JP7640420B2 - FORMED ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING FORMED ARTICLE - Google Patents
FORMED ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING FORMED ARTICLE Download PDFInfo
- Publication number
- JP7640420B2 JP7640420B2 JP2021147922A JP2021147922A JP7640420B2 JP 7640420 B2 JP7640420 B2 JP 7640420B2 JP 2021147922 A JP2021147922 A JP 2021147922A JP 2021147922 A JP2021147922 A JP 2021147922A JP 7640420 B2 JP7640420 B2 JP 7640420B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- wing
- flow passage
- flow
- passage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
- B23K9/032—Seam welding; Backing means; Inserts for three-dimensional [3D] seams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
本発明は、造形物及び造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a molded object and a method for manufacturing a molded object.
近年、生産手段としての3Dプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた3Dプリンタは、レーザやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。 In recent years, there has been an increasing need for 3D printers as a means of production, and research and development is being conducted in the aircraft industry, etc., with a view to practical application of 3D printers to metal materials in particular. 3D printers that use metal materials use a heat source such as a laser or arc to melt metal powder or metal wire, and then layer the molten metal to create a model.
例えば、ブレードを有する回転体を製造する技術として、中心軸となる軸体の周囲に溶着ビードを積層させてブレードを形成する技術がある(例えば、特許文献1参照)。 For example, one technique for manufacturing a rotor with blades is to form blades by laminating weld beads around a central shaft (see, for example, Patent Document 1).
ところで、さらなる高機能化の一例として、上記のような造形方法によって内部に冷却流路を形成して冷却機能を有する回転体の造形も行うことができるが、冷却流路を備えた回転体では、機械的な強度や造形可能な構造とのバランスが求められる。 As an example of further increasing functionality, the above-mentioned molding method can be used to mold a rotating body with cooling function by forming cooling channels inside, but a rotating body with cooling channels requires a balance between mechanical strength and a moldable structure.
例えば、内部に冷却流路を有する回転体において、図9に示すように、冷却流路1には、想定される荷重方向Fと平行な断面で見たときに、隅部のR形状や高さh/幅wの比によって応力集中係数が異なる。このため、冷却流路1を有する回転体を造形する場合、疲労強度等の観点から、軸方向に主応力が生じることを想定し、応力集中係数が低くなるように設計することが好ましい。しかし、単純に幅wを大きくしたり隅部のR形状を大きくすると、ビードを積層して冷却流路1を造形する際に、オーバーハングとなる部分のビード本数が増えたり、R形状を形成するために細かな造形条件の調整が必要となる。
For example, in a rotating body having an internal cooling channel, as shown in FIG. 9, the stress concentration coefficient of the
そこで本発明は、流路を有する回転体からなり、応力集中が抑えられた造形物及び造形物の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a molded object and a method for manufacturing a molded object that consists of a rotating body with a flow path and in which stress concentration is suppressed.
本発明は下記構成からなる。
(1) 金属母材からなる軸体の周囲に溶接金属から造形された複数の翼部を有するとともに内部に中空の流路が設けられ、前記軸体の軸心を中心として回転される回転体からなる造形物であって、
前記流路は、
前記翼部内に複数設けられて前記翼部と並行に延びる翼部流路と、
前記翼部の端部で前記翼部と交差する方向に延びる連結流路と、
を有し、
隣り合う前記翼部流路に前記連結流路が交互に連通されて前記流路の経路が前記翼部の端部で折り返されている、
造形物。
(2) 上記(1)の造形物を製造する製造方法であって、
前記軸体を回転させながら、前記軸体の外周に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて前記翼部を造形する翼部造形工程を含み、
前記翼部造形工程において、前記溶着ビードを、前記翼部流路の経路に沿って平行に延伸させて前記連結流路に沿う部分と一続きに形成して積層させて前記流路を形成する流路形成工程を行う、
造形物の製造方法。
The present invention comprises the following configurations.
(1) A structure comprising a rotor having a plurality of wing portions formed from a welded metal around a shaft body made of a base metal, a hollow flow passage provided therein, and rotated around the axis of the shaft body,
The flow path is
A plurality of blade flow passages are provided within the blade portion and extend parallel to the blade portion;
A connecting flow passage extending in a direction intersecting the wing portion at an end of the wing portion;
having
The connecting flow passages are alternately connected to the adjacent wing flow passages, and the paths of the flow passages are turned back at the ends of the wing portions.
A sculpture.
