JP4327351B2

JP4327351B2 - 鋳造品、鋳造品の製造方法ならびに鋳型

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Publication number: JP4327351B2
Application number: JP2000528386A
Authority: JP
Inventors: ティーマン、ペーター
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP2002500955A; EP1049549B1; EP1049549A1; DE59904037D1; WO1999037421A1

Description

【０００１】
本発明は、表面と出発部と終端部とを備え、特に消耗鋳型の２つの鋳型範囲を離間させるために使われる位置決め要素に関する。その場合、２つの鋳型範囲は鋳造範囲を少なくとも部分的に画成し、鋳造範囲は鋳造材料を充填される。本発明はさらに鋳型、鋳造品ならびに鋳造品の製造方法に関する。
【０００２】
内部空洞を有する鋳造品を製造するために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３３１２８６７号明細書により、外殻と鋳造中子とを有する鋳型を使用することが知られている。外殻は鋳造品の外形形状を規定する鋳造空間を包囲する。内部空洞を作成するために、鋳造中子が鋳造空間内に配置され、支持部材によって外殻から離間させられかつ位置決めされる。これによって、外殻と鋳造中子との間に鋳造範囲が形成され、これに鋳造材料が充填される。鋳造品が２つの隣接する内部空洞を有し、これらが鋳造材料から成る中間壁によって互いに分離される場合、内部空洞を作成するために、鋳造空間内に配置された２つの鋳造中子が使用される。鋳造中子はそれぞれ鋳型範囲を有し、鋳型範囲は互いに離間させられ、それゆえ鋳造空間は鋳型範囲の間を中間壁の作成のために延びている。
【０００３】
支持部材は外殻に関して鋳造中子を離間させかつ位置決めするために、ならびに鋳型範囲を離間させかつ位置決めするために形成されている。支持部材は、鋳型範囲に注入されると溶解し鋳造材料と化合する材料から構成されている。支持部材は溶解によって鋳型範囲の注入の際に不安定になり、それゆえ支持部材は消耗鋳型範囲の位置変動をもはや確実に阻止することができない。
【０００４】
米国特許第３５９６７０３号明細書および米国特許第３６６２８１６号明細書により、鋳造品を製造するために、鋳造空間内に内部空洞を作成するための鋳造中子を保持し外殻から離間させる支柱を有する鋳型を使用することが知られている。鋳型及び支柱はセラミック材料から構成されている。鋳造範囲に注入された後、外殻と鋳造中子とが除かれ、壊される。技術的な理由から支柱は一緒に除かれる。というのは、支柱は外殻及び鋳造中子と同一材料から構成されているからである。これによって、鋳型を用いて製造可能な鋳造品は内部空洞への通路を形成する穴を有することになる。鋳造品の内部空洞が冷却流体を導くために使用される場合、不所望に冷却流体はその穴を通って内部空洞から外部へ流出することができる。さらに、支柱を金属製円筒状ピンとして形成し、このピンが外殻内へ突入し、鋳造中子のところで終わるようにすることも知られている。外殻及び鋳造中子は鋳造品の製造後に除かれて壊されるので、それらは消耗外殻及び消耗鋳造中子と呼ばれている。
【０００５】
ドイツの雑誌“ギーセライ−プラクシス”（第１８号、１９６０年発行）に掲載されたフリッツ・パシュケの論文「中子支えを用いた経験及びその使用」（第３２７頁〜第３３０頁）には、例えば厚肉の鋳物を製造ずるために重い鋳造中子を支持するいわゆる二重中子支えが記載されている。この二重中子支えはこの場合外殻と内部の鋳造中子との間に滑り支持を生ぜしめる。この場合、二重中子支えの設置目的は、その際に発生する高い圧力に耐えると共に鋳造時に発生する揚力にも耐えることである。
【０００６】
本発明の課題は、鋳型範囲、特に消耗鋳型範囲を離間させるために使われる位置決め要素を備えた鋳型を提供することにある。別の課題は、鋳造品ならびに鋳造品の製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明によれば、位置決め要素を備えた鋳型に関する課題は、少なくとも２つの内側鋳型範囲を包囲する外側鋳型範囲を備え、内側鋳型範囲が位置決め要素によって互いに離間させられそれにより形成された鋳造範囲を少なくとも部分的に画成し、鋳造範囲が鋳造材料を注入される鋳型において、位置決め要素が鋳造材料の注入後にこの鋳造材料によって少なくとも部分的に取り囲まれ、前記位置決め要素は、鋳造材料からの抜け落ちを防止するために、出発部と、終端部と、出発部と終端部との間に形成され極大部、極小部、折り曲げ部又は穴部を持つ表面とを有していることによって解決される。
