DE60034138T2 - Mehrteilige kernanordnung für gegossene turbinenschaufel - Google Patents

Mehrteilige kernanordnung für gegossene turbinenschaufel Download PDF

Info

Publication number
DE60034138T2
DE60034138T2 DE60034138T DE60034138T DE60034138T2 DE 60034138 T2 DE60034138 T2 DE 60034138T2 DE 60034138 T DE60034138 T DE 60034138T DE 60034138 T DE60034138 T DE 60034138T DE 60034138 T2 DE60034138 T2 DE 60034138T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
core
core elements
ceramic
elements
core unit
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.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60034138T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60034138D1 (de
Inventor
William E. Twin Lake SIKKENGA
Arthur W. Montague GRUMM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Howmet Corp
Original Assignee
Howmet Research Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Howmet Research Corp filed Critical Howmet Research Corp
Publication of DE60034138D1 publication Critical patent/DE60034138D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60034138T2 publication Critical patent/DE60034138T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02Lost patterns
    • B22C7/023Patterns made from expanded plastic materials
    • B22C7/026Patterns made from expanded plastic materials by assembling preformed parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/103Multipart cores

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzungsanmeldung der gleichzeitig anhängigen Anmeldung 09/203 441, die am 1. Dezember 1998 eingereicht wurde.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft komplexe mehrteilige Keramikkerneinheiten zum Gießen von hochtemperaturfesten Superlegierungs-Tragflächengussstücken, wie etwa von Tragflächen mit mehreren gegossenen Wänden und komplexen Kanälen für eine verbesserte Luftkühlungseffizienz.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die meisten Hersteller von Gasturbinenmotoren evaluieren hoch entwickelte mehrwandige, dünnwandige Turbinentragflächen (d.h. Turbinenschaufeln oder Flügel), die komplizierte Luftkühlungskanäle aufweisen, um die Effizienz der internen Kühlung von Tragflächen zu verbessern, um eine größere Schubkraft zu ermöglichen und um eine zufriedenstellende Einsatzdauer bzw. Nutzungsdauer der Tragflächen bereitzustellen.
  • Die U.S. Patente US-A-5.295.530 und US-A-5.545.003 beschreiben hoch entwickelte mehrwandige, dünnwandige Turbinenschaufel- oder -flügeldesigns, die zu diesem Zweck komplizierte Luftkühlungskanäle aufweisen.
  • In dem U.S. Patent US-A-5.295.530 wird eine mehrwandige Kerneinheit hergestellt, indem ein erster dünnwandiger Keramikkern mit Wachs oder Kunststoff überzogen wird, wobei ein zweiter ähnlicher Keramikkern auf dem ersten überzogenen bzw. beschichteten Keramikkern unter Verwendung temporärer Fixierstifte positioniert wird, wobei Löcher durch die Keramikkerne gebohrt werden, wobei eine Fixierungsstange in jedes Bohrloch eingeführt wird, und wobei danach der zweite Kern mit Wachs oder Kunststoff beschichtet wird. Diese Sequenz wird nach Bedarf wiederholt, um die mehrwandige Keramikkerneinheit zu gestalten.
  • Dieses Fertigungsverfahren für eine Kerneinheit ist verhältnismäßig komplex, zeitaufwändig und kostenintensiv als Folge des Einsatzes der Mehrzahl von verbindenden und sonstigen Stangen und Bohrlöchern in den Kernen zur Aufnahme der Stangen, wobei dieses Fertigungsverfahren für eine Kerneinheit darüber hinaus zu einem Verlust der Maßhaltigkeit und Wiederholbarkeit der Kerneinheiten und somit auch der Tragflächengusserzeugnisse führen kann, die unter Verwendung dieser Kerneinheiten erzeugt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrwandige Keramikkerneinheit und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, zur Verwendung beim Gießen hoch entwickelter mehrwandiger, dünnwandiger Turbinentragflächen (z.B. Turbinenschaufel- oder -flügelgusserzeugnisse), die komplexe Luftkühlungskanäle aufweisen können, um die Effizienz der inneren Tragflächenkühlung zu erhöhen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine mehrwandige Keramikkerneinheit und ein Verfahren zur Herstellung derselben zur Verwendung beim Gießen hoch entwickelter mehrwandiger, dünnwandiger Turbinentragflächen bereitzustellen, wobei zumindest ein teil der mehrteiligen Kerneinheit auf neuartige Art und Weise ohne Keramikklebstoff gebildet wird, wobei die Nachteile früherer Kerneinheittechniken überwunden werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung in einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel eine mehrwandige Keramikkerneinheit und ein Verfahren zur Herstellung derselben, wobei eine Mehrzahl einzelner dünnwandiger, bogenförmiger (z.B. tragflächenförmiger) Kernelemente in entsprechenden Hauptmatrizen bzw. Hauptformen geformt werden, so dass sie integrale Fixierungsmerkmale mit genauer Spielpassung aufweisen, wobei die einzelnen Kernelemente auf Keramikträgern gebrannt werden, und wobei die gebrannten Kernelemente aneinander montiert werden unter Verwendung von zusammenpassenden Merkmalen mit genauer Spielpassung benachbarter Kernelemente, die miteinander so zusammenpassen, dass eine zweckmäßige Kernelementpositionierung erreicht wird, und um im Wesentlichen die Penetration von geschmolzenem Metall bzw. Metallschmelze zwischen den zusammengeführten Merkmalen während dem Gießen zu verhindern. Ein flüchtiges Material, wie zum Beispiel geschmolzenes Wachs, wird an verschiedenen Stellen der Kernelemente nach der Montage aufgetragen, um sie an der Verwendungsposition zu halten, bis ein flüchtiges Muster gefolgt von einer Keramikschalenform darum gebildet worden sind. Die vorstehend beschriebene Kerneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Teileinheit einer Aggregat-Kerneinheit umfassen, die zur Erzeugung komplexer Luftkühlkanäle in einer Gasturbinentragfläche zu erzeugen, wie etwa einer Turbinenschaufel oder einem -flügel.
