JP2019188426A - Core built-in mold production method, method for producing casting, and core built-in mold - Google Patents

Core built-in mold production method, method for producing casting, and core built-in mold Download PDF

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Ryota Okimoto
良太 沖本
英隆 小熊
Hidetaka Oguma
英隆 小熊
仁 北村
Hitoshi Kitamura
仁 北村
龍原潔
Kiyoshi Tatsuhara
潔 龍原
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Abstract

To provide a core built-in mold production method where, upon production of a casting having a cavity such as the circulation passage of a cooling medium in a gas turbine rotor blade for example using a core and a mold, the thinning of the casting is attained.SOLUTION: A core built-in mold production method comprises: a core built-in mold molding step where slurry SL made into a ceramic by being solidified into a space between a metal mold 8 and a resin model 1 having an outer face part forming an outer face with a shape same as the outer face of a casting as a product and an inner face part as a molding face forming a core is injected to mold a core built-in mold made of a core and a mold structure; and a mold firing step where the core and the mold structure are heated and fired, and further, the resin model 1 is removed.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、中子一体型鋳型製造方法、鋳物の製造方法、及び中子一体型鋳型に関する。   The present invention relates to a core-integrated mold manufacturing method, a casting manufacturing method, and a core-integrated mold.

例えばガスタービンの動翼は、高温の作動ガスに曝される。よって、動翼の温度をより低く保持するために、動翼の内部に冷却媒体を流して動翼を冷却している。
内部に冷却媒体を流すために、ガスタービン動翼には内部冷却構造が設けられている。このようなガスタービン動翼の製造は、精密鋳造を用いることが一般的である。精密鋳造を用いて内部冷却構造を有するガスタービン動翼を製造する際には、冷却媒体の流通路と同形状とされた中子(コア)を配置し、鋳造後に中子を取り除いている(例えば、特許文献1参照。)。
For example, the blades of a gas turbine are exposed to hot working gas. Accordingly, in order to keep the temperature of the moving blade lower, the moving blade is cooled by flowing a cooling medium inside the moving blade.
An internal cooling structure is provided in the gas turbine rotor blade in order to allow the cooling medium to flow inside. For the production of such a gas turbine blade, it is common to use precision casting. When manufacturing a gas turbine rotor blade having an internal cooling structure using precision casting, a core (core) having the same shape as the flow path of the cooling medium is disposed, and the core is removed after casting ( For example, see Patent Document 1.)

このような中子の製造方法としては、金型を用いた射出成形や、スラリーから直接成形するスリップキャスト法が知られている。一方、性能向上を図るため、内部冷却構造は複雑・微細化しており、これら製造方法に代わる方法として、例えば、3D(三次元)プリンタなどの成形装置を用いて複雑・微細な中子を製造する樹脂3D積層造形法が試みられている。   As a method for manufacturing such a core, an injection molding using a mold and a slip casting method in which molding is directly performed from a slurry are known. On the other hand, in order to improve performance, the internal cooling structure is complicated and miniaturized. As an alternative to these manufacturing methods, for example, a complex and fine core is manufactured using a molding apparatus such as a 3D (three-dimensional) printer. Resin 3D additive manufacturing has been attempted.

特開2002−28751号公報JP 2002-28751 A

ところで、中子と鋳型とが異なる材料で形成される場合、中子と鋳型の線膨張係数に差が生じることにより、鋳造プロセス中の各ステージ時において伸び差が生じるため、この伸び差を考慮して、鋳型と中子間のクリアランスが設定されている。即ち、中子の位置ズレを考慮した寸法公差を見込む必要があり、鋳物の薄肉化が難しくなるという課題がある。   By the way, when the core and the mold are made of different materials, a difference in the linear expansion coefficient between the core and the mold causes a difference in elongation at each stage in the casting process. Thus, a clearance between the mold and the core is set. That is, there is a problem that it is necessary to allow for a dimensional tolerance in consideration of the misalignment of the core, which makes it difficult to reduce the thickness of the casting.

この発明は、鋳物の薄肉化が可能となる中子一体型鋳型製造方法、鋳物の製造方法、及び中子一体型鋳型を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a core-integrated mold manufacturing method, a casting manufacturing method, and a core-integrated mold that can reduce the thickness of a casting.

本発明の第一の態様によれば、中子一体型鋳型製造方法は、金型と、製品である鋳物の外面と同形状の外面を形成する外面部と、中子を形成する成形面である内面部とを有する樹脂モデルと、の間に固化することでセラミックスとなるスラリーを射出して、前記中子及び鋳型構造物からなる中子一体型鋳型を造型する中子一体型鋳型造型工程と、前記中子及び前記鋳型構造物を加熱して焼成するとともに、前記樹脂モデルを除去する鋳型焼成工程と、を備える。   According to the first aspect of the present invention, a core-integrated mold manufacturing method includes a mold, an outer surface portion that forms the outer surface of the same shape as the outer surface of a casting that is a product, and a molding surface that forms a core. A core-integrated mold molding process for injecting a slurry that becomes a ceramic by solidifying between a resin model having an inner surface portion and molding a core-integrated mold composed of the core and the mold structure And a mold firing step for heating and firing the core and the mold structure and removing the resin model.

