JP7100399B2 - モデルモールドコアブランク、モデルモールドコア、および精密鋳型を作製するための方法、ならびに空隙構造を有する鋳造部品を作製するための鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載のモデルモールドコアブランクを作製するための方法、請求項８に記載のモデルモールドコアを作製するための方法、請求項１２に記載の精密鋳型を作製するための方法、および、請求項１５に記載の空隙構造を有する鋳造部品を作製するための鋳造方法に関する。

構成要素を作製するための鋳造方法は、従来技術から知られている。これらの鋳造方法では、鋳型が、材料で満たされて、前述の材料が硬化または固化した後で取り外される。構成要素上にアンダカットを形成する場合および構成要素内に空隙構造を形成する場合に、特有の課題が生じる。

したがって、鋳造技術の観点から手間のかかる構成要素は、精密鋳造として知られる鋳造技術よって作製され、この精密鋳造では、構成要素を作製するために、ロストモデル（ｌｏｓｔ ｍｏｄｅｌ）およびロスト鋳型（ｌｏｓｔ ｃａｓｔｉｎｇ ｍｏｌｄ）が使用される。精密鋳造プロセスの完了後、構成要素のモデルおよび鋳型の両方が破壊される。

モデルは、例えば、ワックスから作製され、かつ、セラミックから成る鋳型を作るのに役立ち得る。鋳型は、具体的には、モデルの使い捨てのセラミック被覆の形で、ロスト型として設計される。ワックスが鋳型から取り除かれた後、作製されるべき構成要素の材料で満たされ得る空洞が残る。充填および硬化の作業後、鋳型は破壊され、構成要素が取り出される。

構成要素内に空隙構造を形成することを可能にするためにコアが使用され、コアの周りには、ワックスモデルが製造される。これらのコアは、セラミック被覆からワックスが取り除かれた後でセラミック被覆の空洞内に残り、それに応じて構成要素内にも空洞を形成する。コアは、機械的または化学的なプロセスにより、後で構成要素から取り除かれる。

具体的には、タービン羽根の作製のために、第１のＣＮＣプロセスにおいて３Ｄモデルに従ってコアが最初に作製される方法が説明されている（特許文献１参照）。コアは、続いて、加工マウント（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｏｕｎｔ）内に位置決めされ、次いでワックスボディブランク（ｗａｘ ｂｏｄｙ ｂｌａｎｋ）で覆われる。これは、ある程度、モデルモールドコアブランクを作製するための方法に関与する。

その後、ワックスボディブランクは、ワックスから成る構成要素のロストモデルがコアの周りに形を成すように、第２のＣＮＣプロセスにおいて加工される。ここまでの方法は、モデルモールドコアを作製するための方法と見なされ得る。したがって、このようにして作製されたモデルモールドコアは、ロストコア（ｌｏｓｔ ｃｏｒｅ）およびロストモデルを含む。

モデルモールドコアブランクおよびモデルモールドコアを作製するための方法の欠点は、プロセスの面から、ロストモデルに対するコアの位置が十分な精度で確実に得られないことである。これは、無駄をもたらす。外部からはほとんど確認され得ないロストモデル内でのコアの誤った位置決めが検出されるのが遅くなるほど、廃棄物にかかる費用が高くなる。したがって、最終構成要素内の空隙構造の誤配置（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｍｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を防ぐために、様々な製造段階において相当な労力が費やされなければならない。

特許文献１の方法において行われるステップでは、モデルモールドコアの作製までに起こるコアの誤配置は、もはや補償することができない。この方法によれば、具体的には、直後にセラミック型がロストモデルに貼り付けられる。ロストモデルが取り除かれた後でもセラミック型がコアに対してなおも位置決めされるように、セラミック型は、前もって加工マウントに接続され、この加工マウント上には、コアもまた位置決めされかつ固定されている。したがって、ここまで行われた方法は、精密鋳型を作製するための方法である。

この精密鋳型の欠点は、後の焼成プロセスおよび金属鋳造に耐える高価な加工マウントが必要であることである。さらに、精密鋳型それ自体またはその後の鋳造構成要素を使用不能にする、セラミック型内のロストコアの誤配置の可能性がある。

最後に、特許文献１による方法は、内部コアを有するセラミック型に溶融金属を充填する作業を含むが、ロストコアおよびセラミックケーシングも加工マウントに接続されている。金属が固化して固体構成要素を形成した後、セラミック型およびコアが取り除かれる。

この作業ステップの欠点は、加工マウントが金属の鋳込温度にさらされることである。加工マウントは、プロセス中に変形する可能性があり、その結果、セラミック型とコアとの間の相対的な位置決めが変化する。さらに、加工マウントは、高温に耐性がある材料で構成されなければならず、それにより、前述の加工マウントは、高価になり、かつ、工作機械に収容されるときに複雑さが増す。

国際公開第２０１５／０５１９１６Ａ１号パンフレット

したがって、本発明の目的は、プロセスの観点から確実であり再現可能でありかつとりわけ正確である精密鋳型のセラミック型に対するロストコアの位置決めに寄与する方法ステップを開発することであり、この方法ステップは、迅速に、安価に、また可能な限り複雑さを抑えて行うことが可能であるべきである。その意図は、具体的には、完成構成要素に至るまでのコアの作製による浪費もこの方法で防止されることである。

本発明の主な特徴は、請求項１に記載されており、また、請求項８、１２および１５にも記載されている。構成が、請求項２から７、９から１１、および１６ならびに本明細書の主題である。

