JP2010110795A - Method for producing gas turbine component using integrated type disposable core and shell die - Google Patents

Method for producing gas turbine component using integrated type disposable core and shell die Download PDF

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Ching-Pang Lee
チン−パン・リー
Martin Kin-Fei Lee
マーティン・キン−フェイ・リー
Hsin-Pang Wang
シン−パン・ワン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a gas turbine component using an integrated type disposable core and shell die. <P>SOLUTION: The method comprises: a step where the integrated type disposable core and shell die (34) of an authentic gas turbine component (10) is prepared; a step where the integrated type disposable core and shell die (34) is passed through, so as to insert at least one through rod (43); a step where an integrated type core and shell mold (44) is cast into the integrated type disposable core and shell die (34); a step where the integrated type disposable core and shell die (34) is removed, so as to obtain the integrated type core and shell cast mold (44) with at least one through rod (43) arranged therein; a step where, using the integrated core and shell cast mold (44), an authentic gas turbine component duplication (46) is cast; and a step where the integrated type core and shell cast mold (44) and at least one penetrating rod (43) are removed, so as to obtain the authentic gas turbine component duplication (46). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本明細書における実施形態は、総括的には使い捨てダイを使用して構成要素を製造する方法に関する。より具体的には、本明細書における実施形態は、総括的には、その中に配置された貫通ロッドを有する一体型の使い捨て中子及びシェルダイを使用して、ブレード、ノズル及びシュラウドのようなガスタービン構成要素を製造する方法に関する。   Embodiments herein relate generally to a method of manufacturing a component using a disposable die. More specifically, the embodiments herein generally use an integral disposable core and shell die having a through rod disposed therein, such as blades, nozzles and shrouds. The present invention relates to a method of manufacturing a gas turbine component.

金属のような適当な材料の複雑な三次元すなわち3D構成要素を形成するためには、インベストメント鋳造法又はロストワックス法が使用される。   Investment casting or lost wax processes are used to form complex three-dimensional or 3D components of suitable materials such as metals.

タービンブレードは、その根元においてブレードプラットフォームと一体形に接合された翼形部を含み、ブレードプラットフォームの下方において、マルチローブ支持ダブテールが一体形に接合される。翼形部は、中空であり、ブレードダブテールの内部で始まりかつ該翼形部のスパンに沿って延びる1つ又はそれ以上の半径方向チャネルを含み、これらチャネルは、エンジン運転時に加圧冷却空気を受けるための1つ又はそれ以上の入口を有する。   The turbine blade includes an airfoil integrally joined at its root to the blade platform, and a multilobe support dovetail is integrally joined below the blade platform. The airfoil is hollow and includes one or more radial channels that begin within the blade dovetail and extend along the span of the airfoil, and these channels receive pressurized cooling air during engine operation. Has one or more inlets for receiving.

翼形部は、その前縁及び後縁間におけるかつプラットフォームの根元から半径方向外側先端までの該翼形部の対向する正圧側面及び負圧側面の異なる部分の冷却を調整するようになった様々な形態の複雑な冷却回路をその中に有することができる。   The airfoil now coordinates cooling of different parts of the opposing pressure and suction sides of the airfoil between its leading and trailing edges and from the base of the platform to the radially outer tip. Various forms of complex cooling circuits can be included therein.

現在の翼形部設計では、複雑な冷却回路は、翼形部の内部に前縁に沿って、該前縁の内部衝突冷却を行うようになった専用チャネルを含むことができる。翼形部の薄い後縁に沿った専用チャネルは、該後縁の専用の冷却を行う。また、前縁及び後縁間の翼形部の中間部内には、マルチパス蛇行チャネルを配置することができる。翼形部の3つの冷却回路は、ブレードダブテールを貫通して延びて加圧冷却空気を別個に受けるようになった対応する入口を有する。   With current airfoil designs, complex cooling circuits can include dedicated channels along the leading edge within the airfoil that are adapted to provide internal impingement cooling of the leading edge. A dedicated channel along the thin trailing edge of the airfoil provides dedicated cooling of the trailing edge. Also, a multi-pass serpentine channel can be placed in the middle of the airfoil between the leading and trailing edges. The three cooling circuits of the airfoil have corresponding inlets that extend through the blade dovetail and receive the pressurized cooling air separately.

翼形部内部の冷却チャネルは、翼形部の加熱側壁と内部冷却空気との間の熱伝達を増大させるようになった、短いタービュレータリブ又はピンのような局所的特徴形状部を含むことができる。翼形部の半径方向チャネルを分離する隔壁又はブリッジは、該翼形部の前方ブリッジを貫通して延びて運転時に前縁の内部を衝突冷却するようになった典型的な衝突冷却孔のような該ブリッジを貫通した小さなバイパス孔を含むことができる。   The cooling channel within the airfoil includes local features such as short turbulator ribs or pins that are adapted to increase heat transfer between the heated sidewall of the airfoil and the internal cooling air. be able to. The bulkhead or bridge separating the radial channels of the airfoil is like a typical impingement cooling hole that extends through the forward bridge of the airfoil to impingely cool the interior of the leading edge during operation. A small bypass hole can be included through the bridge.

そのようなタービンブレードは一般的に、従来型の鋳造法により高強度超合金金属材料で製造される。通常のインベストメント鋳造法又はロストワックス鋳造法では、タービンブレードの内部に所望である複雑な冷却通路に合せて、最初に精密なセラミック中子が製作される。その翼形部、プラットフォーム及び一体形ダブテールを含むタービンブレードの正確な3D外部表面を形成する精密なダイ又はモールドもまた製作される。   Such turbine blades are typically manufactured from high strength superalloy metal materials by conventional casting methods. In a typical investment casting or lost wax casting process, a precision ceramic core is first fabricated to accommodate the complex cooling passages desired within the turbine blade. A precision die or mold is also fabricated that forms the precise 3D external surface of the turbine blade including its airfoil, platform, and integral dovetail.

セラミック中子は、2つのダイ半部分の内部に組立てられ、これらは、それらの間に空間つまり空隙を形成し、この空間つまり空隙が、得られるブレードの金属部分を形成する。空隙を満たしかつその中に封じ込められたセラミック中子を取り囲むように、ワックスが、組立てられたダイ内に注入される。2つのダイ半部分を分離させて、成形ワックスから除去する。成形ワックスは、所望のブレードの精密な形状を有しており、次にセラミック材料で被覆されて、周りを囲むセラミックシェルを形成する。   The ceramic core is assembled inside the two die halves, which form a space or void between them, which forms the metal part of the resulting blade. Wax is injected into the assembled die to fill the void and surround the ceramic core enclosed therein. The two die halves are separated and removed from the molding wax. The molded wax has the precise shape of the desired blade and is then coated with a ceramic material to form a surrounding ceramic shell.

ワックスを溶融しかつシェルから除去して、セラミックシェルと内部セラミック中子との間に対応する空隙つまり空間が残るようにする。次に、シェル内に溶融金属を注入してその中の空隙を満たし、シェル内に収容されたセラミック中子を再び封じ込める。   The wax is melted and removed from the shell, leaving a corresponding gap or space between the ceramic shell and the inner ceramic core. Next, molten metal is injected into the shell to fill the voids therein, and the ceramic core housed in the shell is re-encapsulated.

溶融金属を冷却しかつ凝固させ、次に外部シェル及び内部中子を適切に除去して、その中に内部冷却通路を備えた所望の金属製タービンブレードが後に残るようにする。   The molten metal is cooled and allowed to solidify, and then the outer shell and inner core are suitably removed, leaving behind the desired metal turbine blade with the internal cooling passages therein.

鋳造タービンブレードには次に、所望に応じて翼形部の側壁を貫通して適当なフィルム冷却孔の列を穿孔するような後続の製造作業を行って、内部を流れる冷却空気のための出口を形成するようにすることができ、これらフィルム冷却孔は次に、ガスタービンエンジンの運転時に翼形部の外部表面上に保護冷却空気フィルム又はブランケットを形成することができる。   The cast turbine blade is then subjected to subsequent manufacturing operations such as drilling an appropriate row of film cooling holes through the airfoil sidewalls as desired, and an outlet for cooling air flowing therethrough. These film cooling holes can then form a protective cooling air film or blanket on the outer surface of the airfoil during operation of the gas turbine engine.

