去することで、実際に製造時間を低減し、さらにはフライス盤での摩耗を抑えることができる。
【０００４】
通常は、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、基本的には、最初のブロックの厚さ全体にわたって非常に複雑な形状の一片を切り抜くステップのみから成る。この切断は、実際に、羽根間の空間の形状と同じような捻じれたまたは螺旋状の一片を切り抜くために、５軸機械加工と呼ばれる複雑な軌道をたどる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のステップの不利点は、アブレイシブウォータージェットの安定性は、ジェットの質が入口から出口に向かって次第に低下するために、このジェットの軌道の複雑性および切断される相当な厚さに大きく左右されるということである。このジェットの安定性の問題を最小限に抑えるためには、比較的低速で切断される必要がある、つまり、切断するのにさらに相当な作業時間が必要であるということである。
【０００６】
さらに、このアブレイシブウォータージェットによる切断ステップの実行時間も、切断後に材料ブロック内に残っている捩れた形状の一片を手作業で除去しなければならないので、かなり延長される。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、先行技術の実施形態と比較して、上述の不利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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の対象は、全体がディスクの形状の材料ブロックをアブレイシブウォータージェットによる切断ステップで、羽根間の空間の位置でブロックから材料を除去してハブから半径方向に延在する羽根プリフォームを形成するために行われる切断ステップを含む一体型羽根付きディスクの製造プロセスであって、アブレイシブウォータージェットの噴出ヘッドを備える加工機によって行われる前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、
前記噴出ヘッドをブロックの第１の面に向けてブロックの厚さを貫通する一片の連続切断であって、ブロックの第１の面の反対側の第２の面とアブレイシブウォータージェットによって切断された前記ブロックの表面との合流線を形成する連続切断と、その後に、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面に向けてブロックの厚さの一部にわたってのみ延在し、かつ前記合流線の少なくとも一部を含む一片の少なくとも１つの精密切断と
を含む。
【０００９】
本発明は、基本的には、精密な羽根プリフォームを形成するための、またこのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップの実施時間を低減する、つまり、製造プロセス全体の実施時間を明らかに低減するためのアブレイシブウォータージェットによる信頼できる切断ステップである。
【００１０】
まず、上述したように材料ブロックの第２の面から少なくとも１つの精密切断を行うことで、前記連続切断によって前もって得られたブロックの領域を切り抜くことに留意されたい。この特定の領域は、通常、前記連続切断時に見られるアブレイシブウォータージェットのずれの影響を最も受ける領域である。それは、この領域はジェットの出口にあるためである。しかし、この特定の領域は、ブロックの第２の面から再加工されるので、連続切断時のジェットのずれは悪影響のない程度に大きくてもよい。したがって、前記連続切断は、高速切断速度で行われる。
【００１１】
また、１つまたは複数の精密切断を使用するので、第１の切断は、より単純な軌道に従って、例えば、３軸切断の形態で行われることができる。軌道の単純さは、ジェットの安定性を強化し、ひいては、第１の連続切断に対して高速切断速度を使用するのに都合がよいことがわかる。
【００１２】
ブロックの第２の面から行われるそれぞれの精密切断に関しては、ブロックの薄い厚さに対して操作されることでジェットの安定性を強化し、ひいては、ジェットのずれの影響を低減する。したがって、切断速度も高速になり、切断の精度が向上する。
【００１３】
さらに、本発明の主な利点の１つは、材料ブロックの２つの面からアブレイシブウォータージェットによる切断を行うので、よりアクセスしやすいということが示されている。このことにより、最終の側面寸法に最も近い羽根プリフォームを製造することができ、必要であるとわかれば、ひいては、次のフライス加工の操作時間を低減することができる。また、有利には、ＭＶＤの全製造時間も低減される。
【００１４】
また、切断される表面によりアクセスしやすくなることで、羽根プリフォームを形成しやすくなるだけでなく、可能な限り最善の形でジェットを切断される各表面に向けることができ、プロセスの信頼性を向上させることができる。
【００１５】
好ましくは、全ての羽根間の空間を形成するための前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの間、
前記噴出ヘッドをブロックの第１の面に向けた全ての切断と、
噴出ヘッドをブロックの第２の面に案内するために行われるブロックと噴出ヘッドとの相対位置の変更と、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面に向けた全ての切断と
が順次行われる。
【００１６】
このことで、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの実行時間を最適化することができる。好ましくは、ブロックと噴出ヘッドとの前記相対位置の変更は、ブロックを裏返すことで行われる。
【００１７】
好ましくは、前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、精密切断時に少なくとも１つの切断片が重力によってブロックから自動的に抜け落ちるように行われる。このことで、さらに実行時間を最適化するために、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップ時の操作者による介入の回数を制限することができる。この点に関して、第１の切断で形成された切断片のような切断片は、ブロックから分離される時にブロックを動かさずに重力で落ちるようになっている。
【００１８】
好ましくは、さらに操作者の介入の回数を制限するために、前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、精密切断時に切断され切断後に関係する羽根間の空間にブロックとして残ったままになっている少なくとも１つの切断片に関して、前記切断片がアブレイシブウォータージェットによる切断によって、重力で自動的にブロックから抜け落ちることができる少なくとも２つの小片に分割されるようにして行われる。
【００１９】
上述したように、それぞれの精密切断は５軸切断であるのが好ましい。
【００２０】
連続切断は、３軸切断であるのが好ましい。このことで、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップを行うのに要する時間が低減される。それは、連続切断によって、操作者の介入の必要なしに、容易に重力で自動的に抜け落ちる切断片が得られるためである。この機能性は、特に、３軸切断によって得られる切断片が円筒形であるので、ブロックの特定の位置決めによって、好ましくは、水平に配置することによって得られる。ＭＶＤでは羽根間の空間の数が多いので、これらの切断片が自動的に落ちることによって得られる時間利得（ｔｉｍｅ ｇａｉｎ）が大きくなる。
【００２１】
また、連続切断の軌道の単純さは、ジェットの安定性を強化し、ひいては、この第１の連続切断に高速切断速度を使用するのに都合がよいことがわかる。
【００２２】
しかしながら、本発明の範囲から逸脱せずに、この連続切断は５軸切断にすることも可能である。
【００２３】
好ましくは、前記アブレイシブウォータージェットによる材料ブロックの切断ステップは、ハブから半径方向に延在する羽根プリフォームを形成すると同時に、少なくとも２つの直接連続する羽根プリフォーム間の接続手段を形成する材料を残すように行われる。前記接続手段は、前記ハブから半径方向に離間される。
【００２４】
したがって、この好適な実施形態は、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップ時に、少なくとも２つの羽根プリフォーム間、好ましくは、全ての羽根プリフォーム間の接続手段を形成するという点で注目に値する。このことで、羽根が最初のブロックの材料によって機械的にまだ保持されていれば、羽根の製造時の羽根の変形や振動を厳密に制限する、またはなくすことができる。