  • Die mehrwandige Keramikkerneinheit oder ein Teilstück dieser, die auf diese Weise erzeugt worden ist, umfasst die Mehrzahl von räumlich getrennten, dünnwandigen, bogenförmigen (z.B. tragflächenförmigen) Kernelementen, die im Verhältnis zueinander angeordnet sind durch zusammenpassende Fixierungsmerkmale in genauer Spielpassung.
  • Die vorliegende Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass die Keramikkernelemente mit zusammenpassenden Fixierungsmerkmalen mit genauer Spielpassung gebildet werden können durch herkömmlichen Spritzguss oder Pressspritzformen unter Verwendung geeigneter Keramikverbundwerkstoffe, wobei das Brennen der Kernelemente deren Maßhaltigkeit bzw. dimensionale Integrität verbessert und deren Untersuchung bzw. Prüfung vor der Montage ermöglicht, um die Erzeugung geeigneter Keramikkerneinheiten zu verbessern, und wobei dies im Ergebnis die Kosten für die Kerneinheit senkt, und wobei eine hohe Maßhaltigkeit und Wiederholbarkeit der Kerneinheiten erreicht werden können, ohne dass zwischen den Kernelementen Keramikklebstoff benötigt wird.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine Schnittansicht einer mehrteiligen Keramikkerneinheit gemäß einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Schnittansicht eines einzelnen Kernelements an einer Keramikofenstütze zum Brennen des Kerns;
  • 3 eine Schnittansicht der Kerneinheit, wobei Kernelemente durch genau passende äußere/innere Fixierungsmerkmale positioniert werden, die zusammenpassen, und wobei mehrere Wachskugeln aufgetragen werden, um die Kernelemente an der Verwendungsposition zu halten;
  • 4 eine Schnittansicht der Kerneinheit, mit einem um die Kernelemente gebildeten Wachsmuster;
  • 5 eine Schnittansicht der Kerneinheit, genau gegossen in einer Keramik-Genauguss-Gussgehäuseform, wobei das Wachsmuster entfernt worden ist; und
  • 6 eine Schnittansicht eines einzelnen Kernelements, wobei ein beispielhaftes Muster vorgeformter Fixierungsmerkmale an der inneren Oberfläche dargestellt ist.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In Bezug auf die Abbildungen der 1 bis 6, stellt die vorliegende Erfindung in dem abgebildeten veranschaulichenden Ausführungsbeispiel eine mehrwandige Keramikkerneinheit 10 und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereit, zur Verwendung beim Gießen einer mehrwandigen, dünnwandigen Tragfläche (nicht abgebildet), welche eine Gasturbinenmotor-Turbinenschaufel und einen Flügel aufweist. Die Kerneinheit 10 umfasst für gewöhnlich eine Teileinheit einer Aggregat-Kerneinheit (nicht abgebildet), die beim Gießen von Gasturbinentragflächen mit komplexen inneren Luftkühlungskanälen eingesetzt wird, und welche mindestens ein weiteres Kernelement oder eine Teileinheit aufweist, die andere interne Merkmale des Gusserzeugnisses definiert und einen herkömmlichen Kernabdruck zum Einbetten in eine Keramikgehäuseform, die um die Aggregat-Kerneinheit gebildet ist, wobei die Kerneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung alleine in anderen Gussanwendungen eingesetzt werden kann und nicht mit anderen Kernelementen oder Teileinheiten verbunden oder anderweitig zusammengeführt werden muss. Die Turbinenschaufel bzw. der Flügel kann durch Geißen geschmolzener Superlegierung erzeugt werden, wie zum Beispiel einer bekannten Nickel- oder Kobaltbasissuperlegierung, und zwar in eine Keramikgenauguss-Gehäuseform M, in welcher die Kerneinheit 10 positioniert wird, wie dies schematisch in der Abbildung aus 5 dargestellt ist. Die geschmolzene Superlegierung kann, wie dies allgemein bekannt ist, in der Form M um den Kern 10 direktional verfestigt werden, so dass ein Stengelkristall- oder Einkristall-Gusserzeugnis erzeugt wird, wobei sich die Keramikkerneinheit 10 darin befindet. Alternativ kann die geschmolzene Superlegierung in der Form M verfestigt werden, um ein allgemein bekanntes gleichachsiges Korngusserzeugnis zu erzeugen. Die Kerneinheit 10 wird durch chemisches Laugen oder durch andere geeignete Techniken entfernt, um die gegossene Tragfläche zu hinterlassen, mit inneren Kanälen an Bereichen, die vorher durch die Kernelemente C1, C2, C3 belegt wurden, wie dies nachstehend im Text beschrieben wird.