ガスタービンエンジン効率は一般的に、運転時に発生しかつタービンブレードがそれからエネルギーを取り出す高温燃焼ガスの温度を上昇させることによって、増大する。タービンブレードは、高温度におけるそれらの強度を増強してタービンブレードの耐久性及び有効寿命を増大させるようなニッケル基超合金などの超合金金属で形成される。   Gas turbine engine efficiency is generally increased by raising the temperature of the hot combustion gases that occur during operation and from which the turbine blades extract energy. Turbine blades are formed of a superalloy metal, such as a nickel-base superalloy, that enhances their strength at high temperatures to increase the durability and useful life of the turbine blade.

翼形部の内部に設けられた複雑な冷却回路は、運転中のタービンエンジン内で所望のブレードの長寿命を得るために高温燃焼ガスからブレードを保護する助けになる。   A complex cooling circuit provided inside the airfoil helps to protect the blades from the hot combustion gases in order to obtain the desired blade longevity in the operating turbine engine.

タービンブレード内部の冷却回路は、限られた加圧冷却空気の使用を調整しかつその冷却効果を最大にするために、ますます複雑かつ入り組んだものになってきている。タービンブレードを冷却するために運転時に圧縮機から抽気されるあらゆるそのような冷却空気は、燃焼プロセスにおいては使用されず、それに対応してエンジンの全体効率を低下させる。   Cooling circuits inside turbine blades are becoming increasingly complex and intricate in order to coordinate the limited use of pressurized cooling air and maximize its cooling effect. Any such cooling air extracted from the compressor during operation to cool the turbine blades is not used in the combustion process and correspondingly reduces the overall efficiency of the engine.

タービン翼形部冷却の改善における最近の進展には、翼形部内に二重壁を導入して、翼形部の所望の場所における局所的冷却を増強するようにすることが含まれる。典型的な翼形部は、翼形部の一次冷却を行う専用前縁チャネル及び専用後縁チャネル並びにマルチ経路蛇行チャネルのような主チャネルを含む。これらのチャネルは一般的に、翼形部の薄い正圧及び負圧側壁間に形成され、これら正圧及び負圧側壁は、約40〜50ミル(約1.2mm)の厚さとすることができる。   Recent developments in improving turbine airfoil cooling include the introduction of double walls within the airfoil to enhance local cooling at the desired location of the airfoil. A typical airfoil includes a main channel such as a dedicated leading and trailing edge channel and multipath serpentine channel that provides primary cooling of the airfoil. These channels are typically formed between the thin pressure and suction sidewalls of the airfoil, and these pressure and suction sidewalls may be about 40-50 mils (about 1.2 mm) thick. it can.

翼形部の二重壁構造を導入する場合には、翼形部の主側壁と該翼形部内の主チャネルとの間に薄い内部壁を設けて、比較的狭い補助又は二次チャネルを形成する。二次壁は、それを貫通して主流れチャネルから主側壁の内側表面に向けて衝突冷却空気を送るようになった衝突孔を含むことができる。   When introducing a double wall structure of an airfoil, a thin inner wall is provided between the main side wall of the airfoil and the main channel in the airfoil to form a relatively narrow auxiliary or secondary channel. To do. The secondary wall may include an impingement hole adapted to route impingement cooling air therethrough from the main flow channel toward the inner surface of the main sidewall.

二重壁構造及び狭い二次流れチャネルの導入は、タービンブレードの典型的なインベストメント鋳造法において使用する既に複雑なセラミック中子に対して更なる複雑さを付加する。例えば、米国特許第5,484,258号、第5,660,524号、第6,126,396号、及び第6,174,133号を参照されたい。セラミック中子は、様々な冷却チャネル及びそれらチャネルの特徴形状部に相当する翼形部内の様々な内部空隙と完全に一致するので、冷却回路の複雑さが増すにつれて、セラミック中子は、それに対応して益々複雑になる。   The introduction of a double wall structure and a narrow secondary flow channel adds additional complexity to the already complex ceramic cores used in typical investment casting of turbine blades. See, for example, US Pat. Nos. 5,484,258, 5,660,524, 6,126,396, and 6,174,133. Ceramic cores perfectly match the various cooling channels and the various internal voids in the airfoil corresponding to the features of those channels, so that as the cooling circuit increases in complexity, the ceramic cores respond to it. And it gets more and more complicated.

翼形部の各半径方向チャネルは、セラミック中子内に対応する半径方向脚部を必要とし、それらの脚部は、鋳造工程の間に2つのダイの内部で適当に相互連結されるか又はその他の方法で支持されなくてはならない。二次チャネルの場合ようにセラミック中子の脚部が細くなった場合には、それに対応して脚部の強度が低下し、このことにより、取扱い中に脆性破壊を受けて中子の製作における有効歩留りの低下が生じる。   Each radial channel of the airfoil requires a corresponding radial leg in the ceramic core, which is suitably interconnected within the two dies during the casting process, or It must be supported in other ways. When the leg of the ceramic core becomes thinner, as in the case of the secondary channel, the strength of the leg decreases correspondingly, which causes brittle fracture during handling in the production of the core. A decrease in effective yield occurs.

セラミック中子は個別に製作され、次に2つのダイ半部分の内部に組立てられるので、それらの相対的な位置決めは、対応する組立公差の影響を受ける。翼形部の壁は、そもそも比較的薄く、またセラミック中子の特徴形状部もまた、小さくかつ精密である。従って、ダイ半部分の内部におけるセラミック中子の相対位置は、組立公差の影響を受け、このことが、得られる翼形部の薄い壁内側の複雑な冷却回路の仕上り寸法及び相対位置に影響を与える。   Since the ceramic cores are fabricated individually and then assembled within the two die halves, their relative positioning is subject to corresponding assembly tolerances. The airfoil walls are relatively thin in the first place, and the features of the ceramic core are also small and precise. Therefore, the relative position of the ceramic core inside the die half is affected by assembly tolerances, which affect the finished dimensions and relative position of the complex cooling circuit inside the thin wall of the resulting airfoil. give.

加えて、タービン構成要素を製造する現在の方法は一般的に、内部中子を作るのに必要とされるステップのみに対処している。例えば、米国特許出願第2005/0006047号を参照されたい。そのような方法は、構成要素の最終鋳造用の鋳造モールドを形成するために、依然としてワックスダイの使用、ワックス注入及び/又は外部セラミックシェル被覆を必要としている。   In addition, current methods of manufacturing turbine components generally address only the steps required to make the inner core. See, for example, US Patent Application No. 2005/00000007. Such methods still require the use of a wax die, wax injection and / or external ceramic shell coating to form a casting mold for final casting of the component.

米国特許第5,484,258号公報US Pat. No. 5,484,258 米国特許第5,660,524号公報US Pat. No. 5,660,524 米国特許第6,126,396号公報US Pat. No. 6,126,396 米国特許第6,174,133号公報US Pat. No. 6,174,133 米国特許出願公開第2005/0006047号公報US Patent Application Publication No. 2005/00000007 米国特許第6,626,230号公報US Pat. No. 6,626,230 米国特許第5,824,250号公報US Pat. No. 5,824,250 米国特許第4,321,010号公報U.S. Pat. No. 4,321,010 米国特許第5,868,194号公報US Pat. No. 5,868,194 米国特許第6,588,484号公報US Pat. No. 6,588,484 米国特許第6,255,000号公報US Pat. No. 6,255,000 米国特許第6,375,880号公報US Pat. No. 6,375,880 米国特許第6,609,043号公報US Pat. No. 6,609,043 米国特許第6,368,525号公報US Pat. No. 6,368,525 米国特許第6,571,484号公報US Pat. No. 6,571,484 米国特許第5,136,515号公報US Pat. No. 5,136,515 米国特許出願公開第2005/0156361号公報US Patent Application Publication No. 2005/0156361 米国特許出願公開第2005/0205232号公報US Patent Application Publication No. 2005/0205232 米国特許出願公開第2005/0258577号公報US Patent Application Publication No. 2005/0258577 米国特許出願公開第2005/0284598号公報US Patent Application Publication No. 2005/0284598 米国特許出願公開第2006/0065383号公報US Patent Application Publication No. 2006/0065383

従って、複雑な内部設計を有するガスタービン構成要素、特に翼形部を製造する簡易方法に対する必要性が依然として存在している。   Accordingly, there remains a need for a simplified method of manufacturing gas turbine components, particularly airfoils, with complex internal designs.