【００２５】
本発明の特徴は、有利には、最終ＭＶＤの品質に影響を与えることなく、製造時間を短縮する高速進行速度の様々な加工機にも適用できる。また、製造時間を短縮すること、および羽根の製造時に羽根の振動を低減することで、工具の摩耗、特に、フライス盤での摩耗を抑制し、有利には、製造コストを抑えることができる。
【００２６】
好ましくは、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、前記接続手段が、厳密には、４枚以上で、好ましくは、直接連続する多数の羽根プリフォームを接続するために結合するようにして行われる。しかしながら、直接連続する相互接続されたプリフォームの複数の組にするのも可能であるが、その組同士は接合されない。いずれの場合も、接続手段によって結合される羽根プリフォームの数およびプリフォームにおける接続手段の配置は状況に応じて変更され得る。
【００２７】
好適な実施形態によれば、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、前記接続手段が、好ましくは、ディスクの軸を中心としたほぼリングを形成するようにして行われる。このリングは、好ましくは、３６０°にわたって延在し、場合によってリングが接続する羽根プリフォームによってのみ遮られてもよい。しかしながら、上述したように、このリングは、完全に閉じていない場合もある、具体的には、いくつかの直接連続するプリフォームを接続しない場合もある。
【００２８】
しかしながら、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、好ましくは、前記リングが、各々が最終的にＭＶＤの羽根を構成するための全ての羽根プリフォームを互いに結合するようにして行われる。この場合、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、前記リングが羽根プリフォームの先端部を互いに結合するようにして行われるのが好ましい。この場合、リングは、切断ブロックの周囲環状部を形成し、羽根プリフォームはディスクの方向にこのリングから内側に向かって半径方向に延在する。
【００２９】
好ましくは、プロセスは、さらに
成形羽根ブランクを形成するために行われる羽根プリフォームのフライス加工ステップと、
最終形状の羽根を形成するために行われる羽根ブランクの仕上げフライス加工ステップと
を含む。
【００３０】
好ましくは、接続手段を形成する材料は、仕上げフライス加工ステップの終わりまで残され、仕上げフライス加工ステップの後にこの材料は除去される。しかしながら、この材料は、本発明の範囲から逸脱しなければ、それよりも早い時点で除去されてもよい。
【００３１】
当然、本発明のプロセスの中に他の従来のステップ、例えば、
アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの前に材料ブロックを旋削するステップと、
仕上げステップの後に、羽根の研磨および／またはブラストステップと、
羽根を所定の長さに切断するステップと、
ＭＶＤのバランス調整ステップと
を取り入れてもよい。
【００３２】
好ましくは、前記一体型羽根付きディスクの直径は、８００ｍｍ以上である。この点に関して、製造時羽根を保持する接続手段が羽根間に存在することで、変形や振動が低減され、さらにはなくされるので、長い羽根を有する大きな直径のＭＶＤを製造することができることが明記されている。好ましくは、羽根の最小の長さは１５０ｍｍである。
【００３３】
好ましくは、前記一体型羽根付きディスクの厚さは、１００ｍｍ以上である。しかしながら、アブレイシブウォータージェット切断技術が高性能であるので、およそ１６０ｍｍ以上の厚さにしてもよい。また、この厚さは、各羽根が延在する前縁と後縁との間のＭＶＤの軸に沿った距離にほぼ相当する。
【００３４】
好ましくは、一体型羽根付きディスクの羽根は捩れており、捩れ角は４５°またはそれ以上である。
【００３５】
好ましくは、使用される前記材料ブロックは、チタンまたはチタン合金の１つから成る。
【００３６】
好ましくは、前記一体型羽根付きディスクは、航空機タービンエンジン用の一体型羽根付きディスクである。
【００３７】
さらに好ましくは、前記一体型羽根付きディスクは、航空機タービンエンジンのロータまたは圧縮機の一体型羽根付きディスクである。
【００３８】
本発明の他の利点および特徴は、以下の非限定的かつ詳細な説明から明らかになるであろう。
【００３９】
以下に、添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の製造プロセスを使用して製造できるタービンエンジン用の一体型羽根付きディスクの部分斜視図である。
【図２ａ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｂ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｃ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｄ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｅ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｆ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｇ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図３】製造プロセスの後続のステップを示す図である。
【図４】製造プロセスの後続のステップを示す図である。
【図５】製造プロセスの後続のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
まず図１を参照すると、図１は本発明の製造プロセスを使用して得られる一体型羽根付きディスク１を示している。好ましくは、この一体型羽根付きディスクは、航空機タービンエンジンの圧縮機またはタービンロータを構成するように設計される。
【００４２】
本発明の対象である製造プロセスによって製造される一体型羽根付きディスク（以降、ＭＶＤとする）は、大型であり、具体的には、直径が８００ｍｍ以上であり、羽根２の長さが少なくとも１５０ｍｍであり、ハブ４の厚さ「ｅ」が１３０ｍｍ以上である。また、中心軸５のハブ４によって担持される羽根は、捩れ角が４５°以上の角度であるので、かなり捩れている。情報として、この角度は、該羽根２の基端部６と先端部８との間の概念的角度に相当する。
【００４３】
図２以降の図面を参照しながら、ＭＶＤ１の製造プロセスの好適な実施形態を説明する。
【００４４】
まず、チタン合金製の材料ブロック（「未加工単一ブロック」とも呼ばれ、好ましくは、機械加工される前のブロック）が、例えば、このブロックを最終の側面寸法の１ｍｍに機械加工するために、第１の旋削ステップを受ける。
【００４５】
図２ａから図２ｇで示される次のステップは、羽根間の空間によって分割された羽根プリフォームを形成するために、ブロック全体をアブレイシブウォータージェットによって切断するステップから成る。
【００４６】
このステップを行うために、非常に高圧（例えば、３０００バール）で非常に高精度（例えば、６軸）のウォータージェットによる切断用の加工機（図示せず）が使用される。材料の切断効果を最適化するのに、研磨剤を送るのは非常に高いレベルの圧力の水である。知られている方法では、ウォータージェットはダイヤモンドまたはサファイア製のノズルによって形成される。また、混合チャンバでは、砂などの研磨剤が加えられる。この点に関して、収束中空軸（ｃａｎｎｏｎ）が切断領域に水および砂を収束させることで、水および砂を均質化する。以下の説明全体にわたって、収束中空軸１１６は、より一般的には、加工機の噴出ヘッドと呼ばれる。
【００４７】
このアブレイシブジェット切断技術により、十分な材料除去率および良好な再現性が可能になる。したがって、アブレイシブジェット切断技術は、軸５に沿って材料ブロックの厚さ「ｅ」を完全に貫通する羽根間の空間を形成するために材料を除去するのに十分に適している。
【００４８】
これに関して、図２ａは、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップが完了した後の材料ブロック１００の一部を示している。したがって、このブロックは、ハブ４から半径方向に、すなわち、中心軸５に直角に延在する羽根プリフォーム１０２を有する。一般に、切断は、直接連続する羽根プリフォーム１０２間の円周方向の羽根間の空間１１０を形成するために、ブロック１００の厚さの範囲内で行われる。
【００４９】
