阅读说明：本技术 对长条材料加工自由曲面的方法 (Method for processing free-form surface of long strip material ) 是由 中西卓也 清水信男 浅香晴彦 俣野和弥 于 2018-06-27 设计创作，主要内容包括：在把持凸部3及叶片根部4的状态下对长条材料1加工自由曲面之后,在通过释放对凸部3的把持而释放加工时的应变时,长条材料1整体发生变形,由此,凸部3从被把持的位置A向释放了应变的位置B移动。确定以由长条材料1的自重引起的长条材料1的变形量对位置B进行修正后的位置即再次把持位置C,并在再次把持位置C对凸部3再次进行把持,对长条材料1再次加工自由曲面。(After the free-form surface is processed on the long material 1 in a state where the convex portions 3 and the blade root portions 4 are gripped, when the strain at the time of processing is released by releasing the grip on the convex portions 3, the entire long material 1 is deformed, and thereby the convex portions 3 move from the gripped position a to the strain-released position B. The re-gripping position C, which is a position where the position B is corrected by the amount of deformation of the long material 1 due to the own weight of the long material 1, is determined, and the convex portion 3 is re-gripped at the re-gripping position C, so that the free-form surface is machined again on the long material 1.)

对长条材料加工自由曲面的方法

技术领域

本发明涉及对长条材料加工自由曲面的方法。

背景技术

以往，在由长条材料加工涡轮叶片时，从粗加工直到精加工在维持着保持叶片根部部和叶片端部的状态下进行。在该情况下，在粗加工时长条材料产生应变，若直接在该状态下加工涡轮叶片，则涡轮叶片的最终完成状态的精度变差。虽然没有涉及到涡轮叶片的加工，但在专利文献1中记载了：在对长条材料进行加工时，在粗加工结束后释放对长条材料的一端的保持而释放长条材料的应变，以释放了应变的形状再次把持长条材料的一端来进行精加工。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-76437号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在对长条材料进行加工时，通常以将长条材料配置为水平方向的方式进行把持，因此在该状态下即使在粗加工结束后释放长条材料的一端，也能够释放粗加工时的应变，但在另一端残留有由悬臂支承的长条材料自身的自重引起的变形所附带的应力。即使在残留有长条材料自身的自重引起的变形所附带的应力的状态下再次把持长条材料的一端来进行精加工，对长条材料加工自由曲面而成的产品的最终完成状态有时也不如期望的那样。

鉴于上述情况，本发明的至少一个实施方式的目的在于，提供提高了对长条材料加工自由曲面而成的产品的最终完成状态的精度的、对长条材料加工自由曲面的方法。

用于解决课题的方案

(1)本发明的至少一个实施方式的对长条材料加工自由曲面的方法中，

所述长条材料在长度方向上具有一端区域和另一端区域，

所述方法包括：

把持所述一端区域和所述另一端区域的步骤；

在把持所述一端区域和所述另一端区域的状态下对所述长条材料加工自由曲面的第一加工步骤；

释放对所述一端区域的把持的步骤；

确定再次把持位置的步骤，该再次把持位置是以由所述长条材料的自重引起的所述长条材料的变形量对释放了所述一端区域的把持的状态的所述一端区域的位置进行修正后的位置；

在所述再次把持位置对所述一端区域再次进行把持的步骤；以及

在对所述一端区域再次进行把持之后，对所述长条材料加工自由曲面的第二加工步骤。

根据上述(1)的方法，在释放了第一加工步骤时产生的长条材料的应变和由长条材料的自重引起的长条材料的变形所附带的应力的状态下进行第二加工步骤，因此能够提高对长条材料加工自由曲面而成产品的最终完成状态的精度。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的方法的基础上，

由所述长条材料的自重引起的所述长条材料的变形量是预先通过解析或实验确定的，

在确定所述再次把持位置的步骤中，将相对于释放了对所述一端区域的把持的状态的所述一端区域的位置错开与所述变形量对应的量的位置确定为所述再次把持位置。

根据上述(2)的方法，在确定再次把持位置的步骤中，无需分别确定由长条材料的自重引起的长条材料的变形量，能够迅速地进行对长条材料加工自由曲面的方法。

(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的方法的基础上，

所述变形量是使所述长条材料朝向水平方向的状态下的所述一端区域相对于所述另一端区域的位置与使所述长条材料朝向铅垂方向的状态下的所述一端区域相对于所述另一端区域的位置之差。

