JPS594216B2 - ガス・タ−ビン・エンジン用ブレ−ド翼の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス・タービン・エンジン用ブレード翼を製
造する方法に関する。

外形が正確でかつ冷ガ室と冷却通路の内部形状が複雑な
鋳造ブレード翼を作るにはセラミック・コアを使用した
ロスト・ワックス鋳造法を採用することが現在一般的な
やり方である。

しかし、従来のロスト・ワックス鋳造法では作ることが
困難な部分が依然として若干残されている。

このような部分の１つとして、フィルム冷却空気として
ブレードの表面に冷却空気を流出させるかあるいは使用
ずみの冷却空気を後縁から排出させる働きをする非常に
狭い通路を挙げることができる。

現在、これらの通路：六通常、ブレードを鋳造した後、
機械加工により作られており、このためブレードの製造
コストの高騰を招いている。

これらの問題の部分を直接鋳造することを妨だばてきた
要因として、成形金型から取り出す際に折損することな
く非常に細い所要のセラミック・コアを作ることが困難
であることと、セラミック・コアがもろいため、金属溶
湯を注湯する工程でセラミック・コアが破損することを
挙げることができる。

本発明は、これらの問題を解消する技術を用いてこのよ
うな狭い通路を鋳造することができるブレード翼を製造
する方法を提供するものである。

本発明は、冷却空気の出口通路を設けたガス・タービン
・エンジン用ブレード翼の製造方法において、冷却空気
の出口通路と同じ形状の穴をあけた使い捨て片を作るこ
とと、冷却空気出口通路と連絡しているブレード翼内の
キャビティの形状を有する第１の内部キャビティ部分と
、使い捨て片を嵌めこむ第２のキャビティ部分と、使い
捨て片の中にあけた穴の自由端を互に接続する接続通路
を形成している第３のキャビティ部分とを備えた第１の
組立式金型の中に使い捨て片を載置することと、セラミ
ック・スラリを射出し、前記３つのキャビティ部分をセ
ラミック・スラリで満たすことと、セラミック・スラリ
を硬化させることと、第１の組立式金型を分解し、成形
されたセラミック・コアを使い捨て片と共に金型から取
りはずすことと、使い捨て片をセラミック・コアから取
り除くことと、ブレード翼の外面の形状にほぼ等しい形
状の主キャビティと、前記セラミック・コアの接続通路
部分を嵌めこむ第２のキャビティとを有する第２の組立
式金型の中にセラミック・コアを載置することと、ワッ
クスを射出して、前記第２の組立式金型の中の主キャビ
ティをワックスで満たすことと、ワックスを凝固させる
ことと、第２の組立式金型を分解し、成形されたワック
ス・パターンをセラミック・コアと共に金型から取り１
ｄｆｔことと、セラミック・コアの前記接続通路部分お
よびワックス・パターンの外表面にセラミック・シェル
を成形することと、セラミック・シェルからワックスを
取り除くことと、成形されたセラミック・シェル鋳型の
中に金属の溶湯を注入することと、金属の溶湯を凝固さ
せることと、鋳造されたブレード翼からセラミック・シ
ェルおよびセラミック・コアを取り除くこととから成る
ことを特徴とするものである。

使い捨て片自身は組立式金型の中で作ることができ、ま
た使い捨て片の中に設ける穴は、金型のキャビティを横
切って延在するピンにより成形することができる。

これらの穴はまっすぐでもよくあるいは他の形状のもの
でもよい。

使い捨て片は、加熱により、溶解によりあるいは化学的
な作用により消失させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図に示されている組立式金型は２つの金型部分１０
と１１から構成されており、該２つの金型部分１０と１
１の間にほぼ矩形のキャビティ１２が形成されている。

多数のピン１３と１４が金型部分１０と１１から延在し
て、２つの金型部分の型合わせ面１５で合致し、キャビ
ティ１２を横切って延在しているピンを提供している。

使い捨て材料をキャビティ１２の中に射出することがで
きるようにするため湯口通路１６が設けられている。

この金型を使用するに際しては、たとえば、熱可塑性樹
脂または水溶性樹脂から成る使い捨て材料を流体状態で
湯口通路を通って射出し、キャビティ１２を使い捨て材
料で完全に満たす。