  • In Bezug auf die Abbildung aus 1 umfasst eine exemplarische Kerneinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl (3 in der Abbildung) von einzelnen dünnwandigen, bogenförmigen Kernelementen C1, C2, C3, die integrale, vorgeformte, zusammenpassende Fixierungsmerkmale aufweisen, die zylindrische äußere Vorsprünge oder Pfosten 10a an den Kernelementen C1, C2 umfassen sowie komplementäre zylindrische innere Aussparungen oder Gegenbohrungen 10b an dem Kernelement C2, C3 aufweisen, wie dies abgebildet ist. Die Pfosten 10a und Gegenbohrungen 10b sind nicht beschränkt auf zylindrische Formen und können verschiedene andere geometrische Formen umfassen. Die Pfosten 10a werden gemäß der Abbildung in den Aussparungen 10b aufgenommen, mit einem typischen Zwischenraum mit genauer Spielpassung, der eine Penetration von geschmolzenem Metall während dem Gießen verhindert und gleichzeitig eine relative Wärmeausdehnung der Kernelemente ermöglicht. Eine genaue Spielpassung zwischen jedem Pfosten und der zusammenpassenden Aussparung von etwa 0,001 bis 0,003 Zoll auf jeder Seite (z.B. etwa 0,001 bis 0,003 Zoll Spielpassung im Radius in Bezug auf einen zylindrischen Pfosten/eine Aussparung) in der Abbildung aus 3 ist zum Beispiel eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, um im Wesentlichen die Penetration von geschmolzenem Metall, wie zum Beispiel einer geschmolzenen Nickel- oder Kobaltbasissuperlegierung, während dem Gießen zu verhindern (z.B. zum Eliminieren oder Reduzieren der Penetration von geschmolzenem Metall in einem Ausmaß, dass nur dünne metallische oder Legierungsfinnen in dem Zwischenraum erzeugt werden), und um gleichzeitig eine relative thermische Ausdehnung der Kernelemente zu ermöglichen, die aus für gewöhnlich eingesetzten Keramikwerkstoffen für Keramikkerne hergestellt werden, wie etwa Kernkeramikwerkstoffe auf Silica-Basis, auf Alumina-Basis, auf Zirkon-Basis, auf Zirkondioxidbasis, oder anderen geeigneten Keramikwerkstoffen und Mischungen dieser, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Der Zwischenraum zwischen dem Ende eines Pfostens 10 und der zusammenpassenden Aussparung 10b liegt im Bereich von 0,001 bis 0,010 Zoll, abhängig davon, wie dies für die Regelung der Abmessung des lateralen Abstands der Kernelemente voneinander erforderlich ist. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken liegt der Zwischenraum im Bereich von 0,001 bis 0,002 Zoll für eine Abmessungsregelung des lateralen Abstands der Kernelemente zueinander, wobei sonstige Merkmale zur Abstandsregelung fehlen, wie etwa die nachstehend im Text genannten Kernpuffer CB.
  • Die Pfosten 10a und Aussparungen 10b sind in komplementären Mustern auf den Kernelementen C1, C2, C3 so angeordnet, dass die Pfosten 10a und Aussparungen 10b zusammenpassen und effektiv die Kernelemente in vorgeschriebenem Verhältnis zueinander zusammenführen, so dass innere Gusswände und innere Kühlkanäle in einer Tragfläche gebildet werden, die um die Kerneinheit 10 in der Form M aus 5 gegossen wird. Die Abbildung aus 6 zeigt ein beispielhaftes Muter der Pfosten 10a an dem Kernelement C1.
  • Nachdem die Kernelemente C1, C2, C3 mit den Fixierungsmerkmalen in zusammenpassendem Verhältnis montiert worden sind, werden sie vorübergehend zusammengehalten durch das Auftragen mehrerer lokalisierter Bereiche 50 von geschmolzenem Wachs an verschiedenen Stellen, um das Spritzen des Musters um die Kerneinheit zu ermöglichen, gefolgt von dem Genauguss in einer Keramikgehäuseform. Für gewöhnlich umfassen die Wachsbereiche 50 Kügelchen von herkömmlichem Wachs mit geeigneten Eigenschaften für den Einsatz als Klebstoff bzw. Haftmittel, das an peripheren oder Endbereichen der Kerneinheit 10 aufgetragen wird, wie dies in der Abbildung aus 3 dargestellt ist, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist, da das Wachs bei Bedarf auch an anderen Stellen der Kerneinheit aufgetragen werden kann. In der Keramikgehäuseform sind die Kernelemente C1, C2, C3 räumlich getrennt angeordnet, so dass sie gewünschte Zwischenräume S1, S2 dazwischen bilden, durch integrale Puffer CB, die an gegenüberliegende Kernoberflächen geformt sind, und zwar gemäß dem U.S. Patent US-A-5.296.307, dessen Lehren hierin zu diesem Zweck enthalten sind. Die Zwischenräume S1, S2 werden schließlich mit geschmolzener Superlegierung gefüllt, wenn die Superlegierung um die Kerneinheit 10 in der Gehäuseform M gegossen wird.