本明細書に説明した実施形態は、総括的にはガスタービン構成要素を製造する方法に関し、本方法は、真正ガスタービン構成要素の一体型の使い捨て中子及びシェルダイを準備するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを貫通させて少なくとも1つの貫通ロッドを挿入するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイの内部に一体型の中子及びシェルモールドを鋳造するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを除去して、その中に配置された少なくとも1つの貫通ロッドを有する一体型の中子及びシェル鋳造モールドを得るステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールドを使用して、真正ガスタービン構成要素複製品を鋳造するステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールド並びに少なくとも1つの貫通ロッドを除去して、真正ガスタービン構成要素複製品を得るステップとを含む。   Embodiments described herein generally relate to a method of manufacturing a gas turbine component, the method comprising providing an integral disposable core and shell die of a genuine gas turbine component; Inserting the at least one penetrating rod through the disposable core and shell die, casting the integral core and shell mold inside the integral disposable core and shell die, and integral disposable Removing the core and shell die to obtain an integral core and shell casting mold having at least one through rod disposed therein, and using the integral core and shell casting mold; Casting a replica of the authentic gas turbine component, an integral core and shell casting mold and at least one It was removed through rods, and obtaining a true gas turbine components reproductions.

本明細書における実施形態は、総括的にはガスタービン構成要素を製造する方法に関し、本方法は、その周りに配置された外側シェルダイを有する、真正ガスタービン構成要素の数値モデルを生成するステップと、真正ガスタービン構成要素の一体型の使い捨て中子及びシェルダイを製作するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを貫通させて少なくとも1つの貫通ロッドを挿入するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイの内部に一体型の中子及びシェルモールドを鋳造するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを除去して、その中に配置された少なくとも1つの貫通ロッドを有する一体型の中子及びシェル鋳造モールドを得るステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールドを使用して、真正ガスタービン構成要素複製品を鋳造するステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールド並びに少なくとも1つの貫通ロッドを除去して、真正ガスタービン構成要素複製品を得るステップとを含む。   Embodiments herein relate generally to a method of manufacturing a gas turbine component, the method generating a numerical model of a true gas turbine component having an outer shell die disposed thereabout. Manufacturing an integral disposable core and shell die of a genuine gas turbine component; inserting at least one penetrating rod through the integral disposable core and shell die; and an integral disposable core And casting the integral core and shell mold within the shell die, and removing the integral disposable core and shell die and having at least one through rod disposed therein And obtaining a shell casting mold, and using an integral core and shell casting mold, A step of casting the turbine components reproductions, by removing a core and a shell casting mold and at least one through-rods integral, and obtaining a true gas turbine components reproductions.

本明細書における実施形態は、総括的にはガスタービン翼形部を製造する方法に関し、本方法は、コンピュータ支援設計を用いて生成されかつその周りに配置された外側シェルを有する、複数の内部チャネルを有する真正翼形部の数値モデルを準備するステップと、マイクロペン堆積法、選択的レーザ焼結法、レーザワイヤ堆積法、溶融堆積法、インクジェット堆積法、電子ビーム溶解法、レーザ工学ネットシェイピング法、直接金属レーザ焼結法、直接金属堆積法及びそれらの組合せから成る群から選ばれた付加層製造法を用いて真正翼形部の数値モデルの一体型の使い捨て中子及びシェルダイを製作するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを貫通させて複数の貫通ロッドを挿入するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイの内部に、セラミックスラリを含む一体型の中子及びシェルモールドを鋳造するステップと、セラミックスラリを硬化させて、凝固セラミックを含む一体型の中子及びシェル鋳造モールドを生成するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを除去して、その中に配置された複数の貫通ロッドを有する一体型の中子及びシェル鋳造モールドを得るステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールドを使用して、真正翼形部複製品を鋳造するステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールド並びに複数の貫通ロッドを除去して、真正翼形部複製品を得るステップとを含む。   Embodiments herein relate generally to a method of manufacturing a gas turbine airfoil, the method comprising a plurality of interiors having an outer shell generated and disposed about using a computer-aided design. Steps to prepare a numerical model of a true airfoil with channels, micropen deposition, selective laser sintering, laser wire deposition, melt deposition, inkjet deposition, electron beam melting, laser engineering net shaping Fabricate an integrated disposable core and shell die of a numerical model of a true airfoil using an additional layer manufacturing method selected from the group consisting of a method, a direct metal laser sintering method, a direct metal deposition method and combinations thereof Inserting a plurality of through-rods through the integrated disposable core and shell die, and the integrated disposable core and A step of casting an integral core and shell mold including a ceramic slurry inside the elbow, a step of curing the ceramic slurry to produce an integral core and shell casting mold including a solidified ceramic, and Removing the body-shaped disposable core and shell die to obtain an integral core and shell casting mold having a plurality of through rods disposed therein, and using the integral core and shell casting mold Casting the authentic airfoil replica and removing the integral core and shell casting mold and the plurality of through rods to obtain the authentic airfoil replica.

本明細書の説明による、真正タービンブレードの1つの実施形態の概略斜視図。1 is a schematic perspective view of one embodiment of an authentic turbine blade according to the description herein; FIG. 線A−Aに沿って取った、図1のタービンブレードの実施形態の概略断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the embodiment of the turbine blade of FIG. 1 taken along line AA. 真正タービンブレードを使用して、ブレード並びに該ブレードの対応する一体型の使い捨て中子及びシェルダイの数値モデルを作る方法の1つの実施形態の概略図。1 is a schematic diagram of one embodiment of a method of using a true turbine blade to create a numerical model of the blade and the corresponding integral disposable core and shell die of the blade. FIG. その周りに付加外側シェルダイを有する、図2のタービンブレードの2D数値モデルの1つの実施形態の概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a 2D numerical model of the turbine blade of FIG. 2 with an additional outer shell die around it. 線X−Xに沿って取った、それを貫通して延びる付加貫通ロッドを有する図3の一体型の使い捨て中子及びシェルダイの実施形態の概略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the integrated disposable core and shell die embodiment of FIG. 3 with additional through rods extending through it taken along line XX. 空隙を満たしかつ一体型の中子及びシェル鋳造モールドを形成するためのモールド材料による注入後における、図5の一体型の使い捨て中子及びシェルダイの実施形態の概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the embodiment of the integrated disposable core and shell die of FIG. 5 after injection with a mold material to fill the void and form an integral core and shell casting mold. 使い捨て中子及びシェルダイが除去された後における一体型の中子及びシェル鋳造モールドの1つの実施形態の概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of an integral core and shell casting mold after the disposable core and shell die are removed. 真正タービンブレード複製品を形成するための合金による注入後における一体型の鋳造モールドの1つの実施形態の概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of an integral casting mold after injection with an alloy to form a true turbine blade replica. FIG. 一体型の鋳造モールドのシェル部分の除去後における真正ブレード複製品の概略断面図。The schematic sectional drawing of the genuine blade replication product after the removal of the shell part of an integral casting mold. 一体型の鋳造モールドの中子部分及び貫通ロッドの除去後における真正ブレード複製品の1つの実施形態の概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a true blade replica after removal of the core portion of the integral casting mold and the through rod.

本明細書は、本発明を具体的に指摘しかつ明確に特許請求している特許請求の範囲を伴っているが、本明細書に記載した実施形態は、同じ参照符号が同様な要素を示す添付の図と関連させて、以下に記載したような真正構成要素に関してか又はそれらのモデルに関してかのどちらかについて説明した以下の説明を読むことにより一層よく理解されるようになると思われる。   While the specification concludes with claims, which particularly point out and distinctly claim the invention, the embodiments described herein indicate like elements with like reference numerals. It will be better understood by reading the following description, which is described either in terms of authentic components as described below or in terms of their models in conjunction with the accompanying figures.