射出工程の後、使い捨て材料を硬化させる。

使い捨て材料が熱可塑性樹脂の場合、単に冷却させて、
硬化させるが、そうでない場合は使い捨て材料を硬化さ
せるため加熱することが必要なことがある。

使い捨て材料が固まると、金型を２つの金型部分１０と
１１に分離し、ピン１３と１４を引き抜くことにより金
型から硬化した使い捨て材料を取りはずすことができる
。

上述のように成形された使い捨て材料から成る使い捨て
片１γが第２図に示されており、図より判るように、多
数の穴１８を設けたほぼ長方形のブロックの形を呈して
いる。

前記多数の穴１８は前記使い捨て片１７の２つの向かい
合った面の間に延設されている。

一方の面に参照数字１９で表示されている長さ方向に延
在したくぼみが設けられており、該くぼみ１９は使い捨
て片１Ｔを使用して作られるセラミック・コアの後部エ
ツジ部分を形成している。

型合わせ面１５に沿ったピン１３と１４の当接端の間に
残っているばりを取り除くことが必要なことがある。

次に、第３図に示されている第２の組立式金型に使い捨
て片１７を移す。

第３図に示されている金型は２つの金型部品２０と２１
から構成されており、これらの部品２０と２１は両者の
間に１つノ成形キャビティを形成しているが、このキャ
ビティは３つのキャビティ部分２２と２３と２４から構
成されているものとみなすことができる。

主キヤビテイ部分２２はブレード翼の中に内部冷却空気
キャビティを作るに必要な形状に型彫りされていて、使
い捨て片１１のまわりにぴったりとはまるよう成形され
た第２のキャビティ部分２３につながっている。

使い捨て片１γのくぼみ１９が主キヤビテイ部分２２と
連続体を形成するとともに、第３のキャビティ部分２４
と連通してイル穴１８に通じるよう使い捨て片１７が第
２のキャビティ部分２３の中に嵌め込まれる。

第３のキャビティ部分２４ばすべての穴１８の自由端を
互に連絡する通路より成り、その主な目的はブレード翼
の中の通路を形成するセラミック・コアのもろい部分を
補強するセラミック・コアの一部分を作ることである。

金型部分２０に湯口通路２５が設けられており、該湯口
通路２５を通ってセラミック・スラリを射出して、主キ
ャビティ２２と穴１８と第３のキャビティ２４をセラミ
ック・スラリで満たす。

セラミック・スラリは水溶性の樹脂を含んでおり、この
水溶性樹脂の作用により、射出段階が終了したあと、セ
ラミック・スラリは固まって、生“の状態となる。

いづれの場合でも、セラミック・スラリか硬化して、固
いセラミック・コアを作ることが必要である。

次に、２つの金型部分２０と２１を分離することにより
、金型からセラミック・コア２６を取り出す。

この段階で使い捨て片１７がいぜんとしてセラミック・
コアの一部分を形成していることは第４図から理解され
る。

使い捨て片１７は、金型部分２０と２１からセラミック
・コアを分離する原生じるひずみの影響をうけないよう
セラミック・コア２６のもろい部分を支える働らきをし
ているのである。

次に、セラミック材料を焼結するため、セラミック・コ
ア２６を焼成する。

この焼成工程または別の工程で使い捨て片１７がセラミ
ック・コア２６から除去される。

使い捨ての材料が熱可塑性樹脂または可燃性の材料であ
る場合、焼成工程により使い捨て片を消失させることが
できる。

又、溶剤を使用する工程またはその他適当なものであれ
ばどのような工程でも使い捨て材料のブロックを消失さ
せるために使用することができる。

出来上がったセラミック・コアが第５図に示されていて
、この図より判るように完成したセラミック・コアは主
部分２７と一連のセラミック・ピン２８と通路部分２９
とから構成されており、該通路部分２９は一種のゝばし
ご“の組織を作るようピン２８の自由端を接続する働ら
きをしている。

もし、ばりが生じる場合はこれを取り除くためカバーを
あてがうことが必要であろう。

このようなぼりは、たとえば、くぼみ１９とキャビティ
部分２２の間の接合部に生じる。

セラミック・コアの主要部分２７にばりが生じる場合、
このようなぼりは比較的容易に取り除くことができる。

使い捨て片１７を使用しないで金型の中でピン２８を作
ろうとする場合、ばりが生じるが、ピン２８の間にこの
ようなばりが生じることは強度を保つうえで必要かもし
れない。

しかし、このタイプのぼりは、ピンを損なわないで取り
除くことは非常に困難である、。

次に、出来上がったコアを金型部分３０と３１から作ら
れた第３の２部品式金型の中に載置する。

これらの金型部分３０と３１によりキャビティ３２が限
定されているが、該キャビティ３２の形状は完成した状
態の翼の形状通りに型彫りされているとともに、参照数
字３３により表示された通路部分が凹設されており、セ
ラミック・コアの対応した部分２９を前記通路部分３３
に嵌めこむようにされている。

第６図に示されているように金型の中にセラミック・コ
アを保持し、湯口通路３４をへて溶けたワックスを加圧
状態のもと射出注入し、キャビティ３２のうちセラミッ
ク・コア２６により占有されていない部分をワックスで
満たす。

成形されたものは、図示のように、セラミック・コアの
まわりでほぼ一定の厚さをもった翼状の壁体より成るも
のである。

次に、溶けたワックスを冷去＼凝固させ、２つの金型部
分を分離することにより、成形したワックス・パターン
をセラミックコアと共に金型より取りはずす。

次に、第７図に示されているように、上述の要領で作ら
れたワックス・パターンにセラミック・シェル３５を付
着、形成させる。

このセラミック・シェルの形成は、ワックス・パターン
をセラミック・スラリの中に浸漬し、しかるのち浸漬ず
みのワックス・□パターンに１ふりかけ〃工程またはス
タコイフグ工程により粒状のセラミックを付着させるこ
とより成る一連の工程をへて実施される。

十分な厚さをもったセラミック・シェルが形成される寸
で上記の工程が繰り返えされ、しかるのちシェル・パタ
ーンを十分に乾燥させる。

セラミック・コアの通路部分３３はワックス射出段階の
間ワックスで被覆されないから、この部分はセラミック
・シェル材料に露出しており、セラミック・シェルの中
にしっかりと係止された状態となる。

次に、シェルを被覆したワックス・パターンは、ワック
スを取り除くとともに、セラミック・シェルを焼成する
ため熱処理に付される。

ワックスは加熱すると溶けるので、上記の２つの目的を
単一の加熱工程で実施することが可能である。

しかし、この技術分野では公知のように、ワックスが膨
張してセラミック・シェルに亀裂が生じないよう適切な
措置を講じておくことが必要である。

第８図は、焼成ずみのシェル３５で形成された鋳型を示
す。

焼成工程でなんら影響をうけなかったセラミック・コア
２６とシェル３５との間にワックス・パターンと同じ形
状をもったキャビティ３６が形成されていることは図か
ら理解される。

このキャビティ３６の中に金属の溶湯を注入し、キャビ
ティ３６を金属溶湯で満たして凝固させる。

この工程段階でセラミック・コアに作用する荷重はかな
りのものに達するが、ビン２８はセラミック、コアの主
部分から支えられているとともに、通路部分２９からも
支えられているから、ピン２８は上記の負荷に十分耐え
ることができる。

金属の溶湯が凝固したあと、セラミック・シェル３５と
セラミック・コア２６を金属製の翼から取り除く。

通常、機械的な手段によりセラミック・シェルを取り除
くが、セラミック・コアは金属に埋め込まれているので
、高温の苛性ソーダまたはその他の薬液を使用してセラ
ミック・コアを（ｔＪ的に溶出させることが必要である
。

鋳造後完成したブレード翼が第９図に示されている。

内部キャビティ３８と該キャビティ３８を翼の後縁と接
続する冷却空気出口３９とを有し、キャビティ３８内の
冷却空気を後縁に沿って噴出させることができる中空の
翼３γを上述の工程をへて製作することができたことは
この図から理解される。

しかるのち、所要の仕上げをブレード翼にほどこすこと
ができる７５人必要な場合、プラットフォーム部とシャ
ンク部とルート部をブレード翼に取り付ける。

ブレードの翼だけを作るために本発明の方法を適用する
ことについて上述のように説明を行なったが、ブレード
の他の部品を翼と一体に鋳造することも可能であること
はもちろんのことである。

本発明の方法は上述のように後縁噴射穴を作るには非常
に適しているが、フィルム冷却穴その他の穴を翼の中に
あけるために本発明の方法を適用してもさしつかえない
。

なお、上記の説明は翼の中に大きいキャビティを１つ設
けた非常に単純な翼を対象としたものである。

しかし、この実施例は本発明の理解の便に資するために
取り上げたものにすぎず、翼の内部構造がもつと複雑な
場合でも本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、使い捨て片を作るために使用するようにされ
る組立式成形金型の断面図、第２図は、第１図に示され
ている金型により形成された使い捨て片の斜視図。 第３図は、第２図に示されている使い捨て片を嵌めこむ
ようにされた別の組立式成形金型の横断面図。 第４図は、第３図に示されている金型で作られたセラミ
ック・コアの斜視図であって、使い捨て片が依然として
付着したままである状態を示している。 第５図は、使い捨て片を取り除いたあとにおける第４図
のコアを示す斜視図。 第６図は、第５図に示されているコアを使用した別の組
立式成形金型の横断面。 第７図は、第６図に示されている金型で成形されたワッ
クス・パターンにセラミック・シェルが付着していて、
第５図に示されているセラミック・コアがワックス・パ
ターンに埋めこまれている状態を示す斜視図、第８図は
、第１図に示されているセラミックを被覆したワックス
・パターンを脱ろう処理したあとに残された鋳型の斜視
図。 第９図は、第８図に示されている鋳型で作られたブレー
ド翼の完成状態を示す斜視図。 １０．１１：金型部分、１２：キャビティ、１３．１４
：ピン、１５：型合わせ面、１６：湯口通路、１７：使
い捨て片、１８：穴、１９：長さ方向に延在したくぼみ
、２０，２１：金型部分、２２．２３，２４：キャビテ
ィ部分、２５：湯口通路、２６：セラミック・コア、２
７：主部分、２８：ピン、２９：接続通路部分、３０，
３１ ：金型部分、３２：キャビティ、３３：接続通路
部分、３４：湯口通路、３５：セラミック・シェル、３
６：キャビティ、３７：中空の翼、３８：内部キャビテ
ィ、３９：冷キ空気出ロ穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷却空気の出口通路を設けたガス・タービン・エン
   ジン用ブレード翼の製造方法において、冷却空気の出口
   通路と同じ形状の穴をあけた使い捨て片を作ることと、 冷却空気出口通路と連絡しているブレード翼内のキャビ
   ティの形状を有する第１の内部キャビティ部分と、使い
   捨て片を嵌めこむ第２のキャビティ部分と、使い捨て片
   の中にあけた穴の自由端を互に接続する接続通路を形成
   している第３のキャビティ部分とを備えた第１の組立式
   金型の中に使い捨て片を載置することと、 セラミック・スラリを射出し、前記３つのキャビティ部
   分をセラミック・スラリで満たすことと、セラミック・
   スラリを硬化させることと、第１の組立式金型を分解し
   、成形されたセラミック・コアを使い捨て片と共に金型
   から取りはずすことと、 使い捨て片をセラミック・コアから取り除くことと、 ブレード翼の外面の形状にほぼ等しい形状の主キャピテ
   イと、前記セラミック・コアの接続通路部分を嵌めこむ
   第２のキャビティとを有する第２の組立式金型の中にセ
   ラミック・コアを載置することと、 ワックスを射出して、前記第２の組立式金型の中の主キ
   ャビティをワックスで満たすことと、ワックスを凝固さ
   せることと、 第２の組立式金型を分解し、成形されたワックス・パタ
   ーンをセラミック・コアと共に金型から取りはずすこと
   と、 セラミック・コアの前記接続通路部分およびワックス・
   パターンの外表面にセラミック・シェルを成形すること
   と、 セラミック・シェルからワックスを取り除くことと、 成型されたセラミック・シェル鋳型の中に金属の溶湯を
   注入することと、 金属の溶湯を凝固させることと、 鋳造されたブレード翼からセラミック・シェルおよびセ
   ラミック・コアを取り除くこととから成ることを特徴と
   する方法。 ２ 使い捨て片を成形する工程が複数の金型部分から成
   る組立式金型の中に射出成形することはより実施される
   ことを特徴とする特徴とする特許請求の範囲の第１項記
   載の方法。 ３ 前記穴が金型部分から金型のキャビティを横切って
   延在するピンにより成形され、一方の金型部分から延在
   したピンの端部が他方の金型部分から延在したピンの端
   部と当接していることを特徴とする特許請求の範囲の第
   ２項記載の方法。 ４ 前記ピンがまっすぐなピンであることを特徴とする
   特許請求の範囲の第３項記載の方法。