  • Die einzelnen dünnwandigen, bogenförmigen Kernelemente C1, C2, C3 werden in entsprechenden Hauptformen bzw. Hauptmatrizen (nicht abgebildet) geformt, welche die abgebildete bogenförmige Konfiguration und die zusammenpassenden Fixierungsmerkmale 10a, 10b aufweisen, die integral vorgeformt sind. Die Kernelemente können mit einer bogenförmigen Konfiguration und integralen Fixierungsmerkmalen mit genauer Spielpassung gebildet werden, veranschaulicht durch das Pressspritzen oder den Spritzguss, wobei eine Keramikverbindung oder ein entsprechender Schlamm in eine entsprechende Hauptmatrize eingeführt wird, die wie die entsprechenden Kernelemente C1, C2, C3 konfiguriert ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Kernbildungstechnik beschränkt und kann auch ausgeführt werden unter Verwendung von gegossenem Kernformen, von Schlickergussformen oder anderen Techniken. Das heißt, für jedes Kernelement C1, C2, C3 wird eine Hauptmatrize bereitgestellt, so dass das Kernelement mit den entsprechend positionierten Fixierungsmerkmalen 10a und/oder 10b gebildet wird. Das U.S. Patent US-A-5.296.308 beschreibt den Spritzguss von Keramikkernen mit integralen Merkmalen und ist hierin durch Verweis enthalten. Alternativ können die Kernelemente gebildet werden unter Verwendung des gegossenen Kernformens, des Schlickergusses oder anderer Techniken.
  • Bei der Herstellung einer Kerneinheit 10 zum Gießen einer Tragfläche aus einer Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, wie etwa einer Gasturbinenmotorschaufel oder eines -flügels, weisen die Kernelemente C1, C2, C3 ein allgemeines Tragflächen-Querschnittsprofil auf, mit konkaven und konvexen Seiten und Vorder- und Hinterkanten, die zu der zu gießenden Tragfläche komplementär sind, wie dies der Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird.
  • Die Keramikkernelemente C1, C2, C3 können Kernkeramikwerkstoffe auf Silica-Basis, auf Alumina-Basis, auf Zirkon-Basis, auf Zirkondioxid-Basis oder andere geeignete Keramikwerkstoffe und Mischungen dieser umfassen, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Der spezielle Keramikwerkstoff ist nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung, wobei geeignete Materialien für Keramikkerne in dem U.S. Patent US-A-5.394.932 beschrieben werden. Als Kernmaterial wird ein chemisch laugbares bzw. laugfähiges Material aus dem Tragflächengusserzeugnis beschrieben, das dort herum ausgebildet ist, wie dies nachstehend im Text beschrieben wird.
  • Nach dem Formen werden die einzelnen rohen (ungebrannten) Kernelemente auf allen Seiten einer Sichtprüfung unterzogen, bevor sie weiter verarbeitet werden, so dass etwaige fehlerhafte Kernelemente entsorgt werden können und nicht für die Herstellung der Kerneinheit 10 eingesetzt werden. Die Fähigkeit zur Prüfung der äußeren Oberflächen der einzelnen Kernelemente ist vorteilhaft, so dass mehr zulässige Kerneinheiten 10 erzeugt und die Kosten für die Kerneinheiten reduziert werden.
  • Nach der Entfernung aus den entsprechenden Hauptmatrizen und der Prüfung werden die einzelnen ungebrannten Kernelemente auf erhöhter Temperatur auf entsprechenden Keramikofenstützen 20 (in 2 ist eine Stütze ausschließlich zu Veranschaulichungszwecken abgebildet) oder einer anderen Keramikstütze gebrannt, wie etwa einem Alumina- oder anderem Keramikpulversandbett (bekannt als Schiffchen bzw. Sagger). Jede Keramikofenstütze 20 weist eine obere Stützoberfläche 20a auf, die so konfiguriert ist, dass sie die benachbarte Oberfläche des darauf während dem Brennen ruhenden Kernelements (z.B. des Kernelements C1 aus 3) trägt. Die untere Oberfläche der Keramikofenstütze 20 wird auf einer herkömmlichen Stützeinrichtung oder einem Schiffchen platziert, so dass mehrere Kernelemente zum Brennen in einen herkömmlichen Brennofen für Kerne gegeben werden, und zwar unter Verwendung herkömmlicher Parameter für das Brennen von Kernen, abhängig von dem jeweiligen Keramikwerkstoff des Kernelements.
  • Nach dem Entfernen aus dem Brennofen werden die gebrannten Kernelemente C1, C2, C3 montiert unter Verwendung der vorgeformten äußeren inneren Fixierungsmerkmale 10a, 10b mit genauer Spielpassung der benachbarten Kernelemente C1, C2 und C2, C3, um im Verhältnis zueinander eine Verriegelung und zweckmäßige Kernelementpositionierung und Anordnung mit Zwischenabständen in der Einrichtung zu bewirken. Die Kernelemente können auf einer Einrichtung manuell montiert oder durch geeignete Robotervorrichtungen zusammengesetzt werden.
  • Die zusammengesetzten Kernelemente C1, C2, C3 werden in einer Einrichtung oder einer Schablone vorübergehend zusammen geklebt, wobei die Schablone Schablonenelemente TM aufweist, die so beweglich sind, dass sie mit den Kernelementen eingreifen und diese im Verhältnis zu einem anderen positionieren, unter Verwendung von geschmolzenem Wachs oder einem anderen flüchtigen Material, das an verschiedenen Kernpositionen aufgetragen und an diesen Positionen verfestigt wird, um ein temporäres Mittel zum Halten der Kernelemente bzw. ein Haftmittel bereitzustellen.