本明細書における実施形態は、総括的には一体型の使い捨て中子及びシェルダイを使用してガスタービン構成要素を製造する方法に関する。より具体的には、本明細書における実施形態は、総括的には真正ガスタービン構成要素の一体型の使い捨て中子及びシェルダイを準備するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを貫通させて少なくとも1つの貫通ロッドを挿入するステップと、その中に少なくとも1つの貫通ロッドを有する一体型の使い捨て中子及びシェルダイの内部に一体型の中子及びシェルモールドを鋳造するステップと、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを除去して、一体型の中子及びシェル鋳造モールドを得るステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールドを使用して、真正ガスタービン構成要素複製品を鋳造するステップと、一体型の中子及びシェル鋳造モールド並びに少なくとも1つの貫通ロッドを除去して、真正ガスタービン構成要素複製品を得るステップとを含む方法に関する。   Embodiments herein relate generally to methods of manufacturing gas turbine components using an integral disposable core and shell die. More specifically, the embodiments herein generally provide for the provision of an integral disposable core and shell die for authentic gas turbine components, and through the integral disposable core and shell die. Inserting at least one penetrating rod; casting an integral core and shell mold within an integral disposable core and shell die having at least one penetrating rod therein; and integral disposable Removing the core and shell die to obtain an integral core and shell casting mold; casting the authentic gas turbine component replica using the integral core and shell casting mold; The integral core and shell casting mold and at least one through rod are removed to provide a true gas turbine component composite. It said method comprising the steps of obtaining a goods.

本明細書における実施形態は、総括的にはタービンブレードの製造について説明しているが、本説明はそのようなものに限定されるべきではないことは、当業者には解るであろう。本発明の実施形態は、それに限定されないが、タービンブレード及びその一部分、ベーン及びバンドを含むタービンノズル、並びにシュラウドのような中子を有するあらゆる構成要素の製造に適用可能である。   Although the embodiments herein describe generally the manufacture of turbine blades, those skilled in the art will appreciate that the description should not be limited to such. Embodiments of the present invention are applicable to the manufacture of any component having a core such as, but not limited to, turbine blades and portions thereof, turbine nozzles including vanes and bands, and shrouds.

図に目を向けると、図1は、本明細書に記載した方法を用いて製造することができるガスタービン構成要素11の1つの実施形態である真正タービンブレード10(以下においては、「タービンブレード」又は「ブレード」と呼ぶ)を示している。「真正」という用語によって、ガスタービンエンジン内での取付け及び使用が可能な構成要素を意味している。タービンブレード10は、翼形部12を含むことができ、翼形部12は、ほぼ凹面形の正圧側面14と該正圧側面に対向したほぼ凸面形の負圧側面16とを有することができる。翼形部12は、該翼形部12の根元20においてプラットフォーム18に対して一体形に結合することができる。プラットフォーム18は、エンジン運転時に翼形部12上を通過する高温燃焼ガスの内側境界面を形成することができる。プラットフォーム18の下方にはまた、マルチローブ取付けダブテール22を一体形に形成して、タービンロータディスクの周辺部の対応するダブテールスロット内にタービンブレード10を取付けるようにすることができる。   Turning to the figures, FIG. 1 illustrates an authentic turbine blade 10 (hereinafter “turbine blade”) that is one embodiment of a gas turbine component 11 that may be manufactured using the methods described herein. Or “blade”). By the term “authentic” is meant a component that can be installed and used within a gas turbine engine. The turbine blade 10 can include an airfoil 12 that can have a generally concave pressure side 14 and a generally convex suction side 16 opposite the pressure side. it can. The airfoil 12 may be integrally coupled to the platform 18 at the root 20 of the airfoil 12. The platform 18 may form an inner interface for hot combustion gases that pass over the airfoil 12 during engine operation. A multilobe mounting dovetail 22 may also be integrally formed below the platform 18 for mounting the turbine blade 10 in a corresponding dovetail slot at the periphery of the turbine rotor disk.

ブレード10は、ガスタービンエンジン内でのその適切な使用における必要性に応じて、単一壁又は多重壁とすることができ、また複雑な三次元すなわち3D形状を有することができる。上述したように、ブレード10の翼形部部分は、実質的に中空の内部21(図1に示す)を含むことができ、この中空内部21は、図2に示すように該中空内部の少なくとも一部分を占める少なくとも1つの内部チャネル24を備えた適当な内部冷却回路を含むことができる。本明細書全体を通して使用する場合に、「少なくとも1つの」というのは、1つが存在することができること、又は1つよりも多くが存在することができることを意味する。図2に示す実施形態では、中空内部は、複数の内部チャネル24を含むことができる。チャネル24は、翼形部の両側面間に配置することができ、またブレード10の全長だけ延びて入口(図示せず)を形成することができ、これらの入口は、プラットフォーム及びダブテールを貫通して延びて、エンジン運転時に加圧冷却空気を受けるようにすることができる。幾つかのチャネル24は、該チャネル間での流体連通を可能にする開口39によって互いに連結することができる。開口39は、例えばクロスオーバ衝突孔又は後縁スロットとすることができる。   The blade 10 can be single-walled or multi-walled and can have a complex three-dimensional or 3D shape, depending on the need for its proper use in a gas turbine engine. As noted above, the airfoil portion of the blade 10 can include a substantially hollow interior 21 (shown in FIG. 1) that is at least within the hollow interior 21 as shown in FIG. A suitable internal cooling circuit with at least one internal channel 24 occupying a portion can be included. As used throughout this specification, “at least one” means that one can be present or more than one can be present. In the embodiment illustrated in FIG. 2, the hollow interior can include a plurality of internal channels 24. The channel 24 can be disposed between the sides of the airfoil and can extend the entire length of the blade 10 to form inlets (not shown) that extend through the platform and dovetail. It can extend to receive pressurized cooling air during engine operation. Several channels 24 can be connected to each other by openings 39 that allow fluid communication between the channels. The opening 39 can be, for example, a crossover collision hole or a trailing edge slot.

図3に目を向けると、タービンブレード10の数値モデルは、従来通りのコンピュータ26内にプログラムされた適当なソフトウエアを使用するコンピュータ支援設計(CAD)を含むあらゆる従来型の方式で設計しかつ形成することができる。「数値モデル」というのは、構成要素のコンピュータ化モデルを意味している。構成要素の外側及び内側表面の両方を含む該構成要素の全体形状の3D数値座標を使用することによって、タービンブレードのような高度に複雑な部品の数値モデルを形成することは、一般的な方法である。従って、タービンブレード10は、コンピュータ26によって生成されるようなその二次元すなわち2D数値モデル28によって表すことができる。数値モデル28は、翼形部、プラットフォーム及びダブテール並びにその内部チャネル及び開口を含むブレード10の全外側表面の正確な定義を含むことができる。図4に示す1つの実施形態では、数値モデル28は、その周りに付加されたコンピュータ生成外側シェルダイ30を含むことができ、これは、本明細書で以下に説明するように、一体型の中子及びシェルダイを後で製作する際の助けとなる。   Turning to FIG. 3, the numerical model of the turbine blade 10 is designed in any conventional manner, including computer-aided design (CAD) using appropriate software programmed in a conventional computer 26 and Can be formed. “Numerical model” means a computerized model of components. Forming a numerical model of a highly complex part such as a turbine blade by using 3D numerical coordinates of the overall shape of the component, including both the outer and inner surfaces of the component, is a common method It is. Thus, the turbine blade 10 can be represented by its two-dimensional or 2D numerical model 28 as generated by the computer 26. The numerical model 28 may include an accurate definition of the entire outer surface of the blade 10 including the airfoil, platform and dovetail and its internal channels and openings. In one embodiment shown in FIG. 4, the numerical model 28 may include a computer-generated outer shell die 30 attached around it, as described below in this specification. Helps in later making the child and shell die.