本発明は、空隙構造を有する鋳造部品を作製するのに特に適したモデルモールドコアブランクをその鋳造部品のデジタル幾何座標を有する３Ｄモデル（３次元モデル）を使用して作製するための方法に関する。この方法では、セラミックブランクが加工マウント上に位置決めされて、セラミックブランクと加工マウントとの間に固定部が作製される。セラミックブランクの体積は、セラミックブランクから作製されるべきコア要素よりも大きいことが好ましい。続いてコア要素が作製され、固定部が存在している間に第１のＣＮＣ作製プロセスにおいて３Ｄモデルに基づいてセラミックブランクからロストコアが製造され、ここで、加工マウントは、第１のＣＮＣ作製プロセスを行うためのＣＮＣ機械内に固定される。ロストコアは、空隙構造の空隙モデルであることが好ましい。その後、本方法は、固定部が存在している間にロストコアの周りにモデリング材料を鋳込んでモデリング材料を固化させることによりモデルブランクを作製することを提供する。この点において、例えば旋削、フライス削り、レーザ切断、などのような材料除去法によりロストモデルの外部形状が作製される場合、モデルブランクの体積は、モデルブランクから作製されるべきロストモデルよりも大きいことが好ましく、ロストモデルは、鋳造部品のポジティブモデル（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ）であることが好ましい。逆に、ロストモデルの外部形状が例えば３Ｄ印刷などの材料堆積法によりモデルブランク上に作製される場合、モデルブランクの体積は、モデルブランクから作製されるべきロストモデルよりも小さいことが好ましく、ロストモデルは、鋳造部品のポジティブモデルであることが好ましい。

本発明による方法の利点は、ロストコアが加工マウントに対して定められた位置を有することである。それにより、さもなければすでに作製されたロストコアを有するコア要素の加工マウントへの後の固定に起因して生じ得る位置決めの問題が回避される。加工マウントにおけるコア要素のいかなる締付けも、コア要素の応力変形を特にもたらし得る。接着結合による代替的な固定部の製作には長い時間がかかり、また、接着剤における硬化応力は、コア要素と加工マウントとの間の位置ずれを同様にもたらし得る。固定領域におけるわずかなずれでも、固定部から離れたところでのより大きな位置ずれを引き起こし得る。本発明によれば、この全てが回避される。

機械加工プロセス、具体的にはフライス削りプロセス、および／あるいは例えば３Ｄ印刷または選択的レーザ溶融もしくは焼結などの生成的製造プロセスが、第１のＣＮＣ作製プロセスとして使用され得る。好ましいプロセスは、フライス削りプロセスである。

「固定部が存在している間にロストコアの周りにモデリング材料を鋳込んでそのモデリング材料を固化させることによりモデルブランクを作製する」方法ステップの代案として３Ｄ印刷プロセスが提供されてもよく、この３Ｄ印刷プロセスでは、固定部が存在している間にロストコア上および／またはロストコアの周りに例えばワックスであるモデリング材料が印刷される。そのような３Ｄ印刷プロセスは、特に複雑な幾何形状を可能にする。そのような材料堆積プロセスにより、モデルブランクが作製され得るか、または、ロストモデルの外部形状全体もしくはロストモデルの外部形状の少なくとも一部分が直接作製され得る。

本方法への任意選択の追加によれば、第１のＣＮＣ作製プロセスが行われる前、および、プロセスを行うＣＮＣ機械内に加工マウントが固定される前に、加工マウントが位置決めされることが提供され得る。これの利点は、加工マウントがＣＮＣ機械から離れたところでセラミックブランクに接続され得ることである。これは、特に複数の加工マウントが同種の幾何形状を有する場合に、機械中断時間を短縮する。

特別な方法変形形態では、加工マウントは、ゼロ点固定システムでの収容のための連結部品を有し、この場合、第１のＣＮＣ作製プロセスを行うときに、連結部品は、プロセスを行うＣＮＣ機械のゼロ点固定システム内に収容される。このようにして、ＣＮＣ機械内の加工マウントを高い位置決め精度で同時にすばやく切り換えることが可能になる。ゼロ点固定システムは、固定部が作製されるときに正確な位置決めが必要ないという点で特に際立っている。連結部品は、大雑把に位置決めされるだけでよく、次いで、連結部品は、固定作業中に自動的にゼロ点固定システム内で位置合わせされる。具体的には、定められた相関する位置決め表面が、特に連結部品の側およびゼロ点固定システムの側の両方において、ゼロ点固定システムでの正確な位置決めに寄与する。

本文書の文脈におけるゼロ点固定システムは、ゼロ点締付けシステムおよび他の保持機構（粘着、接着結合、負圧、など）を意味すると理解されるべきである。ゼロ点締付けシステムは、締付け力を用いて固定する。ゼロ点締付けシステムは、他の保持機構と組み合わせられてもよく、その結果、締付け力および他の保持力が、固定の目的のために利用される。

本方法は、第１のＣＮＣ作製プロセス中にまた固定部が存在している間にセラミックブランクから安定化フレームが作製されるという点で補完されてもよく、この場合、安定化フレームは、特に加工マウントから離間された少なくとも１つの支持点上に配置されたロストコアを支持する。このタイプの安定化フレームは、ロストコア自体の作製中または後続の製造ステップ中に変形または損傷しない、非常に精密なロストコアを提供することを可能にする。安定化フレームは、少なくとも部分的にモデルブランクの外側に位置してもよい。すると、安定化フレームは、この領域では、モデルブランクのさらなる加工を比較的小さな規模で乱す。