  • Nachdem sich das geschmolzene Wachs verfestigt hat, wird die Kerneinheit 10 aus der Einrichtung oder der Schablone entfernt, indem die beweglichen Elemente M eingezogen werden, um eine weitere Verarbeitung der haftenden Kerneinheit zu ermöglichen. Keramikklebstoff kann eingesetzt werden, um etwaige Verbindungslinien zu füllen, an denen Kernelemente Oberflächen aufweisen, die miteinander zusammenpassen oder verschachtelnd eingreifen, und zwar an einem Kerndruckbereich oder einem anderen Oberflächenbereich an den äußeren Kernoberflächen, wobei der Klebstoff bündig mit der äußeren Kernoberfläche geglättet wird.
  • Die auf diese Weise erzeugte mehrwandige Keramikkerneinheit 10 umfasst die Mehrzahl von räumlich getrennt angeordneten, dünnwandigen, bogenförmigen (tragflächenförmigen) Kernelementen C1, C2, C3, die im Verhältnis zueinander angeordnet sind durch die zusammenpassenden Fixierungsmerkmale 10a, 10b mit genauer Spielpassung, und wobei sie vorübergehend zusammengehalten werden durch die lokalisierten, verfestigten Wachsbereiche 50, die zu diesem Zweck gemäß der vorstehenden Beschreibung auf die Kerneinheit aufgetragen werden.
  • Die mehrwandige Keramikkerneinheit 10 wird danach weiter verarbeitet, um auf herkömmliche Art und Weise ein flüchtiges Muster um die Kerneinheit zu spritzen und um eine Genaugussgehäuseform darum zu formen, zur Verwendung beim Gießen von Tragflächen aus Superlegierung. Im Besonderen wird ein ausdehnbares Musterwachs, ein entsprechender Kunststoff oder ein anderes Material in die Zwischenräume S1, S2 und um die Kerneinheit 10 eingeführt werden, um eine Kern-/Mustereinheit zu bilden. Für gewöhnlich wird die Kerneinheit 10 zu diesem Zweck in einer Wachsmustermatrize platziert, und geschmolzenes Wachs W wird um die Kerneinheit 10 und in die Zwischenräume S1, S2 eingespritzt, um eine gewünschte mehrwandige Turbinenschaufel oder -flügelkonfiguration zu bilden, wie dies in 4 dargestellt ist. Die Kern-/Mustereinheit wird danach in Keramikformmaterial gemäß dem allgemein bekannten Verfahren "Wachsausschmelzen" genau gegossen, durch wiederholtes Eintauchen in Keramikschlamm, Ablaufen lassen von überschüssigem Schlamm und Stukkatieren mit grobkörnigem Keramikstuck, bis sich an der Kern-/Mustereinheit eine Gehäuseform in gewünschter Dicke gebildet hat. Die Gehäuseform wird danach auf erhöhter Temperatur gebrannt, um Formfestigkeit für das Gusserzeugnis zu entwickeln, und das Muster wird selektiv entfernt durch thermische oder chemische Auflösungstechniken, wobei die Gehäuseform M mit darin angeordneter Kerneinheit 10 verbleibt, wie dies in 5 dargestellt ist.
  • Danach wird geschmolzene Superlegierung in die Form M eingeführt, wobei sich die Kerneinheit 10 darin befindet, und wobei die Einführung unter Einsatz herkömmlicher Gusstechniken ohne wesentliche Penetration des geschmolzenen Metalls zwischen die zusammenpassenden Fixierungsmerkmale 10a, 10b durch deren Verhältnis mit genauer Spielpassung erfolgt. Die geschmolzene Superlegierung kann direktional in der Form M um die Kerneinheit 10 verfestigt werden, so dass ein Stengel- oder Einkristall-Tragflächengusserzeugnis gebildet wird. Alternativ kann die geschmolzene Superlegierung verfestigt werden, so dass ein gleichachsiges Korntragflächen-Gusserzeugnis erzeugt wird. Die Form M wird von dem verfestigten Gusserzeugnis unter Verwendung eines mechanischen Ausklopfvorgangs entfernt, gefolgt von einer oder mehreren bekannten chemischen Laug- oder mechanischen Sandstrahltechniken. Die Kerneinheit 10 wird selektiv durch chemische Laug- oder andere herkömmliche Kernentfernungstechniken von dem verfestigten Tragflächengusserzeugnis entfernt. Die vorher durch die Kernelemente C1, C2, C3 belegten Zwischenräume bzw. Räume umfassen innere Kühlluftkanäle in dem Tragflächengusserzeugnis, während die Superlegierung in den Zwischenräumen S1, S2 innere Wände der Tragfläche bildet, welche die Kühlluftkanäle trennen.