図3に目を向けると、外側シェルダイ30を有する数値モデル28(図4に示すような)が生成されると、当業者には公知のあらゆるラピッドプロトタイピング法又は追加層製造法を用いて、一体型の使い捨て中子及びシェルダイを製作することができる。許容可能な追加層製造法の幾つかの実施例には、それに限定されないが、ペン先端において液状媒体を正確に供給しかつ次に硬化させるマイクロペン堆積法、レーザを使用して正確な制御位置において粉末媒体を焼結させる選択的レーザ焼結法、レーザによってワイヤ原料を溶融させまた次に正確な位置において堆積させかつ凝固させて製品を構築するレーザワイヤ堆積法、細いABSプラスチックワイヤを複数層として押出して製品を構築することによる溶融堆積法、複数のインクジェットノズルで、数値モデルにより定めた形状寸法に従ってダイ材料及び必要に応じて支持材料を堆積させるインクジェット堆積法、電子ビーム溶解法、レーザ工学ネットシェイピング法(LENS(登録商標))、直接金属レーザ焼結法、並びに直接金属堆積法が含まれる。   Turning to FIG. 3, once a numerical model 28 (as shown in FIG. 4) with an outer shell die 30 is generated, any rapid prototyping method or additional layer manufacturing method known to those skilled in the art can be used. An integrated disposable core and shell die can be made. Some examples of acceptable additional layer manufacturing methods include, but are not limited to, micro-pen deposition methods that accurately supply and then cure the liquid medium at the pen tip, precise control positions using a laser. Selective laser sintering method to sinter powder media, laser wire deposition method in which the wire raw material is melted by laser and then deposited and solidified in the correct position to build the product, multiple layers of thin ABS plastic wire Melt deposition method by extruding as a product, ink jet deposition method, electron beam melting method, laser engineering with multiple ink jet nozzles, depositing die material and support material as needed according to the shape and dimensions defined by numerical model Net shaping method (LENS (registered trademark)), direct metal laser sintering method, and direct metal It includes product method.

一例として、図3に示す実施形態では、ステレオリソグラフィー(SLA)機械32を使用して、一体型の使い捨て中子及びシェルダイ34(又は「使い捨てダイ」)を形成することができ、次にこの使い捨てダイを使用して、本明細書で以下に説明するように、真正タービンブレード複製品を製造することができる。SLA機械32は、あらゆる従来型の構成を有することができまたロボットアーム38の端部に取付けられたレーザ36を含むことができ、このロボットアーム38は、その様々な機能を制御するようにデジタル式にプログラム可能になったSLA機械の数値コントローラによって3D空間内で制御しかつ位置決めすることができる。   As an example, in the embodiment shown in FIG. 3, a stereolithography (SLA) machine 32 can be used to form an integral disposable core and shell die 34 (or “disposable die”), which is then The die can be used to produce authentic turbine blade replicas, as described herein below. The SLA machine 32 can have any conventional configuration and can include a laser 36 attached to the end of a robot arm 38 that is digitally controlled to control its various functions. It can be controlled and positioned in 3D space by a numerical controller of the SLA machine, which can be programmed into a formula.

液体樹脂のようなあらゆる適当なSLA材料40をプール内に収容することができ、またレーザ36から放射されたレーザビーム42を使用して材料40を局所的に硬化させ、それによって凝固SLA材料41を生成しかつ使い捨てダイ34を形成することができる。使い捨てダイ34は、プール内であらゆる適当な固定具上に支持することができ、またコンピュータ26内に記憶させた数値モデル28の寸法に従ってダイ34の全体構成上でレーザビーム42が正確に案内されるにつれて、層毎に構築することができる。   Any suitable SLA material 40, such as a liquid resin, can be contained in the pool, and the laser beam 42 emitted from the laser 36 is used to locally cure the material 40, thereby solidifying the SLA material 41. And a disposable die 34 can be formed. The disposable die 34 can be supported on any suitable fixture in the pool, and the laser beam 42 is accurately guided over the entire configuration of the die 34 according to the dimensions of the numerical model 28 stored in the computer 26. As you go, you can build it layer by layer.

所望に応じて、例えばワックス又は熱可塑性材料を含む支持材料(図示せず)は、SLA材料と同時に又は交互に堆積させて、製作時に使い捨てダイに対して支持を与えることができる。使い捨てダイの作製が完了すると、支持材料は、例えば溶融又は溶解によって除去することができる。   If desired, a support material (not shown), including, for example, wax or thermoplastic material, can be deposited simultaneously or alternately with the SLA material to provide support to the disposable die during fabrication. Once the fabrication of the disposable die is complete, the support material can be removed, for example, by melting or melting.

ブレード10の数値モデル28を用いて、SLA機械32を使用して使い捨てダイ34を形成して、該使い捨てダイ34及び真正ブレード10が材料組成を除いて実質的に同一であるようにすることができる。ブレード10は、殆どのガスタービンエンジン用途において一般的であるようなあらゆる適当な合金又は超合金金属で形成することができるが、使い捨てダイ34は、例えばレーザ36により硬化させて凝固SLA材料41を生成することができるあらゆる適当なSLA材料40で製作することができる。使い捨てダイ34を作るために使用する材料は、製作方法に応じて変更することができることは、当業者には分かるであろう。   Using the numerical model 28 of the blade 10, a SLA machine 32 is used to form the disposable die 34 so that the disposable die 34 and the authentic blade 10 are substantially identical except for the material composition. it can. The blade 10 can be formed of any suitable alloy or superalloy metal as is common in most gas turbine engine applications, but the disposable die 34 is cured by, for example, a laser 36 to cause the solidified SLA material 41 to be cured. It can be made of any suitable SLA material 40 that can be produced. Those skilled in the art will appreciate that the material used to make the disposable die 34 can vary depending on the fabrication method.

一体型の使い捨てダイ34は、例えば凝固SLA材料41によって形成することができ、またブレード全体の正確な外部形状及び表面並びにあらゆる所望のチャネル及び開口を含むブレード内の正確な内部冷却回路を含むことができる。本明細書全体を通して使用する場合に、「一体型の」というのは、中子とシェルとが独立片としてではなく、単体構造体として互いに結合されることを意味する。図3は、使い捨てダイ34の断面斜視図を示しているが、使い捨てダイ34は破線で表したようなブレード全体に対応していることが、当業者には解るであろう。使い捨て中子及びシェルダイ34の寸法は、必要に応じて所望の精度でブレードの様々な特徴形状部を再現するように変更することができる。当業者には解るように、使い捨てダイ34のより高い精度は、数値モデル28におけるより多くのデータポイントを必要とし、それは、SLA機械32の制御における数値モデルの実際的使用によってのみ制限される。   The unitary disposable die 34 can be formed, for example, by solidified SLA material 41 and includes an accurate external cooling circuit within the blade including the exact external shape and surface of the entire blade and any desired channels and openings. Can do. As used throughout this specification, “integral” means that the core and shell are joined together as a unitary structure rather than as separate pieces. 3 shows a cross-sectional perspective view of the disposable die 34, those skilled in the art will appreciate that the disposable die 34 corresponds to the entire blade as represented by the dashed line. The dimensions of the disposable core and shell die 34 can be varied as needed to reproduce the various features of the blade with the desired accuracy. As will be appreciated by those skilled in the art, the higher accuracy of the disposable die 34 requires more data points in the numerical model 28, which is limited only by the practical use of the numerical model in the control of the SLA machine 32.

図5には、凝固SLA材料41で製作した、得られた使い捨て中子及びシェルダイ34の1つの実施形態の断面図を示している。凝固SLA材料41は、金属の強度を欠いた低強度の非金属材料であるので、使い捨て中子及びシェルダイ34を封じ込めて、該使い捨て中子及びシェルダイ34に付加的支持を与えることが望ましいと言える。当業者に公知のあらゆる適当な封じ込め方法は、本明細書での使用に許容可能である。反対に、凝固SLA材料が、鋳造工程の注入圧力に耐えるのに十分な強度を有する場合には、付加的支持は不要とすることができる。   FIG. 5 shows a cross-sectional view of one embodiment of the resulting disposable core and shell die 34 made of solidified SLA material 41. Since the solidified SLA material 41 is a low strength non-metallic material lacking the strength of a metal, it may be desirable to contain the disposable core and shell die 34 to provide additional support to the disposable core and shell die 34. . Any suitable containment method known to those skilled in the art is acceptable for use herein. Conversely, if the solidified SLA material is strong enough to withstand the casting pressure of the casting process, additional support may be unnecessary.