(2) A method for producing a shaped object according to (1) above, comprising the steps of:
A wing portion forming process includes forming the wing portion by laminating a weld bead formed by melting and solidifying a filler material on an outer periphery of the shaft while rotating the shaft,
In the wing portion forming step, a flow passage forming step is performed in which the weld bead is extended in parallel along the path of the wing portion flow passage to be continuous with the portion along the connecting flow passage and laminated to form the flow passage.
A method for manufacturing a sculpture.
本発明によれば、流路を有する回転体からなり、応力集中が抑えられた造形物を提供できる。 The present invention provides a molded object that consists of a rotating body with a flow path and in which stress concentration is suppressed.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の造形物Wの斜視図である。図2は、本発明の造形物Wにおける冷却流路61を示す模式図である。図3は、ブレード55における冷却流路61の配置を説明するブレード55の概略断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Fig. 1 is a perspective view of a shaped object W of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing a
図1に示すように、造形物Wは、軸体51と、軸体51の外周に造形された造形部53とを有しており、造形部53には、ブレード(翼部)55が形成されている。
As shown in FIG. 1, the object W has a
軸体51は、例えば、鋼棒等の断面円形の丸棒体である。この軸体51の外周に設けられた造形部53のブレード55は、外周側への突出部分が軸方向に向かって螺旋状に捻られた形状に形成されている。このブレード55を有する造形部53は、軸体51の周囲に溶着ビードを形成して積層させることにより造形される。なお、溶着ビードによって造形される造形部53は、その後に切削加工によって表面が目標形状に形成される。
The
図2及び図3に示すように、造形物Wは、その内部に、冷却流路61を有している。この冷却流路61は、冷却水等の冷却媒体が流される流路であり、この冷却流路61に冷却媒体が流されることにより、造形物Wが冷却される。
As shown in Figures 2 and 3, the object W has a
冷却流路61は、翼部流路63と、連結流路65と、軸流路67とを有している。翼部流路63は、3つ一組とされてそれぞれのブレード55に形成されている。これらの3つの翼部流路63は、ブレード55に沿って並行に延在されている。
The
また、これらの翼部流路63は、ブレード55の外表面55a側の内面63aが、ブレード55の外表面55aと平行に配置されている。さらに、各ブレード55に設けられた3つの翼部流路63は、ブレード55の外表面55aからそれぞれ等距離に配置されている。
The
連結流路65は、ブレード55の両端に形成されている。これらの連結流路65は、ブレード55の端部でブレード55と交差する方向に延伸され、隣り合う翼部流路63に交互に連通されている。これにより、冷却流路61は、翼部流路63がブレード55の端部で連結流路65によって折り返された経路とされている。軸流路67は、軸体51の中心に形成されている。軸流路67は、その一端が連結流路65を介して翼部流路63の一つに連通されている。
The connecting
冷却流路61は、軸流路67における翼部流路63との連通側と反対側の端部が始端61Sとされ、連結流路65と連通されていない翼部流路63の端部が終端61Eとされている。そして、冷却流路61は、始端61Sから終端61Eにわたって一続きとされている。つまり、冷却流路61は、軸体51の一方の端部における軸流路67の始端61Sから翼部流路63及び連結流路65を交互に通ることにより、ブレード55の端部で折り返し、翼部流路63の端部の終端61Eに達している。
The
図4は、冷却流路61の断面形状を説明する翼部流路63の断面図である。
図4に示すように、冷却流路61の翼部流路63は、延伸方向に直交する断面視において、隅部が円弧状に形成されている。これにより、冷却流路61の隅部における応力集中が緩和される。例えば、溶着ビードBを積層させて冷却流路61を造形する際に、側壁部分と底部との隅部に隅肉溶接Bsを施してR形状に形成したり、側壁部分の上部を塞ぐ天井部分を造形する際に、側壁部分と天井部分との隅部がR形状となるように溶着ビードBをオーバーハングさせて積層させる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a
4, the corners of the
次に、上記の造形物Wを製造する製造システムについて説明する。図5は造形物Wを製造する製造システム100の模式的な概略構成図である。
Next, we will explain the manufacturing system for manufacturing the above-mentioned object W. Figure 5 is a schematic diagram of the
図5に示すように、本構成の造形物の製造システム100は、溶接ロボット11と、ロボットコントローラ13と、溶加材供給部15と、溶接電源19と、制御部21と、を備える。
As shown in FIG. 5, the
溶接ロボット11は、多関節ロボットからなるアクチュエータであり、先端軸にトーチ23が支持される。トーチ23の位置及び姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で3次元的に任意に設定可能となっている。トーチ23は、溶加材供給部15から連続供給される線状の溶加材(溶接ワイヤ)Mをトーチ先端から突出した状態に保持する。
The
トーチ23は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが溶接部に供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する造形物に応じて適宜選定される。
The
例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Mがコンタクトチップに保持される。トーチ23は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生する。溶加材Mは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構によりトーチ23に送給される。そして、トーチ23を移動しつつ、連続送給される溶加材Mを溶融及び凝固させると、溶加材Mの溶融凝固体である溶着ビードBが形成される。
For example, in the case of a consumable electrode type, a contact tip is placed inside the shield nozzle, and the filler material M to which a melting current is supplied is held by the contact tip. The
溶加材Mを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビームやレーザにより加熱する場合、加熱量をさらに細かく制御でき、溶着ビードBの状態をより適正に維持して、造形物Wの更なる品質向上に寄与できる。 The heat source for melting the filler material M is not limited to the arc described above. For example, other heat sources may be used, such as a heating method that combines an arc and a laser, a heating method that uses plasma, or a heating method that uses an electron beam or laser. When heating with an electron beam or laser, the amount of heat can be controlled more precisely, and the state of the weld bead B can be more appropriately maintained, contributing to further improving the quality of the molded object W.
