JP2004076731A - 冷却通路を内側に備えたタービン翼を製作する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却通路を内側に備えたタービン翼を製作する方法であって、セラミックのコアを製作し、コアをワックスによる射出成形で埋め込み、コアに沿ってセラミックの成形シェルを製作し、ワックスを取り除いたあとで成形シェルを焼成し、タービン翼を形成するための室に溶融金属を注入し、成形シェルにおけるコアの運動を、コアから出発して成形シェルに延びる位置決め補助手段によって防止し、金属が硬化したあとで成形シェルおよびコアを取り除き、タービン翼を機械式に加工する方法を改良して、鋳込みの間のコアの運動を確実に防止し、タービン翼の材料特性または表面の不都合な影響を排除するようにする。
【解決手段】位置決め補助手段としてのピン７をコア１の自由端面に埋め込み、ピン７を、該端面から突出するようにし、成形シェル９にも埋め込まれるようにし、ピン７の、前記端面から突出する端部１０を、機械式に加工する際に取り除く。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却通路を内側に備えたタービン翼を製作する方法であって、セラミックのコアを製作し、該コアをワックスによる射出成形で埋め込み、ワックスによる射出成形で埋め込まれたコアに沿って、繰り返しのディッピングおよびサンディングによってセラミックの成形シェルを製作し、ワックスを取り除いたあとで該成形シェルを焼成し、ワックスの除去によって生じる、タービン翼を形成するための室に溶融金属を注入し、注入の際に成形シェルにおけるコアの運動を、コアから出発して成形シェルに延びる位置決め補助手段によって防止し、金属が硬化したあとで成形シェルおよびコアを取り除き、金属製のタービン翼を機械式に加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法は、様々な使用例で公知である。原則としてコアの下位端部は鋳込みに際して不動に配置されているが、上位端部は流入する溶融金属の影響下で運動し得る。タービン翼の壁が全ての領域で所望の壁厚を有するために、この運動は防止する必要がある。
【０００３】
このために、コアを取り囲むワックス層の、あとでタービン翼の壁を画設するようになる各領域にピンを圧入することが公知であり、これらのピンはコアに当接し、僅かにワックス層から突出する（ドイツ連邦共和国特許第３８１３２８７号明細書、欧州特許公開第第０３２４２２９号明細書）。ピンの突出する端部は、成形シェルに埋め込まれ、ワックスを取り除いたあとで鋳込みに際してコアの運動を防止する。このことは製作技術的に手間がかかり、ピン材料に応じて、タービン翼の材料特性の局所的な変化、ならびに場合にっては後続のタービン翼のコーティングに際して問題が生じるようになる。
【０００４】
別の公知の方法（欧州特許公開第０５８５１８３号明細書）では、コアが、間隔保持体として役立つ突起（バンパー）を備えている。コアのワックス層を部分的に取り除くことも既に提案されており、その結果適当な突起もしくは間隔保持体は成形シェルから形成される（米国特許第６３６４００１号明細書）これも製作技術的に手間がかかり、かつタービン翼の所望の壁厚を保証するものではない。
【０００５】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許第３８１３２８７号明細書
【特許文献２】
欧州特許公開第第０３２４２２９号明細書
【特許文献３】
欧州特許公開第０５８５１８３号明細書
【特許文献４】
米国特許第６３６４００１号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような、冷却通路を内側に備えたタービン翼を製作する方法を改良して、鋳込みの間のコアの運動を確実に防止し、タービン翼の材料特性または表面の不都合な影響を排除するような方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するための本発明の方法によれば、位置決め補助手段としてのピンをコアの自由端面に埋め込み、該ピンを、該端面から突出するようにし、該ピンを、成形シェルにも埋め込まれるようにし、該ピンの、前記端面から突出する端部を、機械式に加工する際に取り除く。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、タービン翼の機能的に重要な全ての領域の材料特性、壁厚および表面が、ピンの配置の影響を受けずに維持される。ピンは、追加的なコストなしにセラミックコアに埋め込むことができる。ピンの、タービン翼のいわゆるクラウン底部から突出する端部は、簡単に取り除くことができる。ピンの、クラウン底部の下方に位置する端部は、取り除く必要はない。というのもこの端部は不都合なものではないからである。もちろんピンの寸法は、一方ではコア材料への堅固な埋め込みが得られ、他方ではピンが鋳込みに際して十分な安定性を有する程度に選択される。
【０００９】
有利にはピンは、ニッケルベース合金、特にＮｉＣｒ８２から成っている。そのような合金は、特に酸化しにくく、かつ１４００度を超える高温領域において十分な程度の機械的な強さを有している。ピンのために別の公知の材料を使用することもでき、たとえばプラチナ、パラジウムベースまたはタングステンベースの貴金属合金を使用することもでき、場合によってはセラミック材料から成るピンを使用することもできる。
【００１０】
成形シェルの焼成に際して酸化する材料を有するピンを用いる場合、ピンがタービン翼の金属のための対抗受けを備えるような実施例が提案される。この場合最も簡単な例は周溝である。このピンは、周溝があとで形成されるクラウン底部の領域に存在するようにコアに差し込むのが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図示の実施例を用いて詳しく説明する。
【００１２】
図１および図２には、セラミック材料から成る再現可能なコアを示した。コアの、図１および図２において下位の区分２は、図示していない保持体に接続するために設けられている。下位の区分から、上位の２つの区分３，４が出発しており、これらは実質的に互いに平行に延びている。少なくとも上位の区分４は、プロフィール５を備えており、プロフィール５はタービン翼における冷却通路を形成するのに役立つ。コア１の製作に際して、上位の端面６にピン７が埋め込まれ、このピン７は上位の端面６から突出している。ピンは、図示の実施例では、ニッケルベース合金、要するにＮｉＣｒ８２から成っている。
【００１３】
そのように準備されたコアは、ワックス層８による射出成形で埋め込まれる（図３）。ワックス層８は、あとでタービン翼を形成するために溶融金属の注入される室を規定する。単数または複数のピン７の、コア１から突出する端部１０は、ワックス層８からも突出していて、ワックス層８の領域に周溝１１を備えている。
【００１４】
別の方法ステップ（図４）では、ワックス層８に沿って、幾重にわたるディッピング（ディプ法）およびサンディング（砂かけ；Ｂｅｓａｎｄｅｎ）によってセラミック成形シェル９が形成される。ワックス層８を取り除いたあとで成形シェル９は焼成される（図５）。
【００１５】
ワックス層８から解放された室に、金属１２を注入することができ、この金属１２は冷却して硬化したあとでタービン翼を形成する。溶融金属１２は単数または複数のピン７の周溝１１にも流れ込むので、形状結合が形成され、この形状結合は、少なくともピン材料が成形シェル９の焼成時に表面酸化しやすいような場合に必要である（図６）。
【００１６】
金属が冷却して硬化したあとで、コア１および成形シェル９が取り除かれ（図７）、そのようにして形成されたタービン翼１３は機械的に加工することができる。機械的な加工の間に、単数または複数のピン７の、前の段階で成形シェル９に埋め込まれた端部１０（この端部はタービン翼１３のクラウン底部１４から突出する）も取り除かれる。単数または複数のピン７の、タービン翼１３の内側に延びる端部は取り除かれない。なぜならばこの端部は不都合なものではないからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却通路を備えたタービン翼を製作するために使用されるコアを広幅側でみた概略的な平面図である。
【図２】図１の対象物を別の方向でみて示す図である。
【図３】図２の対象物を、ワックスによる射出成形で埋め込んだあとの状態で示す図である。
【図４】ワックス層に沿ったセラミックの成形シェルを備えた、図３の対象物を示す図である。
【図５】図４の対象物を、ワックス層の溶融されたあとの状態で示す図である。
【図６】図５の対象物を、鋳込みのあとの状態で示す図である。
【図７】図６の対象物を、コアおよび成形シェルを取り除いたあとの状態で示す図である。
【図８】図７の対象物を、ピンの、クラウン底部を越えて突出する端部を取り除いたあとの状態で示す図である。
【符号の説明】
１　コア、　２、３，４　区分、　５　プロフィール、　６　端面、　７　ピン、　８　ワックス層、　９　成形シェル、　１０　端部、　１１　周溝、　１２　金属、　１３　タービン翼、　１４　クラウン底部