このような構成によれば、鋳型と中子とを同一の材料で一体造型することにより、鋳型と中子間の線膨張係数差が無くなり、鋳型と中子間の線膨張係数が異なることにより設定されていた鋳型と中子間のクリアランスを低減し、鋳物の薄肉化が可能となる。   According to such a configuration, by integrally molding the mold and the core with the same material, there is no difference in the linear expansion coefficient between the mold and the core, and the linear expansion coefficient between the mold and the core is different. The clearance between the set mold and the core can be reduced, and the casting can be thinned.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記樹脂モデルは、前記外面部と前記内面部との間に画成されている複数の空間を有してよい。   In the above core-integrated mold manufacturing method, the resin model may have a plurality of spaces defined between the outer surface portion and the inner surface portion.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記複数の空間の少なくとも一部は格子状に配置されてよい。
このような構成によれば、樹脂が膨張した際の膨張分を吸収することができる。
In the above-described core-integrated mold manufacturing method, at least a part of the plurality of spaces may be arranged in a lattice shape.
According to such a structure, the expansion | swelling part at the time of resin expansion | swelling can be absorbed.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記樹脂モデルは、融点が190℃以上である樹脂によって形成されてよい。
このような構成によれば、この樹脂モデルを用いて鋳型を製造する際に、雰囲気温度が190℃程度までは強度を確保することができる。
In the core-integrated mold manufacturing method, the resin model may be formed of a resin having a melting point of 190 ° C. or higher.
According to such a configuration, when a mold is manufactured using this resin model, the strength can be ensured up to an atmospheric temperature of about 190 ° C.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記樹脂モデルは、3D積層造形材からなってよい。
このような構成によれば、既存技術では形成が難しい三次元形状を容易に造形することができる。
In the core-integrated mold manufacturing method, the resin model may be made of a 3D additive manufacturing material.
According to such a configuration, it is possible to easily form a three-dimensional shape that is difficult to form with existing technology.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記中子一体型鋳型造型工程では、前記スラリーを射出する第一射出工程と、前記第一射出工程の後で、所定時間経過後に、前記スラリーを射出する第二射出工程と、を含んでよい。   In the core-integrated mold manufacturing method, in the core-integrated mold making process, the slurry is injected after a predetermined time elapses after the first injection process of injecting the slurry and the first injection process. A second injection step.

このような構成によれば、スラリーを射出成型する際に、スラリーの充填性を向上させることができる。   According to such a configuration, when the slurry is injection-molded, the filling property of the slurry can be improved.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記中子一体型鋳型造型工程では、前記樹脂モデルと前記金型との間に前記金型の位置を保持する固定部材を配置してよい。   In the core-integrated mold manufacturing method, in the core-integrated mold making process, a fixing member that holds the position of the mold may be disposed between the resin model and the mold.

このような構成によれば、樹脂モデルと金型との間の一部に固定部材を予め埋めておくことで、射出成型時において、樹脂モデルの位置ズレを防止することができる。   According to such a configuration, the resin member can be prevented from being displaced at the time of injection molding by preliminarily filling the fixing member in a part between the resin model and the mold.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記固定部材は、グリーン体であってよい。   In the core-integrated mold manufacturing method, the fixing member may be a green body.

上記中子一体型鋳型製造方法において、前記固定部材は、ボルトであってよい。
このような構成によれば、汎用部品を用いて樹脂モデルを固定することができる。また、ボルトの位置を容易に調整することができる。
In the core-integrated mold manufacturing method, the fixing member may be a bolt.
According to such a configuration, the resin model can be fixed using general-purpose parts. Further, the position of the bolt can be easily adjusted.

本発明の第二の態様によれば、鋳物の製造方法は、上記いずれかの中子一体型鋳型製造方法にて製造された中子一体型鋳型を用いて鋳物を精密鋳造する。   According to the second aspect of the present invention, in the casting manufacturing method, the casting is precisely cast using the core-integrated mold manufactured by any one of the above-described core-integrating mold manufacturing methods.

本発明の第三の態様によれば、中子一体型鋳型は、中子と、前記中子と同じ材料で形成され、前記中子に接続されている鋳型構造物と、を有する。   According to the third aspect of the present invention, the core-integrated mold includes a core and a mold structure formed of the same material as the core and connected to the core.

このような構成によれば、鋳型と中子とを同一の材料で一体造型することにより、鋳型と中子間の線膨張係数差が無くなり、鋳型と中子間の線膨張係数が異なることにより設定されていた鋳型と中子間のクリアランスを低減し、鋳物の薄肉化が可能となる。   According to such a configuration, by integrally molding the mold and the core with the same material, there is no difference in the linear expansion coefficient between the mold and the core, and the linear expansion coefficient between the mold and the core is different. The clearance between the set mold and the core can be reduced, and the casting can be thinned.