さらに、少なくとも1つの貫通ロッド43、また図5に示すように複数の貫通ロッド43を利用して、鋳造時に使い捨てダイ34に対して支持を与えかつ中子及びシェル間の適正な整列を保証することができる。貫通ロッド43は、従来型の鋳造法と共用可能なあらゆる組成物で製造することができ、これらの組成物には、それに限定されないが、石英又はアルミナが含まれる。しかしながら、一般的にはダイの外側表面と接触するだけである当技術分野で使用されている従来型のロッドとは異なり、本明細書における貫通ロッド43は、使い捨てダイの幅Wを少なくとも跨ぐのに十分な長さのものとすべきであり、この長さは場所によって変化させることができる(図5参照)。貫通ロッドが使い捨てダイを貫通するのを可能にすることによって、ダイは支持することができ、また使い捨てダイの中子及びシェル間の整列は、真正構成要素複製品の製造工程全体を通して維持することができる。   In addition, at least one penetrating rod 43 and a plurality of penetrating rods 43 as shown in FIG. 5 are utilized to provide support for the disposable die 34 during casting and to ensure proper alignment between the core and shell. be able to. The through rod 43 can be made of any composition that is compatible with conventional casting methods, including but not limited to quartz or alumina. However, unlike conventional rods used in the art, which generally only contact the outer surface of the die, the through rod 43 herein will span at least the width W of the disposable die. Should be long enough, and this length can vary from place to place (see FIG. 5). By allowing the through rod to penetrate the disposable die, the die can be supported and the alignment between the core and shell of the disposable die must be maintained throughout the manufacturing process of the authentic component replica. Can do.

貫通ロッド43の直径もまた、変更することができる。しかしながら、1つの実施形態では、貫通ロッド43は、約0.025インチ〜約0.065インチ(約0.064cm〜約0.17cm)の範囲にある直径を有することができ、また1つの実施形態では、約0.040インチ〜約0.060インチ(約0.10cm〜約0.15cm)の範囲にある直径を有することができる。さらに、全ての貫通ロッド43は、同一の直径又は異なる直径を有することができ、或いは各貫通ロッドは、その長さに沿って可変の直径を有することができる。   The diameter of the through rod 43 can also be changed. However, in one embodiment, the through rod 43 can have a diameter in the range of about 0.025 inches to about 0.065 inches (about 0.064 cm to about 0.17 cm), and one implementation. Forms can have a diameter in the range of about 0.040 inches to about 0.060 inches (about 0.10 cm to about 0.15 cm). Further, all through rods 43 can have the same diameter or different diameters, or each through rod can have a variable diameter along its length.

貫通ロッド43は、例えば該貫通ロッドを孔47及び/又は開口39を通して押し込むことによって使い捨てダイ34内に挿入することができる。前述したように、開口39は、使い捨てダイ内に含ませて、真正ブレード複製品内において空気流を助けるようにすることができる。孔47は、製造後にあらゆる従来型の穿孔工具を使用して使い捨てダイ内に穿孔することができ、或いはそれに代えて、孔47は、開口39と同様に製造時に使い捨てダイ内に含ませることができる。図5に示すように、1つの実施形態では、孔47は、開口39と整列させて配置して、単一の貫通ロッド43が開口39及び孔47を貫通することができるようにすることができる。この構成では、本明細書で以下に説明するように使用に先立ってパッチで塞ぐか又は詰め物で塞ぐことを必要とする可能性がある余分な孔を真正ブレード複製品内に設けるのを回避することが望ましいと言える。   The through rod 43 can be inserted into the disposable die 34 by, for example, pushing the through rod through the hole 47 and / or the opening 39. As previously mentioned, the opening 39 can be included in a disposable die to aid in air flow within the authentic blade replica. The holes 47 can be drilled into the disposable die after manufacture using any conventional drilling tool, or alternatively, the holes 47 can be included in the disposable die during manufacture, as well as the openings 39. it can. As shown in FIG. 5, in one embodiment, the hole 47 may be aligned with the opening 39 to allow a single through rod 43 to pass through the opening 39 and the hole 47. it can. This arrangement avoids providing an extra hole in the authentic blade replica that may need to be plugged or padded prior to use as described herein below. Is desirable.

図6に示すように、一体型の中子及びシェルモールド44は、その空隙を満たすことによって使い捨てダイ34の内部に鋳造することができる。中子及びシェルモールド44は、あらゆる適当なモールド材料を加圧下で注入することによって鋳造することができ、1つの実施形態ではこのモールド材料は、セラミックスラリとすることができる。貫通ロッド43は、使い捨てダイ34がモールド材料の注入圧力に耐えるのを助け、かつ一体型のモールド44が所望の形状を確実に保持するのを助けることができる。使い捨てダイ34内にモールド材料を注入した後に、モールド材料は、例えば乾燥及び加熱のような当技術分野において公知の技術を用いて硬化させかつ凝固させることができる。その結果得られるのは、図6に示すような中子部分49及びシェル部分50を有する一体型の中子及びシェル鋳造モールド44(又は、「一体型のモールド」)である。1つの実施形態では、一体型のモールド44は、凝固セラミックを含むことができる。   As shown in FIG. 6, the integral core and shell mold 44 can be cast inside the disposable die 34 by filling the gap. The core and shell mold 44 can be cast by injecting any suitable mold material under pressure, and in one embodiment, the mold material can be a ceramic slurry. The through rod 43 can help the disposable die 34 withstand the injection pressure of the mold material and help ensure that the integral mold 44 retains the desired shape. After injecting the mold material into the disposable die 34, the mold material can be cured and solidified using techniques known in the art such as, for example, drying and heating. The result is an integral core and shell casting mold 44 (or “integral mold”) having a core portion 49 and a shell portion 50 as shown in FIG. In one embodiment, the integral mold 44 can include a solidified ceramic.

次に使い捨て中子及びシェルダイ34を除去して、図7に示すように、その中に配置された貫通ロッド43を有する一体型の中子及びシェル鋳造モールド44を後に残すことができる。使い捨て中子及びシェルダイは、あらゆる適当な方法によって一体型のモールド44から除去することができ、この適当な方法は、使い捨てダイ及び一体型のモールドの製作材料に応じて変更することができる。幾つかの許容可能な除去方法には、一体型のモールド44から使い捨てダイを溶融、焼却又は溶解することを含むことができる。使い捨てダイを除去した後に、対応する空隙45が一体型のモールド44内に残り、この空隙は、図1に示すタービンブレード10を形成する金属部分の正確な形状と一致する。   The disposable core and shell die 34 can then be removed, leaving behind an integral core and shell casting mold 44 with a through rod 43 disposed therein, as shown in FIG. The disposable core and shell die can be removed from the integral mold 44 by any suitable method, and this suitable method can be varied depending on the material of the disposable die and the integral mold. Some acceptable removal methods may include melting, incinerating or melting the disposable die from the unitary mold 44. After removing the disposable die, a corresponding gap 45 remains in the integral mold 44, which matches the exact shape of the metal part forming the turbine blade 10 shown in FIG.

従って、次に、1つの実施形態ではブレード複製品を含む真正ガスタービン構成要素複製品は、従来型のインベストメント鋳造法を用いて一体型の中子及びシェルモールド内に鋳造することができる。本明細書で使用する場合に、「複製品」というのは、本明細書に説明した方法を用いて作られた真正構成要素の実質的に同一のコピー製品を意味している。真正構成要素と同様に、複製品は、ガスタービンエンジン内に取付けかつ使用することができる。鋳造時に、溶融金属は、一体型のモールド44内に注入されて、一体型のモールド44内に存在する空隙45(図7に示す)を重力によって満たすことができる。貫通ロッド43は、所定の位置に留まって、モールド中子部分49とモールドシェル部分50との間に適正な間隔及び整列を維持するのを助けることができる。溶融金属は、ガスタービン構成要素を製造するのに適した合金又は超合金のようなあらゆる材料とすることができる。次に溶融金属は、図8に示すように、一体型のモールド44内で冷却しかつ凝固して、真正ガスタービン構成要素複製品を形成することができ、この複製品は、この例示的実施形態では、真正ガスタービンブレード複製品48である。   Accordingly, authentic gas turbine component replicas, including blade replicas in one embodiment, can then be cast into integral core and shell molds using conventional investment casting methods. As used herein, a “replica” means a substantially identical copy product of an authentic component made using the methods described herein. Similar to the authentic component, the replica can be installed and used in a gas turbine engine. During casting, molten metal can be injected into the integral mold 44 to fill the voids 45 (shown in FIG. 7) present in the integral mold 44 by gravity. The through rod 43 can remain in place to help maintain proper spacing and alignment between the mold core portion 49 and the mold shell portion 50. The molten metal can be any material such as an alloy or superalloy suitable for manufacturing gas turbine components. The molten metal can then be cooled and solidified in an integral mold 44 to form a true gas turbine component replica, as shown in FIG. In form, a true gas turbine blade replica 48.

次に一体型のモールド44は、一般に脆弱な構造体材料を破砕又は溶解することにより真正ブレード複製品48から適切に除去することができる。それに代えて、一体型のモールド44がセラミックで製作されている場合には、モールド44は、化学的溶脱によってブレード複製品48から適切に除去することができる。より具体的には、1つの実施形態では、中子部分49、シェル部分50及び貫通ロッド43は、同時に除去して、図10に示すような真正ブレード複製品48を後に残すことができる。   The integral mold 44 can then be appropriately removed from the authentic blade replica 48 by crushing or dissolving generally fragile structural material. Alternatively, if the integral mold 44 is made of ceramic, the mold 44 can be properly removed from the blade replica 48 by chemical leaching. More specifically, in one embodiment, the core portion 49, the shell portion 50, and the through rod 43 can be removed simultaneously, leaving behind a true blade replica 48 as shown in FIG.

別の実施形態では、モールドシェル部分50は、該モールドシェル部分を貫通して延びる貫通ロッド43のあらゆるセグメントと共に最初に除去することができる。モールドシェル部分50は、機械的装置のようなあらゆる許容可能な手段によって除去することができる。例えば、1つの実施形態では、ハンマーを使用して、シェル部分50をその中に収容されている貫通ロッド43のセグメントと共に破砕して取り除くことができる。図9に示すように、シェル部分50とその中に収容されている貫通ロッドセグメント43とを真正ブレード複製品48から除去したら、モールド中子部分49は、その中に収容されている貫通ロッド43のあらゆる残余セグメントと共に除去して、真正ブレード複製品48を後に残すことができる。シェル部分と同様に、中子部分49及び残りの貫通ロッド43は、溶解又は化学的溶脱を含む幾つもの方法によって除去することができる。   In another embodiment, the mold shell portion 50 can be removed first with any segment of the through rod 43 extending through the mold shell portion. The mold shell portion 50 can be removed by any acceptable means such as a mechanical device. For example, in one embodiment, a hammer can be used to break up and remove the shell portion 50 along with the segments of the through rod 43 contained therein. As shown in FIG. 9, once the shell portion 50 and the penetrating rod segment 43 contained therein are removed from the authentic blade replica 48, the mold core portion 49 becomes the penetrating rod 43 contained therein. Can be removed along with any remaining segments to leave behind a true blade replica 48. As with the shell portion, the core portion 49 and the remaining through rod 43 can be removed by a number of methods including melting or chemical leaching.

得られたブレード複製品48には次に、その側壁を貫通して冷却孔の列を穿孔すること或いは貫通ロッドの除去後に残っているあらゆる不必要な孔をパッチで塞ぐことのような一般的な鋳造後処理を行うことができる。最終的に得られるのは、図9に示す真正ブレード複製品48のような真正ガスタービン構成要素複製品46である。前述したように、真正ブレード複製品48は、図1に示す真正ブレード10と実質的に同一なものとすることができる。   The resulting blade replica 48 is then commonly used to drill rows of cooling holes through its side walls or to patch any unnecessary holes remaining after removal of the through rods. Can be processed after casting. The end result is a true gas turbine component replica 46, such as a true blade replica 48 shown in FIG. As described above, the authentic blade replica 48 may be substantially the same as the authentic blade 10 shown in FIG.

上記の方法では、ワックスダイの使用並びに対応するワックス注入及びワックス除去作業を削減することができる。このことは、時間及び出費の両方の節約を可能にする。さらに、また前述したように、一体型の中子及びシェルモールドは、現在の鋳造方法の場合にはしばしば複雑であり過ぎる単一壁及び多重壁翼形部を含む幾つもの構成要素設計を製造するために使用することができる。さらに、一体型の中子及びシェルモールドは、一層高度な壁厚制御を製造業者に提供し、それにより、一層正確に製作した構成要素の製造を可能にする。また、貫通ロッドの使用は、単一のロッドにより多数の壁厚を同時に制御することを可能にする。その他の利点は、以上の詳細な記述から当業者には明らかであろう。   In the above method, the use of a wax die and the corresponding wax injection and removal operations can be reduced. This allows for both time and expense savings. In addition, and as previously described, the integral core and shell molds produce a number of component designs including single wall and multi-wall airfoils that are often too complex for current casting methods. Can be used for. In addition, the integral core and shell mold provides the manufacturer with a higher degree of wall thickness control, thereby enabling the manufacture of more accurately manufactured components. The use of a through rod also allows multiple wall thicknesses to be controlled simultaneously with a single rod. Other advantages will be apparent to those skilled in the art from the foregoing detailed description.

本明細書は、最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、またさらに当業者が本発明を製作しかつ使用するのを可能にしている。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、かつ当業者が想起するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。   This written description uses examples, including the best mode, to disclose the invention and also to enable any person skilled in the art to make and use the invention. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other embodiments may have structural elements that do not differ from the language of the claims, or they contain equivalent structural elements that have non-essential differences from the language of the claims. Is intended to fall within the scope of the appended claims.

10 真正タービンブレード
11 ガスタービン構成要素
12 翼形部
14 正圧側面
16 負圧側面
18 プラットフォーム
20 根元
21 中空内部
22 ダブテール
24 内部チャネル
26 コンピュータ
28 2D数値モデル
30 外側シェルダイ
32 ステレオリソグラフィー(SLA)機械
34 一体型の使い捨て中子及びシェルダイ
36 レーザ
38 ロボットアーム
39 開口
40 SLA材料
41 凝固SLA材料
42 レーザビーム
43 貫通ロッド
44 一体型の中子及びシェルモールド
45 空隙
46 真正ガスタービン構成要素複製品
47 孔
48 真正ガスタービンブレード複製品
49 中子部分
50 シェル部分
10 True Turbine Blade 11 Gas Turbine Component 12 Airfoil 14 Pressure Side 16 Vacuum Side 18 Platform 20 Root 21 Hollow Interior 22 Dovetail 24 Internal Channel 26 Computer 28 2D Numerical Model 30 Outer Shell Die 32 Stereolithography (SLA) Machine 34 Integral disposable core and shell die 36 Laser 38 Robot arm 39 Opening 40 SLA material 41 Solidified SLA material 42 Laser beam 43 Through rod 44 Integral core and shell mold 45 Air gap 46 True gas turbine component replica 47 Hole 48 Authentic gas turbine blade replica 49 Core part 50 Shell part

Claims (10)

真正ガスタービン構成要素(10)の一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を準備するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を貫通させて少なくとも1つの貫通ロッド(43)を挿入するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)の内部に一体型の中子及びシェルモールド(44)を鋳造するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を除去して、その中に配置された前記少なくとも1つの貫通ロッド(43)を有する前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)を得るステップと、
前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)を使用して、真正ガスタービン構成要素複製品(46)を鋳造するステップと、
前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)並びに少なくとも1つの貫通ロッド(43)を除去して、前記真正ガスタービン構成要素複製品(46)を得るステップと、
を含む方法。
Providing an integral disposable core and shell die (34) of the authentic gas turbine component (10);
Inserting at least one penetrating rod (43) through the integral disposable core and shell die (34);
Casting an integral core and shell mold (44) within the integral disposable core and shell die (34);
Removing the unitary disposable core and shell die (34) to obtain the unitary core and shell casting mold (44) having the at least one through rod (43) disposed therein; When,
Casting the authentic gas turbine component replica (46) using the integral core and shell casting mold (44);
Removing said integral core and shell casting mold (44) and at least one through rod (43) to obtain said authentic gas turbine component replica (46);
Including methods.
その周りに配置された外側シェルダイ(30)を有する、真正ガスタービン構成要素(10)の数値モデル(28)を生成するステップと、
前記真正ガスタービン構成要素(10)の一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を製作するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を貫通させて少なくとも1つの貫通ロッド(43)を挿入するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)の内部に一体型の中子及びシェルモールド(44)を鋳造するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を除去して、その中に配置された前記少なくとも1つの貫通ロッド(43)を有する前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)を得るステップと、
前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)を使用して、真正ガスタービン構成要素複製品(46)を鋳造するステップと、
前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)並びに少なくとも1つの貫通ロッド(43)を除去して、前記真正ガスタービン構成要素複製品(46)を得るステップと、
を含む方法。
Generating a numerical model (28) of the authentic gas turbine component (10) having an outer shell die (30) disposed therearound;
Producing an integral disposable core and shell die (34) of the authentic gas turbine component (10);
Inserting at least one penetrating rod (43) through the integral disposable core and shell die (34);
Casting an integral core and shell mold (44) within the integral disposable core and shell die (34);
Removing the unitary disposable core and shell die (34) to obtain the unitary core and shell casting mold (44) having the at least one through rod (43) disposed therein; When,
Casting the authentic gas turbine component replica (46) using the integral core and shell casting mold (44);
Removing said integral core and shell casting mold (44) and at least one through rod (43) to obtain said authentic gas turbine component replica (46);
Including methods.
前記少なくとも1つの貫通ロッド(43)が、石英又はアルミナを含む、請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the at least one through rod (43) comprises quartz or alumina. 前記少なくとも1つの貫通ロッド(43)が、前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)内の少なくとも1つの開口(39)を貫通する、請求項1、請求項2又は請求項3のいずれか1項記載の方法。   The one of claims 1, 2 or 3, wherein the at least one penetrating rod (43) passes through at least one opening (39) in the integral disposable core and shell die (34). The method according to claim 1. 前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を貫通させて複数の貫通ロッド(43)を挿入するステップを含む、請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4のいずれか1項記載の方法。   5. The method according to claim 1, comprising inserting a plurality of through rods (43) through the integral disposable core and shell die (34). The method described. ステレオリソグラフィー法、マイクロペン堆積法、選択的レーザ焼結法、レーザワイヤ堆積法、溶融堆積法、インクジェット堆積法、電子ビーム溶解法、レーザ工学ネットシェイピング法、直接金属レーザ焼結法、直接金属堆積法及びそれらの組合せから成る群から選ばれた付加層製造法を用いて一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を製作するステップを含む、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4又は請求項5のいずれか1項記載の方法。   Stereolithography, micropen deposition, selective laser sintering, laser wire deposition, melt deposition, inkjet deposition, electron beam melting, laser engineering net shaping, direct metal laser sintering, direct metal deposition The method of claim 1, claim 2, claim 3, comprising manufacturing an integral disposable core and shell die (34) using an additional layer manufacturing method selected from the group consisting of a method and combinations thereof. 6. The method according to any one of claims 4 and 5. 前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)をセラミックスラリで作製するステップと、
前記セラミックスラリを硬化させて、一体型の凝固セラミック中子及びシェル鋳造モールド(44)を生成するステップと、
を含む、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5又は請求項6のいずれか1項記載の方法。
Producing the integral core and shell casting mold (44) with ceramic slurry;
Curing the ceramic slurry to produce an integral solidified ceramic core and shell casting mold (44);
A method according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
前記真正ガスタービン構成要素複製品の周りから、前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)或いは前記一体型の凝固セラミック中子及びシェル鋳造モールド(44)を除去するステップが、破砕、溶解、溶脱及びそれらの組合せから成る群から選ばれた方法を含む、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6又は請求項7のいずれか1項記載の方法。   Removing the integrated core and shell casting mold (44) or the integrated solidified ceramic core and shell casting mold (44) from around the replica of the authentic gas turbine component comprises crushing and melting. The method of any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7, comprising a method selected from the group consisting of: leaching and combinations thereof. the method of. 前記真正ガスタービン構成要素(10)が、タービンブレード、タービンノズル及びシュラウドから成る群から選ばれた、実質的に中空の内部を有する構成要素である、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7又は請求項8のいずれか1項記載の方法。   The said authentic gas turbine component (10) is a component having a substantially hollow interior selected from the group consisting of turbine blades, turbine nozzles and shrouds. 9. The method of any one of claims 4, 4, 5, 6, 7 or 8. コンピュータ支援設計を用いて生成されかつその周りに配置された外側シェル(30)を有する、複数の内部チャネル(24)を有する真正翼形部(12)の数値モデル(28)を準備するステップと、
ステレオリソグラフィー法、マイクロペン堆積法、選択的レーザ焼結法、レーザワイヤ堆積法、溶融堆積法、インクジェット堆積法、電子ビーム溶解法、レーザ工学ネットシェイピング法、直接金属レーザ焼結法、直接金属堆積法及びそれらの組合せから成る群から選ばれた付加層製造法を用いて前記真正翼形部(12)の数値モデル(28)の一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を製作するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を貫通させて複数の貫通ロッド(43)を挿入するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)の内部に、セラミックスラリを含む一体型の中子及びシェルモールド(44)を鋳造するステップと、
前記セラミックスラリを硬化させて、凝固セラミックを含む一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)を生成するステップと、
前記一体型の使い捨て中子及びシェルダイ(34)を除去して、その中に配置された前記複数の貫通ロッド(43)を有する前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)を得るステップと、
前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)を使用して、真正翼形部複製品(46)を鋳造するステップと、
前記一体型の中子及びシェル鋳造モールド(44)並びに複数の貫通ロッド(43)を除去して、前記真正翼形部複製品(46)を得るステップと、
を含む方法。
Providing a numerical model (28) of a true airfoil (12) having a plurality of internal channels (24) having an outer shell (30) generated using and disposed about the computer-aided design; ,
Stereolithography, micropen deposition, selective laser sintering, laser wire deposition, melt deposition, inkjet deposition, electron beam melting, laser engineering net shaping, direct metal laser sintering, direct metal deposition Manufacturing an integral disposable core and shell die (34) of the numerical model (28) of the authentic airfoil (12) using an additional layer manufacturing method selected from the group consisting of a method and combinations thereof; ,
Inserting a plurality of through rods (43) through the integral disposable core and shell die (34);
Casting an integral core and shell mold (44) including a ceramic slurry inside the integral disposable core and shell die (34);
Curing the ceramic slurry to produce an integral core and shell casting mold (44) comprising solidified ceramic;
Removing the integral disposable core and shell die (34) to obtain the integral core and shell casting mold (44) having the plurality of through rods (43) disposed therein; ,
Casting a true airfoil replica (46) using the integral core and shell casting mold (44);
Removing the integral core and shell casting mold (44) and the plurality of through rods (43) to obtain the authentic airfoil replica (46);
Including methods.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102019354A (en) * 2010-12-27 2011-04-20 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 Directional solidification method of ultra-thin and long shrouded blade
JP2017031973A (en) * 2015-07-29 2017-02-09 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Article, airfoil component and method for forming article
JP2017537251A (en) * 2014-10-15 2017-12-14 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft Die casting system with ceramic mold for forming components usable in gas turbine engines
JP2019188426A (en) * 2018-04-23 2019-10-31 三菱重工業株式会社 Core built-in mold production method, method for producing casting, and core built-in mold
JP2022510749A (en) * 2018-09-12 2022-01-28 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Hybrid elliptical-circular trailing edge for turbine airfoils
CN114433789A (en) * 2022-01-27 2022-05-06 清华大学 Ceramic core easy to remove core and preparation method thereof

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102019354A (en) * 2010-12-27 2011-04-20 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 Directional solidification method of ultra-thin and long shrouded blade
CN102019354B (en) * 2010-12-27 2012-11-07 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 Directional solidification method of ultra-thin and long shrouded blade
JP2017537251A (en) * 2014-10-15 2017-12-14 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft Die casting system with ceramic mold for forming components usable in gas turbine engines
JP2017031973A (en) * 2015-07-29 2017-02-09 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Article, airfoil component and method for forming article
JP2018105306A (en) * 2015-07-29 2018-07-05 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Article, airfoil component and method for forming article
JP2019188426A (en) * 2018-04-23 2019-10-31 三菱重工業株式会社 Core built-in mold production method, method for producing casting, and core built-in mold
JP2022510749A (en) * 2018-09-12 2022-01-28 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Hybrid elliptical-circular trailing edge for turbine airfoils
CN114433789A (en) * 2022-01-27 2022-05-06 清华大学 Ceramic core easy to remove core and preparation method thereof
CN114433789B (en) * 2022-01-27 2023-08-25 清华大学 Ceramic core easy to take off core and preparation method thereof

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