特定の方法変形形態では、安定化フレームとロストコアとの間の１つまたは複数の支持点が、ロフトコアの作製後かつモデルブランクが作製される前に取り除かれ、これは、好ましくは、第１のＣＮＣ作製プロセスにおいて行われる。このようにして、ロストコアは、第１のＣＮＣ作製プロセスにおける加工中に安定に保たれ、また、特に精密な輪郭をロストコア上に形成することが可能である。支持点は、接続ウェブであることが好ましく、この接続ウェブは、ロストコアの隣接領域よりも狭くかつ／または薄いことが好ましい。

安定化フレームは、場合により、ロストコアの作製後かつモデルブランクが作製される前に、好ましくは１つまたは複数の支持点が取り除かれた後で、さらに好ましくは第１のＣＮＣ作製プロセスにおいて、取り除かれる。これは、十分な固有の安定性を有するロストコアに特に適している。

別の変形形態では、安定化フレームは、モデルブランクが作製される前に取り除かれない。すると、安定化フレームは、モデルブランクの作製中にも、また場合によりロストモデルの作製中にも、ロストコアを支持することができる。この点において、安定化フレームは、少なくとも部分的にモデルブランク内に配置され得る。しかし、安定化フレームは、ロストモデルの外側に位置するべきである。その場合、安定化フレームの支持点は、ロストモデルを貫通してロストコアまで突出することができる。このようにして、不安定な構造を有するロストコアでも、さらなる方法ステップ中に安定化され、寸法の変化が回避され、かつ、損傷が防がれる。

モデリングワックスが、モデリング材料として特に適する。モデリング材料は、コア要素よりも低い溶融温度を有するべきである。

特別な方法構成によれば、モデルブランクの作製中に湯口モデルが形成される。そのような湯口モデルは、後ほどセラミック精密鋳型の作製中にセラミック精密鋳型内に湯口を形成することになる。それと同時に、湯口モデルは、ロストモデルおよび／またはロストコアを取り除くための出口として使用され得る。湯口モデルは、場合により、円錐形である。その場合、漏斗形状の湯口が得られる。

本出願において、ＣＮＣという略語は、コンピュータ数値制御、または特にコンピュータによって自動的に実行される作製ステップを表わす。

場合により、コア要素の表面は、第１のＣＮＣ作製プロセスの後でコーティングされ得る。このようにして、表面は、特に滑らかなものとして形成され得る。

モデルブランクを作製するために、ロストコアは、例えば、モデル成形ツール内に配置されてよく、また、モデルブランクは、ワックス、熱可塑性物質、または同種のものなどのモデリング材料がロストコアとモデル成形ツールの内壁との間の空間内に充填／射出成形されるという点で、ロストコアの周りに形成され得る。

セラミックブランクは、まず、適切なセラミック材料の液体の射出成形、移送成形、または鋳造により、所望のブランク形状にされ得る。出発物質は、相応に形成されたブランク成形ツール内に導入され得る１種または複数種のセラミック粉末、結合材、および任意の添加剤を含み得る。セラミック材料が硬化して「圧粉体」を形成した後、ブランク成形ツールは、圧粉体を取り出すために、例えば開かれて取り除かれ得る。圧粉体は、ブランク成形ツールから取り出された後、揮発性の結合材を除去するために、また、セラミックブランクを焼結させかつ硬化させるために、１つまたは複数のステップにおいて高温で焼成されるべきである。このようにして、前述の圧粉体は、例えばチタンをベースする合金、ニッケルをベースとする合金、またはコバルトをベースとする合金などの金属材料の鋳造での使用に十分な強度および寸法精度を得る。

初期の方法ステップとして、例えば収縮または材料応力に起因する製造関連の寸法ずれの修正を考慮に入れるために、鋳造部品のデジタル幾何座標により３Ｄモデルを適合させることが任意に可能である。

本発明はまた、上記および下記で説明されるようなモデルモールドコアブランクを作製するための方法によって作製されるモデルモールドコアブランクを含む。本方法の利点は、モデルモールドコアブランクにも固有のものである。具体的には、前述のモデルモールドコアブランクは、高い精度およびプロセスの信頼性を伴って安価に作製され得る。

本発明はまた、モデルモールドコアを作製するための方法に関し、この方法では、上記および下記で説明されるようなモデルモールドコアブランクを作製するための方法が行われ、また、この方法は、固定部が存在している間に第２のＣＮＣ作製プロセスにおいて３Ｄモデルに基づいてモデルブランクからおよび／またはモデルブランク上にロストモデルの外部形状を作製することを含み、ここで、加工マウントは、第２のＣＮＣ作製プロセスを行うためのＣＮＣ機械内に固定される。

この方法の利点は、ロストコアが加工マウント上の定められた位置につき、その結果、ロストモデルもまた、加工マウントに対して、したがってロストコアに対しても、正しく位置決めされるように形成されるということである。

この目的のために、本方法によれば、加工マウントは、第２のＣＮＣ作製プロセスが行われる前かつプロセスを行うＣＮＣ機械内に加工マウントが固定された後で位置決めされることが好ましい。定められた幾何形状を有する加工マウントは、プロセスを行うＣＮＣ機械内に特に容易に、迅速に、かつ正確に位置決めされ得る。このＣＮＣ機械は、ＣＮＣ機械が必要とされない方法ステップを行う場合には、解放されて別の方法で使用されることが可能である。