上記中子一体型鋳型において、前記材料は、シリカを60質量%以上含有するスラリーを固化させたセラミックスであってよい。
このような構成によれば、溶融性の高いスラリーとすることができる。
In the core-integrated mold, the material may be a ceramic obtained by solidifying a slurry containing 60% by mass or more of silica.
According to such a structure, it can be set as a highly meltable slurry.

上記中子一体型鋳型において、前記スラリーは、無機バインダを含んでよい。   In the core-integrated mold, the slurry may contain an inorganic binder.

本発明によれば、鋳型と中子とを同一の材料で一体造型することにより、鋳型と中子間の線膨張係数差が無くなり、鋳型と中子間の線膨張係数が異なることにより設定されていた鋳型と中子間のクリアランスを低減し、鋳物の薄肉化が可能となる。   According to the present invention, by integrally molding the mold and the core with the same material, there is no difference in the linear expansion coefficient between the mold and the core, and the linear expansion coefficient between the mold and the core is set differently. The clearance between the cast mold and the core can be reduced, and the casting can be thinned.

本発明の第一実施形態の中子一体型鋳型の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the core integrated mold according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態の樹脂モデルの断面図である。It is sectional drawing of the resin model of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態の中子一体型鋳型造型工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the core integral mold casting process of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態の中子一体型鋳型の断面図である。It is sectional drawing of the core integral type | mold mold of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態の中子一体型鋳型の断面図である。It is sectional drawing of the core integral type | mold mold of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態の鋳物の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the casting of 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の中子一体型鋳型造型工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the core integral mold molding process of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の変形例の中子一体型鋳型造型工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the core integral mold casting process of the modification of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の変形例の中子一体型鋳型造型工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the core integral mold casting process of the modification of 2nd embodiment of this invention.

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の中子一体型鋳型、中子一体型鋳型製造方法、及び鋳物の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の中子一体型鋳型は、精密鋳造に用いられる鋳型であって、例えば、内部冷却構造である冷却媒体流通路を有するガスタービン動翼(鋳物)用の鋳型である。
[First embodiment]
Hereinafter, a core-integrated mold, a core-integrated mold manufacturing method, and a casting manufacturing method according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The core-integrated mold of the present embodiment is a mold used for precision casting, for example, a mold for a gas turbine rotor blade (casting) having a cooling medium flow passage that is an internal cooling structure.

本実施形態の鋳型製造方法は、製品(鋳物)の形状と同等の形状である樹脂モデル1を樹脂3D積層造形法を用いて製造し、樹脂モデル1と金型を用いて中子と鋳型とを同一の材料で一体造型することを特徴としている。中子は、鋳型で製造する鋳物の内部の空洞に対応する形状である。中子は、鋳物の内部の空洞に対応する部分に配置されることで、鋳造時に鋳物となる金属が流れ込むことを抑制する。   The mold manufacturing method of this embodiment manufactures a resin model 1 having a shape equivalent to the shape of a product (casting) using a resin 3D additive manufacturing method, and uses a resin model 1 and a mold to form a core and a mold. Is characterized by being integrally formed of the same material. The core has a shape corresponding to a cavity inside a casting manufactured by a mold. The core is arranged in a portion corresponding to the cavity inside the casting, thereby suppressing the metal that becomes the casting from flowing during casting.

図1に示すように、本実施形態の中子一体型鋳型製造方法は、金型8(図3参照)を製作する金型製作工程S11と、中子3及び鋳型構造物11をなすスラリーSLを生成するスラリー生成工程S12と、樹脂モデル1を形成する樹脂モデル形成工程S13と、スラリーSLを樹脂モデル1をセットした金型8(樹脂モデル1の空洞部V1)に供給してスラリーSLを硬化させるとともに乾燥させて中子3及び鋳型構造物11を造型する中子一体型鋳型造型工程S14と、中子3及び鋳型構造物11を焼成する中子・鋳型一体焼成工程S15(鋳型焼成工程)と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the core-integrated mold manufacturing method of this embodiment includes a mold manufacturing step S <b> 11 for manufacturing a mold 8 (see FIG. 3), and a slurry SL that forms the core 3 and the mold structure 11. The slurry generation step S12 for generating the resin model, the resin model formation step S13 for forming the resin model 1, and the slurry SL is supplied to the mold 8 (the hollow portion V1 of the resin model 1) on which the resin model 1 is set. A core-integrated mold forming step S14 for forming the core 3 and the mold structure 11 by curing and drying, and a core / mold-integrated baking step S15 for baking the core 3 and the mold structure 11 (a mold baking step) ) And.