根据上述(3)的方法，能够准确且容易地得到由长条材料的自重引起的长条材料的变形量。

(4)在几个实施方式中，在上述(1)的方法的基础上，

在释放对所述一端区域的把持的步骤之后，还包括使释放了对所述一端区域的把持的所述长条材料朝向铅垂方向的步骤，

在确定所述再次把持位置的步骤中，将使释放了对所述一端区域的把持的所述长条材料朝向铅垂方向时的所述一端区域相对于所述另一端区域的位置确定为所述再次把持位置。

根据上述(4)的方法，由于对每个长条材料确定考虑了由其自身的自重引起的变形的再次把持位置，因此能够进一步提高对长条材料加工自由曲面而而成的产品的最终完成状态的精度。

(5)在几个实施方式中，在上述(1)～(4)中任一个方法的基础上，

在所述第二加工步骤之后，将释放对所述一端区域的把持的步骤到所述第二加工步骤至少重复一次。

根据上述(5)的方法，即使在重复进行加工自由曲面的步骤的情况下，也能够在释放了自由曲面加工时产生的应变及由自重引起的变形所附带的应力的状态下对自由曲面再次进行加工，因此能够提高对长条材料加工自由曲面而成的产品的最终完成状态的精度。

(6)在几个实施方式中，在上述(1)～(5)中任一个方法的基础上，

在所述第二加工步骤之后，还包括对所述自由曲面进行表面加工处理的步骤。

根据上述(6)的方法，能够提高对长条材料加工自由曲面而成的产品的机械性质。

(7)在几个实施方式中，在上述(6)的方法的基础上，

预先预测由所述表面加工处理产生的残留应力引起的所述长条材料的变形量，考虑该预测值而在所述第二加工步骤中进行所述自由曲面的加工。

根据上述(7)的方法，通过在加工了自由曲面的长条材料上施加在表面加工处理中产生的应变，对长条材料加工自由曲面而成的产品的最终完成状态成为如期望的那样，因此能够提高对长条材料加工自由曲面而成的产品的最终完成状态的精度。

(8)在几个实施方式中，在上述(1)～(7)中任一个方法的基础上，

在所述长条材料的所述一端区域具有从所述一端区域突出的凸部，在对所述一端区域进行把持时，对所述凸部进行把持。

根据上述(8)的方法，凸部从一端区域突出，因此容易把持，另外，加工也简单。

(9)在几个实施方式中，在上述(1)～(8)中任一方法的基础上，对所述长条材料加工自由曲面而成的产品是旋转机械的叶片。

根据上述(9)的方法，能够提供提高了最终完成状态的精度的旋转机械的叶片。

(10)在几个实施方式中，在上述(9)的方法的基础上，

以在所述叶片的叶片前端侧处弦向朝向铅垂方向的方式把持所述一端区域和所述另一端区域。

由于叶片的叶片前端侧的厚度比叶片根部侧的厚度薄，因此当在叶片前端侧受到面外方向(相对于弦向正交的方向)的力时，存在容易变形的倾向。但是，根据上述(10)的方法，在释放了对一端区域的把持而仅对另一端区域悬臂支承时，基于叶片的自重的力在叶片前端侧沿叶片的面内方向(弦向)作用，从而抑制了由叶片的自重引起的变形。当抑制了由叶片的自重引起的变形时，由叶片的个体差异引起的一端区域的再次把持位置的偏差降低，因此能够在再次把持一端区域时有效地释放由长条材料的自重引起的变形所附带的应力。

发明效果

根据本发明的至少一个实施方式，通过在释放了第一加工步骤时产生的长条材料的应变和由长条材料的自重引起的长条材料的变形所附带的应力的状态下进行第二加工步骤，由此能够提高对长条材料加工自由曲面而成的产品的最终完成状态的精度。

附图说明

图1是表示在本发明的一个实施方式的方法中使用的长条材料的图。

图2是本发明的一个实施方式的方法的流程图。

图3是在本发明的一个实施方式的方法中把持叶片根部的第一把持部的立体图。

图4是本发明的一个实施方式的方法中把持凸部的第二把持部的主视图。

图5是从箭头V的方向观察图4的第二把持部的图。

图6是表示在本发明的一个实施方式的方法中，在第一加工步骤结束后释放了对凸部的把持时的凸部的位置及对凸部再次进行把持的再次把持位置的图。

图7是本发明的另一实施方式的方法的流程图。

图8是用于说明与由喷丸处理产生的残留应力引起的长条材料的变形量的预测值对应的长条材料的变形的图。

具体实施方式

以下，基于附图对发明的实施方式进行说明。

但是，本发明的范围并不限定于以下的实施方式。以下的实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、相对配置等并非旨在将本发明的范围仅限于此，而只不过是简单的说明例。

以对长条材料加工自由曲面来制造涡轮、压缩机等旋转机械的叶片为例对本发明的几个实施方式的方法进行说明。其中，对长条材料加工自由曲面而成的产品并不限定于旋转机械的叶片。

如图1所示，加工有自由曲面的长条材料1在其长度方向上具有一端区域1a及另一端区域1b。一端区域1a包括护罩2，在护罩2设置有从护罩2突出的凸部3。凸部3也可以具有大致长方体的板形状。另外，只要在一端区域1a具有用于加工或测量的基准面即可，并不限定于突出的凸形状。另一端区域1b包含完成品即叶片的叶片根部4。

基于图2的流程图对本发明的一个实施方式的方法进行说明。首先，在步骤S1中，分别通过夹具把持凸部3及叶片根部4。以下详细说明针对凸部3及叶片根部4各自的把持所例示的一个实施方式。其中，把持凸部3及叶片根部4的夹具的结构及把持方法可以是任意的，并不限定于以下的实施方式。

如图3所示，把持叶片根部4的夹具即第一把持部10的一个实施方式具备：基部11；支承台13，其从下方支承叶片根部4；以及两个压板12、12，它们与支承台13夹持叶片根部4。在支承台13形成有与叶片根部4的槽对应的槽。在各压板12也形成有与叶片根部4的槽对应的槽。在压板12和支承台13夹持叶片根部4的状态下，压板12通过螺栓14固定于支承台13，由此叶片根部4被第一把持部10把持。

如图4及图5所示，把持凸部3的夹具即第二把持部20的一个实施方式具备：基部21；旋转机构部61，其相对于基部21旋转；第一滑动机构部62，其相对于旋转机构部61直线地滑动；第二滑动机构部63，其在与第一滑动机构部62的滑动方向垂直的方向上相对于第一滑动机构部62直线地滑动；以及把持机构部64，其设置于第二滑动机构部63并把持凸部3。

把持凸部3的夹具只要是具有在旋转方向E和方向F及G(参照图4)上滑动的机构的夹具即可，并不限定于以下说明的把持的夹具。

如图5所示，旋转机构部61具备相对于基部21固定的衬套22和以能够相对于衬套22旋转的方式设置的台板23。台板23通过相对于衬套22旋转而相对于基部21向箭头E(图4)的方向旋转。

第一滑动机构部62具备以能够相对于台板23滑动的方式设置的第一承受台24和使第一承受台24滑动的第一滑动部65。第一滑动部65具备固定于台板23的框体31和***到形成于框体31的贯通孔31a的顶紧螺钉32。在贯通孔31a的内周面形成有螺纹槽，与顶紧螺钉32的螺纹槽螺合。顶紧螺钉32的前端部分与第一承受台24连结，通过使顶紧螺钉32相对于框体31的位置位移，第一承受台24随着顶紧螺钉32的位移而沿箭头F的方向直线地滑动。

第二滑动机构部63具备以能够相对于第一滑动机构部62滑动的方式设置的第二承受台25和使第二承受台25滑动的第二滑动部66。如图4所示，第二滑动部66具备固定于第一承受台24的框体33和***到形成于框体33的贯通孔33a的顶紧螺钉34。在贯通孔33a的内周面形成有螺纹槽，与顶紧螺钉34的螺纹槽螺合。顶紧螺钉34的前端部分与第二承受台25连结，通过使顶紧螺钉34相对于框体33的位置位移，第二承受台25随着顶紧螺钉34的位移而沿箭头G的方向直线地滑动。需要说明的是，箭头G的方向与箭头F的方向垂直。

如图5所示，第二承受台25具有底座部25a和突出部25b，该突出部25b水平方向的长度比底座部25a短且从底座部25a突出。把持机构部64具备板状的压板41和具有L字形状的剖面的两个压铁43。在与底座部25a对置的突出部25b的正面25b1通过螺栓42固定压板41，各压铁43的一端部分43a以与底座部25a的正面25a1及突出部25b的侧面25b2抵接的方式通过螺栓44固定于突出部25b。在此，正面25a1为设置有突出部25b的面，侧面25b2为连接正面25a1和正面25b1的面。在将适当厚度的垫板45和长条材料1的凸部3***于压板41与压铁43之间的状态下，通过利用螺栓44将压铁43固定于突出部25b，从而凸部3以夹持在压板41与压铁43之间的方式被第二把持部20把持。

另外，如图4所示，在突出部25b(参照图5)设置有支承部51和框体53。在凸部3被夹在压板41与压铁43之间时，配置为支承部51位于凸部3的下方，并且框体53位于凸部3的上方。支承部51隔着垫板52对凸部3的下端面3a进行支承。在框体53形成有贯通孔53a，该贯通孔53a在内周面形成有与螺栓54的螺纹槽螺合的螺纹槽，通过将螺栓54***贯通孔53a，将螺栓54的前端按压于凸部3的上端面3b，从而凸部3被把持于支承部51与螺栓54之间。

在此，优选在完成品即叶片的叶片前端侧以连结前缘6和后缘7的弦向L(图1)朝向铅垂方向的方式把持凸部3及叶片根部4。叶片的叶片前端侧的厚度比叶片根部4侧的厚度薄，因此当在叶片前端侧受到面外方向(相对于弦向正交的方向)的力时，存在容易变形的倾向。在释放对凸部3的把持而仅对叶片根部4悬臂支承时，基于叶片的自重的力在叶片前端侧沿叶片的面内方向(弦向)作用，从而抑制了由叶片的自重引起的变形。

另外，在本发明的一个实施方式的方法中，凸部3从与连结长条材料1的一端区域1a和另一端区域1b的长度方向垂直的方向，以被压铁43及压板41并且被支承部51及螺栓54夹持的方式被把持。叶片根部4也同样地，从与连结长条材料1的一端区域1a和另一端区域1b的长度方向垂直的方向，以被压板12及支承台13夹持的方式被把持。即，在长条材料1上，不对长条材料1施加从一端区域1a朝向另一端区域1b的方向和从另一端区域1b朝向一端区域1a的方向的按压力。为了不对长条材料1施加这样的按压力，如图5所示，凸部3以在凸部3与第二承受台25的突出部25b的正面25b1之间隔开间隙30的方式被第二把持部20把持。通过以不对长条材料1施加这样的按压力的方式把持凸部3及叶片根部4，能够避免在长条材料1的厚度较薄的部分那样的强度弱的部分挠曲的屈曲现象。

如图2所示，在步骤S1结束后，进行在把持凸部3及叶片根部4的状态下对长条材料1加工自由曲面的第一加工步骤(步骤S2)。在加工自由曲面时，长条材料1产生应变。为了释放该应变，在第一加工步骤结束后释放对凸部3的把持(步骤S3)。

如图6所示，在通过释放对凸部3的把持而释放应变时，长条材料1整体发生变形，由此凸部3从被把持的位置A向释放应变的位置B移动。然后，为了对长条材料1再次加工自由曲面而对凸部3再次进行把持，但由于释放了对凸部3的把持的状态为叶片根部4(参照图1)被第一把持部10悬臂支持的状态，因此长条材料1因其自重而发生变形。因此，当在第一加工步骤引起的应变被释放了的位置B对凸部3再次进行把持而对长条材料1再次加工自由曲面时，在残留了由长条材料1的自重引起的变形所附带的应力的状态下对长条材料1进行加工，叶片的最终完成状态的精度有时不如期望的那样。因此，需要确定以由长条材料1的自重引起的长条材料1的变形量对位置B进行修正后的位置即再次把持位置C(图2的步骤S4)，并在这样的再次把持位置C对凸部3再次进行把持。以下对确定再次把持位置C的步骤进行说明。

在一个实施方式中，确定再次把持位置的步骤能够预先确定由长条材料1的自重引起的变形量，并将相对于图6的位置B错开与该变形量对应的量的位置作为再次把持位置C。变形量可以通过解析或实验来确定。在基于实验的确定中，例如也可以求出在使长条材料1朝向水平方向的状态下的一端区域1a相对于另一端区域1b的位置与在使长条材料1朝向铅垂方向的状态下的一端区域1a相对于另一端区域1b的位置之差，并将该差作为变形量。更具体而言，也可以求出在使长条材料1朝向水平方向的状态下的凸部3相对于叶片根部4的位置与使长条材料1朝向铅垂方向的状态下的凸部3相对于叶片根部4的位置之差。另外，例如，也可以不考虑由长条材料1的自重引起的变形，求出将位置B作为再次把持位置而再次把持凸部3并进行后续的步骤而制造出的叶片的形状与叶片的期望形状之差，并将该差作为变形量。通过这样预先确定由长条材料1的自重引起的变形量，在确定再次把持位置的步骤S4中，无需分别确定由长条材料1的自重引起的变形量，从而能够迅速地进行步骤S4。

另外，在另一实施方式中，确定再次把持位置的步骤也可以是，将释放了对凸部3的把持的长条材料1朝向铅垂方向，在该状态下将凸部3相对于叶片根部4的位置确定为再次把持位置C。通过使长条材料1朝向铅垂方向，由长条材料1的自重引起的变形所附带的应力被释放。于是，在释放对凸部3的把持并且使长条材料1朝向铅垂方向的状态下，由第一加工步骤引起的应变及由长条材料1的自重引起的变形所附带的应力两者被释放，因此在该状态下的凸部3的相对于叶片根部4的位置成为再次把持位置C。这样，通过使步骤S4中释放了对凸部3的把持的长条材料1朝向铅垂方向，由此针对每个长条材料1来确定考虑了由其自身的自重引起的变形的再次把持位置C，从而能够进一步提高叶片的最终完成状态的精度。

如图2所示，在步骤S4结束后，在所确定的再次把持位置C对凸部3再次进行把持(步骤S5)。在再次把持位置C(参照图6)处对凸部3的再次把持可以通过选择具有适当宽度的垫板45(参照图5)并将其夹在压铁43与压板41之间来进行，以使凸部3处的把持位置成为再次把持位置C。在位置A与再次把持位置C的位移较大的情况下，如图4所示，通过使台板23沿箭头E方向旋转、使第一承受台24沿箭头F方向滑动；使第二承受台25沿箭头G方向滑动而使第二把持部20移动至再次把持位置C，由此也能够在再次把持位置C把持凸部3。

在步骤S5结束后，进行第二加工步骤，该第二加工步骤在释放了第一加工步骤时产生的应变及由长条材料1的自重引起的变形所附带的应力的状态下，对凸部3及叶片根部4被把持的长条材料1再次加工自由曲面(步骤S6)。需要说明的是，如上所述，若以在叶片的叶片前端侧处弦向L朝向铅垂方向的方式把持凸部3及叶片根部4，从而抑制由叶片的自重引起的变形，则由叶片的个体差异引起的凸部3的再次把持位置的偏差降低，因此也能够在对凸部再次进行把持时有效地释放由长条材料1的自重引起的变形所附带的应力。在一个实施方式中，也可以是，第一加工步骤为自由曲面的粗加工，第二加工步骤为自由曲面的精加工。在该情况下，在作为精加工的步骤S6结束后，叶片完成，该实施方式的方法结束。

这样，通过在释放了在第一加工步骤时产生的长条材料1的应变和由长条材料1的自重引起的长条材料1的变形所附带的应力的状态下进行第二加工步骤，从而能够提高叶片的最终完成状态的精度。

在另一实施方式中，如图7所示，在步骤S6结束后，将步骤S3至步骤S6至少重复一次(步骤S7)。即使在多次进行第二加工步骤的情况下，通过每次都进行步骤S3～S5，也能够在释放了加工自由曲面时产生的应变及长条材料1的自重引起的变形所附带的应力的状态下进行第二加工步骤，因此能够提高叶片的最终完成状态的精度。

并且，在另一实施方式中，也可以是，在图2的流程图中步骤S6结束后，在图7的流程图中步骤S7结束后，为了提高机械性质而对加工了自由曲面的长条材料1进行喷丸处理等表面加工处理。在该情况下，也可以在图2的流程图中在步骤S6时，在图7的流程图中在步骤S7的最后的第二加工步骤时，预先预测由通过表面加工处理产生的残留应力或基于表面加工处理的前后工序的附加反应引起的长条材料1的变形量，并考虑预测的变形量而进行自由曲面的加工。该变形量的预测也可以通过解析或实验来确定。需要说明的是，上述喷丸处理包括玻璃喷丸处理及钢喷丸处理，作为表面加工处理，除此以外，还可以是网格喷砂、涂层的热喷涂、无机类涂装、镀覆、高频淬火、浸碳/氮化处理等热处理、研磨等。

在进行表面加工处理之前的第二加工步骤中，在图8中例示考虑预测的变形量而被加工的长条材料1的形状。在图8中，将水平方向设为x轴，将铅垂方向设为y轴，分别将这些轴的方向作为x轴向及y轴向。另外，将与x轴及y轴双方垂直的轴为中心的周向设为θ方向。需要说明的是，将成为θ方向的中心的、与x轴及y轴双方垂直的轴向作为长条材料1的长度方向。

图8以单点划线示出叶片的分别在x轴向、y轴向、θ方向上的最终形状。Δx是相对于叶片的最终形状的x轴向的预测的变形量，Δy是相对于叶片的最终形状的y轴向的预测的变形量，Δθ是相对于叶片的最终形状的θ方向的预测的变形量。在第二加工步骤中，当对加工成包含这样的变形量的形状的长条材料1进行喷丸处理等表面加工处理时，由于产生的残留应力，长条材料1在X轴向上朝着最终形状仅变形Δx，在y轴向上朝着最终形状仅变形Δy，在θ方向上朝着最终形状而仅变形Δθ，由此能够得到最终形状的叶片。

因此，为了得到所期望的最终形状的叶片，在进行表面加工处理之前的第二加工步骤中，将长条材料1加工成相当于叶片的最终形状在x轴向上仅移位Δx，在y轴向上仅位移Δy，在θ方向上仅位移Δθ而成的形状。

附图标记说明：

1 长条材料

1a 一端区域

1b 另一端区域

2 护罩

3 凸部

4 叶片根部

6 前缘

7 后缘

10 第一把持部

11 基部

12 压板

13 支承台

14 螺栓

20 第二把持部

21 基部

22 衬套

23 台板

24 第一承受台

25 第二承受台

25a 底座部

25a1 正面

25b 突出部

25b1 正面

25b2 侧面

30 间隙

31 框体

31a 贯通孔

32 顶紧螺钉

33 框体

33a 贯通孔

34 顶紧螺钉

41 压板

42 螺栓

43 压铁

44 螺栓

45 垫板

51 支承部

52 垫板

53 框体

53a 贯通孔

54 螺栓

61 旋转机构部

62 第一滑动机构部

63 第二滑动机构部

64 把持机构部

65 第一滑动部

66 第二滑动部

C 再次把持位置。