鋳型に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・位置決め要素は円筒状に形成され、位置決め要素の出発部及び終端部はそれぞれ径大部を有し、該出発部と該終端部との間に極小部が形成されている（請求項２）。
・位置決め要素は円筒状に形成され、位置決め要素が出発部と終端部との間に極大部として径大部を有している（請求項３）。
・位置決め要素が、鋳造材料より高い融点を有する母材から形成されている（請求項４）。位置決め要素の母材がタングステンである（請求項５）。位置決め要素の表面には保護膜が設けられている（請求項６）。
・位置決め要素の出発部及び／又は終端部がそれぞれの鋳型範囲内に突入している（請求項７）。
【０００８】
複数の隣接する内部空洞を備えた又は１つの内部空洞に互いに結合された複数の内部空洞範囲を備えた鋳造品を製造するために、少なくとも１つの鋳造中子又は鋳造中子構成体を備えた鋳型が使用される。鋳造中子はそれぞれ内側鋳型範囲を規定する。外殻は、一部品から成ろうと多分割部品から成ろうと、外側鋳型範囲を形成する。鋳造品の内部空洞ないしは内部空洞範囲は中間壁によって互いに分離され、例えば鋳造品を冷却する冷却流体を導くために使われる。以下において、鋳造品を製造するために使用された後に壊されて捨てられる鋳造中子又は鋳造中子構成体の鋳型範囲は消耗鋳型範囲と呼ばれる。１つの位置決め要素又は複数の位置決め要素が鋳造中子又は鋳造中子構成体の固定的な位置決め（固定）を行うために使われ、それによって注入時にこれらの中子部品が相互に移動するのが回避される。
【０００９】
鋳型範囲（特に消耗鋳型範囲）間の鋳造空間は中間壁を作成するために使われる。鋳造範囲に鋳造材料を注入した後、位置決め要素はその出発部とその終端部との間が鋳造材料によって取り囲まれる。位置決め要素の幾何形状によって中間壁からの抜け落ちが確実に回避され、それにより中間壁には穴が形成されない。鋳造材料と位置決め要素の表面との間にはせいぜい非常に僅かな隙間しか残されない。位置決め要素は優れた幾何形状によって中間壁内に保持され、内部空洞範囲を通って冷却流体を導く際に冷却流体はひょっとしたら残されているその隙間を通って僅かしか流出しない。
【００１０】
位置決め要素の幾何形状が出発部と終端部との間に少なくとも１つの局部的な極部を備えた表面輪郭線を有していると好ましい。出発部及び終端部がそれぞれ径大部を有していると好ましい。他の優れた実施態様においては、位置決め要素が出発部と終端部との間に追加的に又は代替的に径大部を有する。
【００１１】
他の優れた実施態様においては、位置決め要素が鋳造材料より高い融点を有する母材から形成される。母材として例えばニッケル基超合金又はコバルト基超合金が使われる。この場合には鋳造材料を鋳造範囲に注入する際に母材の溶解が起らない。鋳造中子（特に消耗鋳造中子）の位置変化又は鋳造中子（特に消耗鋳造中子）の形状変化はこれによって回避される。さらに母材が金属、特にタングステンであると好ましい。
【００１２】
位置決め要素の表面に保護膜、特に酸化膜が設けられていると好ましい。これによって、特に母材の溶解により及び鋳造材料との混合により鋳造材料が母材と化合して共晶体を形成することが、完全に回避できない場合でも、少なくとも明らかに困難になる。
【００１３】
位置決め要素がタービン翼の製造に使われる２つの鋳型範囲（特に消耗鋳型範囲）を離間させるために使用されると好ましい。さらに、鋳型範囲（特に消耗鋳型範囲）がタービン翼内に少なくとも１つの内部空洞を作成するために使用されると好ましい。
【００１４】
位置決め要素の出発部及び／又は終端部がそれぞれ鋳型範囲（特に消耗鋳型範囲）内に突入していると好ましい。これによって位置決め要素が鋳型範囲内に保持され、ずり落ちを防止される。
【００１５】
鋳造品に関する課題は、少なくとも２つの空洞を有し、空洞間に鋳造材料から成る中間壁が配置され、中間壁が位置決め要素を有し、この位置決め要素は少なくとも部分的に鋳造材料によって取り囲まれ、前記位置決め要素は、鋳造材料からの抜け落ちを防止するために、出発部と、終端部と、出発部と終端部との間に形成され極大部、極小部、折り曲げ部又は穴部を持つ表面とを有している鋳造品、特にガスタービン用のタービン翼によって解決される。
この場合、鋳造品は鋳型の構成に関する実施態様によって形成される位置決め要素を有している。
【００１６】
鋳造品の製造方法に関する課題は、鋳型範囲（特に消耗鋳型範囲）を用いて注入可能な鋳造範囲が少なくとも部分的に画成され、鋳造範囲には２つの内側鋳型範囲を互いに離間させる位置決め要素が配置され、鋳造範囲が鋳造材料を注入され、鋳造材料の硬化後に鋳造材料が位置決め要素を少なくとも部分的に取り囲み、前記位置決め要素は、鋳造材料からの抜け落ちを阻止するために、出発部と、終端部と、出発部と終端部との間に形成され極大部、極小部、折り曲げ部又は穴部を持つ表面とを有していることによって解決される。
【００１７】
図面に示された実施例に基づいて、位置決め要素、鋳型、鋳造品及び鋳造品の製造方法を詳細に説明する。
【００１８】
図面には説明のために使用されている構造的及び機能的な特徴が概略的に示され、部分的に縮尺通りではない。
図１はタービン翼用の鋳型の横断面図、
図２は鋳型の横断面図、
図３はガスタービンのタービン翼の断面図、
図４は位置決め要素の一例の縦断面図、
図５は位置決め要素の他の例の縦断面図を示す。
全ての図面における参照符号はそれぞれ同一の意味を有している。
【００１９】
図１はガスタービン翼を製造するために中心軸線２４に沿って延びている鋳型１の横断面図を示す。鋳型１は鋳造空間７を包囲する外殻２を有し、鋳造空間７内には３つの鋳造中子３，４，５が支持要素６によって位置決めされ、外殻２から離間させられている。鋳造中子３，４，５を中心軸線２４に関する鋳造範囲８の外で例えば適当な懸架装置によって外殻２に対して離間させることも同様に可能である。この場合、鋳造中子３，４，５は一端部が固定され、他端部が可動になっている。これによって、外殻２と鋳造中子３，４，５との間に鋳造範囲８が形成される。外殻２は外側鋳型範囲を形成している。鋳造中子３，４，５はそれぞれ内側鋳型範囲９，１０，１１を形成し、これらは位置決め要素１２〜１６によって互いに離間させられている。位置決め要素１２〜１６は母材３５（図４又は図５参照）から構成されている。支持要素６はそれぞれ外殻２内に突入し、位置決め要素１３，１４は鋳型範囲９，１０内に突入し、位置決め要素１６は鋳型範囲１０，１１内に突入している。
【００２０】
鋳型１を用いて鋳造品１７（図３参照）を製造する際、鋳造範囲８は溶解した鋳造材料２３、例えばニッケル基超合金又はコバルト基超合金を注入される。鋳造材料２３は鋳造範囲８内で支持要素６及び位置決め要素１２〜１６を取り囲む。鋳造材料２３の硬化後、鋳造中子３〜５が取り除かれる。位置決め要素１２〜１６は、鋳造材料２３が母材３５と溶け合わない場合でも、鋳造材料２３からの抜け落ちを阻止する幾何形状を有している。
【００２１】
図２には、外殻２と、その中に配置された鋳造中子３，４，５とを備え、鋳造品１７、特にタービン翼を製造するための鋳型１が強く簡単化されて概略的に示されている。隣接する鋳造中子対３，４及び４，５はそれぞれ位置決め要素１３によって互いに固定されている。外殻２と鋳造中子３，４，５との間には固定ピン又は位置決め要素は設けられていない。寧ろ、鋳造中子３，４，５は固定端部４２が強固に外殻２に結合され、中心軸線２４に沿って固定端部４２とは反対側に位置する解放端部４３が少なくとも１つの解放側支持部（すべり支持部）４１によって移動可能に支持されている。これによって、鋳造材料２３を外殻２と鋳造中子３，４，５との間に形成された鋳造範囲８内に注ぎ込む際、鋳造中子３，４，５が互いに横方向にかつ外殻２に向かって移動しないことが保証される。
【００２２】
図３は鋳型１を用いて製造可能な鋳造品１７、特にタービン翼１７の横断面図を示す。タービン翼１７は３つの空洞１８〜２０を有している。これらは鋳造品１７を製造する際に鋳造中子３，４，５によって規定される。空洞１８，１９間並びに空洞１９，２０間にはそれぞれ中間壁２１，２２が存在している。中間壁２１には位置決め要素１２〜１４が設けられており、これらはその幾何形状に基づいて鋳造材料２３を用いて形成された中間壁２１から抜け落ちない。中間壁２２は位置決め要素１５，１６を有し、これらも同様に（折り曲げ部、穴を有する）その幾何形状に基づいて中間壁２３から抜け落ちない。
【００２３】
図４には位置決め要素１４が拡大して示されている。この位置決め要素は出発部２５と、終端部２６と、表面輪郭線２８を有する表面２７とによってほぼ円筒状に形成されている。表面輪郭線２８は出発部２５と終端部２６との間に局部的な極部（すなわち出発部２５と終端部２６との間に設けられた径大部３０によって形成された極大部）２９を有している。これによって、位置決め要素１４は出発部２５と終端部２６との間を鋳造材料２３によって取り囲まれた後には鋳造材料２３からの抜け落ちを防止される。