  • Die vorliegende Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass die Keramikkernelemente C1, C2, C3 mit zusammenpassenden Fixierungsmerkmalen 10a, 10b mit genauer Spielpassung durch herkömmliche Spritz- oder sonstige Formtechniken unter Verwendung geeigneter Keramikverbindungen/Schlämme geformt werden können, und wobei das Brennen der Kernelemente deren Maßhaltigkeit verbessert und deren Prüfung vor der Montage ermöglicht, um dafür zu sorgen, dass mehr zulässige Keramikkerneinheiten erhalten werden, und wobei im Ergebnis die Kosten für die Kerneinheit reduziert werden. Ferner wird kein Keramikwerkstoff benötigt, um die Kernelemente aneinander zu kleben.
  • Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen in Bezug auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dabei vom Gedanken und Umfang der Erfindung gemäß den Ausführungen in den anhängigen Ansprüchen abzuweichen.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung einer mehrwandigen Keramikkerneinheit zum Gießen einer Tragfläche mit internen Kühlkanälen, wobei das Verfahren das Bilden einer Mehrzahl einzelner, bogenförmiger Kernelemente aus Keramikmaterial umfasst, und wobei sie so geformt sind, dass sie Kühlkanäle in der Tragfläche bilden, wobei jedes Kernelement integrale zusammenpassende Fixierungsmerkmale aufweist, um einen derartigen Kern mit genauer Spielpassung mit komplementären Fixierungsmerkmalen an einem benachbarten Kernelement zusammenzuführen; das Brennen der Kernelemente und das Zusammensetzen der gebrannten Kernelemente durch Zusammenführen der Fixierungsmerkmale, und wobei ein flüchtiges Material auf die Kerneinheit aufgetragen wird, um die Kernelemente vorübergehend an der Position zu halten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüchtige Material auf periphere Positionen der Kerneinheit aufgetragen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kernelemente durch Formen gebildet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bogenförmigen Kernelemente ein Tragflächenprofil zum Einsatz beim Gießen einer Turbinentragfläche bilden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gebrannten Kernelemente in einer Einrichtung zusammengesetzt werden, wobei deren Fixierungsmerkmale mit einem Zwischenraum zwischen 0,001 und 0,003 Zoll auf jeder Seite zusammengeführt werden, und wobei das flüchtige Material an mehreren lokalisierten Bereichen der zusammengesetzten Kernelemente aufgetragen wird, um die zusammengesetzten Kernelemente an der Position zu halten, bevor ein flüchtiges Muster an den genannten zusammengesetzten Kernelementen gebildet wird.
  6. Keramikkerneinheit zum Gießen einer Tragfläche mit internen Kühlkanälen, wobei die Einheit eine Mehrzahl räumlich getrennter bogenförmiger, gebrannter Keramikkernelemente umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie Kühlkanäle in der Tragfläche bilden, und wobei sie im Verhältnis zueinander durch zusammengeführte äußere und innere Fixierungsmerkmale angeordnet sind, die zwischen benachbarten Kernelementen und integral damit ausgebildet angeordnet sind, und wobei sie durch flüchtiges Material zusammengehalten werden, das an mehreren lokalisierten Bereichen der Kerneinheit aufgetragen ist.
  7. Kerneinheit nach Anspruch 6, wobei die bogenförmigen Kernelemente ein Tragflächenprofil zum Einsatz beim Gießen einer Turbinentragfläche bilden.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Tragflächen-Gusserzeugnisses mit mehreren Wänden, die dazwischen Kühlkanäle definieren, wobei das Verfahren das Positionieren der Kerneinheit nach Anspruch 6 in einer Keramikform umfasst, sowie das Einführen von geschmolzenem metallischem Material in die Form um die Kerneinheit, ohne dass geschmolzenes metallisches Material durch die genaue Passung zwischen die zusammengeführten äußeren und inneren Fixierungsmerkmale eindringt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das geschmolzene metallische Material in der Form verfestigt wird, so dass ein gleichachsiges Gusserzeugnis oder ein direktional verfestigtes Gusserzeugnis gebildet wird.
DE60034138T 1999-06-24 2000-06-15 Mehrteilige kernanordnung für gegossene turbinenschaufel Expired - Lifetime DE60034138T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US339292 1999-06-24
US09/339,292 US6347660B1 (en) 1998-12-01 1999-06-24 Multipiece core assembly for cast airfoil
PCT/US2000/040210 WO2000078480A1 (en) 1999-06-24 2000-06-15 Multipiece core assembly for cast airfoil

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60034138D1 DE60034138D1 (de) 2007-05-10
DE60034138T2 true DE60034138T2 (de) 2007-12-13

Family

ID=23328346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60034138T Expired - Lifetime DE60034138T2 (de) 1999-06-24 2000-06-15 Mehrteilige kernanordnung für gegossene turbinenschaufel

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6347660B1 (de)
EP (1) EP1227905B1 (de)
JP (1) JP4878713B2 (de)
DE (1) DE60034138T2 (de)
WO (1) WO2000078480A1 (de)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE355918T1 (de) * 1999-12-08 2007-03-15 Gen Electric Kern zur einstellung der wanddicke einer turbinenschaufel und verfahren
US6615899B1 (en) 2002-07-12 2003-09-09 Honeywell International Inc. Method of casting a metal article having a thinwall
US20040159985A1 (en) * 2003-02-18 2004-08-19 Altoonian Mark A. Method for making ceramic setter
US7296615B2 (en) * 2004-05-06 2007-11-20 General Electric Company Method and apparatus for determining the location of core-generated features in an investment casting
FR2875425B1 (fr) * 2004-09-21 2007-03-30 Snecma Moteurs Sa Procede de fabrication d'une aube de turbomachine, assemblage de noyaux pour la mise en oeuvre du procede.
