KR100217895B1 - 냉왁스를 이용한 터빈블레이드용 왁스모형 제작방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공정밀 주조법으로 터빈블레이드를 제작하는 공정에 있어서, 왁스 사출기를 이용한 왁스 모형 제작 공정 중 왁스 모형의 변형을 최소화하기 위해 왁스모형의 기초가 되는 예비 냉왁스를 먼저 제작하고, 이 냉왁스에 왁스를 다시 융해시켜 결합하여 터빈블레이드용 왁스 모형을 제작하여 왁스모형에서 발생하는 변형을 감소시켜 고품질의 터빈블레이드를 생산하고자 하는 것으로, 터빈 블레이드 제작 공정상에 있어서, a) 냉왁스 모형 제작용 금형(14) 설계 및 제작과, 상기 제작된 금형 내측으로 코아(18)를 삽입하여 조립하고, 조립된 금형의 내측에 왁스주입구(32)를 통해 왁스를 주입한다. b) 왁스가 굳어진후에 금형을 분리하고, 금형에 의해 제작된 냉왁스(10) 모형을 금형으로부터 분리한다. c) 준비된 왁스모형 제작용 금형(16) 내측에 냉왁스(10) 모형을 부착하고, 왁스모형 제작용 금형(16)을 조립하고, 조립된 금형의 상부에 배설된 왁스 주입구(32)를 통해 왁스를 주입한다. d) 주입된 왁스가 굳어지면 금형을 분리하고, 금형 내측에 제작된 터빈블레이드용 왁스 모형(32)을 꺼낸다. 상기와 같은 냉왁스 제작 방법이 포함된 터빈 블레이드 왁스 모형 제작을 특징으로 하는 냉왁스를 이용한 터빈블레이드용 왁스 모형 제작 방법 및 장치이다.

Description

냉왁스를 이용한 터빈블레이드용 왁스모형 제작방법 및 장치

본 발명은 냉왁스를 이용한 터빈블레이드용 왁스 모형 제작 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 진공정밀 주조법으로 터빈블레이드를 제작하는 공정에 있어서, 왁스 사출기를 이용한 왁스 모형 제작 공정 중 왁스 모형의 변형을 최소화하기 위해 왁스모형의 기초가 되는 예비 냉왁스를 먼저 제작하고, 이 냉왁스에 왁스를 다시 융해시켜 결합하여 터빈블레이드용 왁스 모형을 제작하여 왁스모형에서 발생하는 변형을 감소시켜 고품질의 터빈블레이드를 생산하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

터빈블레이드 제작방법은 왁스모형용 금형설계와 제작단계를 시작으로, 왁스모형사출 및 조립단계를 거쳐, 세라믹 쉘 주형 제작단계와, 탈왁스 및 주형 소성단계, 주조 작업단계, 후처리 및 열처리단계, 파괴 및 비파괴법을 이용한 부품특성평가 단계, 정밀기계가공 단계, 장착시험단계로 이루어지는 것이다.

터빈블레이드를 제작하는 제작방법 가운데 일반적으로 사용되는 터빈블레이드의 주형제작용 왁스모형은 왁스 사출기를 이용하여 왁스모형 제작용 금형에 왁스를 주입함으로써 왁스의 응고에의해 제작하며, 이렇게 제작된 왁스모형을 슬러리 및 내화물을 코팅하여 세라믹 쉘을 제작하고, 그후 왁스를 추출한 다음 소성하여 주형을 제작하게 된다. 이때 주형제작에 사용되는 왁스모형은 왁스모형의 수축에 따른 칫수 변형과 사출후 냉각과정에서 발생하는 휨 같은 형태변형을 항상 수반하게 된다.

이와같은 변형을 적절하게 조절하지 못하면 직접 주형에 영향을 미치게 되어 결국은 터빈블에이드의 불량을 초래하게 되므로, 적절한 변형 제어가 중요하다.

제작용 왁스모형의 변형가운데 일률적으로 발생하는 칫수변형은 초기 왁스모형설계시 변형량을 적절히 반영하면 변형량을 교정할 수 있으며, 또한 에어포일(Airfoil) 부위의 휨 변형량도 왁스모형의 일반적인 교정작업으로도 어느정도 수정이 가능하다.

그러나 블레이드 상단부와 하단부의 두께와 형상 차이에 의해 발생하는 왁스 모형의 칫수변형을 정확히 반영하는 것과, 왁스 주입시 부정확한 왁스 충진이나 냉각시에 발생하는 수축(SINK) 같은 변형은 수정하기가 용이하지 않아 항상 문제점으로 대두되었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 각 기업체 및 연구소에서 다방면으로 연구 및 검토를 하였지만 그 해결 방안을 간구하지 못하여 문제점으로 대두되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 왁스 자체의 칫수변형을 최대한 억제시키고, 블레이드 에어포일 하단부의 수축변형을 방지하기 위해, 왁스 모형을 제작하기 전에 예비로 냉왁스의 모형을 제작하고, 이 냉왁스에 융해시킨 왁스를 다시 첨가 결합하여 제작되어진 터빈블레이드 왁스 모형이 수축 및 변형이 최소한으로 되게하는 장치에 관한 것이다.

