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Verfahren zum mehrstufigen Längswalzen von Profilen, z. B. von Turbinenschaufeln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum mehrstufigen Längswalzen von Profilen
mit etwa tropfenfärmigem, insbesondere unsymmetrischem Querschnitt, vor allem von
Turbinen- und V erdichterschaufeln od. dgl.
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Die sparlose Fertigung solcher Schaufeln hat im Hinblick auf die schiwierige
Herstellung der komplizierten Schaufelformen und die verlangte, außerordentlich
hohe Genauigkeit gegenüber der spanabhebenden Bearbeitung sehr erhebliche Vorzüge,
die vor allem auf der erzielten, sehr großen Materialersparnis und dem wesentlich
geringeren Arbeitsaufwand beruhen. Es wurde zur sparlosen Formung von Vollschaufeln
der in Rede stehenden Art bereits vorgeschlagen, zunächst ein Rohblatt im Fließpreßverfahren
zu erzeugen, sodann den Schaufelfuß anzus.tauchen, das Schaufelblatt in mehreren
Walzstufen auszuwalzen und schließlich die Verwindung des Blattes durch Pressen
und Schlagen herbeizuführen.
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Da die Verdrängung des Werkstoffes senkrecht zur Kraftrichtung einen
sehr hohen Formänderungwiderstand bedingt und es sich bei den Schaufeln um verwickelte
Teile ,handelt, bei denen sich das Schaufelblatt nach oben konisch verjüngt, geht
die Erfindung davon aus, ein in Längsrichtung des Schaufelblattes vorzunehmendes
Walzverfahren anzuwenden, welches infolge der tangentialen Verdrängung des Werkstoffes
viel weniger Arbeitsaufwand erfordert. Dieses Längswalzen wird. in an sich bekannter
Weise in mehreren aufeinanderfolgenden Walzstufen vorzugsweise auf Segment-oder
Pendelwalzmaschinen
durchgeführt, bei denen die segmentförmigen Werkzeuge auf verhältnismäßig großen
Walzen angeordnet werden.
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Hierbei hat sich aber insbesondere bei Schaufeln mit unsymmetrischen
Profilquerschnitten gezeigt, daß das Schaufelblatt leicht seitlich ausweicht. Um
diesen Übelstand zu beseitigen, verwendet die Erfindung ein in der Walztechnik,
z. B. beim Herstellen von Schwellen, an sich bekanntes Hilfsmittel, welches darin
besteht, daß den zu "formenden Werkstücken Profile aufgewalzt werden, die der Werkstückführung
in den anschließenden Walzstufen dienen und die mit einer Gegenführung des Walzwerkzeuges
zusammenwirken. Bei der Anwendung dieses Hilfsmittels im bekannten Fall .handelt
es sich aber nur um solche Profile, welche in Abständen angeordnete Vorsprünge oder
Erhehungen haben. Diese Vorsprünge werden beim Walzen dazu benutzt, die auszuwalzenden
Profile in ihrer Lage zu den Walzkalibern zum sicheren Stehen zu bringen. Es ist
auch bekannt, diese Führungsprofile gegen Ende des Walzvorganges zwecks Umprofilierung
der Werkstücke teilweise wieder zu entfernen.
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Demgegenüber handelt es sich bei deni Verfahren gemäß der Erfindung
-nicht darum, daß man ein mehr oder weniger gleichmäßiges Profil abwalzen will,
sondern die Aufgabe besteht darin, ein etwa tropfenförmiges Profil, insbesondere
mit unsymmetrischem Querschnitt abzuwalzen, welches für Turbinen- und Verdichterschaufeln
in Frage kommt und welches lxis jetzt noch nicht in befriedigender Weise durch Walzen
verformt werden konnte. Beim Walzen solcher Profile bestand bisher die Gefahr, daß
hinter der Walze eine etwa säbelförmige Ausweichung in der langen Querschnittachse
des Werkstückes erfolgt.
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Erfindungsgemäß werden diese Mängel dadurch beseitigt, daß den auszuwalzenden
Werkstücken, insbesondere den Schaufelblättern, in der ersten Walzstufe an sich
bekannte, mit einer Gegenführung des Walzwerkzeuges zusammenarbeitende Führungsprofile
aufgewalzt werden, -und daß diese Führungsprofile spätestens in der letzten Walzstufe
durch Niederwalzen wieder beseitigt werden.
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Während also die Führungsprofile bei dem bisher bekannten Verfahren
mit der Werkstückführung nur eine Nebenfunktion erfüllen, werden die Führungsprofile
gemäß der Erfindung ausschließlich zum Zweck der wegen der Querschnittsasymmetrie
erforderlichen Werkstückführung am Ausgangswerkstück aufgewalzt und gegen Ende des
Walzvorganges wieder beseitigt. Dieses Verfahren trägt wesentlich zur Erleichterung
und Vereinfachung der spanlosen Formgebung durch Längswalzen bei und hat eine erhebliche
Verringerung des Ausschusses zur Folge.
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Die Führungsprofile können in verschiedener Weise ausgebildet werden,
z. B. in Form einer in der mittleren Längsachse des Schaufelblattes eingewalzten
Rille oder aufgewalzten Wulst oder zweier an den beiden Längsseiten des Schaufelblattes
eingewalzter Rillen bzw. Wülste. In der Zeichnung ist das Verfahren gemäß der Erfindung
in verschiedenen Ausführungen beispielsweist und lediglich schematisch veranschaulicht.
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Fig. i bis 5 zeigen das Längswalzen eines Schaufelblattes mit mittlerer
Längsrille; Fig.6 bis io zeigen das Längswalzen eines Schaufelblattes mit mittlerer
Längswulst; Fig. II bis 16. zeigen das Längswalzen eines Schaufelblattes mit zwei
seitlichen Längsrillen. Das Verfahren des Längswalzens gemäß der Er--findung geht
beispielsweise gemäß Fig. i von einem Stangenabschnitt i aus. Derselbe wird auf
einer Segment- oder Pendelwalzmaschine in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen längs
gefalzt. In der ersten Walzstufe wird der Stangenabschnitt i zu einem Schaufelblatt
2 vorgewalzt, und zwar gesohieht dies gemäß Fig. 2 zwischen zwei beispielsweise
s-egmentförmigen Walzwerkzeugen 3 und 4. Das obere Werkzeug 3 besitzt einen mittleren
vorstehenden Wulst 5, durch welchen beim ersten Walzvorgang in der mittleren Längsachse
des Schaufelblattes 2 eine Rille 6 eingewalzt wird.
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In den anschließenden Walzstufen, von denen zwei in Fig.3 und 4 angedeutet
sind, dient die Längsrille 6 zur Führung und verhindert das seitliche Ausweichen
des Schaufelblattes während des Längswalzens, welches zwischen den Walzwerkzeugen
3a, 4. und 3b, 4b erfolgt. Die Längsrille 6 wird aber hierbei durch entsprechende
Verkleinerung der vorspringenden Walzwulst 5" 5b immer mehr zu Rillen
6a, 6b abgeflacht und schließlich noch vor Erreichen des endgültigen Schaufelprofilquerschnittes
gänzlich zum Verschwinden gebracht, wie die letzte Längswalzstufe des Schaufelblattes
2, zwischen den Walzwerkzeugen 3, und 4, gemäß Fig. 5 veranschaulicht.
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Gemäß Fig. 6 bis io wird umgekehrt verfahren, wobei wiederum von einem
in Fig. 6 dargestellten Stangenabschnitt i ausgegangen wird. In der ersten Längswalzstufe
gemäß Fig.7 wird aber auf das zwischen den. Walzwerkzeugen 8 und 9 längs gewalzte
Schaufelblatt 7 mittels einer mittleren Längsvertiefung io des oberen Werkzeuges
8 eine L ängswulst i i aufgewalzt. Diese Längswulst i i dient ebenso wie vorhin
die Längsrille 6 zur Führung des Schaufelblattes während der anschließenden Walzstufen
gemäß Fig: 8, 9 usw., wodurch das seitliche Ausweichen verhindert wird. Diese Längswulst
wird, wie die Formen iia und IIb der Schaufelformen 7a und 7b veranschaulichen,
durch entsprechende Verkleinerung der Werkzeugvertiefung ioa, iob während dieser
weiteren Walzoperationen stufenweise abgeflacht, bis sie bei Erreichen des endgültigen
Schaufelprofilquerschnittes gemäß Fig. io verschwunden ist, wie das Schaufelblatt
7, zwischen den Walzwerkzeugen 8, und 9,
erkennen läßt.
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Die in Fig. i i bis 16 veranschaulichte Ausführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung geht von einem in Fig. i i dargestellten Stangenabschnitt 12
aus, welcher eine größere Breite als die zukünftige Schaufel besitzt. In der ersten
Längswalzstufe gemäß
Fig. 12, welche den Schaufelblattkörper 13
zwischen den Walzwerkzeugen 1q., 15 verformt, werden von dem oberen Werkzeug an
den beiden Längsseiten des Schaufelblattes Führungsrillen 16 eingewalzt. Der gegenseitige
Abstand dieser Führungsrillen 16 entspricht der Breite des endgültigen Schaufelblattes.
Diese Längsrillen 16 (oder entsprechende Längswulste) dienen dem Schaufelblatt während
der nachfolgenden Walzoperationen zur seitlichen Führung und verhindern ein Ausweichen
des Schaufelblattes. Eine Reihe von solchen nachfolgenden Walzoperationen ist in
den Fig. 13 bis 15 angedeutet, wobei das Schaufelblatt 13, 13b, r 3c zwischen den
Werkzeugen 14" 15, bzw. iqb, i5b bzw. iq." 15, bis zur Erzielung des endgültigen
Schaufelprofilquerschnittes längsgewalzt wird. Die seitlichen Längsführung@srillen
werden, wie bei 16Q, 16b und 16, angedeutet ist, hierbei nicht völlig heruntergewalzt.
Vielmehr genügt es, diese seitlichen Führungsteile anschließend von dem Schaufelblatt
abzutrennen, so daß sich zuletzt das gewünschte Schaufelblatt IN ergibt.