US7381029B2 (en) * 2004-09-30 2008-06-03 General Electric Company Multi-piece wind turbine rotor blades and wind turbines incorporating same
US7093645B2 (en) * 2004-12-20 2006-08-22 Howmet Research Corporation Ceramic casting core and method
US20070221359A1 (en) 2006-03-21 2007-09-27 United Technologies Corporation Methods and materials for attaching casting cores
US7753104B2 (en) 2006-10-18 2010-07-13 United Technologies Corporation Investment casting cores and methods
US20120178040A1 (en) 2007-12-03 2012-07-12 Howmet Corporation Apparatus and method for use in firing cores
US20100008759A1 (en) * 2008-07-10 2010-01-14 General Electric Company Methods and apparatuses for providing film cooling to turbine components
US8096751B2 (en) * 2008-07-31 2012-01-17 Siemens Energy, Inc. Turbine engine component with cooling passages
US8846206B2 (en) * 2008-07-31 2014-09-30 Siemens Energy, Inc. Injection molded component
US8057182B2 (en) * 2008-11-21 2011-11-15 General Electric Company Metered cooling slots for turbine blades
US8196640B1 (en) 2010-07-02 2012-06-12 Mikro Systems, Inc. Self supporting core-in-a-core for casting
CN102019353B (zh) * 2010-12-17 2015-03-18 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 一种复杂薄壁件的精密铸造成型方法
US8915289B2 (en) 2011-05-10 2014-12-23 Howmet Corporation Ceramic core with composite insert for casting airfoils
US8899303B2 (en) 2011-05-10 2014-12-02 Howmet Corporation Ceramic core with composite insert for casting airfoils
US9422817B2 (en) 2012-05-31 2016-08-23 United Technologies Corporation Turbine blade root with microcircuit cooling passages
CN102717030B (zh) * 2012-06-14 2014-11-26 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 一种厚壁基座铝合金铸件的精密铸造方法
CN102717029B (zh) * 2012-06-14 2014-11-26 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 一种大型薄壁壳体铝合金铸件的铸造方法
DE102013211064A1 (de) * 2013-06-13 2014-12-18 Siemens Aktiengesellschaft SAFT-Analyse oberflächennaher Defekte
WO2015058043A1 (en) 2013-10-18 2015-04-23 United Technologies Corporation Multiple piece engine component
GB201415726D0 (en) * 2014-09-05 2014-10-22 Rolls Royce Plc Casting of engine parts
US9616492B2 (en) 2014-09-16 2017-04-11 Pcc Airfoils, Inc. Core making method and apparatus
EP3029414A1 (de) * 2014-12-01 2016-06-08 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zum Ermitteln der Lage eines beim Gießen einer Turbinenschaufel verwendeten Gusskerns
CN105499508B (zh) * 2015-12-09 2017-11-03 北京钢研高纳科技股份有限公司 一种大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法
US10052683B2 (en) * 2015-12-21 2018-08-21 General Electric Company Center plenum support for a multiwall turbine airfoil casting
US10465527B2 (en) 2016-11-17 2019-11-05 General Electric Company Support for a multi-wall core
US20180161866A1 (en) * 2016-12-13 2018-06-14 General Electric Company Multi-piece integrated core-shell structure for making cast component
US11813669B2 (en) 2016-12-13 2023-11-14 General Electric Company Method for making an integrated core-shell structure
FR3065661B1 (fr) * 2017-04-28 2019-06-14 Safran Aircraft Engines Noyau pour la fabrication par moulage a la cire perdue d'une aube de turbomachine
GB2563222A (en) * 2017-06-06 2018-12-12 Rolls Royce Plc Core positioning in wax pattern die, and associated method and apparatus
DE102018200705A1 (de) * 2018-01-17 2019-07-18 Flc Flowcastings Gmbh Verfahren zur Herstellung eines keramischen Kerns für das Herstellen eines Gussteils mit Hohlraumstrukturen sowie keramischer Kern
CN112517853A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 中国科学院金属研究所 一种空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法
CN112517854A (zh) * 2020-12-21 2021-03-19 贵阳航发精密铸造有限公司 一种制造空心涡轮叶片的陶瓷型芯定位方法
FR3124408A1 (fr) * 2021-06-25 2022-12-30 Safran Noyau en ceramique utilise pour la fabrication d’aubes par fonderie a la cire perdue

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2362745A (en) 1941-10-30 1944-11-14 Davidson Avis Cole Method of and apparatus for making airplane propeller blades
US3029485A (en) 1959-01-14 1962-04-17 Gen Motors Corp Method of making hollow castings
US3648756A (en) 1970-05-04 1972-03-14 Eaton Corp Composite mold and method of making same
DE2145168A1 (de) 1970-09-07 1972-03-09 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho, Kariya, Aichi (Japan) Guß-Kern
US3927710A (en) 1974-08-21 1975-12-23 United Technologies Corp Joining of multi-section ceramic molds