제1도는 본 발명 터빈블레이드 왁스 모형 제작시 기초가 되는 냉왁스 모형도.

제2도는 본 발명 냉왁스 제작용 금형의 분해 사시도.

제3도는 본 발명 코아의 사시도.

제4도는 본 발명 냉왁스를 왁스 모형 제작용 금형에 부착한 상태 사시도.

제5도는 본 발명 터빈 블레이드 왁스 모형의 제작 상태도.

제6도는 본 발명 터빈블레이드 왁스 모형의 제작 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 냉왁스 12 : 주름 형상

14 : 냉왁스 모형 제작용 금형 16 : 왁스 모형 제작용 금형

18 : 코아 20 : 결합핀

22 : 지지홈 24 : 고정부재

26 : 고정홈 28 : 중공부

30 : 왁스 주입구 32 : 터빈블레이드 왁스 모형

34 : 경사부 36 : 손잡이

본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명 터빈블레이드 왁스 모형 제작시 기초가 되는 냉왁스 모형도를 도시한 것이고, 제2도는 본 발명 냉왁스 제작용 금형의 분해 사시도를 도시한 것이며, 제3도는 본 발명 코아의 사시도를, 제4도는 본 발명 냉왁스를 왁스 모형 제작용 금형에 부착한 상태 사시도를, 제5도는 본 발명 터빈 블레이드 왁스 모형의 제작 상태도를 제6도는 본 발명 터빈블레이드 왁스 모형의 제작 공정도를 도시한 것이다.

왁스모형은 왁스 사출후 왁스의 냉각에 따라 칫수변형을 수반하게 된다. 특히, 터빈블레이드와 같이 블레이드의 에어포일과 루트(root)부의 두께가 서로다른 부품의 경우 칫수변형은 모든 부위에서 일률적으로 발생하지 않으며, 에어포일의 상단부와 루트부의 중간 부위인 에어포일 하단부에서 수축 현상이 심각하게 발생하게된다.

따라서 본 발명에서는 왁스모형 제작시 냉왁스(10)를 사용하여 왁스모형의 두께차이에 의한 칫수변형과 에어포일 상단부의 휨 변형 및 에어포일 하단부에서 발생하는 수축같은 형태 변형을 최소화하는 것이다.

냉왁스(10) 모형을 제작하기 위해서 먼저 제2도에 도시한 냉왁스 모형 제작용 금형(14)을 제작한다.

냉왁스 모형 제작용 금형(14)의 설계는 제2도에 도시된 바와같이 냉왁스(10)는 블레이드 제작시 왁스 모형 제작용 금형(16)의 에어포일 하단부에 위치되게 되는데, 왁스 모형의 두께차이에 따른 칫수변형을 방지하기 위하여 제1도와 같이 터빈블레이드 하단부의 두께가 큰 부분에 냉왁스(10) 내측에 중공부(28)를 만들어 터빈블레이드 왁스 모형(32) 제작시 에어포일부와 하단부의 왁스 모형의 외곽층 두께가 동일하도록 하는 것이다.

이와 같이 냉왁스(10) 모형 자체의 두께차에 따른 변형을 없애기 위해서는 왁스층의 두께를 일정하게 하는 것이 중요한데, 이와 같은 왁스층의 두께를 일정하게 하기 위하여 냉왁스(10) 모형 제작시 냉왁스 모형 제작용 금형(14) 내측에 삽입되어 냉왁스(10)의 하단부에 중공부(28)를 만들기 위해 삽입되는 코아(18)는 내측 끝단부에 완만한 경사부(34)를 가지며 몸체 중앙 일측부에 몸체를 경계로 양측으로 몸체와 수직으로 돌출된 돌기인 결합핀(20)을 성형하고, 삽입되지 않는 외측 후미에 코아(18)의 사용을 간편하게 하기 위한 손잡이(36)가 형성되어 있다.

냉왁스 모형 제작용 금형(14)은 수직면의 중심을 경계로 양쪽 두벌로 되어 있으며, 내부에 적절히 가공된 냉왁스 모형인 주름 형상(12)이 성형되어 있으며, 내측에는 왁스 주입시 금형을 정확하면서 견고하게 고정시키기 위해 각각 6개의 고정부재(24)와 고정홈(26)을 형성하고, 코아(18)의 몸체 중앙 일측에 돌출 성형된 결합핀(20)과 결합되어 코아(18)를 냉왁스 모형 제작용 금형(14)내에 지지하는 지지홈(22)이 냉왁스 모형 제작용 금형(14)의 양측에 한 개씩 배설되어있다.

고정부재(24)와 고정홈(26)은 좌·우 대칭을 암나사와 수나사 형식으로 설계된 것이다.

또한 내부 냉왁스(10) 외형면은 왁스 주입구(30)를 통한 왁스 주입시에 접촉면적을 확대하기 위해 주름형상(12)을 갖도록 제작했으며, 이 내부에 삽입되는 코아(18)는 왁스 주입후 왁스로부터 코아(18)의 분리가 용이하도록 끝단부쪽으로 점차 경사부(34)를 갖도록 경사지게 가공하여 제작했으며, 냉왁스(10)로부터 코아(18)의 분리시 작업자의 작업 편의성을 도모하기 위해 손잡이(36)를 형성한 것이다.

냉왁스 모형 제작용 금형(14)은 제2도와 같이 금형 내부에 코아(18)가 장착되게 결합하고, 왁스사출기로 왁스 주입구(30)를 통해 왁스를 주입하여 냉왁스(10) 모형을 제작한다. 이렇게 제작된 냉왁스(10) 모형을 사용하여 터빈블레이드 왁스 모형(32)을 제작하면 제1도와같이 두꺼운 부분이 없는 전체적으로 에어포일과 하단부가 거의 동일한 두께의 터빈블레이드 왁스 모형(32)을 제작할 수 있다.

다시 말해 제작된 냉왁스(10) 모형을 사용하는 방법은 제4도와 같이 냉왁스 모형제작용 금형(14)으로부터 제작된 냉왁스(10) 모형을 터빈블레이드용 왁스모형 제작시 사출전에 먼저 왁스모형 제작용 금형(16)내에 삽입한 다음 금형을 조립하고 사출기를 이용하여 왁스를 왁스 주입구(30)에 주입하면 터빈블레이드 왁스 모형(32)이 완성되게 되는 것이다.

이와 같은 냉왁스 모형 제작 및 사용방법에 대한 전체 공정도는 다음과 같다.

냉왁스 모형 제작용 금형(14) 설계 및 제작과, 상기 제작된 금형 내측으로 코아(18)를 삽입하여 조립하고, 조립된 금형의 내측에 왁스 주입구(30)를 통해 왁스를 주입한다, 왁스가 굳어진후에 금형을 분리하고, 금형에의해 제작된 냉왁스(10) 모형을 금형으로부터 분리한다.

준비된 왁스 모형 제작용 금형(16) 내측에 냉왁스(10) 모형을 부착하고 왁스 모형 제작용 금형(16)을 조립한다. 조립된 금형의 상부에 배설된 왁스 주입구(30)를 통해 왁스를 주입한다. 주입된 왁스가 굳어지면 금형을 분리하고 금형 내측에 제작된 터빈블레이드용 왁스 모형(32)를 꺼낸다.

본 발명에 의한 왁스모형 제작은 터보차져용 터빈블레이드와 같이 형상 두께의 차이에 따른 칫수 및 형태변형으로부터 칫수변형 뿐만아니라 형태 변형까지도 교정해 변형문제가 거의 없는 왁스모형을 제작하는 것이 가능하며, 또한, 적은량이지만 사용 왁스량을 감소시킬 수 있다. 그리고, 본 코아 제작법을 이용하면, 왁스모형 제작용 금형에 코아를 직접 설치되도록 설계 제작이 가능하여 손쉽게 터빈블레이드 제작용 왁스모형을 제작할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 터빈 블레이드 제작 공정상에 있어서, a)냉왁스 모형 제작용 금형(14) 설계 및 제작과, 상기 제작된 금형 내측으로 코아(18)를 삽입하여 조립하고, 조립된 금형의 내측에 왁스주입구(32)를 통해 왁스를 주입한다. b) 왁스가 굳어진후에 금형을 분리하고, 금형에 의해 제작된 냉왁스(10) 모형을 금형으로부터 분리한다. c) 준비된 왁스모형 제작용 금형(16) 내측에 냉왁스(10) 모형을 부착하고, 왁스모형 제작용 금형(16)을 조립하고, 조립된 금형의 상부에 배설된 왁스 주입구(32)를 통해 왁스를 주입한다. d) 주입된 왁스가 굳어지면 금형을 분리하고, 금형 내측에 제작된 터빈블레이드용 왁스 모형(32)을 꺼낸다. 상기와 같은 냉왁스 제작 방법이 포함된 터빈 블레이드 왁스 모형 제작을 특징으로 하는 냉왁스를 이용한 터빈블레이드용 왁스모형 제작방법.
2. 몸체 끝단부에 경사부(34)를 가지고, 중앙 일측부에는 결합핀(20)이 돌출 성형되며, 외측 끝단에 손잡이(36)가 형성된 코아(18)로, 냉왁스(10) 모형 제작시 코아(18)를 주름 형상(12)으로 이루어진 냉왁스 모형 제작용 금형(14) 내측에 삽입하여 결합핀(20)을 지지홈(22)에 결착하여 냉왁스(10) 외면에 주름 형상(12)을 형성하고, 냉왁스(10) 몸체의 하단부로부터 내측까지 코아(18)의 형상으로 중공부(28)를 갖도록 냉왁스(10)를 제작하는 것을 특징으로 하는 냉왁스를 이용한 터빈블레이드용 왁스모형 제작장치.