溶加材Mは、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼,高張力鋼及び低温用鋼用のマグ(MAG)溶接及びミグ(MIG)溶接ソリッドワイヤ(JIS Z 3312)、軟鋼,高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ(JIS Z 3313)等で規定されるワイヤを用いることができる。 Any commercially available welding wire can be used as the filler material M. For example, wires specified in MAG and MIG welding solid wires for mild steel, high tensile steel and low temperature steel (JIS Z 3312), arc welding flux-cored wires for mild steel, high tensile steel and low temperature steel (JIS Z 3313), etc. can be used.
溶加材Mとしてチタンのような活性金属を用いることもできる。その場合、溶接時に大気との反応による酸化、窒化を回避するため、溶接部をシールドガス雰囲気にすることが必要となる。 An active metal such as titanium can also be used as the filler metal M. In that case, it is necessary to place the weld in a shielding gas atmosphere to prevent oxidation and nitridation due to reaction with the atmosphere during welding.
ロボットコントローラ13は、制御部21からの指示を受けて、溶接ロボット11の各部を駆動し、必要に応じて溶接電源19の出力を制御する。
The
制御部21は、CPU、メモリ、ストレージ等を備えるコンピュータ装置により構成され、予め用意された駆動プログラム、又は所望の条件で作成した駆動プログラムを実行して、溶接ロボット11等の各部を駆動する。
The
上記構成の製造システム100は、設定された層形状データから生成されるトーチ23の移動軌跡に沿って、トーチ23を溶接ロボット11の駆動により移動させるとともに、軸体51を軸回りに回動させながら、溶融した溶加材Mからなる溶着ビードBをトーチ23によって軸体51の周囲に積層させる。これにより、軸体51の外周に溶着ビードBからなる造形部53が造形された造形物Wを製造する。なお、軸体51は、その両端が、ベース47上に設けられた支持部49に支持されて回動可能とされている。
The
次に、本発明の造形物の製造方法について説明する。
(軸流路形成工程)
まず、軸体51の中心に一端から穿孔し、軸流路67を形成する。また、軸体51の他端近傍において、径方向に孔を形成し、軸流路67に繋がる連結流路65の一部を形成する。
Next, a method for producing a shaped object according to the present invention will be described.