【００２４】
図５には位置決め要素１３が拡大して示されている。この位置決め要素は出発部２５と終端部２６とにそれぞれ径大部３１，３２を有している。これによって、出発部２５と終端部２６との間の表面輪郭線２８は局部的な極部（すなわち極小部）３３を有する。
【００２５】
本発明は、出発部と終端部とを備え、出発部と終端部との間を鋳造材料によって取り囲まれた後には鋳造材料からの抜け落ちを阻止する幾何形状を有する位置決め要素を特徴とする。位置決め要素は２つの鋳型範囲（鋳造中子、鋳造中子領域）相互を固定するのに使われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タービン翼用の鋳型の横断面図
【図２】鋳型の横断面図
【図３】ガスタービンのタービン翼の断面図
【図４】位置決め要素の一例の縦断面図
【図５】位置決め要素の他の例の縦断面図
【符号の説明】
１鋳型
２外殻
３，４，５鋳造中子
６支持要素
７鋳造空間
８鋳造範囲
９，１０，１１内部鋳型範囲
１２〜１６位置決め要素
１７鋳造品
２３鋳造材料
２４中心軸線
３５母材

Claims

少なくとも２つの内側鋳型範囲（９，１０，１１）を包囲する外側鋳型範囲（２）を備え、内側鋳型範囲が位置決め要素（１２〜１６）によって互いに離間させられそれにより形成された鋳造範囲（８）を少なくとも部分的に画成し、鋳造範囲（８）が鋳造材料（２３）を注入される鋳型（１）において、位置決め要素（１２〜１６）が鋳造材料（２３）の注入後にこの鋳造材料（２３）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、前記位置決め要素（１２〜１６）は、鋳造材料（２３）からの抜け落ちを防止するために、出発部（２５）と、終端部（２６）と、出発部（２５）と終端部（２６）との間に形成され極大部（２９）、極小部（３３）、折り曲げ部又は穴部を持つ表面（２７）とを有していることを特徴とする鋳型。
位置決め要素（１４）は円筒状に形成され、位置決め要素（１４）の出発部（２５）及び終端部（２６）はそれぞれ径大部（３１，３２）を有し、該出発部（２５）と該終端部（２６）との間に極小部（３３）が形成されていることを特徴とする請求項１記載の鋳型。
位置決め要素（１３）は円筒状に形成され、位置決め要素（１３）が出発部（２５）と終端部（２６）との間に極大部（２９）として径大部（３０）を有していることを特徴とする請求項１記載の鋳型。
位置決め要素（１２〜１６）が、鋳造材料（２３）より高い融点を有する母材（３５）から形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の鋳型。
位置決め要素（１２〜１６）の母材（３５）がタングステンであることを特徴とする請求項４記載の鋳型。
位置決め要素（１２〜１６）の表面（２７）には保護膜が設けられていることを特徴とする請求項５記載の鋳型。
位置決め要素（１２〜１６）の出発部（２５）及び／又は終端部（２６）がそれぞれの鋳型範囲（９，１０）内に突入していることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の鋳型。
少なくとも２つの空洞（１８，１９）を有し、空洞間に鋳造材料（２３）から成る中間壁（２１）が配置され、中間壁（２１）が位置決め要素（１２〜１６）を有し、この位置決め要素（１２〜１６）は少なくとも部分的に鋳造材料（２３）によって取り囲まれ、前記位置決め要素（１２〜１６）は、鋳造材料（２３）からの抜け落ちを防止するために、出発部（２５）と、終端部（２６）と、出発部（２５）と終端部（２６）との間に形成され極大部（２９）、極小部（３３）、折り曲げ部又は穴部を持つ表面（２７）とを有していることを特徴とする鋳造品。
鋳型範囲（９，１０，１１，２）を用いて注入可能な鋳造範囲（８）が少なくとも部分的に画成され、鋳造範囲（８）には２つの内側鋳型範囲（９，１０，１１）を互いに離間させる位置決め要素（１２〜１６）が配置され、鋳造範囲（８）が鋳造材料（２３）を注入され、鋳造材料（２３）の硬化後に鋳造材料（２３）が位置決め要素（１２〜１６）を少なくとも部分的に取り囲み、前記位置決め要素（１２〜１６）は、鋳造材料（２３）からの抜け落ちを阻止するために、出発部（２５）と、終端部（２６）と、出発部（２５）と終端部（２６）との間に形成され極大部（２９）、極小部（３３）、折り曲げ部又は穴部を持つ表面（２７）とを有していることを特徴とする鋳造品の製造方法。