また、切断は、プリフォーム１０２間の接続手段、この場合、軸５を中心としたリング１１２の形状で、羽根プリフォーム１０２の全ての先端部１０８を接続するのが好ましい接続手段を形成するように行われる。したがって、リング１１２は、切断ブロック１００の周囲環状部となり、その結果、羽根間の空間１１０の半径方向外側限界を形成する。
【００５０】
このアブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、噴出ヘッド１１６をディスクの形状のブロックの第１の面１１０ａに向けて行われる切断、その後、噴出ヘッド１１６を上記ブロックの第１の面１１０ａの反対の第２の面１１０ｂに向けて行われる切断によって行われる。
【００５１】
第１の面１１０ａからの切断を行うために、ブロック１００は、図２ｂに示されるように、支持体１１１上でしっかりと取り外し可能に保持されて、ほぼ水平位置、すなわち、軸５が地面に対してほぼ直角になる位置をとる。支持体１１１は、上部に向かって開口し、ブロック１００から重力によって自動的に抜け落ちる切断片を集めるための容器１１３を有する。これらの切断時は、したがって、第２の面１１０ｂは支持体１１１に接して配置される。
【００５２】
第２の面１１０ｂからの切断を行うために、ブロック１００は、支持体１１１から外され、１８０°裏返されて、その後、第１の面１１０ｂは支持体１１１に接触して配置され、第２の面１１０ｂはブロック１１０の上方に移動する加工機の噴出ヘッド１１６と協働するように上向きに前記支持体１１１に再び取り付けられる。
【００５３】
図示されている好適な実施形態では、羽根プリフォーム１０２の前縁１１５は第２の面１１０ｂの側に配置され、後縁１１７は第１の面１１０ａの側に配置されていることに留意されたい。
【００５４】
ブロック１００を支持体１１１上の２つの位置で正確に位置決めするための割出手段（図示せず）がプロセスの信頼性をより高める。
【００５５】
図２ｃを参照すると、第１の面１１０ａから行われた第１の切断は、ほぼ円筒状に延在する第１の材料片１１４ａを除去するために行われるものである。それは、この材料片１１４ａは、切断中噴出ヘッドが互いに直角に並進する３軸に沿って移動されるだけの、いわゆる３軸切断によって形成されるからである。この場合、３軸のうちの１つは、形成される円筒状の切断片１１４ａの長手方向軸を成し、ブロック１００の厚さ全体に延在する。加工機は６軸を有するので、噴出ヘッド１１６の任意の傾斜角度で３軸の軌道を形成し、したがってその傾斜角度は切断時全体にわたって維持されることに留意されたい。図２ｃに見られるように、第１の３軸切断は、ジェットの噴出ヘッド１１６が最終の望ましい羽根間の空間にほぼ平行に向けられるように、垂直線に対して傾斜した状態で行われる。また、表示するものとして図２では、製造される羽根２は先端部が太線で示された平面図で示されていることに留意されたい。
【００５６】
特に、単純な軌道であるために可能な限り高速で行われるこの第１の切断では、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの完了後に得られる関連する羽根間の空間１１０の最終容積の好ましくは４０％〜８０％に相当するかなりの容積を切断する。
【００５７】
図２ｄの概略図を参照すると、形成される２つの連続する羽根プリフォームの後縁１１７を示しており、実際に、第１の３軸切断操作は、ハブ４の近くおよびブロックの半径方向外側端部の近くを通る閉じた線１１８ａに沿ってブロックに到達せずにジェット噴出ヘッドを移動させることで第１の材料片１１４ａを切り抜いて、リングを形成するために材料片を除去することが目的であることは明らかである。全体として、線１１８ａは、一辺が２つの羽根プリフォームのうちの１つの後縁１１７に可能な限り近くをたどる長さで、他辺はジェットの出口の位置が２つの羽根プリフォームのうちの他方の前縁から妥当な距離になるような長さの長方形の形状である。
【００５８】
線１１８ａが閉じて、第１の切断ステップが終わり、第１の切断片１１４ａがブロック１００から分離されるとすぐに、この切断片１１４ａはこのブロックから重力によって自動的に抜け落ちる。実際には、図２ｃに示されるように、重力のみによって切断片１１４ａが噴出ヘッド１１６の方向に落下するときに自由にする接続オリフィス１１９を滑り落ちる。接続オリフィスは、切断片１１４ａが落ちる時に外される。切断片１１４ａは慎重に位置決められた容器１１３の中に落ちるので、操作者による介入の必要はない。
【００５９】
図２ｃから明らかなように、第１の切断片１１４ａは、半径方向に直交するいずれの断面においても、全体形状が平行四辺形であり、ブロックの厚さに沿って延在するその２つの対辺はそれぞれ、プロセスの完了後に得られる２つの直接連続する２つの羽根２の近くを通る。
【００６０】
この連続切断は、任意で、１つまたは複数の他の切断が先に行われてもよいことに留意されたい。同様に、この第１の連続切断は、本発明の範囲から逸脱せずに、３軸切断ではなく５軸切断にすることも可能である。
【００６１】
次に、ブロック１００は、アブレイシブウォータージェットによる第２の面１１０ｂからの精密切断を行うために、ブロックの支持体に戻される。したがって、これらの切断は、第１の連続切断後に得られた羽根間の空間１１０（１つが図２ｅに示されている）の形状をより複雑にすることができる。したがって、精密切断は最終の側面寸法に最も近くなる。
【００６２】
この点に関して、第１の面１１０ａから行われた連続切断は、第２の面１１０ｂとアブレイシブウォータージェットによって切り抜かれたブロックの表面との合流線１２１ａを形成する。連続切断が３軸切断であるので、この合流線１２１ａは、ブロックの第１の面１１０ａに形成された切断線１１８ａとほぼ同じ形状である。
【００６３】
全ての精密切断は、５軸切断として知られている複雑な形態の切断であるのが好ましい。つまり、軌道は、噴出ヘッドを３つの並進自由度だけでなく２つの回転自由度に沿って移動させることで形成される。また、これらの精密切断は、合流線１２１ａの少なくとも一部を含む切断片を除去するように、ブロックの厚さの一部においてのみ行われる。
【００６４】
したがって、ジェットの安定性を制限する２つのパラメータ、具体的には、切断する厚さおよび軌道の複雑性のうちの１つのみが第１の切断および精密切断に対して維持されるので、これらの２つの種類の切断の各々に対して高速切断速度を使用することができることになる。
【００６５】
特に、それぞれの精密切断は、連続切断によって以前に形成されていたブロックの特定の領域を切り抜くものであり、この領域は、ジェットの出口にあるので、通常、連続切断時に発生されるアブレイシブウォータージェットのずれの影響を最も受ける領域である。そのため、この特定の領域は、ブロックの第２の面から再加工されるので、連続切断時のジェットのずれは悪影響のない程度に大きくてもよい。したがって、この連続切断は、高速切断速度で行われ得る。
【００６６】
次に、第２の切断片１１４ｂの精密切断が、全体がＵ字形の開口線１１８ｂに沿ってジェットの噴出ヘッドを移動させることで行われる。Ｕ字形の基部は、ほぼ羽根プリフォームの半径方向間隔全体にわたって合流線１２１ａの２辺の長さの一方をたどり、図２ｆに見られるように、Ｕ字形の２つの枝部は接触するために合流線１２１ａまで延在する。
【００６７】
図２ｃの概略図に示されるように、第２の切断片１１４ｂを除去するのは、２つの羽根プリフォームのうちの一方の羽根プリフォームの前縁１１５の近くの材料を除去するためであり、第３の切断片１１４ｃを除去するのは、２つの羽根プリフォームのうちの他方の羽根プリフォームの前縁１１５の近くの材料を除去するためである。
【００６８】
実際に、第３の切断片１１４ｃの精密切断は、ジェットの噴出ヘッドを全体形状がＵ字形の開口線１１８ｃに沿って移動させることで終了する。Ｕ字形の基部は、ほぼ羽根プリフォームの半径方向間隔全体にわたって合流線１２１ａの他方の長さをたどり、図２ｆに見られるように、Ｕ字形の２つの枝部は接触するために合流線１２１ａまで延在する。
【００６９】
精密切断により得られる切断片の全ては、重力によって自動的に支持容器の中に落ちるのが好ましい。しかし、切断片が複雑な形の場合は、切り抜かれた後、関係する羽根間の空間にブロックとして残ったままになる可能性がある。また、切断片は、ブロックから確実に外すために、アブレイシブウォータージェットによる切断によって、形態的には羽根間の空間を通り抜けながら重力で自動的にブロックから抜け落ちることができる２つの小片に分割される。この場合も、２つの小片が落下して支持体の容器の中に落ちるのは、単に重力の影響による。
【００７０】
これらの全ての切断が行われると、ブロックは、リング１１２によって先端部１０８の位置で互いに接続された羽根プリフォーム１０２のみになる。そこで、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは完了する。