(Axial flow passage forming process)
First, a hole is drilled from one end in the center of the
(翼部造形工程)
軸体51を回転させながら、軸体51の外周にブレード55を有する造形部53を造形する。具体的には、造形するブレード55の延在方向に沿って繰り返し溶着ビードBを形成する。これにより、軸体51の外周に、溶着ビードBを積層させてブレード55を有する造形部53を造形する。
(Wing section molding process)
While rotating the
このとき、ブレード55を造形する際に、溶着ビードB同士に隙間をあけて中空部分を形成することにより、溶着ビードBによって囲われた翼部流路63及び連結流路65を形成する流路形成工程を行う。これにより、入口である始端61Sから出口である終端61Eまで一続きの経路の冷却流路61を形成する。
At this time, when the
ここで、流路形成工程における翼部流路63の形成の仕方について、ブレード55における最外周部分の翼部流路63を形成する場合を例にとって説明する。
図6は、翼部造形工程における翼部流路63の形成の仕方を説明する造形途中の造形物Wの側面図である。図7は、翼部造形工程における翼部流路63の形成の仕方を説明する造形途中のブレード55の一部の断面図である。
Here, a method for forming the
Fig. 6 is a side view of a partially-formed object W, illustrating how the
図6(A)及び図7(A)に示すように、溶着ビードBを、翼部流路63の経路に沿って平行に延伸させる。これにより、翼部流路63の経路に溝部Gを形成する。このとき、溝部Gの両側壁部分と底部との隅部に隅肉溶接Bsを施してR形状に形成する(図4参照)。
As shown in Figures 6(A) and 7(A), the weld bead B is extended in parallel along the path of the
次に、図6(B)及び図7(B)に示すように、溝部Gの上部を塞ぐように、溝部Gに沿って溝部Gの上縁部に複数の溶着ビードBを形成する。具体的には、溝部Gの上縁からオーバーハングとなる溶着ビードBの積層を繰り返して天井部分を形成し、翼部流路63とする。このとき、延伸方向に直交する断面視で翼部流路63の隅部を円弧状に形成する(図4参照)。また、ブレード55の外表面55aに対して翼部流路63におけるブレード55の外表面55a側の内面63aが平行となるように溶着ビードBを積層させてブレード55を造形する(図3参照)。
Next, as shown in Fig. 6(B) and Fig. 7(B), multiple welding beads B are formed on the upper edge of the groove G along the groove G so as to close the upper part of the groove G. Specifically, the welding beads B that overhang from the upper edge of the groove G are repeatedly stacked to form a ceiling portion, forming the
このようにして造形された造形物Wでは、始端61Sから軸流路67へ冷却媒体が送り込まれ、連結流路65及び翼部流路63を交互に流れて終端61Eから排出される(図2参照)。これにより、造形物Wは、冷却流路61を流れる冷却媒体によって冷却される。
In the object W thus formed, the cooling medium is sent from the starting
ところで、軸心Axを中心に回転される回転体である造形物Wでは(図2参照)、曲げ荷重が作用すると、その曲げの外側となる部分に引張力からなる主応力が軸心Axに沿って発生し、その主応力は軸方向の中央部分で最大となる。 When a bending load acts on the object W, which is a rotating body rotating around the axis Ax (see Figure 2), a principal stress consisting of a tensile force is generated along the axis Ax in the part on the outside of the bend, and the principal stress is maximum in the central part in the axial direction.
本構成の造形物Wでは、冷却流路61の翼部流路63は、図8(A)及び図8(B)に示すように、延伸方向に直交する断面での幅寸法Wcに対して、図8(A)及び図8(C)に示すように、軸心Axに沿う断面において、延伸方向に直交する断面での幅寸法Wcよりも大きな幅寸法WAxとなる。
In the object W of this configuration, the
このように、本構成の造形物Wでは、冷却流路61の翼部流路63は、軸心Axに沿う断面で大きな幅寸法WAxとなることから応力集中係数が小さくなる。したがって、曲げ荷重が作用した際に主応力が最大となる軸方向の中央部分においても、主応力による影響を抑えることができる。
In this way, in the molded object W of this configuration, the
以上、説明したように、本構成に係る造形物W及び造形物Wの製造方法によれば、ブレード55と並行に延びる複数の翼部流路63がブレード55の端部で連結流路65に連通されて折り返された冷却流路61が設けられているので、ブレード55内における冷却流路61の内面の面積を多くとることができる。これにより、冷却流路61に冷却媒体を流した際のブレード55との熱交換効率を高めることができ、冷却能力に優れた造形物Wとすることができる。
As described above, according to the present configuration of the molded object W and the method for manufacturing the molded object W, a
しかも、ブレード55と並行に延びる翼部流路63は、主応力方向である軸心Axに沿う断面において大きな幅寸法WAxが確保されるので、曲げ荷重に起因して軸方向に応力が作用した際の応力集中を緩和させることができる。
In addition, the
しかも、冷却流路61が入口である始端61Sから出口である終端61Eまで一続きの経路に形成されている。これにより、冷却流路61に冷却媒体を循環させることにより、冷却流路61内での閉塞の有無等を容易に判定できる。
In addition, the
また、溶着ビードBを積層させて冷却流路61を有するブレード55を造形する場合に、翼部流路63の経路に沿って連続して溶着ビードBを形成することができ、これにより、溶着ビードBの開始点及び終了点を減らして生産性を高めることができる。
In addition, when forming a
さらに、冷却流路61は、延伸方向に直交する断面視において、隅部が円弧状に形成されている。したがって、冷却流路61の隅部における応力集中を緩和させることができる。
Furthermore, the corners of the
また、翼部流路63におけるブレード55の外表面55a側の内面63aが、ブレード55の外表面55aと平行に配置されている。これにより、ブレード55の外表面55aと翼部流路63との間の肉厚を均一にすることができ、冷却流路61に冷却媒体を流した際に、ブレード55の外表面55aをバランスよく冷却させることができる。
In addition, the
しかも、ブレード55に設けられた複数の翼部流路63がブレード55の外表面55aからそれぞれ等距離に配置されている。したがって、冷却流路61に冷却媒体を流した際に、ブレード55に設けられた複数の翼部流路63によって、ブレード55の全体をバランスよく冷却させることができる。
Moreover, the multiple
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As such, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the invention also contemplates the mutual combination of the various components of the embodiment, as well as modifications and applications by those skilled in the art based on the description in the specification and well-known technology, and these are included in the scope of the protection sought.