特に好ましい方法構成では、加工マウントは、ゼロ点固定システムでの収容のための連結部品を有し、この場合、第２のＣＮＣ作製プロセスを行うときに、連結部品は、プロセスを行うＣＮＣ機械のゼロ点固定システム内に収容される。これは、加工マウントがＣＮＣ機械内に特に正確にかつ迅速に収容されることを可能にする。

第１のＣＮＣ作製プロセスは、好ましくは材料除去プロセスであり、さらに好ましくは機械加工プロセスであり、特に好ましくはフライス削りプロセスである。

第２のＣＮＣ作製プロセスは、好ましくは材料除去プロセスであり、さらに好ましくは機械加工プロセスであり、特に好ましくはフライス削りプロセスであり、または、３Ｄ印刷などの材料堆積プロセスである。第２のＣＮＣ作製プロセスは、材料除去プロセスと材料堆積プロセスとを組み合わせてもよい。このようにして、特に効率的な態様でロストモデルの様々な領域を作製することが可能である。

任意選択の安定化フレームが、少なくとも部分的にロストモデルの外側に位置し得る。その場合、前述の安定化フレームは、少なくとも部分的に、特にロストモデルのポジティブボディに基づいて後で作られる構成要素の輪郭への影響を有さない。

本発明の主題はまた、上記および下記で説明されるようなモデルモールドコアを作製するための方法によって作製されるモデルモールドコアを含む。本方法の利点は、モデルモールドコアにも固有のものである。具体的には、前述のモデルモールドコアは、高い精度およびプロセスの信頼性を伴って安価に作製され得る。

さらに、本発明は、上記および下記で説明されるようなモデルモールドコアを作製するための方法が行われる、精密鋳型を作製するための方法に関する。この方法では、ロストモデルの外部形状にセラミック型が貼り付けられ、また、少なくとも１つの取付け点へのセラミック型の位置決め接続が、コア要素上に形成される。最後に、ロストモデルは、セラミック型から取り除かれる。

この場合に有利なことは、位置決め接続によりコア要素とロスト型とが互いに対して高い相対位置精度を有することである。この点において、加工マウントは、セラミック型への直接接続を全く有さないべきである。これは、具体的には、前述の加工マウントが取り外されることを可能にする。この点において、位置決め接続は、加工マウントの取外しがセラミック型とロストコアとの間の相対的な位置決めに影響しないように形成されるべきである。このようにして、構成要素の作成中に焼成温度および／もしくは焼結温度または鋳込温度に耐えられる必要のない安価な加工マウントを使用することができる。さらに、再使用可能な加工マウントを使用することができ、また特に、少なくとも部分的にまたは全面的に工具鋼で構成される加工マウントを使用することができる。

この目的のために、本方法は場合により、ロストモデルがセラミック型から取り除かれる前またはその後で、すなわち特にセラミック型を貼り付けた後でまたはロストモデルをセラミック型から取り出した後で、特に好ましくは精密鋳型内に鋳造部品を作製するための鋳造プロセスを行う前に加工マウントとコア要素との間の固定が取り除かれまたコア要素が加工マウントから分離されるステップによって、補完され得る。

セラミック型は、例えばセラミックスリップ中への繰返し浸漬によりロストモデルの外部形状に貼り付けられてよく、この場合、毎回の浸漬後に余分なスリップが流出し、また、セラミックスタッコによるサンディングおよび空気乾燥が行われる。このようにして、セラミック型を形成する複数のセラミック層が、型殻の態様で外部形状上に積層され得る。次いで、得られた構造は、ロストモデルを取り除くために、蒸気オートクレーブに供給されてよく、その結果、ロストコアが内部に配置されたセラミック型が、精密鋳型として残る。

本方法は、コア要素を加工マウントから分離する前またはその後でコア要素とセラミック型とを備える構造を焼成する任意選択のステップによって補完されてもよい。このようにして、揮発性結合剤が取り除かれ、構造は、焼結されかつ硬化される。したがって、このようにして作製された精密鋳型は、例えばチタンをベースとする合金、ニッケルをベースとする合金、またはコバルトをベースとする合金などの金属材料の鋳造での使用に十分な強度および寸法精度を得る。

１つの方法変形形態では、モデルブランクからロストモデルの外部形状を作製するときに、特にモデルブランクから湯口モデルも形成される。このステップは、湯口モデルをモデルブランクから完全に作り出すこと、または、提供されるのであれば、モデルブランク上にすでに形成されたより粗い湯口モデルを後処理することを含み得る。そのような湯口モデルは、後ほど、セラミック精密鋳型の作製中にセラミック精密鋳型内に湯口を形成することになる。それと同時に、湯口は、ロストモデルおよび／またはロストコアを取り除くための出口として使用され得る。湯口モデルは、場合により、円錐形である。その場合、漏斗形状の湯口が得られる。

本発明の主題はまた、上記および下記で説明されるような精密鋳型を作製するための方法によって作製される精密鋳型を含む。本方法の利点は、精密鋳型にも固有のものである。具体的には、前述の精密鋳型は、高い精度およびプロセスの信頼性を伴って安価に作製することができ、特に、ロストコアは、セラミック型内に正確に位置決めされかつ保持される。鋳造プロセスのための湯口構造、さらに通気構造が、精密鋳型に取り付けられ得る。代替形態として、後の鋳造法のための別体の湯口構造、さらに通気構造が、精密鋳型に接続されるかまたは精密鋳型の一部となるように、ロストモデルに予め取り付けられていてもよい。