【００７１】
このように、それぞれの得られた羽根プリフォーム１０２は、図２ａに示されるように、外輪表面１２１と内輪表面１２３とを有する。
【００７２】
この点に関して、外輪表面１２１および内輪表面１２３のそれぞれは、様々な切断によって形成された表面部分から成ることに留意されたい。図２ｇは、これらの２つの表面１２１、１２３のそれぞれのセグメント化を平面で示した概略図であり、各表面部分はそれを形成したその切断片の番号を示している。
【００７３】
次に、製造プロセスは、成形羽根ブランク２０２を得るために行われる羽根プリフォーム１０２のフライス加工ステップに移る。つまり、例えば、５軸フライス盤を使用して行われるこのフライス加工ステップの目的は、羽根プリフォーム１０２に残っている材料を除去して、最終の側面寸法、例えば、０．６ｍｍに可能な限り近付けることである。アブレイシブウォータージェットによる切断ステップに従って得られたプリフォーム１０２は高精度な形であるので、これらのプリフォームの表面の少なくとも一部は、すでに好ましい形状であり、このようなフライス加工の必要はない。
【００７４】
ここで、ブロック１００の周囲環状部を形成するリング１１２によって相互接続されたブランク２０２の先端部２０８を示した図３に見られるように、プリフォーム１０２は、それぞれ成形羽根ブランク２０２を形成するために順々に機械加工されるのが好ましい。
【００７５】
その後、製造プロセスは、プリフォーム１１２を接続するリング１１２を除去するステップに移る。このステップは、ワイヤ切断またはフライス加工など、当業者に知られている適切な方法で行われる。この点に関して、図４は、リング１１２とブランクの先端部２０８との接続部を破断することによって、ブロック１００の残りの部分からこのリング１１２を分離する様子を概略的に示した図である。これらの略円周方向の破断部２２８の全てが形成されると、リングは軸５に沿ってブロックに対して相対移動させることでブロックから効率的に引き抜かれる。したがって、リング１１２は除去されると考えられる。またあるいは、製造プロセスは、ブランク２０２間に位置するリング１１２の一部のみを除去することでリング１１２を除去する形にしてもよい。この場合、これらのブランクの半径方向端部に位置するリングの他の部分は、例えば、その後の羽根の先端部となることを考えて残される。この場合の望ましい破断部は、図２ｄの破断部２２８のように略円周方向の破断部ではなく、略半径方向のブロックの厚さの破断部である。
【００７６】
次に、新規のフライス加工ステップが使用されるが、いわゆるこの仕上げステップの目的は、フライス加工によって、ブランク２０２から最終形状の羽根２を形成することである。これに使用される加工機により、より精密な機械加工を達成でき、確実に最終の側面寸法にすることができ、したがって図５の右側に示されているような羽根２を形成することができる。
【００７７】
製造プロセスのこの段階で、残っている材料ブロックの容積は、この同じブロック、例えばアブレイシブウォータージェットによる切断ステップの開始前、具体的には、旋削ステップの直後のブロックで示されるブロックの容積の２５％未満である。
【００７８】
また、プロセスは１つまたは複数の従来のステップ、例えば、上述したような、研磨ステップ、ブラストステップ、羽根を所定の長さに切断するステップ、および／またはＭＶＤのバランス調整ステップによって続いてもよい。
【００７９】
当然、当業者によって、単に非限定的な例として説明した本発明に対して様々な変更が加えられてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には、好ましくは、航空機タービンエンジンの一体型羽根付きディスクの製造の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
一体型羽根付きディスク、いわゆる「ＭＶＤ」または英語の「ブリスク」を製造するためには、一般に、アブレイシブウォータージェットによる材料ブロックの切断ステップの後に、１つまたは複数のフライス加工ステップが使用される。
【０００３】
フライス加工の前にアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを用いることで、フライス加工のみのプロセスに比べて時間や製造コストの低減に役立つ。これは、特に、このような製造プロセスには、ＭＶＤの形状にするのに最初のブロックから約７５％の材料を除去する必要があるということによる。アブレイシブジェットによる切断によってこの材料の大部分を除去することで、実際に製造時間を低減し、さらにはフライス盤での摩耗を抑えることができる。
【０００４】
通常は、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、基本的には、最初のブロックの厚さ全体にわたって非常に複雑な形状の一片を切り抜くステップのみから成る。この切断は、実際に、羽根間の空間の形状と同じような捻じれたまたは螺旋状の一片を切り抜くために、５軸機械加工と呼ばれる複雑な軌道をたどる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のステップの不利点は、アブレイシブウォータージェットの安定性は、ジェットの質が入口から出口に向かって次第に低下するために、このジェットの軌道の複雑性および切断される相当な厚さに大きく左右されるということである。このジェットの安定性の問題を最小限に抑えるためには、比較的低速で切断される必要がある、つまり、切断するのにさらに相当な作業時間が必要であるということである。
【０００６】
さらに、このアブレイシブウォータージェットによる切断ステップの実行時間も、切断後に材料ブロック内に残っている捩れた形状の一片を手作業で除去しなければならないので、かなり延長される。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、先行技術の実施形態と比較して、上述の不利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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の対象は、全体がディスクの形状の材料ブロックをアブレイシブウォータージェットによる切断ステップで、羽根間の空間の位置でブロックから材料を除去してハブから半径方向に延在する羽根プリフォームを形成するために行われる切断ステップを含む一体型羽根付きディスクの製造プロセスであって、アブレイシブウォータージェットの噴出ヘッドを備える加工機によって行われる前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、
前記噴出ヘッドをブロックの第１の面に向けてブロックの厚さを貫通する一片の連続切断であって、ブロックの第１の面の反対側の第２の面とアブレイシブウォータージェットによって切断された前記ブロックの表面との合流線を形成する連続切断と、その後に、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面に向けてブロックの厚さの一部にわたってのみ延在し、かつ前記合流線の少なくとも一部を含む一片の少なくとも１つの精密切断と
を含む。
【０００９】
本発明は、基本的には、精密な羽根プリフォームを形成するための、またこのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップの実施時間を低減する、つまり、製造プロセス全体の実施時間を明らかに低減するためのアブレイシブウォータージェットによる信頼できる切断ステップである。
【００１０】
まず、上述したように材料ブロックの第２の面から少なくとも１つの精密切断を行うことで、前記連続切断によって前もって得られたブロックの領域を切り抜くことに留意されたい。この特定の領域は、通常、前記連続切断時に見られるアブレイシブウォータージェットのずれの影響を最も受ける領域である。それは、この領域はジェットの出口にあるためである。しかし、この特定の領域は、ブロックの第２の面から再加工されるので、連続切断時のジェットのずれは悪影響のない程度に大きくてもよい。したがって、前記連続切断は、高速切断速度で行われる。
【００１１】
また、１つまたは複数の精密切断を使用するので、第１の切断は、より単純な軌道に従って、例えば、３軸切断の形態で行われることができる。軌道の単純さは、ジェットの安定性を強化し、ひいては、第１の連続切断に対して高速切断速度を使用するのに都合がよいことがわかる。
【００１２】
ブロックの第２の面から行われるそれぞれの精密切断に関しては、ブロックの薄い厚さに対して操作されることでジェットの安定性を強化し、ひいては、ジェットのずれの影響を低減する。したがって、切断速度も高速になり、切断の精度が向上する。
【００１３】
さらに、本発明の主な利点の１つは、材料ブロックの２つの面からアブレイシブウォータージェットによる切断を行うので、よりアクセスしやすいということが示されている。このことにより、最終の側面寸法に最も近い羽根プリフォームを製造することができ、必要であるとわかれば、ひいては、次のフライス加工の操作時間を低減することができる。また、有利には、ＭＶＤの全製造時間も低減される。
【００１４】
また、切断される表面によりアクセスしやすくなることで、羽根プリフォームを形成しやすくなるだけでなく、可能な限り最善の形でジェットを切断される各表面に向けることができ、プロセスの信頼性を向上させることができる。
【００１５】
好ましくは、全ての羽根間の空間を形成するための前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの間、
前記噴出ヘッドをブロックの第１の面に向けた全ての切断と、
噴出ヘッドをブロックの第２の面に案内するために行われるブロックと噴出ヘッドとの相対位置の変更と、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面に向けた全ての切断と
が順次行われる。
【００１６】
このことで、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの実行時間を最適化することができる。好ましくは、ブロックと噴出ヘッドとの前記相対位置の変更は、ブロックを裏返すことで行われる。
【００１７】
好ましくは、前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、精密切断時に少なくとも１つの切断片が重力によってブロックから自動的に抜け落ちるように行われる。このことで、さらに実行時間を最適化するために、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップ時の操作者による介入の回数を制限することができる。この点に関して、第１の切断で形成された切断片のような切断片は、ブロックから分離される時にブロックを動かさずに重力で落ちるようになっている。
【００１８】
好ましくは、さらに操作者の介入の回数を制限するために、前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、精密切断時に切断され切断後に関係する羽根間の空間にブロックとして残ったままになっている少なくとも１つの切断片に関して、前記切断片がアブレイシブウォータージェットによる切断によって、重力で自動的にブロックから抜け落ちることができる少なくとも２つの小片に分割されるようにして行われる。
【００１９】
上述したように、それぞれの精密切断は５軸切断であるのが好ましい。
【００２０】
連続切断は、３軸切断であるのが好ましい。このことで、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップを行うのに要する時間が低減される。それは、連続切断によって、操作者の介入の必要なしに、容易に重力で自動的に抜け落ちる切断片が得られるためである。この機能性は、特に、３軸切断によって得られる切断片が円筒形であるので、ブロックの特定の位置決めによって、好ましくは、水平に配置することによって得られる。ＭＶＤでは羽根間の空間の数が多いので、これらの切断片が自動的に落ちることによって得られる時間利得（ｔｉｍｅ ｇａｉｎ）が大きくなる。
【００２１】
また、連続切断の軌道の単純さは、ジェットの安定性を強化し、ひいては、この第１の連続切断に高速切断速度を使用するのに都合がよいことがわかる。
【００２２】
しかしながら、本発明の範囲から逸脱せずに、この連続切断は５軸切断にすることも可能である。
【００２３】
好ましくは、前記アブレイシブウォータージェットによる材料ブロックの切断ステップは、ハブから半径方向に延在する羽根プリフォームを形成すると同時に、少なくとも２つの直接連続する羽根プリフォーム間の接続手段を形成する材料を残すように行われる。前記接続手段は、前記ハブから半径方向に離間される。
【００２４】
したがって、この好適な実施形態は、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップ時に、少なくとも２つの羽根プリフォーム間、好ましくは、全ての羽根プリフォーム間の接続手段を形成するという点で注目に値する。このことで、羽根が最初のブロックの材料によって機械的にまだ保持されていれば、羽根の製造時の羽根の変形や振動を厳密に制限する、またはなくすことができる。
【００２５】
本発明の特徴は、有利には、最終ＭＶＤの品質に影響を与えることなく、製造時間を短縮する高速進行速度の様々な加工機にも適用できる。また、製造時間を短縮すること、および羽根の製造時に羽根の振動を低減することで、工具の摩耗、特に、フライス盤での摩耗を抑制し、有利には、製造コストを抑えることができる。
【００２６】
好ましくは、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、前記接続手段が、厳密には、４枚以上で、好ましくは、直接連続する多数の羽根プリフォームを接続するために結合するようにして行われる。しかしながら、直接連続する相互接続されたプリフォームの複数の組にするのも可能であるが、その組同士は接合されない。いずれの場合も、接続手段によって結合される羽根プリフォームの数およびプリフォームにおける接続手段の配置は状況に応じて変更され得る。
【００２７】
好適な実施形態によれば、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、前記接続手段が、好ましくは、ディスクの軸を中心としたほぼリングを形成するようにして行われる。このリングは、好ましくは、３６０°にわたって延在し、場合によってリングが接続する羽根プリフォームによってのみ遮られてもよい。しかしながら、上述したように、このリングは、完全に閉じていない場合もある、具体的には、いくつかの直接連続するプリフォームを接続しない場合もある。
【００２８】
しかしながら、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、好ましくは、前記リングが、各々が最終的にＭＶＤの羽根を構成するための全ての羽根プリフォームを互いに結合するようにして行われる。この場合、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、前記リングが羽根プリフォームの先端部を互いに結合するようにして行われるのが好ましい。この場合、リングは、切断ブロックの周囲環状部を形成し、羽根プリフォームはディスクの方向にこのリングから内側に向かって半径方向に延在する。
【００２９】
好ましくは、プロセスは、さらに
成形羽根ブランクを形成するために行われる羽根プリフォームのフライス加工ステップと、
最終形状の羽根を形成するために行われる羽根ブランクの仕上げフライス加工ステップと
を含む。
【００３０】
好ましくは、接続手段を形成する材料は、仕上げフライス加工ステップの終わりまで残され、仕上げフライス加工ステップの後にこの材料は除去される。しかしながら、この材料は、本発明の範囲から逸脱しなければ、それよりも早い時点で除去されてもよい。
【００３１】
当然、本発明のプロセスの中に他の従来のステップ、例えば、
アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの前に材料ブロックを旋削するステップと、
仕上げステップの後に、羽根の研磨および／またはブラストステップと、
羽根を所定の長さに切断するステップと、
ＭＶＤのバランス調整ステップと
を取り入れてもよい。
【００３２】
好ましくは、前記一体型羽根付きディスクの直径は、８００ｍｍ以上である。この点に関して、製造時羽根を保持する接続手段が羽根間に存在することで、変形や振動が低減され、さらにはなくされるので、長い羽根を有する大きな直径のＭＶＤを製造することができることが明記されている。好ましくは、羽根の最小の長さは１５０ｍｍである。
【００３３】
好ましくは、前記一体型羽根付きディスクの厚さは、１００ｍｍ以上である。しかしながら、アブレイシブウォータージェット切断技術が高性能であるので、およそ１６０ｍｍ以上の厚さにしてもよい。また、この厚さは、各羽根が延在する前縁と後縁との間のＭＶＤの軸に沿った距離にほぼ相当する。
【００３４】
好ましくは、一体型羽根付きディスクの羽根は捩れており、捩れ角は４５°またはそれ以上である。
【００３５】
好ましくは、使用される前記材料ブロックは、チタンまたはチタン合金の１つから成る。
【００３６】
好ましくは、前記一体型羽根付きディスクは、航空機タービンエンジン用の一体型羽根付きディスクである。
【００３７】
さらに好ましくは、前記一体型羽根付きディスクは、航空機タービンエンジンのロータまたは圧縮機の一体型羽根付きディスクである。
【００３８】
本発明の他の利点および特徴は、以下の非限定的かつ詳細な説明から明らかになるであろう。
【００３９】
以下に、添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の製造プロセスを使用して製造できるタービンエンジン用の一体型羽根付きディスクの部分斜視図である。
【図２ａ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｂ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｃ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｄ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｅ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｆ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図２ｇ】製造プロセスのアブレイシブウォータージェットによる切断ステップを示す図である。
【図３】製造プロセスの後続のステップを示す図である。
【図４】製造プロセスの後続のステップを示す図である。
【図５】製造プロセスの後続のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
まず図１を参照すると、図１は本発明の製造プロセスを使用して得られる一体型羽根付きディスク１を示している。好ましくは、この一体型羽根付きディスクは、航空機タービンエンジンの圧縮機またはタービンロータを構成するように設計される。
【００４２】
本発明の対象である製造プロセスによって製造される一体型羽根付きディスク（以降、ＭＶＤとする）は、大型であり、具体的には、直径が８００ｍｍ以上であり、羽根２の長さが少なくとも１５０ｍｍであり、ハブ４の厚さ「ｅ」が１３０ｍｍ以上である。また、中心軸５のハブ４によって担持される羽根は、捩れ角が４５°以上の角度であるので、かなり捩れている。情報として、この角度は、該羽根２の基端部６と先端部８との間の概念的角度に相当する。
【００４３】
図２以降の図面を参照しながら、ＭＶＤ１の製造プロセスの好適な実施形態を説明する。
【００４４】
まず、チタン合金製の材料ブロック（「未加工単一ブロック」とも呼ばれ、好ましくは、機械加工される前のブロック）が、例えば、このブロックを最終の側面寸法の１ｍｍに機械加工するために、第１の旋削ステップを受ける。
【００４５】
図２ａから図２ｇで示される次のステップは、羽根間の空間によって分割された羽根プリフォームを形成するために、ブロック全体をアブレイシブウォータージェットによって切断するステップから成る。
【００４６】
このステップを行うために、非常に高圧（例えば、３０００バール）で非常に高精度（例えば、６軸）のウォータージェットによる切断用の加工機（図示せず）が使用される。材料の切断効果を最適化するのに、研磨剤を送るのは非常に高いレベルの圧力の水である。知られている方法では、ウォータージェットはダイヤモンドまたはサファイア製のノズルによって形成される。また、混合チャンバでは、砂などの研磨剤が加えられる。この点に関して、収束中空軸（ｃａｎｎｏｎ）が切断領域に水および砂を収束させることで、水および砂を均質化する。以下の説明全体にわたって、収束中空軸１１６は、より一般的には、加工機の噴出ヘッドと呼ばれる。
【００４７】
このアブレイシブジェット切断技術により、十分な材料除去率および良好な再現性が可能になる。したがって、アブレイシブジェット切断技術は、軸５に沿って材料ブロックの厚さ「ｅ」を完全に貫通する羽根間の空間を形成するために材料を除去するのに十分に適している。
【００４８】
これに関して、図２ａは、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップが完了した後の材料ブロック１００の一部を示している。したがって、このブロックは、ハブ４から半径方向に、すなわち、中心軸５に直角に延在する羽根プリフォーム１０２を有する。一般に、切断は、直接連続する羽根プリフォーム１０２間の円周方向の羽根間の空間１１０を形成するために、ブロック１００の厚さの範囲内で行われる。
【００４９】
また、切断は、プリフォーム１０２間の接続手段、この場合、軸５を中心としたリング１１２の形状で、羽根プリフォーム１０２の全ての先端部１０８を接続するのが好ましい接続手段を形成するように行われる。したがって、リング１１２は、切断ブロック１００の周囲環状部となり、その結果、羽根間の空間１１０の半径方向外側限界を形成する。
【００５０】
このアブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、噴出ヘッド１１６をディスクの形状のブロックの第１の面１１０ａに向けて行われる切断、その後、噴出ヘッド１１６を上記ブロックの第１の面１１０ａの反対の第２の面１１０ｂに向けて行われる切断によって行われる。
【００５１】
第１の面１１０ａからの切断を行うために、ブロック１００は、図２ｂに示されるように、支持体１１１上でしっかりと取り外し可能に保持されて、ほぼ水平位置、すなわち、軸５が地面に対してほぼ直角になる位置をとる。支持体１１１は、上部に向かって開口し、ブロック１００から重力によって自動的に抜け落ちる切断片を集めるための容器１１３を有する。これらの切断時は、したがって、第２の面１１０ｂは支持体１１１に接して配置される。
【００５２】
第２の面１１０ｂからの切断を行うために、ブロック１００は、支持体１１１から外され、１８０°裏返されて、その後、第１の面１１０ｂは支持体１１１に接触して配置され、第２の面１１０ｂはブロック１１０の上方に移動する加工機の噴出ヘッド１１６と協働するように上向きに前記支持体１１１に再び取り付けられる。
【００５３】
図示されている好適な実施形態では、羽根プリフォーム１０２の前縁１１５は第２の面１１０ｂの側に配置され、後縁１１７は第１の面１１０ａの側に配置されていることに留意されたい。
【００５４】
ブロック１００を支持体１１１上の２つの位置で正確に位置決めするための割出手段（図示せず）がプロセスの信頼性をより高める。
【００５５】
図２ｃを参照すると、第１の面１１０ａから行われた第１の切断は、ほぼ円筒状に延在する第１の材料片１１４ａを除去するために行われるものである。それは、この材料片１１４ａは、切断中噴出ヘッドが互いに直角に並進する３軸に沿って移動されるだけの、いわゆる３軸切断によって形成されるからである。この場合、３軸のうちの１つは、形成される円筒状の切断片１１４ａの長手方向軸を成し、ブロック１００の厚さ全体に延在する。加工機は６軸を有するので、噴出ヘッド１１６の任意の傾斜角度で３軸の軌道を形成し、したがってその傾斜角度は切断時全体にわたって維持されることに留意されたい。図２ｃに見られるように、第１の３軸切断は、ジェットの噴出ヘッド１１６が最終の望ましい羽根間の空間にほぼ平行に向けられるように、垂直線に対して傾斜した状態で行われる。また、表示するものとして図２では、製造される羽根２は先端部が太線で示された平面図で示されていることに留意されたい。
【００５６】
特に、単純な軌道であるために可能な限り高速で行われるこの第１の切断では、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの完了後に得られる関連する羽根間の空間１１０の最終容積の好ましくは４０％〜８０％に相当するかなりの容積を切断する。
【００５７】
図２ｄの概略図を参照すると、形成される２つの連続する羽根プリフォームの後縁１１７を示しており、実際に、第１の３軸切断操作は、ハブ４の近くおよびブロックの半径方向外側端部の近くを通る閉じた線１１８ａに沿ってブロックに到達せずにジェット噴出ヘッドを移動させることで第１の材料片１１４ａを切り抜いて、リングを形成するために材料片を除去することが目的であることは明らかである。全体として、線１１８ａは、一辺が２つの羽根プリフォームのうちの１つの後縁１１７に可能な限り近くをたどる長さで、他辺はジェットの出口の位置が２つの羽根プリフォームのうちの他方の前縁から妥当な距離になるような長さの長方形の形状である。
【００５８】
線１１８ａが閉じて、第１の切断ステップが終わり、第１の切断片１１４ａがブロック１００から分離されるとすぐに、この切断片１１４ａはこのブロックから重力によって自動的に抜け落ちる。実際には、図２ｃに示されるように、重力のみによって切断片１１４ａが噴出ヘッド１１６の方向に落下するときに自由にする接続オリフィス１１９を滑り落ちる。接続オリフィスは、切断片１１４ａが落ちる時に外される。切断片１１４ａは慎重に位置決められた容器１１３の中に落ちるので、操作者による介入の必要はない。