Claims (6)

1. 冷却通路を内側に備えたタービン翼を製作する方法であって、セラミックのコアを製作し、該コアをワックスによる射出成形で埋め込み、ワックスによる射出成形で埋め込まれたコアに沿って、繰り返しのディッピングおよびサンディングによってセラミックの成形シェルを製作し、ワックスを取り除いたあとで該成形シェルを焼成し、ワックスの除去によって生じる、タービン翼を形成するための室に溶融金属を注入し、注入の際に成形シェルにおけるコアの運動を、コアから出発して成形シェルに延びる位置決め補助手段によって防止し、金属が硬化したあとで成形シェルおよびコアを取り除き、金属製のタービン翼を機械式に加工する方法において、
   位置決め補助手段としてのピン（７）を、コア（１）の自由端面（６）に埋め込み、該ピン（７）を、該端面（６）から突出するようにし、該ピン（７）を、成形シェル（９）にも埋め込まれるようにし、該ピン（７）の、前記端面（６）から突出する端部（１０）を、機械式に加工する際に取り除くことを特徴とする、冷却通路を内側に備えたタービン翼を製作する方法。
2. ニッケルベース合金から成るピン（７）を用いる、請求項１記載の方法。
3. ＮｉＣｒ８２から成るピンを用いる、請求項１または２記載の方法。
4. タービン翼（１３）の材料のための対抗受けを備えたピンを用いる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 周溝（１１）を備えたピン（７）を用いる、請求項４記載の方法。
6. ピン（７）をコア（１）に埋め込み、周溝（１１）があとで形成されるクラウン底部（１４）の領域に配置されるようにする、請求項４または５記載の方法。

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