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 金属母材からなる軸体の周囲に溶接金属から造形された複数の翼部を有するとともに内部に中空の流路が設けられ、前記軸体の軸心を中心として回転される回転体からなる造形物であって、
前記流路は、
前記翼部内に複数設けられて前記翼部と並行に延びる翼部流路と、
前記翼部の端部で前記翼部と交差する方向に延びる連結流路と、
を有し、
隣り合う前記翼部流路に前記連結流路が交互に連通されて前記流路の経路が前記翼部の端部で折り返されている、造形物。
この構成の造形物によれば、翼部と並行に延びる複数の翼部流路が翼部の端部で連結流路に連通されて折り返された流路が設けられているので、翼部内における流路の内面の面積を多くとることができる。これにより、流路に冷却媒体を流した際の翼部との熱交換効率を高めることができ、冷却能力に優れた造形物とすることができる。
しかも、翼部と並行に延びる翼部流路は、主応力方向である軸心に沿う断面において大きな幅寸法が確保されるので、曲げ荷重に起因して軸方向に応力が作用した際の応力集中を緩和させることができる。
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A structure comprising a rotor having a plurality of wing portions formed from a welded metal around a shaft body made of a base metal, a hollow flow passage provided therein, and rotated around the axis of the shaft body,
The flow path is
A plurality of blade flow passages are provided within the blade portion and extend parallel to the blade portion;
A connecting flow passage extending in a direction intersecting the wing portion at an end of the wing portion;
having
A shaped object, wherein the connecting flow passages are alternately connected to adjacent wing flow passages, and the paths of the flow passages are folded back at the ends of the wing portions.
In the structure of this configuration, the blade passages extending parallel to the blade are connected to the connecting passage at the end of the blade to provide a passage that turns back, so that the area of the inner surface of the passage within the blade can be increased, thereby increasing the efficiency of heat exchange with the blade when a cooling medium is passed through the passage, and resulting in a structure with excellent cooling capacity.
Furthermore, the blade flow passage extending parallel to the blade portion has a large width dimension in a cross section along the axis, which is the principal stress direction, so that stress concentration when stress acts in the axial direction due to bending load can be alleviated.
(2) 前記流路は、入口から出口まで一続きの経路に形成されている、(1)に記載の造形物。
この構成の造形物によれば、流路が入口から出口まで一続きの経路に形成されている。これにより、流路に冷却媒体を循環させることにより、流路内での閉塞の有無等を容易に判定できる。
また、溶着ビードを積層させて流路を有する翼部を造形する場合に、翼部流路の経路に沿って連続して溶着ビードを形成することができ、これにより、溶着ビードの開始点及び終了点を減らして生産性を高めることができる。
(2) The object according to (1), wherein the flow path is formed as a continuous path from the inlet to the outlet.
In a molded object having this configuration, the flow path is formed as a continuous route from the inlet to the outlet, so that by circulating the cooling medium through the flow path, it is possible to easily determine the presence or absence of a blockage in the flow path.
In addition, when forming a wing portion having a flow passage by stacking weld beads, the weld beads can be formed continuously along the path of the wing portion flow passage, thereby reducing the start and end points of the weld beads and increasing productivity.
(3) 前記流路は、延伸方向に直交する断面視において、隅部が円弧状に形成されている、(1)または(2)に記載の造形物。
この構成の造形物によれば、流路の隅部が円弧状に形成されているので、流路の隅部における応力集中を緩和させることができる。
(3) The shaped object according to (1) or (2), wherein the flow path has corners formed in an arc shape in a cross section perpendicular to the extension direction.
In a shaped object having this configuration, the corners of the flow passage are formed in an arc shape, so that it is possible to reduce stress concentration at the corners of the flow passage.
(4) 前記翼部流路は、前記翼部の外表面側の内面が、前記翼部の外表面と平行に配置されている、(1)~(3)のいずれか一つに記載の造形物。
この構成の造形物によれば、翼部流路における翼部の外表面側の内面が、翼部の外表面と平行に配置されている。これにより、翼部の外表面と翼部流路との間の肉厚を均一にすることができ、流路に冷却媒体を流した際に、翼部の外表面をバランスよく冷却させることができる。
(4) The object according to any one of (1) to (3), wherein the inner surface of the blade flow passage on the outer surface side of the blade is arranged parallel to the outer surface of the blade.
In the object having this configuration, the inner surface of the blade passage on the outer surface side of the blade is arranged parallel to the outer surface of the blade, which makes it possible to make the thickness between the outer surface of the blade and the blade passage uniform, and to cool the outer surface of the blade in a balanced manner when a cooling medium is flowed through the passage.
(5) 前記翼部に設けられた複数の前記翼部流路は、前記翼部の外表面からそれぞれ等距離に配置されている、(1)~(3)のいずれか一つに記載の造形物。
この構成の造形物によれば、流路に冷却媒体を流した際に、翼部に設けられた複数の翼部流路によって、翼部の全体をバランスよく冷却させることができる。
(5) The object according to any one of (1) to (3), wherein the plurality of wing flow paths provided in the wing are disposed at equal distances from an outer surface of the wing.
According to a molded object having this configuration, when a cooling medium is caused to flow through the flow passages, the entire blade can be cooled in a balanced manner by the plurality of blade flow passages provided in the blade.
(6) (1)~(5)のいずれか一つに記載の造形物を製造する製造方法であって、
前記軸体を回転させながら、前記軸体の外周に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて前記翼部を造形する翼部造形工程を含み、
前記翼部造形工程において、前記溶着ビードを、前記翼部流路の経路に沿って平行に延伸させて前記連結流路に沿う部分と一続きに形成して積層させて前記流路を形成する流路形成工程を行う、造形物の製造方法。
この構成の造形物の製造方法によれば、翼部を造形する際に、端部の連結流路で折り返す複数の翼部流路を有する流路を形成することができる。また、溶着ビードを積層させて流路を有する翼部を造形する場合に、連続して溶着ビードを形成することができ、これにより、溶着ビードの開始点及び終了点を減らして生産性を高めることができる。
(6) A method for producing a shaped object according to any one of (1) to (5), comprising the steps of:
A wing portion forming process includes forming the wing portion by laminating a weld bead formed by melting and solidifying a filler material on an outer periphery of the shaft while rotating the shaft,
A method for manufacturing a molded object, in which, in the wing portion forming process, a flow path forming process is performed in which the weld bead is extended parallel to the path of the wing portion flow path, so as to be continuous with the portion along the connecting flow path, and laminated to form the flow path.
According to the manufacturing method of the object having this configuration, when molding the wing portion, it is possible to form a flow path having a plurality of wing portion flow paths that turn back at a connecting flow path at the end. Also, when molding the wing portion having a flow path by stacking weld beads, it is possible to form the weld beads continuously, which reduces the start and end points of the weld beads and increases productivity.
(7) 前記流路形成工程において、前記流路の延伸方向に直交する断面視で隅部となる部分が円弧状になるように前記溶着ビードを形成する、(6)に記載の造形物の製造方法。
この構成の造形物の製造方法によれば、隅部が円弧状に形成された流路を形成することができ、流路の隅部における応力集中を緩和させることができる。
(7) The method for manufacturing a shaped object according to (6), wherein in the flow path forming step, the weld bead is formed so that a portion that becomes a corner in a cross-sectional view perpendicular to an extension direction of the flow path has an arc shape.
According to the manufacturing method of a shaped object having this configuration, a flow path can be formed with arc-shaped corners, and stress concentration at the corners of the flow path can be alleviated.
(8) 前記翼部造形工程において、前記翼部の外表面に対して前記翼部流路における前記翼部の外表面側の内面が平行となるように前記溶着ビードを積層させて前記翼部を造形する、(6)または(7)に記載の造形物の製造方法。
この構成の造形物の製造方法によれば、翼部流路における翼部の外表面側の内面を翼部の外表面と平行に配置させる。これにより、翼部の外表面と翼部流路との間の肉厚を均一にすることができ、流路に冷却媒体を流した際に、翼部の外表面をバランスよく冷却させることができる。
(8) The method for manufacturing a molded object according to (6) or (7), wherein in the wing portion forming process, the wing portion is formed by stacking the weld beads so that the inner surface of the wing portion in the wing portion flow path on the outer surface side is parallel to the outer surface of the wing portion.
According to this method for manufacturing a molded object, the inner surface of the blade passage on the outer surface side of the blade is arranged parallel to the outer surface of the blade, which makes it possible to make the thickness between the outer surface of the blade and the blade passage uniform, and allows the outer surface of the blade to be cooled in a balanced manner when a cooling medium is passed through the passage.
51 軸体
55 ブレード(翼部)
55a 外表面
61 冷却流路(流路)
61S 始端(入口)
61E 終端(出口)
63 翼部流路
63a 内面
65 連結流路
B 溶着ビード
W 造形物
51
61S Beginning (entrance)
61E Termination (Exit)
63:
Claims (8)
前記翼部は、前記軸体の外周側への突出部分が前記軸体の軸方向に向かって螺線状に捻じられた形状に延びて形成され、
前記流路は、
前記翼部内に複数設けられて前記翼部と並行に延びる翼部流路と、
前記翼部の端部で前記翼部と交差する方向に延びる連結流路と、
を有し、
隣り合う前記翼部流路に前記連結流路が交互に連通されて前記流路の経路が前記翼部の端部で折り返されている、
造形物。 A molded object is a rotor having a plurality of blades made of welded metal around a shaft body made of a metal base material, a hollow flow path is provided inside, and the rotor is rotated around an axis of the shaft body,
The wing portion is formed such that a protruding portion on an outer circumferential side of the shaft body extends in an axial direction of the shaft body in a spiral twisted shape,
The flow path is
A plurality of blade flow passages are provided within the blade portion and extend parallel to the blade portion;
A connecting flow passage extending in a direction intersecting the wing portion at an end of the wing portion;
having
The connecting flow passages are alternately connected to the adjacent wing flow passages, and the paths of the flow passages are turned back at the ends of the wing portions.
A sculpture.
請求項1に記載の造形物。 The flow path is formed as a continuous path from the inlet to the outlet.
The shaped object according to claim 1 .
請求項1または請求項2に記載の造形物。 The flow path has a corner formed in an arc shape in a cross-sectional view perpendicular to the extension direction.
The shaped object according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか一項に記載の造形物。 The blade flow passage has an inner surface on the outer surface side of the blade, the inner surface being arranged parallel to the outer surface of the blade.
The shaped object according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~3のいずれか一項に記載の造形物。 The plurality of wing passages provided in the wing are disposed at equal distances from an outer surface of the wing.
The shaped object according to any one of claims 1 to 3.
前記軸体を回転させながら、前記軸体の外周に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて前記翼部を造形する翼部造形工程を含み、
前記翼部造形工程において、前記溶着ビードを、前記翼部流路の経路に沿って平行に延伸させて前記連結流路に沿う部分と一続きに形成して積層させて前記流路を形成する流路形成工程を行う、
造形物の製造方法。 A method for producing a shaped object according to any one of claims 1 to 5, comprising the steps of:
A wing portion forming process includes forming the wing portion by laminating a weld bead formed by melting and solidifying a filler material on an outer periphery of the shaft while rotating the shaft,
In the wing portion forming step, a flow passage forming step is performed in which the weld bead is extended in parallel along the path of the wing portion flow passage to be continuous with the portion along the connecting flow passage and laminated to form the flow passage.
A method for manufacturing a sculpture.
請求項6に記載の造形物の製造方法。 In the flow channel forming step, the weld bead is formed so that a corner portion in a cross-sectional view perpendicular to an extension direction of the flow channel has an arc shape.
The method for producing a shaped object according to claim 6 .
請求項6または請求項7に記載の造形物の製造方法。 In the blade portion forming step, the weld beads are laminated to form the blade portion such that an inner surface of the blade portion in the blade portion flow path on the outer surface side of the blade portion is parallel to an outer surface of the blade portion.
The method for producing a shaped object according to claim 6 or 7.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021147922A JP7640420B2 (en) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | FORMED ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING FORMED ARTICLE |
| PCT/JP2022/031616 WO2023037863A1 (en) | 2021-09-10 | 2022-08-22 | Molded article, and method for manufacturing molded article |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021147922A JP7640420B2 (en) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | FORMED ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING FORMED ARTICLE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023040768A JP2023040768A (en) | 2023-03-23 |
| JP7640420B2 true JP7640420B2 (en) | 2025-03-05 |
Family
ID=85506592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021147922A Active JP7640420B2 (en) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | FORMED ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING FORMED ARTICLE |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7640420B2 (en) |
| WO (1) | WO2023037863A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025158665A1 (en) * | 2024-01-26 | 2025-07-31 | 三菱電機株式会社 | Additive manufacturing method and additive manufacturing device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002321049A (en) | 2001-04-27 | 2002-11-05 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | How to insert the profile and shaft |
| CN108480821A (en) | 2018-03-27 | 2018-09-04 | 福州大学 | A kind of electric arc increasing material manufacturing method of circular cross-section follow-cooling passageway |
| WO2019175213A1 (en) | 2018-03-13 | 2019-09-19 | Kongsberg Maritime Sweden Ab | A method for manufacturing a propeller blade and a propeller blade |
| WO2019188323A1 (en) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 株式会社日立産機システム | Screw rotor and fluid machine body |
| JP2020116621A (en) | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 株式会社神戸製鋼所 | Production method of laminate molded article and laminate molded article |
| JP2022501539A (en) | 2018-07-31 | 2022-01-06 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Cooled airfoil and manufacturing method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7258715B2 (en) * | 2019-10-09 | 2023-04-17 | 株式会社神戸製鋼所 | LAMINATED PRODUCT MANUFACTURING METHOD AND LAMINATED MOLDED PRODUCT |
-
2021
- 2021-09-10 JP JP2021147922A patent/JP7640420B2/en active Active
-
2022
- 2022-08-22 WO PCT/JP2022/031616 patent/WO2023037863A1/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002321049A (en) | 2001-04-27 | 2002-11-05 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | How to insert the profile and shaft |
| WO2019175213A1 (en) | 2018-03-13 | 2019-09-19 | Kongsberg Maritime Sweden Ab | A method for manufacturing a propeller blade and a propeller blade |
| CN108480821A (en) | 2018-03-27 | 2018-09-04 | 福州大学 | A kind of electric arc increasing material manufacturing method of circular cross-section follow-cooling passageway |
| WO2019188323A1 (en) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 株式会社日立産機システム | Screw rotor and fluid machine body |
| JP2022501539A (en) | 2018-07-31 | 2022-01-06 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Cooled airfoil and manufacturing method |
| JP2020116621A (en) | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 株式会社神戸製鋼所 | Production method of laminate molded article and laminate molded article |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023037863A1 (en) | 2023-03-16 |
| JP2023040768A (en) | 2023-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11772194B2 (en) | Method for designing laminate molded article, production method, production device, and program | |
| US11415962B2 (en) | Additively-manufactured object by forming beads along a formation projected line of beads | |
| US11772196B2 (en) | Method for producing shaped article and shaped article | |
| JP2019098381A (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus of laminated molding | |
| JP7258715B2 (en) | LAMINATED PRODUCT MANUFACTURING METHOD AND LAMINATED MOLDED PRODUCT | |
| JP7640420B2 (en) | FORMED ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING FORMED ARTICLE | |
| JP2020116621A (en) | Production method of laminate molded article and laminate molded article | |
| JP7303162B2 (en) | Laminate-molded article manufacturing method | |
| JP2018183815A (en) | Bonding method of laminated shaped part, structure, and laminated shaped part | |
| JP7525458B2 (en) | Manufacturing method of a molded object and molded object | |
| JP7381422B2 (en) | Manufacturing method of modeled object and modeled object | |
| JP7048374B2 (en) | Manufacturing method of modeled object and modeled object | |
| JP2023040767A (en) | Method for manufacturing molded article and molded article | |
| JP6892542B1 (en) | Manufacturing method of modeled object and modeled object | |
| JP7181154B2 (en) | Laminate-molded article manufacturing method | |
| JP7189110B2 (en) | LAMINATED PRODUCT MANUFACTURING METHOD AND LAMINATED MOLDED PRODUCT | |
| JP7794721B2 (en) | Manufacturing method of molded object and stacking planning method | |
| JP2024067333A (en) | Manufacturing method of molding product and molding product | |
| WO2022131037A1 (en) | Molded object manufacturing method and molded object | |
| JP2023039278A (en) | Molded object manufacturing method and molded object | |
| CN116457080A (en) | Method for producing molded article and molded article | |
| JP7160704B2 (en) | LAMINATED PRODUCT MANUFACTURING METHOD AND LAMINATED MOLDED PRODUCT | |
| JP2019209358A (en) | Manufacturing method of laminate molding object and laminate molding object | |
| JP7160774B2 (en) | Structure manufacturing method and structure | |
| JP2021178329A (en) | Method of manufacturing stack structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230901 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241022 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241108 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250212 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250220 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7640420 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |