JP2014176895A - 複合インサートを有するエアフォイル鋳造用セラミックコア - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも1つの消失性コアインサート1が、ジョイント形成面JSに1又は複数の雄型及び/又は雌型ジョイント部を有するように少なくとも1つの消失性コアインサート1を予備成形し、ジョイント形成面JSにて、前記少なくとも1つの予備成形されたコアインサートに隣接して一体に接合された少なくとも1つの消失性コアインサート2を現場成形することにより、雄型ジョイント部と雌型ジョイント部が連結された融合ジョイントの形成により複合コアインサートを形成し、複合コアインサートはコア成形用ダイキャビティの中に配置され、流体セラミック材料がダイキャビティMC2の中に導入して、複合コアインサートが組み込まれたコア本体が形成される。
【選択図】図1F
Description
<発明の分野>
本発明は、例えば複数の鋳造壁及び空気冷却効率向上のための複合通路を有するエアフォイルのように、複数壁を有するエアフォイル鋳造品を鋳造するための複合セラミックコアに関し、そのような複数壁を有する複合セラミックコアを製造する方法に関する。
ガスタービンエンジンの製造業者の多くは、複数壁及び薄壁を有する先進型(advanced)タービンエアフォイル(turbine airfoils)(すなわち、タービンブレード又はベーン)を評価する。このエアフォイルは、エンジン推力を大きくし、エアフォイルの十分な使用寿命を確保するべく、エアフォイル内部の冷却効率を向上させるための複雑な空気冷却チャンネルを含んでいる。しかしながら、先進型高推力エアフォイルエンジンの冷却スキームは複雑であり、複数の薄い壁及び非平面的冷却構造を必要とすることが多い。これらの先進型冷却スキームを画定するセラミックコアは、セラミック化合物を鋼製金型の中に押し込むことによって形成されているが、コアの複雑さは、金型の設計/製造の能力によって制限される。それゆえ、複雑な先進型冷却スキームの構築は、焼成後に複数のセラミックコアピースを組み立てることによって行われることが多い。しかしながら、組立ては、専門的な作業を必要とし、組み立てられたコア部品間の不一致によるコア寸法のばらつきが生じる。また、焼成されたコアは脆いため、取扱い時のスクラップ発生が増加する。このため、組立てを考慮すると、先進型冷却スキームに対する妥協が必要となる。
このコアアッセンブリの形成方法は、かなり複雑であり、複数の接続ロッド及び他のロッドを使用し、これらロッドを受ける孔をコアの中にドリル加工せねばならないため、コスト高となる。また、このコアアッセンブリ法は、コアアッセンブリ、ひいてはこのコアアッセンブリを用いて製造されたエアフォイルの寸法精度及び再現性が損なわれる。
本発明は、複数の壁を有するセラミックコアを製造する方法を提供するもので、複数の薄い壁を有し、内部冷却の効率を向上させるための複雑な空気冷却チャンネルを含むことができる先進型エアフォイル(例えば、タービンブレード又はベーン鋳造物)の鋳造に用いられる。
航空機エンジンのエアフォイルの冷却スキームを最も効果的なものにするために、特に、高圧タービンのブレード及びベーン(以下、エアフォイル)の場合、これら部品の内部通路であるエアフォイル壁を補強し、また内部冷却空気を正確に仕切る必要がある。これは、冷却空気の圧力が制御され、冷却空気がブレード又はベーンの最も必要とされる領域に向けられるようにするためである。コアインサートどうしが互いに融合され機械的に連結された消失性複合コアインサートを用いて本発明を実施することにより、複合的なエアフォイルコア形状を作製することができる。これは、単一又はマルチ平面ツールでは引き抜かれることができない。本発明は、より複雑な形状のエアフォイルコアを作り出すことができる。また、消失性コアインサートは、個々のインサート間に型割線又は当たり確認線が形成されることなく互いに結合され、単一の消失性複合コアインサートとして、コアダイの中に挿入されて射出(injection)が行われる。
Claims (30)
- 1又は複数の内部冷却通路を有するエアフォイルを鋳造するのに用いられる、複数壁を有するセラミックコアを製造する方法であって、
ジョイント形成面に雄型及び/又は雌型ジョイント部を有するように少なくとも1つの消失性コアインサートを予備成形すること、
前記ジョイント形成面にて、前記少なくとも1つの予備成形されたコアインサートに隣接して一体に接合された少なくとも1つの消失性コアインサートを現場成形することにより、雄型ジョイント部と雌型ジョイント部とが連結された融合ジョイントを形成して複合コアインサートを形成することを含み、複合コアインサートが除去されると、コアの中に内部通路面が形成されるようにしており、
複合コアインサートをコア成形用ダイキャビティの中に配置すること、
流体セラミック材料をダイキャビティの中に導入して、複合コアインサートが組み込まれたコア本体を形成すること、及び
セラミックコア本体をダイキャビティから除去すること、を含んでいる方法。 - 少なくとも2つの予備成形された消失性コアインサートを形成すること、及び少なくとも1つの消失性コアインサートを現場成形することを含み、前記少なくとも2つの予備成形された消失性コアインサートの間の夫々が連結された融合ジョイントにて、少なくとも1つの消失性コアインサートが一体に接続される、請求項1の方法。
- 雄型ジョイント部は、前記少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートのジョイント形成面から延びる突出部を具えている、請求項1の方法。
- 突出部は、雄型ダブテール部、ダボ部、雄型さね部又は雄型ナール部を含んでいる、請求項3の方法。
- 雌型ジョイント部は、前記少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートのジョイント形成面に凹部を有している、請求項1の方法。
- 凹部は、雌型ダブテール部、ダボ穴部、雌型溝部又は雌型ナール部を含んでいる、請求項5の方法。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、セラミックコアの中にクロスオーバー通路を形成する、請求項1の方法。
- クロスオーバー通路は、セラミックコアのリーディングエッジ及び/又はトレーリングエッジの近傍に形成される、請求項7の方法。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、メインコアと一体の圧縮側スキンコアを形成する、請求項1の方法。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、吸引側スキンコアセグメント表面を形成する、請求項1の方法。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、セラミックコアにトレーリングエッジ表面を形成する、請求項1の方法。
- 少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートは、プラスチック及びワックスからなる群から選択される材料を、コアインサートモールドの中に注入することによって形成される、請求項1の方法。
- 少なくとも1つの現場された消失性コアインサートは、プラスチック及びワックスからなる群から選択される材料を、前記少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートが存在する複合コアインサートモールドの中に注入することによって形成される、請求項1の方法。
- セラミックコア本体から複合コアインサートを選択的に除去することをさらに含んでおり、複数壁を有するセラミックコアが作成される、請求項1の方法。
- 中空のエアフォイルを鋳造するのに用いられる、複数壁を有するセラミックコアと、
複合コアインサートと、の組合せであって、
前記複合コアインサートは、ジョイント形成面に雄型及び/又は雌型ジョイント部を有する少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートと、前記ジョイント形成面にて、前記少なくとも1つの予備成形されたコアインサートに隣接して現場成形されて一体に接合された少なくとも1つの消失性コアインサートとを含み、雄型ジョイント部と雌型ジョイント部とが連結され融合されたジョイントとなり、複合コアインサートが除去されると、コアの中に内部通路面を形成するための表面が形成される、組合せ。 - 雄型ジョイント部は、前記少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートのジョイント形成面から延びる突出部を具えている、請求項15の組合せ。
- 突出部は、雄型ダブテール部、ダボ部、雄型さね部又は雄型ナール部を含んでいる、請求項16の組合せ。
- 雌型ジョイント部は、前記少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートのジョイント形成面に凹部を有している、請求項15の組合せ。
- 凹部は、雌型ダブテール部、ダボ穴部、雌型溝部又は雌型ナール部を含んでいる、請求項18の組合せ。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、セラミックコアの中にクロスオーバー通路を形成する、請求項15の組合せ。
- クロスオーバー通路は、セラミックコアのリーディングエッジ及び/又はトレーリングエッジの近傍に形成される、請求項15の組合せ。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、メインセラミックコアと一体の圧縮側スキンコアを形成する、請求項15の組合せ。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、メインセラミックコアと一体の吸引側スキンコアセグメント表面を形成する、請求項15の組合せ。
- コアインサートの1つは、複合コアインサートが除去されると、セラミックコアにトレーリングエッジ表面を形成する、請求項15の組合せ。
- 少なくとも1つの予備成形された消失性コアインサートは、プラスチック及びワックスからなる群から選択される材料を含んでいる、請求項15の組合せ。
- 少なくとも1つの現場された消失性コアインサートは、プラスチック及びワックスからなる群から選択される材料を含んでいる、請求項15の組合せ。
- 1又は複数の内部冷却通路を有するエアフォイルを鋳造するのに用いられる、複数壁を有するセラミックコアを製造する方法であって、
各々のジョイント形成面にスナップ嵌合可能なジョイント部を有するように第1及び第2の消失性コアインサートを予備成形すること、
第1及び第2の消失性コアインサートのスナップ嵌合可能なジョイント部をスナップ嵌合させることによって複合コアインサートを形成して互いに連結されたジョイントが形成されるように第1及び第2の消失性コアインサートを組み立てることを含み、複合コアインサートが除去されると、コアの中に内部通路面が形成されるようにしており、
複合コアインサートをコア成形用ダイキャビティの中に配置すること、
流体セラミック材料をダイキャビティの中に導入して、複合コアインサートが組み込まれたコア本体を形成すること、及び
セラミックコア本体をダイキャビティから除去すること、を含んでいる方法。 - 第1及び第2のスナップ嵌合可能なジョイント部は、雄型及び雌型のスナップ嵌合可能なジョイント部である、請求項27の方法。
- 中空のエアフォイルを鋳造するのに用いられる、複数壁を有するセラミックコアと、
消失性複合コアインサートと、の組合せであって、
消失性複合コアインサートは、第1及び第2の予備成形された消失性コアインサートと、第1及び第2の予備成形された消失性コアインサートに組み込まれるコア材料とを具え、第1及び第2の予備成形された消失性コアインサートは、夫々のジョイント形成面に夫々のスナップ嵌合ジョイント部を有しており、第1及び第2の予備成形された消失性コアインサートの間にて、互いに連結されたジョイントが形成されている、組合せ。 - 第1及び第2のスナップ嵌合されるジョイント部は、雄型及び雌型スナップ嵌合ジョイント部である、請求項29の組合せ。
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