ローター加工

ローター加工

ローターは、ベアリングで支持された回転体であり、動力機械や作業機械の中核となる回転部品です。回転軸を持たない物体も、固定接続されたり、追加の軸が取り付けられたりすることでローターとみなされます。ターボ発電機、ガスタービン、ターボ圧縮機などの大型機器において、ローターは高速回転する中核部品として、エネルギー変換と動力伝達の重要な役割を担っています。その加工品質は、機器の動作安定性、出力効率、および耐用年数を直接左右します。大型機器用ローター鍛造品は、主に高強度合金鋼を用いて一体鍛造で製造されており、高温、高圧、高速といった過酷な動作条件に適しています。大型機器の長期にわたる信頼性の高い動作を保証する基本的な中核部品です。

材料選定とブランク鍛造は、高強度、高靭性、そして疲労耐性のバランスが求められる、高負荷回転子鍛造品の加工における中核的な前提条件です。ターボ発電機回転子鍛造品の一般的な材料には、30CrNiMoVや26Cr2Ni4MoVなどの高強度合金鋼があります。鍛造と熱処理を経たこれらの材料は、優れた総合的な機械的特性を示し、高速回転時の巨大な遠心力と振動衝撃に耐えることができます。ブランクは、インゴットを油圧プレスで熱間鍛造する一体型鍛造プロセスによって製造されます。このプロセスは、鋳放し金属組織を分解し、結晶粒度を微細化し、鍛造密度と構造の均一性を高めると同時に、気孔や引け巣などの内部欠陥を排除し、その後の加工と設備の長期稼働のための強固な構造基盤を築きます。

大型ローター鍛造品の機械加工工程は複雑で、極めて高い精度が求められます。一般的には、ブランク前処理 - 荒加工 - 中仕上げ - 熱処理 - 仕上げ - 非破壊検査という標準化された手順に従います。ブランク前処理段階では、鍛造品に焼きならし処理を施し、鍛造応力を緩和し、微細構造を均質化し、後続の機械加工における変形リスクを低減します。荒加工では、材料の大幅な取り代を取り除き、初期形状を整えることに重点が置かれます。大型CNC旋盤と床置き型ボーリングマシンおよびフライス盤を用いて、ジャーナル、フランジ、ブレード溝などの主要部を含むローターの基本プロファイルを作成します。同時に、後続の熱処理における変形を考慮して、適切な取り代を残します。

熱処理は、高荷重ローター鍛造品の性能向上に不可欠なプロセスであり、材料と動作条件に合わせた多段階の複合プロセスが必要です。ターボ発電機ローター鍛造品は、通常、焼入れと焼戻しが行われます。この複合プロセスにより、鍛造品は強度と靭性の良好なバランスを実現し、高速回転時の耐荷重要件を満たします。ローターの重要な部位には、表面硬度と耐摩耗性を高めながらコア靭性を維持し、摩耗や疲労損傷を防ぐために、浸炭や窒化などの表面処理も必要です。熱処理後には、内部応力をさらに緩和し、ローターの寸法安定性を確保し、その後の加工や動作中の変形を防止するために、時効処理が必要です。

仕上げ工程は、大型ローター鍛造品の精度を保証するための中核工程であり、高精度CNC設備と精密測定技術を駆使しています。大型CNC円筒研削盤とクランクシャフト研削盤を用いて、ロータージャーナルや嵌合面などの主要部位を研削し、寸法公差を±0.005mm以内に抑えるとともに、同軸度や真円度などの幾何公差を厳密に基準値内に収めることで、高速回転時の偏心振動を抑制しています。ローターブレードの溝やキー溝などの複雑な構造には、5軸加工機を用いて精密フライス加工を行い、ブレードや接続部品の取り付け要件を満たす寸法精度と組立精度を確保しています。

非破壊検査と品質管理は、機械加工プロセス全体を通して不可欠であり、大型ローター鍛造品の最終検査における品質保証の鍵となります。超音波探傷試験、磁粉探傷試験、浸透探傷試験などの手法を用いて、機械加工中に内部亀裂、介在物、微細構造欠陥、表面損傷を徹底的に検査します。座標測定機（CMM）や真円度計などの精密機器を用いて、加工寸法と幾何公差を徹底的に検査し、設計基準への適合性を確保します。さらに、ターボ発電機ローターなどのハイエンド製品では、動的バランス試験が不可欠です。これらの試験は、カウンターウェイトを調整することで偏心質量を除去し、高速運転時の共振による機械故障を防ぎ、機器の運転安全性を確保します。大型機器の大型化と高効率化が進むにつれ、ローター鍛造品の機械加工は、より高精度、インテリジェント化、そして環境に配慮した製造へと進化し、エネルギー、電力、その他の分野に、より信頼性の高いコアコンポーネントを提供しています。