金型製作工程S11は、鋳型の金型8を製作する工程である。金型8は、金型8の内側に樹脂モデル1を配置した際、金型8の内面と樹脂モデル1の外面との間に10mm程度の空間が形成されるように製作する。
スラリー生成工程S12は、固化させることでセラミックスから形成された中子3及び鋳型構造物11となるスラリーSLを生成する工程である。
スラリーSLは、シリカ粉末と無機バインダとの混練物である。具体的には、スラリーSLは、シリカを60質量%以上含有し、分散剤、無機バインダ、架橋剤、及び水を溶解することによって生成することができる。
The mold manufacturing step S11 is a process for manufacturing a mold 8 as a mold. The mold 8 is manufactured so that a space of about 10 mm is formed between the inner surface of the mold 8 and the outer surface of the resin model 1 when the resin model 1 is disposed inside the mold 8.
The slurry generation step S12 is a step of generating the slurry SL that becomes the core 3 and the mold structure 11 formed from ceramics by solidifying.
The slurry SL is a kneaded product of silica powder and an inorganic binder. Specifically, the slurry SL contains 60% by mass or more of silica, and can be generated by dissolving a dispersant, an inorganic binder, a crosslinking agent, and water.

樹脂モデル形成工程S13は、樹脂3D積層造形法を用いて、樹脂から形成されている樹脂モデル1を形成する工程である。
樹脂モデル形成工程S13は、図2に示すように、樹脂モデル1の外面を形成する外面部7aと、樹脂モデル1の内面を形成する内面部7bとを成形する内外面成形工程S13Aを含んでいる。更に、樹脂モデル形成工程S13は、外面部7aと内面部7bとの間に少なくとも一つの空間Sを画成する空間部成形工程S13Bを含んでいる。
Resin model formation process S13 is a process of forming the resin model 1 formed from resin using the resin 3D additive manufacturing method.
As shown in FIG. 2, the resin model forming step S13 includes an inner / outer surface molding step S13A for molding an outer surface portion 7a that forms the outer surface of the resin model 1 and an inner surface portion 7b that forms the inner surface of the resin model 1. Yes. Further, the resin model forming step S13 includes a space portion forming step S13B that defines at least one space S between the outer surface portion 7a and the inner surface portion 7b.

樹脂3D積層造形法は、例えば、3D(三次元)プリンタなどの成形装置を用いて、立体的な形状を有する物体を造形する方法である。3Dプリンタは、コストのかかる金型8や治具などを必要とせずに、既存技術では形成が難しい三次元形状を容易に造形することができる。   The resin 3D additive manufacturing method is a method of modeling an object having a three-dimensional shape using a molding apparatus such as a 3D (three-dimensional) printer. The 3D printer can easily form a three-dimensional shape that is difficult to form with existing technology without requiring a costly mold 8 or jig.

また、樹脂3D積層造形法としては、光硬化性又は熱硬化性の液体樹脂にセラミックス微粒子を分散させたスラリーを用いるスラリー積層造形技術も採用することができる。スラリー積層造形技術は、レーザー照射により、光硬化又は熱硬化を限定領域で生じさせて任意形状の2次元断面を形成させ、これを繰り返すことで立体形状の成形体を得る技術である。   Moreover, as the resin 3D additive manufacturing method, a slurry additive manufacturing technique using a slurry in which ceramic fine particles are dispersed in a photocurable or thermosetting liquid resin can also be employed. The slurry additive manufacturing technique is a technique in which photo-curing or thermo-curing is generated in a limited region by laser irradiation to form a two-dimensional cross section having an arbitrary shape, and a three-dimensional shaped molded body is obtained by repeating this.

樹脂モデル1は、中子3の型としての機能を有するとともに、製品である鋳物(ガスタービン動翼)の外形をなす構造物である。
内面部7bによって形成される成形面は、中子3に倣った形状となっている。換言すれば、樹脂モデル1は、樹脂モデル1の空洞部V1にスラリーを流し込むことによって、スラリーの形状が中子3の形状となるように形成されている。
樹脂モデル1の外面部7aは、製品である鋳物と同形状となるように形成されている。
The resin model 1 has a function as a mold of the core 3 and is a structure that forms an outer shape of a casting (gas turbine blade) that is a product.
The molding surface formed by the inner surface portion 7 b has a shape that follows the core 3. In other words, the resin model 1 is formed so that the slurry has the shape of the core 3 by pouring the slurry into the cavity V <b> 1 of the resin model 1.
The outer surface portion 7a of the resin model 1 is formed so as to have the same shape as a casting that is a product.

樹脂モデル1は、中空構造をなしている。即ち、樹脂モデル1の内面部7bと外面部7aとの間には、少なくとも一つの空間Sが形成されている。空間部成形工程S13Bでは、樹脂3D積層造形法を用いて外面部7aと内面部7bとの間に少なくとも空間Sを画成する。   The resin model 1 has a hollow structure. That is, at least one space S is formed between the inner surface portion 7 b and the outer surface portion 7 a of the resin model 1. In the space portion molding step S13B, at least a space S is defined between the outer surface portion 7a and the inner surface portion 7b using a resin 3D additive manufacturing method.

中空構造としては、複数の空間Sが、3次元的に規則的に配置される構造が好ましい。例えば、樹脂モデル1は、複数の第一壁部5と、複数の第二壁部6と、複数の第三壁部(図示せず)とを有し、これら壁部5,6によって形成される複数の空間Sを有してよい。   The hollow structure is preferably a structure in which a plurality of spaces S are regularly arranged three-dimensionally. For example, the resin model 1 has a plurality of first wall portions 5, a plurality of second wall portions 6, and a plurality of third wall portions (not shown), and is formed by these wall portions 5 and 6. A plurality of spaces S may be provided.

第一壁部5は、第一方向に所定の間隔をあけて配置されている。第二壁部6は、第一方向と直交する第二方向に所定の間隔をあけて配置されている。第三壁部は、第一方向及び第二方向に直交する第三方向に所定の間隔をあけて配置されている。このような方法で、空間Sが配置されることにより、樹脂モデル1を、格子状(メッシュ状)の中空構造とすることができる。即ち、空間Sの少なくとも一部が格子状に配置された構造とすることができる。   The first wall portion 5 is disposed at a predetermined interval in the first direction. The 2nd wall part 6 is arrange | positioned at predetermined intervals in the 2nd direction orthogonal to a 1st direction. The third wall portion is disposed at a predetermined interval in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction. By arranging the space S by such a method, the resin model 1 can be a lattice-shaped (mesh-shaped) hollow structure. That is, a structure in which at least a part of the space S is arranged in a lattice shape can be used.

樹脂モデル1の内部に形成される空間Sの構成はこれに限ることはなく、壁部を設けることなく、一つの空間Sを設ける構成であってよい。また、第一壁部5のみによって空間Sを画成する構成としてもよい。また、ハニカム構造により、複数の空間Sを形成してもよい。また、空間Sの断面形状は、矩形でも、菱形でもよい。   The configuration of the space S formed inside the resin model 1 is not limited to this, and may be a configuration in which one space S is provided without providing a wall portion. The space S may be defined only by the first wall portion 5. A plurality of spaces S may be formed by a honeycomb structure. Further, the cross-sectional shape of the space S may be a rectangle or a rhombus.

樹脂は、例えば、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの樹脂であり、融点が190℃以上の樹脂である。これらの樹脂は、上記の例に限定されることなく、190℃程度まで強度を有し、伸縮性を有している樹脂であれば、どのような樹脂を用いてもよい。   The resin is, for example, a resin such as a urethane resin or an epoxy resin, and a resin having a melting point of 190 ° C. or higher. These resins are not limited to the above examples, and any resin may be used as long as it has strength up to about 190 ° C. and has elasticity.

図3に示すように、中子一体型鋳型造型工程S14では、金型8の所定位置に樹脂モデル1を配置する。次いで、射出成型、流し込み成型、もしくは、ゲルキャスト成形法により、スラリーの成形体を成形する。
中子一体型鋳型造型工程S14では、スラリーSLを複数段階で射出してもよい。具体的には、中子一体型鋳型造型工程S14は、スラリーSLを射出する第一射出工程と、第一射出工程の後で、所定時間経過後に、スラリーSLを射出する第二射出工程と、を含む。なお、必ずしもスラリーSLを複数段階で射出する必要はない。
これにより、金型8の空洞部V2(金型8と樹脂モデル1との間)と樹脂モデル1の空洞部VとにスラリーSLが供給される。
As shown in FIG. 3, in the core-integrated mold making step S <b> 14, the resin model 1 is arranged at a predetermined position of the mold 8. Next, a slurry molded body is formed by injection molding, casting molding, or gel cast molding.
In the core-integrated mold making step S14, the slurry SL may be injected in a plurality of stages. Specifically, the core-integrated mold making step S14 includes a first injection step of injecting the slurry SL, a second injection step of injecting the slurry SL after a predetermined time after the first injection step, including. Note that it is not always necessary to inject the slurry SL in a plurality of stages.
As a result, the slurry SL is supplied to the cavity V2 of the mold 8 (between the mold 8 and the resin model 1) and the cavity V of the resin model 1.

スラリーSLを供給して、所定の時間が経過すると、スラリーSLの硬化が完了し、スラリーSLの成形体(中子3及び鋳型構造物11)となる。
次いで、シリカ中の水分を蒸発させて、スラリーSLの成形体を乾燥させる。乾燥方法としては、例えば、所定の水分乾燥炉内に成形体を導入する方法を採用することができる。
乾燥方法としては、上記した方法に限らず、例えば、ガスバーナで発生させた熱風を導入して乾燥を行う熱風乾燥法、室温条件下に放置する自然乾燥法などを採用してもよい。
When the slurry SL is supplied and a predetermined time elapses, the curing of the slurry SL is completed, and a molded body (core 3 and mold structure 11) of the slurry SL is obtained.
Next, the water in the silica is evaporated to dry the molded body of the slurry SL. As a drying method, for example, a method of introducing a molded body into a predetermined moisture drying furnace can be employed.
The drying method is not limited to the method described above, and for example, a hot air drying method in which hot air generated by a gas burner is introduced for drying or a natural drying method in which the air is left at room temperature may be employed.

これにより、図4に示すような中子3と、中子3を外側から覆い、製品である鋳物の外面と同形状の外面を有する樹脂モデル1と、中子3と同じ材料で形成され、中子3に接続されているとともに樹脂モデル1を外側から覆う鋳型構造物11と、を有する中子樹脂モデル一体型鋳型12が形成される。   Thereby, the core 3 as shown in FIG. 4, the core 3 is covered from the outside, the resin model 1 having the same outer surface as the outer surface of the casting, which is a product, and the same material as the core 3, A core resin model integrated mold 12 having a mold structure 11 connected to the core 3 and covering the resin model 1 from the outside is formed.

中子・鋳型一体焼成工程S15は、中子樹脂モデル一体型鋳型12を加熱して焼成する工程である。中子・鋳型一体焼成工程S15では、例えば、焼成炉で中子樹脂モデル一体型鋳型12を、例えば、約900℃まで加熱する。これにより、鋳型構造物11に含まれる水成分や不要な成分が除去される。さらに、焼成されることで鋳型構造物11が硬化される。
中子・鋳型一体焼成工程S15により、樹脂モデル1が熱によって溶融する。即ち、雰囲気温度が樹脂の融点以上となることによって、樹脂が溶融して消失する。これにより、図5に示すような中子3と鋳型構造物11とからなり、セラミックスによって形成された中子一体型鋳型21が完成する。
The core / mold integrated firing step S15 is a step in which the core resin model integrated mold 12 is heated and fired. In the core / mold integrated baking step S15, for example, the core resin model integrated mold 12 is heated to, for example, about 900 ° C. in a baking furnace. Thereby, the water component and unnecessary component contained in the mold structure 11 are removed. Furthermore, the mold structure 11 is cured by firing.
The resin model 1 is melted by heat in the core / mold integrated firing step S15. That is, when the atmospheric temperature is equal to or higher than the melting point of the resin, the resin melts and disappears. As a result, the core-integrated mold 21 including the core 3 and the mold structure 11 as shown in FIG. 5 and formed of ceramics is completed.

次に、鋳型製造方法にて製造された鋳型を用いて精密鋳造を行う、鋳物の製造方法について説明する。
図6に示すように、鋳物の製造方法は、中子一体型鋳型21に注湯を行う鋳込み工程S21と、中子一体型鋳型21を除去する中子一体型鋳型除去工程S22と、を備えている。
鋳込み工程S21は、中子一体型鋳型製造方法にて製造された中子一体型鋳型21を予熱(例えば、800℃〜900℃)した後、中子一体型鋳型21に注湯を行う工程である。鋳込み工程S21では、溶融した鋳物の原料(例えば、鋼)を、中子一体型鋳型21の開口を介して鋳型構造物11と中子3との間に注入する。
Next, a casting manufacturing method in which precision casting is performed using a mold manufactured by the mold manufacturing method will be described.
As shown in FIG. 6, the casting manufacturing method includes a casting step S21 for pouring the core-integrated mold 21 and a core-integrated mold removing step S22 for removing the core-integrated mold 21. ing.
The casting step S21 is a step of pouring the core-integrated mold 21 after preheating the core-integrated mold 21 manufactured by the core-integrated mold manufacturing method (for example, 800 ° C. to 900 ° C.). is there. In the casting step S <b> 21, a molten casting material (for example, steel) is injected between the mold structure 11 and the core 3 through the opening of the core-integrated mold 21.

中子一体型鋳型除去工程S22は、鋳込み工程S21にて注入された鋳物の原料が固化した後、中子一体型鋳型21を除去する工程である。中子一体型鋳型21の内部で鋳物の原料が固化して鋳物となったら、中子一体型鋳型21を溶出して除去する。中子一体型鋳型除去工程S22では、例えば、オートクレーブの内部に中子一体型鋳型21を入れ、高温アルカリ溶液中にて加圧、減圧を繰り返すことによって中子一体型鋳型21を溶出する。   The core-integrated mold removing step S22 is a process of removing the core-integrated mold 21 after the casting material injected in the casting step S21 is solidified. When the casting raw material is solidified into a casting in the core-integrated mold 21, the core-integrated mold 21 is eluted and removed. In the core-integrated mold removing step S22, for example, the core-integrated mold 21 is placed inside the autoclave, and the core-integrated mold 21 is eluted by repeating pressurization and decompression in a high-temperature alkaline solution.

中子一体型鋳型除去工程S22を行ったら、仕上げ処理、熱処理を行い、寸法検査、X線検査などを経て鋳物が完成する。   When the core-integrated mold removing step S22 is performed, finishing and heat treatment are performed, and a casting is completed through dimensional inspection, X-ray inspection, and the like.

上記実施形態によれば、中子3と鋳型構造物11とを同一の材料で一体造型することによって、中子3と鋳型構造物11との間の線膨張係数差が無くなる。これにより、中子3と鋳型構造物11との間の線膨張係数が異なることにより設定されていた中子3と鋳型構造物11との間のクリアランスを低減し、鋳物の薄肉化が可能となる。   According to the above embodiment, by integrally forming the core 3 and the mold structure 11 with the same material, the difference in linear expansion coefficient between the core 3 and the mold structure 11 is eliminated. Thereby, the clearance between the core 3 and the mold structure 11 set by the difference in the linear expansion coefficient between the core 3 and the mold structure 11 can be reduced, and the casting can be thinned. Become.

また、製造工程の短縮を図ることができる。また、製品部分を樹脂3D積層造形法を用いて形成することによって、内部冷却構造の複雑・微細化を実現することができ、タービン翼の冷却効率向上も可能となる。   In addition, the manufacturing process can be shortened. Further, by forming the product part using the resin 3D additive manufacturing method, the internal cooling structure can be complicated and miniaturized, and the cooling efficiency of the turbine blade can be improved.

また、中子一体型鋳型造型工程S14でゲルキャスト成形法を用いることにより、型内でモノマーがラジカル重合(ゲル硬化)することにより分散媒中にポリマーのネットワークが形成され、ゲル湿潤成形体が得られる。この方法では,スラリーSLの流動過程と固化過程が完全に分離し、粒子がその場で固定されるため、スラリー性状がそのまま反映され、成形体中の不均一や欠陥が発生しにくい。   Further, by using the gel cast molding method in the core-integrated mold making step S14, a monomer network undergoes radical polymerization (gel curing) in the mold, thereby forming a polymer network in the dispersion medium. can get. In this method, the flow process and the solidification process of the slurry SL are completely separated and the particles are fixed in place, so that the slurry properties are reflected as they are, and nonuniformity and defects in the molded body are less likely to occur.

また、中子一体型鋳型造型工程S14において、スラリーSLを複数段階で射出することによって、スラリーSLの充填性を向上させることができる。   Further, in the core-integrated mold making step S14, the slurry SL can be injected in a plurality of stages to improve the filling property of the slurry SL.

〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の中子一体型鋳型製造方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図7に示すように、本実施形態の中子一体型鋳型製造方法では、中子一体型鋳型造型工程S14にて、樹脂モデル1と金型8との間に、固定部材13を予め埋めることを特徴としている。固定部材13としてはグリーン体(中子材)を用いてもよい。グリーン体とは、鋳型を形成するためのスラリーSLを射出成型することによって得られるもので、未焼結状態の部材である。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the core integrated mold manufacturing method of the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
As shown in FIG. 7, in the core-integrated mold manufacturing method of the present embodiment, the fixing member 13 is embedded in advance between the resin model 1 and the mold 8 in the core-integrated mold forming step S <b> 14. It is characterized by. A green body (core material) may be used as the fixing member 13. The green body is obtained by injection molding slurry SL for forming a mold, and is an unsintered member.

上記実施形態によれば、樹脂モデル1と金型8との間の一部に固定部材13を予め埋めておくことで、射出成型時において、樹脂モデル1の位置ズレを防止することができる。   According to the above-described embodiment, the fixing member 13 is embedded in a part between the resin model 1 and the mold 8 in advance, so that the displacement of the resin model 1 can be prevented during injection molding.

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、鋳物としてタービン動翼を例に説明を行ったが、これに限ることはない。本発明の樹脂一体型中子の製造方法、鋳型製造方法、及び樹脂一体型中子は、その他の精密鋳造品にも適用することができる。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention. .
In the above embodiment, the turbine rotor blade is described as an example of the casting, but the present invention is not limited to this. The resin-integrated core manufacturing method, mold manufacturing method, and resin-integrated core of the present invention can be applied to other precision castings.

また、図8に示すように、スラリーSLの供給口14を複数個所に設けてもよい。このように、複数個所にスラリーSLの供給口14を設けることによって、鋳物が複雑な構造であっても確実にスラリーSLを供給することができる。
また、図9に示すように、スラリーSLの供給口14Bを、鋳型構造物11と中子3との連結部に近い、金型8の最下部に設けてもよい。このように、スラリーSLの供給口14Bを金型8の最下部に設けることによって、中子3にもスラリーSLを十分に供給することができる。
Further, as shown in FIG. 8, the slurry SL supply ports 14 may be provided at a plurality of locations. Thus, by providing the slurry SL supply ports 14 at a plurality of locations, the slurry SL can be reliably supplied even if the casting has a complicated structure.
Further, as shown in FIG. 9, the slurry SL supply port 14 </ b> B may be provided at the lowermost portion of the mold 8, which is close to the connecting portion between the mold structure 11 and the core 3. In this way, the slurry SL can be sufficiently supplied also to the core 3 by providing the slurry SL supply port 14 </ b> B at the lowermost part of the mold 8.

また、図9に示すように、固定部材13の代替としてボルトBを用いてもよい。ボルトBでの固定位置は湯口など樹脂面が開放してある位置が望ましい。
固定部材13としてボルトBを用いることによって、汎用部品を用いて樹脂モデル1を固定することができる。また、ボルトBの位置を容易に調整することができる。
Further, as shown in FIG. 9, a bolt B may be used as an alternative to the fixing member 13. The fixing position with the bolt B is preferably a position where a resin surface such as a gate is open.
By using the bolt B as the fixing member 13, the resin model 1 can be fixed using general-purpose parts. Further, the position of the bolt B can be easily adjusted.

1 樹脂モデル
3 中子
5 第一壁部
6 第二壁部
7a 外面部
7b 内面部
8 金型
10 湯口
11 鋳型構造物
12 中子樹脂モデル一体型鋳型
13 固定部材
21 中子一体型鋳型
B ボルト
S 空間
V1 空洞部
V2 空洞部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin model 3 Core 5 1st wall part 6 2nd wall part 7a Outer surface part 7b Inner surface part 8 Mold 10 Sprue 11 Mold structure 12 Core resin model integrated mold 13 Fixing member 21 Core integrated mold B Bolt S space V1 cavity V2 cavity

Claims (13)

金型と、
製品である鋳物の外面と同形状の外面を形成する外面部と、中子を形成する成形面である内面部とを有する樹脂モデルと、の間に固化することでセラミックスとなるスラリーを射出して、前記中子及び鋳型構造物からなる中子一体型鋳型を造型する中子一体型鋳型造型工程と、
前記中子及び前記鋳型構造物を加熱して焼成するとともに、前記樹脂モデルを除去する鋳型焼成工程と、を備える中子一体型鋳型製造方法。
Mold,
Slurry that becomes ceramics is injected by solidifying between a resin model that has an outer surface part that forms the outer surface of the same shape as the outer surface of the casting that is the product, and an inner surface part that is a molding surface that forms the core. A core-integrated mold making step for forming a core-integrated mold comprising the core and the mold structure;
A core-integrated mold manufacturing method comprising: a mold baking process for heating and baking the core and the mold structure and removing the resin model.
前記樹脂モデルは、前記外面部と前記内面部との間に画成されている複数の空間を有する請求項1に記載の中子一体型鋳型製造方法。   The core-integrated mold manufacturing method according to claim 1, wherein the resin model has a plurality of spaces defined between the outer surface portion and the inner surface portion. 前記複数の空間の少なくとも一部は格子状に配置されている請求項2に記載の中子一体型鋳型製造方法。   The core-integrated mold manufacturing method according to claim 2, wherein at least a part of the plurality of spaces is arranged in a lattice pattern. 前記樹脂モデルは、融点が190℃以上である樹脂によって形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の中子一体型鋳型製造方法。   The core resin mold manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin model is formed of a resin having a melting point of 190 ° C or higher. 前記樹脂モデルは、3D積層造形材からなる請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の中子一体型鋳型製造方法。   The core-integrated mold manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin model is made of a 3D additive manufacturing material. 前記中子一体型鋳型造型工程は、
前記スラリーを射出する第一射出工程と、
前記第一射出工程の後で、所定時間経過後に、前記スラリーを射出する第二射出工程と、を含む請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の中子一体型鋳型製造方法。
The core-integrated mold making process includes:
A first injection step of injecting the slurry;
The core-integrated mold manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second injection step of injecting the slurry after a predetermined time has elapsed after the first injection step.
前記中子一体型鋳型造型工程では、前記樹脂モデルと前記金型との間に前記金型の位置を保持する固定部材を配置する請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の中子一体型鋳型製造方法。   The inside according to any one of claims 1 to 6, wherein a fixing member that holds the position of the mold is disposed between the resin model and the mold in the core-integrated mold making process. Child integrated mold manufacturing method. 前記固定部材は、グリーン体である請求項7に記載の中子一体型鋳型製造方法。   The core-integrated mold manufacturing method according to claim 7, wherein the fixing member is a green body. 前記固定部材は、ボルトである請求項7に記載の中子一体型鋳型製造方法。   The core-integrated mold manufacturing method according to claim 7, wherein the fixing member is a bolt. 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の中子一体型鋳型製造方法にて製造された中子一体型鋳型を用いて鋳物を精密鋳造する鋳物の製造方法。   A casting manufacturing method for precisely casting a casting using the core-integrated mold manufactured by the core-integrating mold manufacturing method according to any one of claims 1 to 9. 中子と、
前記中子と同じ材料で形成され、前記中子に接続されている鋳型構造物と、を有する中子一体型鋳型。
With the core
A core-integrated mold having a mold structure made of the same material as the core and connected to the core.
前記材料は、シリカを60質量%以上含有するスラリーを固化させたセラミックスである請求項11に記載の中子一体型鋳型。   The core-integrated mold according to claim 11, wherein the material is a ceramic obtained by solidifying a slurry containing 60 mass% or more of silica. 前記スラリーは、無機バインダを含む請求項12に記載の中子一体型鋳型。   The core-integrated mold according to claim 12, wherein the slurry contains an inorganic binder.
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