【００５９】
図２ｃから明らかなように、第１の切断片１１４ａは、半径方向に直交するいずれの断面においても、全体形状が平行四辺形であり、ブロックの厚さに沿って延在するその２つの対辺はそれぞれ、プロセスの完了後に得られる２つの直接連続する２つの羽根２の近くを通る。
【００６０】
この連続切断は、任意で、１つまたは複数の他の切断が先に行われてもよいことに留意されたい。同様に、この第１の連続切断は、本発明の範囲から逸脱せずに、３軸切断ではなく５軸切断にすることも可能である。
【００６１】
次に、ブロック１００は、アブレイシブウォータージェットによる第２の面１１０ｂからの精密切断を行うために、ブロックの支持体に戻される。したがって、これらの切断は、第１の連続切断後に得られた羽根間の空間１１０（１つが図２ｅに示されている）の形状をより複雑にすることができる。したがって、精密切断は最終の側面寸法に最も近くなる。
【００６２】
この点に関して、第１の面１１０ａから行われた連続切断は、第２の面１１０ｂとアブレイシブウォータージェットによって切り抜かれたブロックの表面との合流線１２１ａを形成する。連続切断が３軸切断であるので、この合流線１２１ａは、ブロックの第１の面１１０ａに形成された切断線１１８ａとほぼ同じ形状である。
【００６３】
全ての精密切断は、５軸切断として知られている複雑な形態の切断であるのが好ましい。つまり、軌道は、噴出ヘッドを３つの並進自由度だけでなく２つの回転自由度に沿って移動させることで形成される。また、これらの精密切断は、合流線１２１ａの少なくとも一部を含む切断片を除去するように、ブロックの厚さの一部においてのみ行われる。
【００６４】
したがって、ジェットの安定性を制限する２つのパラメータ、具体的には、切断する厚さおよび軌道の複雑性のうちの１つのみが第１の切断および精密切断に対して維持されるので、これらの２つの種類の切断の各々に対して高速切断速度を使用することができることになる。
【００６５】
特に、それぞれの精密切断は、連続切断によって以前に形成されていたブロックの特定の領域を切り抜くものであり、この領域は、ジェットの出口にあるので、通常、連続切断時に発生されるアブレイシブウォータージェットのずれの影響を最も受ける領域である。そのため、この特定の領域は、ブロックの第２の面から再加工されるので、連続切断時のジェットのずれは悪影響のない程度に大きくてもよい。したがって、この連続切断は、高速切断速度で行われ得る。
【００６６】
次に、第２の切断片１１４ｂの精密切断が、全体がＵ字形の開口線１１８ｂに沿ってジェットの噴出ヘッドを移動させることで行われる。Ｕ字形の基部は、ほぼ羽根プリフォームの半径方向間隔全体にわたって合流線１２１ａの２辺の長さの一方をたどり、図２ｆに見られるように、Ｕ字形の２つの枝部は接触するために合流線１２１ａまで延在する。
【００６７】
図２ｃの概略図に示されるように、第２の切断片１１４ｂを除去するのは、２つの羽根プリフォームのうちの一方の羽根プリフォームの前縁１１５の近くの材料を除去するためであり、第３の切断片１１４ｃを除去するのは、２つの羽根プリフォームのうちの他方の羽根プリフォームの前縁１１５の近くの材料を除去するためである。
【００６８】
実際に、第３の切断片１１４ｃの精密切断は、ジェットの噴出ヘッドを全体形状がＵ字形の開口線１１８ｃに沿って移動させることで終了する。Ｕ字形の基部は、ほぼ羽根プリフォームの半径方向間隔全体にわたって合流線１２１ａの他方の長さをたどり、図２ｆに見られるように、Ｕ字形の２つの枝部は接触するために合流線１２１ａまで延在する。
【００６９】
精密切断により得られる切断片の全ては、重力によって自動的に支持容器の中に落ちるのが好ましい。しかし、切断片が複雑な形の場合は、切り抜かれた後、関係する羽根間の空間にブロックとして残ったままになる可能性がある。また、切断片は、ブロックから確実に外すために、アブレイシブウォータージェットによる切断によって、形態的には羽根間の空間を通り抜けながら重力で自動的にブロックから抜け落ちることができる２つの小片に分割される。この場合も、２つの小片が落下して支持体の容器の中に落ちるのは、単に重力の影響による。
【００７０】
これらの全ての切断が行われると、ブロックは、リング１１２によって先端部１０８の位置で互いに接続された羽根プリフォーム１０２のみになる。そこで、アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは完了する。
【００７１】
このように、それぞれの得られた羽根プリフォーム１０２は、図２ａに示されるように、外輪表面１２１と内輪表面１２３とを有する。
【００７２】
この点に関して、外輪表面１２１および内輪表面１２３のそれぞれは、様々な切断によって形成された表面部分から成ることに留意されたい。図２ｇは、これらの２つの表面１２１、１２３のそれぞれのセグメント化を平面で示した概略図であり、各表面部分はそれを形成したその切断片の番号を示している。
【００７３】
次に、製造プロセスは、成形羽根ブランク２０２を得るために行われる羽根プリフォーム１０２のフライス加工ステップに移る。つまり、例えば、５軸フライス盤を使用して行われるこのフライス加工ステップの目的は、羽根プリフォーム１０２に残っている材料を除去して、最終の側面寸法、例えば、０．６ｍｍに可能な限り近付けることである。アブレイシブウォータージェットによる切断ステップに従って得られたプリフォーム１０２は高精度な形であるので、これらのプリフォームの表面の少なくとも一部は、すでに好ましい形状であり、このようなフライス加工の必要はない。
【００７４】
ここで、ブロック１００の周囲環状部を形成するリング１１２によって相互接続されたブランク２０２の先端部２０８を示した図３に見られるように、プリフォーム１０２は、それぞれ成形羽根ブランク２０２を形成するために順々に機械加工されるのが好ましい。
【００７５】
その後、製造プロセスは、プリフォーム１１２を接続するリング１１２を除去するステップに移る。このステップは、ワイヤ切断またはフライス加工など、当業者に知られている適切な方法で行われる。この点に関して、図４は、リング１１２とブランクの先端部２０８との接続部を破断することによって、ブロック１００の残りの部分からこのリング１１２を分離する様子を概略的に示した図である。これらの略円周方向の破断部２２８の全てが形成されると、リングは軸５に沿ってブロックに対して相対移動させることでブロックから効率的に引き抜かれる。したがって、リング１１２は除去されると考えられる。またあるいは、製造プロセスは、ブランク２０２間に位置するリング１１２の一部のみを除去することでリング１１２を除去する形にしてもよい。この場合、これらのブランクの半径方向端部に位置するリングの他の部分は、例えば、その後の羽根の先端部となることを考えて残される。この場合の望ましい破断部は、図２ｄの破断部２２８のように略円周方向の破断部ではなく、略半径方向のブロックの厚さの破断部である。
【００７６】
次に、新規のフライス加工ステップが使用されるが、いわゆるこの仕上げステップの目的は、フライス加工によって、ブランク２０２から最終形状の羽根２を形成することである。これに使用される加工機により、より精密な機械加工を達成でき、確実に最終の側面寸法にすることができ、したがって図５の右側に示されているような羽根２を形成することができる。
【００７７】
製造プロセスのこの段階で、残っている材料ブロックの容積は、この同じブロック、例えばアブレイシブウォータージェットによる切断ステップの開始前、具体的には、旋削ステップの直後のブロックで示されるブロックの容積の２５％未満である。
【００７８】
また、プロセスは１つまたは複数の従来のステップ、例えば、上述したような、研磨ステップ、ブラストステップ、羽根を所定の長さに切断するステップ、および／またはＭＶＤのバランス調整ステップによって続いてもよい。
【００７９】
当然、当業者によって、単に非限定的な例として説明した本発明に対して様々な変更が加えられてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体がディスクの形状の材料ブロック（１００）をアブレイシブウォータージェットによる切断ステップであって、羽根間の空間（１１０）の位置でブロックから材料を除去してハブ（４）から半径方向に延在する羽根プリフォーム（１０２）を形成するために行われる切断ステップを含む一体型羽根付きディスク（１）の製造プロセスであって、噴出ヘッド（１１６）およびアブレイシブウォータージェットを備える加工機によって行われる前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップが、
加工機の噴出ヘッド（１１６）をブロックの第１の面（１１０ａ）に向けてブロックの厚さを貫通する一片（１１４ａ）の連続切断であって、ブロックの第１の面の反対側の第２の面（１１０ｂ）とアブレイシブウォータージェットによって切断された前記ブロックの表面との合流線（１２１ａ）を形成する連続切断と、その後に、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面（１１０ｂ）に向けてブロックの厚さの一部にわたってのみ延在し、かつ前記合流線（１２１ａ）の少なくとも一部を含む一片（１１４ｂ、１１４ｃ）の少なくとも１つの精密切断と
を含むことを特徴とする製造プロセス。
【請求項２】
全ての羽根間の空間を形成するための前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの間、
前記噴出ヘッドをブロックの第１の面（１１０ａ）に向けた全ての切断と、
噴出ヘッド（１１６）をブロック（１００）の第２の面に案内するために行われるブロックと噴出ヘッドとの相対位置の変更と、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面（１１０ｂ）に向けた全ての切断と
が順次行われる、請求項１に記載の製造プロセス。
【請求項３】
ブロックと噴出ヘッドとの前記相対位置の変更は、ブロック（１００）を裏返すことで行われる、請求項２に記載の製造プロセス。
【請求項４】
前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、少なくとも精密切断時に、１つの切断片が重力によって自動的に抜け落ちるように行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項５】
前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップが、精密切断時にその切断後に関係する羽根間の空間にブロックとして残ったままになっている少なくとも１つの切断片に関して、重力で自動的にブロックから抜け落ちることができる少なくとも２つの小片にアブレイシブウォータージェットにより分割されるようにして行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項６】
それぞれの精密切断は５軸切断である、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項７】
それぞれの精密切断は３軸切断である、請求項１から６のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項８】
前記アブレイシブウォータージェットによる材料ブロックの切断ステップは、ハブ（４）から半径方向に延在する羽根プリフォーム（１０２）を形成すると同時に、少なくとも２つの直接連続する羽根プリフォーム間の接続手段（１１２）を形成する材料を残すように行われ、前記接続手段は、前記ハブから半径方向に離間される、請求項１から７のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項９】
成形羽根ブランク（２０２）を形成するために行われる羽根プリフォーム（１０２）のフライス加工ステップと、
最終形状の羽根（２）を形成するために行われる羽根ブランク（２０２）の仕上げフライス加工ステップと
をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項１】
全体がディスクの形状の材料ブロック（１００）をアブレイシブウォータージェットによる切断ステップであって、羽根間の空間（１１０）の位置でブロックから材料を除去してハブ（４）から半径方向に延在する羽根プリフォーム（１０２）を形成するために行われる切断ステップを含む一体型羽根付きディスク（１）の製造プロセスであって、噴出ヘッド（１１６）およびアブレイシブウォータージェットを備える加工機によって行われる前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップが、
加工機の噴出ヘッド（１１６）をブロックの第１の面（１１０ａ）に向けてブロックの厚さを貫通する一片（１１４ａ）の連続切断であって、ブロックの第１の面の反対側の第２の面（１１０ｂ）とアブレイシブウォータージェットによって切断された前記ブロックの表面との合流線（１２１ａ）を形成する連続切断と、その後に、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面（１１０ｂ）に向けてブロックの厚さの一部にわたってのみ延在し、かつ前記合流線（１２１ａ）の少なくとも一部を含む一片（１１４ｂ、１１４ｃ）の少なくとも１つの精密切断と
を含むことを特徴とする製造プロセス。
【請求項２】
全ての羽根間の空間を形成するための前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップの間、
前記噴出ヘッドをブロックの第１の面（１１０ａ）に向けた全ての切断と、
噴出ヘッド（１１６）をブロック（１００）の第２の面に案内するために行われるブロックと噴出ヘッドとの相対位置の変更と、
前記噴出ヘッドをブロックの第２の面（１１０ｂ）に向けた全ての切断と
が順次行われる、請求項１に記載の製造プロセス。
【請求項３】
ブロックと噴出ヘッドとの前記相対位置の変更は、ブロック（１００）を裏返すことで行われる、請求項２に記載の製造プロセス。
【請求項４】
前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップは、少なくとも精密切断時に、１つの切断片が重力によって自動的に抜け落ちるように行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項５】
前記アブレイシブウォータージェットによる切断ステップが、精密切断時にその切断後に関係する羽根間の空間にブロックとして残ったままになっている少なくとも１つの切断片に関して、重力で自動的にブロックから抜け落ちることができる少なくとも２つの小片にアブレイシブウォータージェットにより分割されるようにして行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項６】
それぞれの精密切断は５軸切断である、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項７】
それぞれの精密切断は３軸切断である、請求項１から６のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項８】
前記アブレイシブウォータージェットによる材料ブロックの切断ステップは、ハブ（４）から半径方向に延在する羽根プリフォーム（１０２）を形成すると同時に、少なくとも２つの直接連続する羽根プリフォーム間の接続手段（１１２）を形成する材料を残すように行われ、前記接続手段は、前記ハブから半径方向に離間される、請求項１から７のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【請求項９】
成形羽根ブランク（２０２）を形成するために行われる羽根プリフォーム（１０２）のフライス加工ステップと、
最終形状の羽根（２）を形成するために行われる羽根ブランク（２０２）の仕上げフライス加工ステップと
をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の製造プロセス。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５０１１９１（Ｐ２０１３−５０１１９１Ａ）
【公表日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２３３４０（Ｐ２０１２−５２３３４０）
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６１４２３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１５６２７
【国際公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６１４２３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１５６２７
【国際公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【Ｆターム（参考）】
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