DE2711195C3 (de) 1977-03-15 1980-07-31 Bayerische Motoren Werke Ag, 8000 Muenchen Saugrohranlage für 4- bis 6-zylindrige Reihenbrennkraftmaschinen
JPS5648425Y2 (de) * 1979-03-28 1981-11-12
US4252175A (en) 1979-05-25 1981-02-24 Outboard Marine Corporation Cylinder block having a cast-in core unit and process for manufacturing same
GB2096525B (en) 1981-04-14 1984-09-12 Rolls Royce Manufacturing gas turbine engine blades
US4596281A (en) 1982-09-02 1986-06-24 Trw Inc. Mold core and method of forming internal passages in an airfoil
US4874031A (en) 1985-04-01 1989-10-17 Janney David F Cantilevered integral airfoil method
DD248755A1 (de) * 1986-05-05 1987-08-19 Elektromaschinenbau Veb K Verbundgiessform zur verbindung von zwei maschinenteilen
JP2607940B2 (ja) * 1988-11-15 1997-05-07 本田技研工業株式会社 2サイクルエンジンのシリンダブロック鋳造用中子
JPH0318457A (ja) * 1989-06-14 1991-01-28 Mazda Motor Corp 鋳型接着方法およびその構造
JPH05185181A (ja) * 1992-01-14 1993-07-27 Naniwa Seisakusho:Kk 接着剤により一体に連結、接着された砂鋳型組立体及びその接着方法
US5394932A (en) 1992-01-17 1995-03-07 Howmet Corporation Multiple part cores for investment casting
US5295530A (en) * 1992-02-18 1994-03-22 General Motors Corporation Single-cast, high-temperature, thin wall structures and methods of making the same
US5296308A (en) * 1992-08-10 1994-03-22 Howmet Corporation Investment casting using core with integral wall thickness control means
US5337805A (en) 1992-11-24 1994-08-16 United Technologies Corporation Airfoil core trailing edge region
JPH06234042A (ja) * 1993-02-12 1994-08-23 Toyota Motor Corp 中子の組付方法
US5291654A (en) * 1993-03-29 1994-03-08 United Technologies Corporation Method for producing hollow investment castings
US5385705A (en) 1993-04-11 1995-01-31 Malloy; Gary J. Reusable core apparatus for a casting mold, and methods of utilizing same
JP3802095B2 (ja) * 1994-12-20 2006-07-26 ホーメット・コーポレーション インベスティメント鋳造用の多部品コア部
US5735335A (en) 1995-07-11 1998-04-07 Extrude Hone Corporation Investment casting molds and cores
US6186217B1 (en) * 1998-12-01 2001-02-13 Howmet Research Corporation Multipiece core assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003502159A (ja) 2003-01-21
EP1227905B1 (de) 2007-03-28
JP4878713B2 (ja) 2012-02-15
WO2000078480A1 (en) 2000-12-28
DE60034138D1 (de) 2007-05-10
EP1227905A1 (de) 2002-08-07
US6347660B1 (en) 2002-02-19
EP1227905A4 (de) 2004-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60034138T2 (de) Mehrteilige kernanordnung für gegossene turbinenschaufel
DE69927606T2 (de) Mehrteilige kernanordnung
DE60032824T2 (de) Mehrwandiger kern und verfahren
EP1098725B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines metallischen hohlkörpers
DE602004006342T2 (de) Verfahren zum Präzisionsgiessen
WO2016058900A1 (de) Turbinenschaufel mit innenmodul und verfahren zur herstellung einer turbinenschaufel
DE2536751A1 (de) Verfahren zur herstellung einer praezisionsgussform und die dabei erhaltene form
DE3322424C2 (de)
DE10207279A1 (de) Gießverfahren und Gussteil
DE10217040A1 (de) Keramischer Kern sowie Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen desselben
JPS594216B2 (ja) ガス・タ−ビン・エンジン用ブレ−ド翼の製造方法
DE3535499A1 (de) Turbinenrotor
DE112008003545T5 (de) Gießverfahren für Turbinenschaufelblätter
WO2019141783A1 (de) Verfahren zur herstellung eines keramischen kerns für das herstellen eines gussteils mit hohlraumstrukturen sowie keramischer kern
DE102007002208A1 (de) Ausbildung eines Trennwandfensters eines Zylinderblockgiessteils
DE2746233A1 (de) Aus mehreren teilen bestehender verlorener kern fuer metallgiessformen und verfahren zu seiner herstellung
DE112005002155T5 (de) Zylinderbohrungslaufbuchsen für gegossene Motorzylinderblöcke
DE4102358C2 (de) Im Druckgußverfahren herzustellendes Formteil, Verfahren zur Herstellung des Formteils sowie Hohlkörper zur Einlage in das Formteil
EP3768447A1 (de) Verfahren zur herstellung einer gussform zum einfüllen von schmelze sowie gussform
DE2853705C2 (de)
DE1195910B (de) Verfahren zur Herstellung von gegossenen hohlen Turbinenschaufeln
DE2453090C3 (de) Verfahren und Form zum Herstellen einer gegossenen Turbinenhohlschaufel
EP3616806B1 (de) Verfahren zur herstellung eines modellformkernrohlings, eines modellformkerns und einer feingussform sowie ein giessverfahren zur herstellung eines gussteils mit einer hohlraumstruktur
DE3520484C2 (de)
DE3626004C2 (de) Verfahren und Anordnung zur Bildung eines Gießkerns

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition