タービンブレードは航空機のエンジンや発電機に使われるガスタービンや蒸気タービンの羽根上の部品であり、タービンブレード加工とはタービンブレードを製造するための高精度な加工技術のことです。高温高圧ガスを受け止め、高速回転する環境に耐えるため耐食・耐熱・耐摩耗合金が使われています。
空気力学に基づいた複雑な三次元曲線になっており、その加工には5軸マシニングセンタなどが用いられています。羽根形状が規定値外になると組み合わせたときのズレが積み重なることでエネルギー効率が悪くなりエンジン性能に影響するので、高い寸法精度が求められます。耐熱性の金属材料は一次バリが発生しやすく、超硬カッターでの削り取りなどで規定値まで磨き上げます。
タービンブレードは、5軸マシニングセンタにより微細で複雑な形状を高精度に加工することができます。耐熱・高強度合金などの難削材でも効率的に成型でき、精度の高い加工と研磨によってブレードの性能をアップしてエネルギー効率を高めることができます。タービンブレード加工技術が上がることで、ガスタービンやエンジンなどの最終製品の性能アップにつながります。
一方、羽根の形状が複雑なので精密な形状精度が必要であり、工具の摩耗が激しく、またバリを綺麗に取り除き滑らかにする研磨工程など加工の難易度が非常に高く、高価な専用機械や工具、熟練技術が欠かせません。自動化が難しく、加工時間およびコストがかかる部品です。
1979年から培ってきた加工技術により大手企業のサプライヤーとして評価と信頼を獲得していて、シックスシグマという厳しい品質基準をクリアした製品を提供している事例です。発電用の蒸気タービンやガスタービン、船用過給機、製鉄所用軸流送風機等など各種タービンブレードを加工しています。
近年ではますますコードが広く、ねじれが強くなっているブリスクでも特殊な軸構成で加工できます。切削工具先端に全制御軸が集中させて、プロペラやタービン、ブリスクなど複雑な形状の仕上げ加工が必要な部品製造に対応しています。
タービンブレード加工では、加工精度を保つために加工中のたわみ、振動が起こらないような治具を用いること、剛性の高い5軸加工機を使い最適な接近角度を維持することが重要です。また、使用する耐熱合金などの難削材はダイヤモンド工具やCBN砥石を選び、冷却と測定を並行して行うようにしましょう。加工熱によるブレード変形を防ぐことができます。
タービンブレード加工は工作機械や工具の摩耗が激しく、摩耗した治具で加工を行うとブレード形状が変わったり強度が低下したりするリスクがあります。耐熱性、高硬度の工具を使うこと、工具の監視・管理を適切に行うことも大切です。
タービンブレード加工をより高精度・効率的に仕上げるために、CAMソフトで工具パスを細かくシミュレーションして試加工での検証、衝突回避・干渉チェックや加工時間短縮などを図ることもできます。
タービンブレード加工では滑らかな曲面の加工に5軸による適切な工具姿勢が求められ、5軸マシニングセンタの導入で高精度・高効率化での作業が進んでいます。航空機エンジン、火力・水力発電用のタービン、船舶など高温・高圧環境でのニーズに応えることができるタービンブレード加工は、摩耗や動作安定性などの課題はありますが航空宇宙分野での活用需要も高まっていて、今後も新材料への対応や市場の成長が期待されています。
