专利名称：框体的制造方法及框体的制作方法
技术领域：
本发明，涉及例如在涡轮运转装置等的特定部件的制造中最佳的框体制造方法。
此外，本申请，是基于向日本国提出的专利申请(专利申请2002-203981)而来的，该日本申请所记载内容作为本申请的说明书的一部分被引用。
背景技术：
以往，在发电机用燃气涡轮等中，为了提高燃烧气体的向涡轮叶片的喷接速度，而在燃烧气体所流动的燃烧筒的出口一侧即涡轮一侧的开口部上，设置有矩形的框体，通过该框体形成缩小前述燃烧气体的流路横截面积的结构。一般来说，沿着该框体的开口面的方向的厚度，为构成该矩形形状的各个对置边各不相同的结构。作为该框体的制造方法，一般的已知方法如下所述。
首先，在要形成的框体中，在构成矩形形状的各边中，将方棒料弯曲成形为矩形形状，前述方棒料相对于沿着该框体的开口面的方向具有与最厚的宽度相同的截面尺寸。此时，事先使方棒料的两端面对接，然后，将该端面通过埋入式对接焊进行接合，形成矩形部件。此外，在该矩形部件的前述各边中，对规定的边进行切削加工，相对于沿着开口面的方向而形成规定的厚度。由此，形成构成矩形的各个相对边的前述厚度各不相同的前述框体。此外，一般来说，已知的还有从平板进行剪切加工及切削加工、形成前述框体的方法。
但是，根据前述以往的框体的制造方法，首先，在使用方棒料形成前述框体的情况下，该方棒料的截面面积相对于长度方向全部均匀，在通过弯曲成形而形成前述矩形部件后，由于有必要对前述厚度较薄的前述边进行切削加工，所以具有成品率较差的问题。此外，对于前述框体的制造工时，由于该切削加工工时所占的比例较大，所以前述框体的制造工时也要增多，与前述成品率较差的问题相对应，导致前述框体价格过高。接着，在对平板进行剪切加工、切削加工形成前述框体的情况下，由于在平板上不需要位于前述框体的开口部及框体的外侧的材料，所以具有成品率极差的问题。进而，与上述同样地，导致加工工时增多、前述框体价格过高的问题。
发明内容
本发明，考虑到这样的情况而提出，以提供在形成前述框体的时候能够减轻材料的成品率较差的问题且能够低价地形成框体的制造方法及框体为目的。
在本发明的框体的制造方法中，在对金属材料进行环轧制而形成圆环状部件后，将该圆环状部件向径向按压使其弯曲成形，形成矩形部件，然后，将该矩形部件放入金属模中并按压来进行模锻，从而形成框体。
根据本发明的框体的制造方法，能够将切削加工工时抑制在最小限度内以形成前述框体。因此，由于能够减轻金属材料的成品率较差的问题及减少前述框体的制造工时，所以能够低价地制造前述框体。
另外，通过由环轧制而形成的圆环状部件形成框体，所以能够在构成框体的各个壁部之间使结晶流动连续。由此，在框体的圆周方向结晶流动连续，能够实现提高对于从该框体的内侧向外侧的力的机械强度，特别是蠕变(creep)强度。
在形成前述矩形部件的时候，最好将构成前述矩形部件的矩形形状的角部的角度设置为小于模锻后的框体的角度。
这种情况下，由于将构成前述矩形部件的矩形形状的角部的角度形成为小于前述框体的前述角度，所以在模锻前述矩形部件时，能够抑制在该锻造品的前述角部产生局部填充不满的问题。即，该局部填充不满的抑制效果，在如下的情况下格外明显。
在模锻前述矩形部件的时候，该矩形部件虽然被向与沿着其开口面的方向相垂直的方向按压，但是如果该矩形部件的前述角度较大，则前述角部的内表面将被咬入金属模中，产生较大的缝脊，其结果，导致前述框体的一部分，即在外表面上产生局部填充不满的现象。但是，如果前述矩形部件的前述角部的角度更小地形成，则由于前述角部的内表面不会被咬入金属模中，所以能够抑制在其内表面产生缝脊，由此能够抑制产生前述局部填充不满的现象。
此外，若将前述矩形部件的前述角度比所形成的框体的装置更小地形成，则其结果，该角部将向该矩形部件的外方侧伸出，能够延长该角部的周长。换言之，能够增大该角部的体积量，即，能够在该矩形部件中设置加厚部，在对该矩形部件实施模锻、形成框体的时候，能够将该框体的前述角部做成厚壁状。因此，由于能够将作为框体的应力集中位置的角部的壁厚较厚的形成，所以能够容易且可靠地形成实现高强度化的框体。
在形成前述矩形部件的时候，最好在前述圆环状部件的内侧配置型芯。
这种情况下，在从前述圆环状部件形成前述矩形部件的时候，由于在前述圆环状部件的内侧配置并按压前述型芯，所以能够通过前述型芯限制由按压引起的变形。因此，能够容易地将前述矩形部件形成为所希望的形状，能够低价地提供前述框体。
在形成前述圆环状部件的时候，以多个前述框体的高度形成该圆环状部件的轴方向的高度，在根据该圆环状部件形成前述矩形部件后，将该矩形部件按照前述每个框体的高度进行切断，然后，可以分别进行模锻。
这种情况下，在形成前述矩形部件的时候，前述高度，以多个要形成的框体的高度形成，然后，将前述矩形部件按照前述每个框体的高度进行切断，并分别进行模锻而形成前述框体，因此，能够高效地形成前述框体，能够提供低价的前述框体。
本发明的框体，是由多个壁部划分成的金属制的框体，结晶流动在向前述壁部的长度方向延伸，并且在这些各壁部之间连续。
根据本发明的框体，结晶流动在向前述壁部的长度方向延伸，并且在这些各壁部之间连续，即，在圆周方向上连续，因此，该框体，能够提高相对于从内侧向外侧的力的机械强度，特别是蠕变强度。
图1至图5是表示作为本发明的一个实施方式所示的框体的制造方法的第1至第5工序的说明图。
图6是表示从图4所示的矩形部件形成框体时的矩形部件的角部的放大俯视图。
图7是表示对图4所示的矩形部件进行腐蚀处理时的矩形部件的角部的扩大俯视图。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1至图7是说明作为本发明的一个实施方式所示的框架的制造方法的说明图。
首先，将加工成坯段的金属材料，例如Ni基合金等的耐热性合金通过热锻加工，在其端面上形成凹部，然后，将该锻造品通过圆环轧制机，形成图1所示的圆环状部件1。圆环状部件1的轴方向的高度A，是考虑到以下因素而决定的与沿着要制造的框体的开口面的方向相垂直的方向的高度，和在后述模锻工序中被向前述垂直方向按压时的塑性变形余量，及由一个圆环状部件1所形成的前述框体的个数等。在本实施方式中，前述高度A设定为能够利用1个圆环状部件1来制造2个前述框体。
在此，对在接下来的工序中对该圆环状部件1进行弯曲加工的锻造装置5的大致结构进行说明。如图2所示，锻造装置5具有基座2、相对于基台2的表面能够前后移动地设置的第1冲头3，和在与第1冲头3的移动方向相垂直的方向上能够相互同步接近、分离地设置的一组第2冲头4。在此，基座2和第1冲头3相互对置的表面为平滑面，一组第2冲头4相互对置的表面，为向相互对置的方向凸出的曲面。
对在如此构成的锻造装置5中，将该圆环状部件1进行弯曲成形的方法进行说明。首先，在与第1冲头3相对的基座2的表面上设置圆环状部件1，并且在圆环状部件1的内侧配置型芯6。此外，使第1冲头3相对于基座2的表面前进，使圆环状部件1的内圆环状部件与型芯6的表面抵接，并且将相对于第1冲头3的移动方向的圆环状部件1的厚度按压到所希望的厚度，由此形成具有第1壁部7的弯曲成形品8。
然后，如图3所示，不使第1冲头3后退地使其与弯曲成形品8的第1壁部7的表面抵接，使第2冲头4在相互接近的方向同步移动，直至弯曲成形品8的内圆环状部件中的没有形成第1壁部7的面与型芯6的表面抵接。此时，在弯曲成形品8中，在前述第1壁部7的非形成面上，形成有第2壁部9。由以上所述，形成在具有第1壁部7及第2壁部9，并且还具有与第1壁部7和第2壁部9相连结的角部13的矩形部件10。
此处，第1壁部7的前述厚度，具有小于第2壁部9的相对于第2冲头4的移动方向的厚度的关系。另外，依照第2冲头4表面的前述曲面形状，在第2壁部9的相对于第1冲头3的移动方向的中央部上，形成有朝向矩形部件10的内侧凸出的凸部11。
通过形成该凸部11，角部13的角度θ，小于在没有形成凸部11的情况下所形成的角度，即，小于在与矩形部件10的外圆环状部件抵接的第2冲头4的表面为平滑面时所形成的角度。与此同时，角部13，呈向该矩形部件10的外侧稍微伸出的形状。此外，在本实施方式中，角部13的角度θ，形成为小于与框体12相对应部分的角度θ1的角度，前述框体12通过后述模锻而形成，另外，使角部13的前述伸出量，不致被金属模中的用于形成角部13的外侧的部分咬入，前述金属模在后述模锻时使用。
然后，将矩形部件10从锻造装置5取出，并在取出设置于矩形部件10的内侧的型芯6后，如图4所示，在相对于沿着矩形部件10的开口面方向的垂直方向上，在规定的位置L处切断矩形部件10。由此，形成2个以前述高度A的一半的高度形成的矩形部件。
此外，在将该矩形部件配置在未图示的金属模内之后，通过将该矩形部件向前述高度方向按压进行模锻，形成具有所希望形状的图5A所示的框体12。
在此，前述矩形部件的角部13的角度θ，小于与框体12相对应的部分的角度θ1地形成，因此，在对前述矩形部件进行模锻加工时，未图示的金属模的用于成形该矩形部件的角部13的内侧的部分不会咬入该角部13的内侧，前述金属模向该部件前进移动，用于按压成形该部件。因此，在该模锻时，能够抑制角部13的内侧部分的缝脊的产生，也能够抑制角部13的外侧部分发生局部填充不满的现象。
此外，若将前述矩形部件的角度13事先比框体12的角度更小地形成，则其结果，如图6所示，该角部13朝向该矩形部件的外侧突出，能够延长该角部13的周长。换言之，能够增大该角部13的体积量，即，能够在该矩形部件上设置加厚部，在对该矩形部件实施模锻、形成框体12的时候，如图6的双点划线所示，能够将该框体12的前述角部做成厚壁状。因此，由于能够将作为框体12的应力集中位置的角部的壁厚较厚地形成，所以能够容易且可靠地形成可以实现高强度化的框体12。此外，前述矩形部件的角部13的角度θ，在该模锻时能够扩展为框体12的所希望的角度θ1，另外，由于角部13的前述突出量形成为前述的大小，所以角部13的外侧，在模锻时，不会被金属模中的用于形成角部13的外侧的部分咬入。
如以上所述地形成的框体12，由于是对通过环轧制而形成的圆环状部件1实施弯曲加工及模锻加工而形成的，所以结晶流动(GrainFlow)能够向构成框体12的长壁部12a及短壁部12b的长度方向延伸，并在各个壁部12a、12b之间连续。即，在框体12的圆周方向上结晶流动呈连续状态。在此，所谓的结晶流动，是在加压成形金属材料时，随着由该加压而引起的金属材料的变形，该材料的结晶组织所排列的状态，也称作锻流线(Flow Line)。此外，已知该结晶流动的方向比与之成直角方向具有更高的机械强度。
该结晶流动，有时通过对圆环状部件1、矩形部件10或者框体12用例如盐酸和过氧化氢的混合液进行10分钟至15分钟程度的腐蚀处理，在其表面上作为条状能以目视确认。例如，在对矩形部件10实施该腐蚀处理的时候，有时能够以目视确认角部13上的以图7的双点划线所示的结晶流动20。
另外，框体12的各个尺寸，如图5A、图5B所示，例如，长壁部12a的长度a约为500mm，短壁部12b的长度b约为200mm，框体12的高度c约为50mm，长壁部12a的厚度d约为25mm，短壁部12b的厚度e约为30mm，长壁部12a和短壁部12b的连接部，即框体12的角部12c，形成为外表面的顶点和内表面的顶点间的距离，即壁厚f约为50mm。
如以上说明所述，根据本实施方式的框体的制造方法，能够将切削加工工时抑制在最小限度内地形成框体12。因此，能够减轻金属部件的成品率较差的问题及减少框体12的制造工时，所以，能够低价地制造框体12。另外，如图3所示，在形成第2壁部9及角部13的时候，能够更小地形成角部13的角度θ。即，小于当与矩形部件10的外圆环状部件抵接的第2冲头4的表面为平滑面时所形成的角度，进而，能够比框体12的所希望的角度更小地形成。
由此，在模锻前述矩形部件而形成框体12的时候，由于前述金属模不咬入角部13的内表面，所以能够抑制在角部13的内表面产生缝脊，因此，能够抑制在角部13的外表面上产生局部填充不满的问题。
另外，在从圆环状部件1形成矩形部件10的时候，由于在圆环状部件1的内侧配置型芯6并进行推压，所以能够通过型芯6限制由于按压而引起的变形。因此，能够容易地将矩形部件10形成为所希望的形状，能够低价地提供框体12。
另外，由于考虑到上述加工余量等，事先以多个框体12的高度形成矩形部件10的前述高度A，并且在前述切断位置切断矩形部件10后，将这些矩形部件分别进行模锻形成框体12，所以能够高效地形成框体12，能够低价地提供框体12。
此外，框体12，由于是在通过环轧制而形成的圆环状部件1上通过实施弯曲加工及模锻加工而形成的，所以结晶流动20能够向构成框体12的各个壁部12a、12b的长度方向延伸，并能够经由角部12c在各个壁部12a、12b之间连续。即，能够在框体12的圆周方向上使结晶流动连续。由此，能够提高相对于从框体12的内侧朝向外侧的力的机械强度，特别是提高蠕变强度。
因此，在发电机用燃气涡轮中，由于提高燃烧气体的向涡轮叶片的喷接速度，所以若在燃烧气体所流动的燃烧筒的出口一侧即涡轮一侧的开口部上，设置有该框体12，用于缩小前述燃烧气体的流路横截面积，将会产生特别显著的效果。即，若以前述那样配置框体12，则在该框体12上，在高温下将作用从其内侧朝向外侧的较大的力，因此，虽然蠕变强度是一个问题，但是由于能使结晶流动20在框体12的圆周方向上连续，所以能够提高该框体12的蠕变强度。
另外，由于发电机用燃气涡轮等的运转·停止反复进行，因此在框体12中温度循环起作用、周期热应力起作用，导致耐久性成为一个问题，但是，由于结晶流动20处于以上所述的状态，所以能够提高该耐久性。
特别是，在本实施方式的框体的制造方法中，如前所述，由于能够将作为框体12的应力集中位置的角部做成厚壁状，所以能够可靠地提高前述机械强度及耐久性。
如上所述，能够提供一种框体12，该框体12特别适合在高温的温度循环下、在高负荷作用的环境下使用。
此外，本发明的技术范围并不局限于前述实施方式所限定的装置，在不脱离本发明的构思的范围内可以加入各种变形。例如，圆环状部件1即使不是正圆也可以。另外，矩形部件10不限于矩形，多边形也可以，此外，如图3、图4所示，角部13的角度θ并不限于大约90°，可以是例如平行四边形、扇形。此外，虽然矩形部件10的前述高度A为2个框体的高度，但是其个数也可以多于2个，也可以只有1个框架的高度。
本发明，涉及例如在涡轮运转装置等的特定部件的制造中最佳的用于制造框体的方法，在该框体中，能够在各个壁部之间使结晶流动连续，能够实现提高机械强度，特别是蠕变强度，此外，在形成这样的框体的时候，能够抑制制造上产生的问题，且能够实现减轻金属部件的成品率较差的问题及减少制造工时，能够低价地形成前述框体。
权利要求
1.一种框体的制造方法，形成金属制的框体，其特征在于，在对金属材料进行环轧制而形成圆环状部件后，将该圆环状部件向径向按压使其弯曲成形，形成矩形部件，然后，通过将该矩形部件放入金属模中按压来进行模锻，从而形成框体。
2.如权利要求1所述的框体的制造方法，其特征在于，在形成前述矩形部件时，将构成前述矩形部件的矩形形状的角部的角度设置为小于模锻后的框体的角度。
3.如权利要求1所述的框体的制造方法，其特征在于，在形成前述矩形部件时，在前述圆环状部件的内侧配置型芯。
4.如权利要求2所述的框体的制造方法，其特征在于，在形成前述矩形部件时，在前述圆环状部件的内侧配置型芯。
5.如权利要求1至4的任一项所述的框体的制造方法，其特征在于，在形成前述圆环状部件时，以多个前述框体的高度形成该圆环状部件的相对于轴方向的高度，在根据该圆环状部件形成前述矩形部件后，将该矩形部件按照前述每个框体的高度进行切断，然后，分别进行模锻。
6.一种由多个壁部划分成的金属制的框体，其特征在于，结晶流动在前述壁部的长度方向上延伸，并且在这些各壁部之间连续。
全文摘要
在该框体的制造方法中，在对金属材料进行圆环轧制形成圆环状部件后，将该圆环状部件向径向按压使其弯曲成形，形成矩形部件(10)。此时，将构成矩形部件(10)的矩形形状的角部(13)的角度θ，设置为小于通过将矩形部件(10)进行模锻而得到的框体的前述角度。根据通过该框体的制造方法获得的框体，能够提高机械强度，特别是蠕变强度，此外，在形成这样的框体的时候，能够抑制制造上产生的问题，且能够实现减轻金属部件的成品率较差的问题及减少制造工时，能够低价地形成该框体。
文档编号B21C37/15GK1668401SQ0381630
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月10日 优先权日2002年7月12日
发明者菊池弘明, 高桥正一, 田丸清志 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社