さらに、本発明は、上記および下記で説明されるような精密鋳型を作製するための方法が行われ、また、溶融金属がロストコアの周りのセラミック型内に鋳込まれ、その溶融金属が固化されて固体構成要素を形成し、セラミック型およびロストコアが固体構成要素から取り除かれる、空隙構造を有する鋳造部品を作製するための鋳造方法に関する。本方法に基づくと、固体構成要素は、固体構成要素内に非常に正確に位置決めされる空隙構造を有し、その結果、例えば、固体構成要素を使用不能にし得る弱点が存在しない。ロストコアは、具体的には、構成要素の空隙構造から取り除かれる。ロストコアは、好ましくは水をベースとする侵食作用もしくは化学的な侵食作用または他の技法により、固体構成要素から取り除かれる。コア要素が任意の安定化フレームも有する場合、この安定化フレームもまた、固体構成要素から取り除かれる。

本鋳造方法は、好ましくは、遅くともセラミック型内に溶融金属が鋳込まれる前に加工マウントとコア要素との間の固定部を取り除いて加工マウントからコア要素を分離する任意選択のステップを含む。このようにして、少なくとも溶融金属の鋳込温度に耐える必要のない安価な加工マウントを使用することができる。

本鋳造方法は、溶融金属がチタンをベースとする合金、ニッケルをベースとする合金、またはコバルトをベースとする合金であるときに、特に適する。このタイプの高価な構成要素の場合、本方法による無駄および構成要素損傷の軽減により、大きな費用が達成され得る。

精密鋳型は、場合により、溶融金属の鋳込みの前に予熱される。これは、結晶形成に良い影響を与えること、および、突然の温度変化によってもたらされる熱応力に起因する精密鋳型のひび割れを回避することを可能にする。

溶融金属は、好ましくは多結晶の形で固化し、また、特に好ましくは単結晶の形で固化する。そうすることで、高い構成要素強度が得られる。

本発明のさらなる特徴、詳細、および利点は、特許請求の範囲に記載の語句から、また、図面を参照しながら例示的な実施形態について以下で説明することから、明らかになる。

加工マウント上のセラミックコアブランクを示す図である。 加工マウント上のロストコアおよび安定化フレームを含むコア要素を示す図である。 加工マウント上のロストコアを示す図である。 モデルブランクを作製するための２部品モデル成形ツール内にロストコアが配置されている、加工マウント上のロストコアを示す図である。 モデルブランク内にロストコアが配置されている、加工マウント上のロストコアを示す図である。 ロストモデル内にロストコアが配置されている、加工マウント上のロストコアを示す図である。 精密鋳型のセラミック型に囲まれたロストモデルおよびロストコアを示す図である。 固体構成要素および空隙構造を有する鋳造部品を示す図である。

図１から７は、種々の方法ステップを行った後の、可能性のある方法結果の時系列を示す。先行する図においてすでに記述がなされた参照記号を有する技術的特徴は、ある程度までは再度説明されない。むしろ、説明の先行する部分は、相応に適用される。

最初に、２つの側で固定部５１を介して加工マウント５０に固定されるセラミックコアブランク１０が、図１に見られる。固定部５１は、例えば接着結合または締付けによって形成され得る。この場合、固定部５１の２つの側は、相対して位置し、また、セラミックコアブランク１０は、２つの側の間に配置される。この点において、加工マウント５０は、連結部品５２および加工ブリッジ５３を有する。加工ブリッジ５３は、固定部５１の２つの側の間に延在し、かつ、連結部品５２に接続されるかまたは連結部品５２と分離しない態様で形成される。連結部品５２は、ＣＮＣ工作機械のゼロ点固定システムでの収容のために設計される。

セラミックコアブランク１０の体積は、ロストコア１２を有しかつ材料除去によりセラミックコアブランク１０から作製されるコア要素１１がこの体積の範囲内に位置するように、予め選択されるかまたは予め作られる。

したがって、このやり方では、本方法によれば、図１による方法結果に到達するには、加工マウント５０上にセラミックブランク１０を位置決めすること、および、セラミックブランク１０と加工マウント５０との間に固定部５１を作製することが、最初に必要である。

図２は、コア要素１１の作製後または作製中の、図１による開始状況のあり得る結果を示し、ここで、ロストコア１２は、固定部５１が存在している間に、例えばＣＮＣフライス削りプロセスである第１のＣＮＣ作製プロセスにおいて３Ｄモデルに従ってセラミックブランク１０（図１参照）から製造される。それと同時に、固定部５１が存在している間に、（一時的な）安定化フレーム１５が、第１のＣＮＣ作製プロセスにおいてセラミックブランク１０（図１参照）から作製される。（一時的な）安定化フレーム１５は、支持点１６によりロストコア１２を支持する。支持点１６のそれぞれは、固定部５１から離間して配置される。支持点１６は、それぞれがロストコア１２の隣接領域よりも幅狭である接続ウェブまたはペグである。

第１のＣＮＣ作製プロセスを行うときに、加工マウント５０は、前述の第１のＣＮＣ作製プロセスを行うために、ＣＮＣ機械内の連結部品５２に固定される。

第１のＣＮＣ作製プロセスの完了後、図３によれば、コア要素１１のロストコア１２が残り、前述のロストコアは、固定部５１の２つの側間に延在する。安定化フレーム１５は、ロストコア１２の作製後、具体的には支持点１６の除去後には取り除かれていることが分かる。

セラミックコアブランク１０（図１参照）は、固定部５１を弱体化させないために、また、加工マウント５０に損傷を与えないために、固定部５１の領域では加工されていない。セラミックコアブランク１０（図１参照）のこの未加工領域は、固定領域とも呼ばれ得る。すでにこの段階において、コア要素１１もまた、後でセラミック型８１（図７参照）が接続される、２つの取付け点１３を有する。

図４によれば、図３による構造は、ロストコア１２もまた固定部５１を介して加工マウント５０に固定されかつモデルブランク２０（図５参照）を作製するためのモデル成形ツール３０内に配置されるように、再使用される。モデル成形ツール３０は、第１および第２の型半体３１、３２を有し、かつ、位置決め表面３３を介して加工マウント５０上に支持され、具体的には連結部品５２および加工ブリッジ５３上に支持される。取付け点１３の領域において、コア要素１１は、開口部を通ってモデル成形ツール３０の外へ突出する。このようにして、ロストコア１１の周りにツール空洞３５が形成される。モデル成形ツール３０によって形成されるモデル湯口３４が、このツール空洞３５の上方からツール空洞３５内へ開口する。

図４によって示された開始状況は、モデリング材料がモデル湯口３４を通じてツール空洞３５内につまり具体的にはツール空洞３５内に位置するロストコア１２の周りに鋳込まれるので、今やモデルブランク２０（図５参照）の作製を行うのに適する。モデリング材料は、例えば、モデリングワックスであり得る。モデリング材料は、コア要素１１よりも低い溶融温度を有するべきである。次いで、モデリング材料は、固化される。プロセスにおいて、固定部５１は、存在し続ける。ロストコア１２は、モデルブランク２０に対して定められた位置に相応に位置決めされる。

モデルブランク２０の体積およびツール空洞３５の体積は、それぞれ、それらから作製されるべきロストモデル２１よりも大きい（図６参照）。

図４による方法状態に従ってモデル成形ツール３０が取り除かれると、図５による構造が残る。ロストコア１２を含むコア要素１１も固定部５１を介して加工マウント５０に固定される態様が、図５で分かる。しかし、今や、ロストコア１２は、モデリング材料から成るモデルブランク２０内にさらに配置されている。これにより、モデルモールドコアブランク１が得られる。モデル成形ツール３０のモデル湯口３４に対応する形で、製造に関連する湯口点２４もまた、モデルブランク２０上になおも残る。

モデルブランク２０を通して見られるように、ツール空洞３５内の対応する切欠きを使用して、円錐形湯口モデル２３も形成される。

図５の状態から図６による状態に至るために、モデルブランク２０からロストモデル２１の外部形状２２を作製することが必要であり、これは、固定部５１が存在している間に第２のＣＮＣ作製プロセスにおいて３Ｄモデルに従って行われる。この目的のために、連結部品５２を含む加工マウント５０が、位置決めされた後に、第２のＣＮＣ作製プロセスを行うためのＣＮＣ機械内に再度固定され得る。これは、ゼロ点固定システムを使用することにより、特に容易に達成される。したがって、本方法によれば、ロストコア１２は、なおも加工マウント５０上の定められた位置につき、その結果、ロストモデル２１もまた、加工マウント５０に対して、したがってロストコア１２に対しても、正確に位置決めされる。ロストコア１２は、ロストモデル２１と一緒に、モデルモールドコア２を形成する。

第２のＣＮＣ作製プロセスは、材料除去プロセスであり、このプロセスでは、好ましくは機械加工プロセスが使用され、特に好ましくはフライス削りプロセスが使用される。

代替形態として、モデルブランク２０が全体としてまたは部分的に後のロストモデル２１よりも小さな体積を有するのであれば、それらの領域におけるロストモデル２１の外部形状２２は、材料堆積プロセスによって、例えば（ＣＮＣ）３Ｄ印刷プロセスにおいて作製されるべきである。

次に、ロストコア１２をロストモデル２１内に正確に配置することが達成されかつ次のステップにおいて悪影響を受けないようにする目的のために、モデルモールドコア２、具体的にはロストモデル２１およびその中に配置されたロストコア１２は、加工マウント５０から分離され得る。図７で分かるように、固定部５１は、具体的には、ロストコア１２を固定領域から分離することによって取り除かれる。ここで、固定領域は、加工マウント５０上に残り得る。固定領域は、必要に応じて後で前述の加工マウントから取り除かれ得る。

図７はまた、ロストモデル２１およびロストコア１２がどのようにして精密鋳型８０のセラミック型８１に囲まれるかを示す。ロストコア１２の端部のみが、セラミック型８１からなおも突出する。この目的のために、本方法によれば、セラミック型８１は、ロストモデル２１の外部形状２２に貼り付けられている。セラミック型８１は、例えばセラミックスリップ中への繰返し浸漬によりロストモデル２１の外部形状２２に貼り付けられてよく、この場合、毎回の浸漬後に余分なスリップが流出し、また、セラミックスタッコによるサンディングおよび空気乾燥が行われる。このようにして、セラミック型８１を形成する複数のセラミック層が、型殻の態様で外部形状２２上に積層され得る。ここで、本方法によれば、２つの取付け点１３へのセラミック型８１の位置決め接続部８２がコア要素１１上に作製されることが提供され、その結果、ロストコア１２は、セラミック型８１にしっかりと接続される。この目的のために、ロストコア１２は、取付け点１３とともに、ロストモデル２１の外へ突出する。モデルモールドコア２は、セラミック型８１の作製中にこれらの突出部に保持されてよく、その場合、取付け点１３は、空けられたままであるべきである。

セラミック型８１を貼り付ける前に、湯口および／または通気構造部分が、ロストモデル２１に任意に取り付けられ得る。次いで、これらの構造部分は、好ましくはセラミック型８１が貼り付けられるときに、セラミック型８１に接続される。

セラミック型８１の一部である湯口８３も、湯口モデル２３を使用して形成されていることが分かる。

次に、ロストモデル２１は、例えば溶融されることにより、セラミック型８１から取り除かれてよく、その場合、溶融したモデリング材料は、湯口８３を通って流出し得る。この目的のために、図７による構造は、ロストモデル２１を取り除くために例えば蒸気オートクレーブに供給され得る。内部にロストコア１２が配置されたセラミック型８１は、精密鋳型８０として残る。

精密鋳型８０が後続の方法ステップに対してはまだ十分に安定していない場合、精密鋳型８０は、最初に焼成され得る。

精密鋳型８０が完成するとすぐに、鋳造プロセスが準備されて行われ得る。準備には、通常、作業領域の変更、および鋳造デバイス内での位置決めが含まれる。精密鋳型８０は、場合により、鋳造の前に予熱される。続いて、本方法によれば、溶融金属が、湯口８３を通じてセラミック型８１内およびロストコア１２の周りに鋳込まれる。溶融金属は、例えば、チタンをベースとする合金、ニッケルをベースとする合金、またはコバルトをベースとする合金であり得る。溶融した金属が固化して固体構成要素１０２（図８参照）を形成した後、セラミック型８１およびロストコア１２は、具体的には破壊的な態様で固体構成要素１０２から取り除かれ得る。セラミック型は、典型的には、破壊されて開き、かつ／または、フライス削りされて開く。ロストコア１２は、例えば化学反応によって溶解されるか、例えば水中で溶解されるか、または別の方法で溶解されて、固体構成要素１０２内に残っている空隙構造１０１から流れ出ることができる。

通常、図８に示されるように、鋳造部品１００が残り、かつ、固体構成要素１０１、および固体構成要素１０１内の空隙構造１０２を備える。したがって、本方法によれば、ロストモデル２１は、鋳造部品１００のポジティブモデルであり、ロストコア１２は、空隙構造１０１のモデルである。

作製プロセスで作り出されるべき幾何形状、具体的にはロストコア１２およびロストモデル２１の幾何形状は、後の鋳造部品１００の幾何学的データに基づく。作り出されるべき幾何形状は、鋳造部品１００のデジタル幾何座標を有する３Ｄモデルを使用することによって決定され得る。必要であれば、作り出されるべき幾何形状は、鋳造部品１００のデジタル幾何座標に対して適応される。このようにして、鋳造部品１００のデジタル幾何座標を有する３Ｄモデルにその形状が対応する物理的な鋳造部品１００を最終的に得るために、収縮、構成要素応力、などを考慮に入れることができる。

本発明は、上記で説明された実施形態のうちの１つに限られるものではなく、様々な方法で修正され得る。

異なる変形形態では、例えば、図２による方法状態として、支持点１６を有する安定化フレーム１５を保持することが可能である。すると、安定化フレーム１５は、モデルブランク２０の作製中にも、また場合によりロストモデル２１の作製中にも、ロストコア１２を支持することができる。この点において、安定化フレーム１５は、少なくとも部分的にモデルブランク２０内に配置され得る。しかし、前述の安定化フレームは、少なくとも部分的にモデルブランク２０の外側に位置してもよい。しかし、安定化フレーム１５は、ロストモデル２１の外側に配置されるべきである。その場合、安定化フレーム１５の支持点１６は、ロストモデル２１を貫通してロストコア１２まで突出することができる。このようにして、不安定な構造を有するロストコア１２でも、さらなる方法ステップ中に安定化される。

３Ｄ印刷などの材料堆積プロセスによりロストモデル２１の外部形状２２により小さなモデルブランク２０を全体にまたは部分的に追加する代替形態は、すでに言及された。

構造上の詳細、空間的な配置、および方法ステップを含む、特許請求の範囲、明細書、および図面から生じる特徴および利点の全ては、個々においても様々な組み合わせにおいても本発明に不可欠であり得る。

１ モデルモールドコアブランク
２ モデルモールドコア
１０ セラミックブランク
１１ コア要素
１２ ロストコア
１３ 取付け点
１５ 安定化フレーム
１６ 支持点
２０ モデルブランク
２１ ロストモデル
２２ 外部形状
２３ 湯口モデル
２４ 湯口点
３０ モデル成形ツール
３１ 第１の型半体
３２ 第２の型半体
３３ 位置決め表面
３４ モデル湯口
３５ ツール空洞
５０ 加工マウント
５１ 固定部
５２ 連結部品
５３ 加工ブリッジ
８０ 精密鋳型
８１ セラミック型
８２ 位置決め接続部
８３ 湯口
１００ 鋳造部品
１０１ 空隙構造
１０２ 固体構成要素

Claims (15)

1. 鋳造部品のデジタル幾何座標を有する３Ｄモデルを使用して空隙構造を有する前記鋳造部品を作製するのに適する、モデルモールドコアブランクを作製するための方法であって、
   セラミックブランクを加工マウント上に位置決めし、かつ、前記セラミックブランクと前記加工マウントとの間に固定部を作製するステップと、
   コア要素を作製するステップであって、前記固定部が存在している間に第１のＣＮＣ作製プロセスにおいて前記３Ｄモデルに基づいて前記セラミックブランクからロストコアが製造され、前記第１のＣＮＣ作製プロセスを行うためのＣＮＣ機械内に前記加工マウントが固定されるステップと、
   前記第１のＣＮＣ作製プロセス中かつ前記固定部が存在している間に前記セラミックブランクから安定化フレームを作製するステップであって、前記安定化フレームが前記ロストコアを支持するステップと、
   前記固定部が存在している間に前記ロストコアの周りにモデリング材料を鋳込んで該モデリング材料を固化させることによりモデルブランクを作製するステップと、
   を含む方法。
2. Ａ）モデルモールドコアを作製するのに適する方法を行うステップであって、
   ａ．鋳造部品のデジタル幾何座標を有する３Ｄモデルを使用して空隙構造を有する前記鋳造部品を作製するのに適する、モデルモールドコアブランクを作製するステップであって、
   ａ）セラミックブランクを加工マウント上に位置決めし、かつ、前記セラミックブランクと前記加工マウントとの間に固定部を作製することと、
   ｂ）コア要素を作製するステップであって、前記固定部が存在している間に第１のＣＮＣ作製プロセスにおいて前記３Ｄモデルに基づいて前記セラミックブランクからロストコアが製造され、前記第１のＣＮＣ作製プロセスを行うためのＣＮＣ機械内に前記加工マウントが固定されることと、
   ｃ）前記固定部が存在している間に前記ロストコアの周りにモデリング材料を鋳込んで該モデリング材料を固化させることによりモデルブランクを作製することと、
   を含むステップと、
   ｂ．前記固定部が存在している間に第２のＣＮＣ作製プロセスにおいて前記３Ｄモデルに基づいて前記モデルブランクからかつ／または該モデルブランク上にロストモデルの外部形状を作製し、前記第２のＣＮＣ作製プロセスを行うためのＣＮＣ機械内に前記加工マウントが固定されるステップと、
   を含むステップと、
   Ｂ）前記ロストモデルの前記外部形状にセラミック型を貼り付け、かつ、少なくとも１つの取り付け点への前記セラミック型の位置決め接続部を前記コア要素上に形成するステップであって、前記加工マウントが前記セラミック型に直接接続しないステップと、
   Ｃ）前記セラミック型から前記ロストモデルを取り除くステップと、
   が行われる、精密鋳型を作製するための方法。
3. 前記第１のＣＮＣ作製プロセス中かつ前記固定部が存在している間に前記セラミックブランクから安定化フレームを作製するステップであって、前記安定化フレームが前記ロストコアを支持するステップを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記第１のＣＮＣ作製プロセスを行う前かつ該プロセスを行う前記ＣＮＣ機械内に前記加工マウントが固定される前に前記加工マウントを位置決めするステップを含む請求項１または２に記載の方法。
5. 前記加工マウントが、ゼロ点固定システムでの収容のための連結部品を有し、前記第１のＣＮＣ作製プロセスを行うときに、該プロセスを行う前記ＣＮＣ機械のゼロ点固定システム内に前記連結部品が収容される請求項１または２に記載の方法。
6. 前記ロストコアの作製後かつ前記モデルブランクの作製前に前記安定化フレームと前記ロストコアとの間の１つまたは複数の支持点を取り除くステップを含む請求項１または３に記載の方法。
7. 前記ロストコアの作製後かつ前記モデルブランクの作製前に前記安定化フレームを取り除くステップを含む請求項１または３に記載の方法。
8. 前記モデルブランクの作製中に湯口モデルを形成するステップを含む請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第２のＣＮＣ作製プロセスを行う前かつ該プロセスを行う前記ＣＮＣ機械内に前記加工マウントが固定される前に前記加工マウントを位置決めするステップを含む請求項２に記載の方法。
10. 前記加工マウントが、ゼロ点固定システムでの収容のための連結部品を有し、前記第２のＣＮＣ作製プロセスを行うときに、該プロセスを行う前記ＣＮＣ機械のゼロ点固定システム内に前記連結部品が収容される請求項２または９に記載の方法。
11. 前記モデルブランクからの前記ロストモデルの前記外部形状の作製中に湯口モデルが形成される請求項２に記載の方法。
12. 前記セラミック型から前記ロストモデルを取り除く前またはその後で、前記加工マウントと前記コア要素との間の前記固定部を取り除き、かつ、前記加工マウントから前記コア要素を分離するステップが行われる請求項２に記載の方法。
13. 前記加工マウントから前記コア要素を分離した後で前記コア要素と前記セラミック型とを備える構造を焼成するステップが行われる請求項１２に記載の方法。
14. 空隙構造を有する鋳造部品を作製するための鋳造方法であって、
    ｉ）請求項２から１３のいずれか一項に記載の精密鋳型を作製するための方法を行うステップと、
    ｉｉ）前記ロストコアの周りのセラミック型内に溶融金属を鋳込むステップと、
    ｉｉｉ）前記溶融金属を固化させて固体構成要素を形成するステップと、
    ｉｖ）前記固体構成要素から前記セラミック型および前記ロストコアを取り除くステップと、
    が行われる方法。
15. 遅くとも前記セラミック型内に前記溶融金属が鋳込まれる前に前記加工マウントと前記コア要素との間の前記固定部を取り除いて前記加工マウントから前記コア要素を分離するステップが行われる請求項１４に記載の方法。
    

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