KR100611274B1

KR100611274B1 - 매몰 주조법

Info

Publication number: KR100611274B1
Application number: KR1020050038644A
Authority: KR
Inventors: 칼 알. 버너; 제임스 티. 빌스; 제이콥 에이. 스나이더; 스테판 디. 머레이; 마이클 티. 터킹톤
Original assignee: 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-08-10
Also published as: US20050274478A1; KR20060045990A; DE602005010941D1; US7216689B2; AU2005201580B2; ATE413937T1; EP1611978A1; AU2005201580A1; ZA200503068B; EP1611978B1

Abstract

본 발명은 매몰 주조법에 관한 것으로, 하나 이상의 코어 상으로의 왁스 또는 유사한 희생 재료의 사전 성형은 코어 조립체 상에서의 후속 성형을 용이하게 한다. 개별 코어 또는 그 군은 왁스 몸체에 사전 성형될 수도 있다. 이러한 하나 이상의 왁스 몸체는 이러한 조립체의 주요 왁스 성형을 용이하게 하도록 다른 몸체 및/또는 다른 코어와 조립될 수도 있다.

매몰 주조 패턴, 코어, 왁스 재료, 통로, 다이, 몰드

Description

매몰 주조법 {INVESTMENT CASTING}

도1은 난융 금속 코어의 도면.

도2는 도1의 코어에 왁스를 사전 적용하기 위한 다이의 단면도.

도3은 대안의 난융 금속 코어를 갖는 도2의 다이의 단면도.

도4는 사전 적용된 왁스를 갖는 코어의 단면도.

도5는 사전 적용된 왁스를 갖는 코어를 구비한 코어 조립체를 중첩 성형하기 위한 다이의 단면도.

도6은 도5의 다이에 성형된 패턴 프리커서(precursor)의 외장의 단면도.

도7은 도6의 프리커서의 피복 패턴의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 난융 금속 코어, RMC

46: 특징부

70: 왁스 패드

90A, 90B, 90C: 코어

92: 왁스

150: 코팅

본 발명은 매몰 주조법(investment casting)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 매몰 성형용 매몰 주조 몰드를 위한 코어 매입 패턴의 형성에 관한 것이다.

매몰 주조법은 복합한 형상, 특히 중공의 구성요소를 갖는 금속 구성요소를 형성하기 위한 기술에 통상 사용되고, 초합금 가스 터빈 엔진 구성요소의 제조에 사용된다.

가스 터빈 엔진은 항공기 추진, 전기 동력 발전, 선박 추진, 및 펌프에 널리 사용된다. 가스 터빈 엔진 적용예에 있어서, 효율성이 주요 목적이다. 개선된 가스 터빈 엔진 효율성은 고온에서 작동함으로써 획득되지만, 터빈 섹션의 현재의 작동 온도는 터빈 구성요소에서 사용된 초합금 재료의 융점을 초과한다. 따라서, 공기 냉각을 제공하는 것이 일반적인 통례이다. 냉각은 일반적으로, 엔진의 압축기 섹션으로부터 냉각될 터빈 구성요소의 통로를 통해 상대적으로 차가운 공기를 유동시킴으로써 제공된다. 이러한 냉각은 엔진 효율에서 관련 비용을 수반한다. 따라서, 소정의 냉각 공기량으로부터 획득된 냉각 이득량을 최대화하는 개선된 특정 냉각을 제공하는 것에 대한 강력한 요구가 존재한다. 이는 미세미세블레이드 및 베인과 같은 내부 냉각식 터빈 엔진 부품의 매몰 주조에 대해 잘 개발된 분야가 존재한다. 예시적인 공정에 있어서, 몰드는 각각이 주조될 부품과 대체로 상응하는 형상을 갖는 하나 이상의 몰드 캐비티(mold cavity)를 가지도록 준비된다. 몰드를 준비하기 위한 예시적인 공정은 부품의 하나 이상의 왁스 패턴의 사용과 관련된다. 패턴은 부품 내의 냉각 통로의 양각부에 대체로 상응하는 세라믹 코어 위에 왁스를 성형하여 형성된다. 쉘링(shelling) 공정에 있어서, 세라믹 쉘은 잘 공지된 방식으로 하나 이상의 이러한 패턴 주위에 형성된다. 왁스는, 이를테면 오토클레이브(autocleave)에서 용융하여 제거될 수도 있다. 쉘은 쉘을 경화하도록 구워질 수도 있다. 이는 냉각 통로를 한정하는 세라믹 코어(들)를 포함한 하나 이상의 부품 한정 구획부를 갖는 쉘을 포함한 몰드를 남긴다. 그런 후, 용융 합금은 부품(들)을 주조하도록 몰드에 도입될 수도 있다. 합금의 냉각 및 고형화시에, 쉘과 코어는 성형 부품(들)에서 기계적 및/또는 화학적으로 제거될 수도 있다. 그런 후, 부품(들)은 하나 이상의 단계로 기계 가공 및/또는 처리될 수 있다.

삭제

세라믹 코어 자체는 세라믹 분말과 결합제 재료의 혼합물을 성형하여 이를 경화된 금속 다이에 주입함으로써 형성될 수도 있다. 다이에서 제거한 후에, 그린 코어(green core)는 결합제를 제거하도록 열적으로 후처리되고 세라믹 분말을 함께 소결하도록 구워진다. 보다 미세한 냉각 특징부에 대한 경향은 코어 제조 기술에 부담이 되고 있다. 미세한 특징부는 제조하기 어렵고, 및/또는 한번 제조되면, 깨지기 쉬울 수도 있다. 샤등의 공동 위임된 계류중인 미국 특허 제6,637,500호는 세라믹 및 난융 금속 코어 조합의 예시적인 사용을 개시한다. 다른 형상이 가능하다. 통상적으로, 세라믹 코어(들)는 두꺼운 통로와 같은 큰 내부 특징부를 제공하고, 난융 금속 코어(들)는 출구 통로와 같은 미세한 특징부를 제공한다. 세라믹 및 난융 금속 코어를 조립하고 왁스 중첩 성형 중에 그 공간적 관계를 유지하는 것은 여러 어려움을 나타낸다. 이러한 관계를 유지하는 것에 대한 실패는 만족스럽지 못한 부품 내부 특징부를 생성할 수 있다. 미세한 난융 금속 코어를 세라믹 코어에 조립하기 어려울 수도 있다. 조립되면, 배열을 유지하기 어려울 수도 있다. 난융 금속 코어는 중첩 성형 다이의 취급 또는 조립 중에 손상을 입을 수도 있다. 적절한 다이 조립체의 보장과 주입 패턴의 해제는 다이의 복잡성(예컨대, 다수의 개별 다이 부품과 다양한 RMC를 수용하기 위한 개별 인력 방향)을 요구할 수도 있다. 이에 따라, 코어 조립체 기술의 추가적인 개선에 대한 여지가 있다.

발명의 일 태양은 매몰 주조 패턴을 형성하기 위한 방법과 관련된다. 제1 재료는 제1 코어 상에 적어도 부분적으로 성형된다. 제2 재료는 제1 재료 상에 적어도 부분적으로 성형된다.

다양한 이행에 있어서, 제2 재료는 제2 코어 상에 적어도 부분적으로 성형될 수도 있다. 제1 다이에서의 제1 성형 후에, 제1 코어와 제1 재료는 제2 코어에 조립될 수도 있다. 조립체는 제2 성형이 발생되는 제2 다이에 도입될 수도 있다. 제1 코어는 주요 중요 부품으로 1개 이상의 난융 금속을 포함할 수도 있다. 제2 코어는 주요 중요 부품으로 하나 이상의 세라믹 재료를 포함할 수도 있다. 제1 성형은 제1 코어의 하나 이상의 부분과 제1 다이의 표면을 접촉시킴으로써 제1 코어를 제1 다이에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계를 포함할 수도 있고, 상기 하나 이상의 부분은 제1 재료의 표면과 실질적으로 동일평면 상에 있게 된다. 제1 성형은 하나 이상의 부분이 제1 성형 후에 제1 재료의 표면에서 돌출하도록 제1 코어의 하나 이상의 부분을 제1 다이의 부구획부에 위치시킴으로써 제1 코어를 제1 다이에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계를 포함할 수도 있다. 제1 성형은 제1 다이의 표면과 제1 코어의 표면 사이에 희생 재료의 사전 형성된 조각을 배치시킴으로써 제1 코어를 제1 다이에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계를 포함할 수도 있다.

제3 재료를 대안의 제2 코어 상에 적어도 부분적으로 성형하는 제3 단계가 존재할 수도 있고, 제2 성형은 제3 재료 상에 적어도 부분적으로 이루어질 수도 있다. 제1 재료와 제1 코어 및 제3 재료와 대안의 제2 코어는 제2 성형 전에 제3 코어에 조립될 수도 있다. 제1 및 대안의 제2 코어는 주요 부품으로 하나 이상의 난융 금속을 포함할 수도 있다. 제3 코어는 주요 부품으로 하나 이상의 세라믹 재료를 포함할 수도 있다. 제2 성형은 제3 코어의 잔류부와 단일 형성된 돌기와 다이를 접촉시킴으로써 제3 코어를 다이에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계를 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 재료는 주요 부품으로 하나 이상의 왁스를 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 재료는 실질적으로 유사한 조성일 수도 있다. 제1 성형은 제1 다이에서 수행될 수도 있다. 제1 성형은 제2 다이 내로의 제1 재료와 제1 코어의 삽입을 안내하기 위한 수단을 제1 재료에 제공할 수도 있다.

발명의 다른 태양은 매몰 주조 몰드를 형성하기 위한 방법과 관련된다. 매몰 주조 패턴은 상기와 같이 형성된다. 하나 이상의 코팅층은 패턴에 적용된다. 제1 재료 및 제2 재료는 코팅층에 의해 형성된 쉘 내에 제1 코어를 남겨두도록 대체로 제거된다. 다양한 이행에 있어서, 방법은 가스 터빈 엔진 외장 요소 몰드를 제조하는 데에 사용될 수도 있다.

발명의 다른 태양은 매몰 주조를 위한 방법과 관련된다. 매몰 주조 몰드는 상기와 같이 형성된다. 용융 금속은 매몰 주조 몰드로 도입된다. 용융 금속은 고형화되는 것이 허용된다. 매몰 주조 몰드는 파괴식으로 제거된다. 방법은 가스 터빈 엔진 구성요소를 제조하는 데에 사용될 수도 있다.

발명의 다른 태양은 매몰 주조 패턴을 형성하기 위한 구성요소와 관련된다. 제1 왁스 재료는 제1 코어를 적어도 부분적으로 포위한다. 제1 왁스 재료는 패턴 형성 다이 내로의 제1 왁스 재료와 제1 코어의 삽입을 안내하기 위한 수단을 포함한다. 제1 왁스 재료는 제1 코어와 제2 코어 사이의 목표물 상대 위치를 유지하기 위한 수단을 구비할 수도 있다.

발명의 다른 태양은 매몰 주조 패턴을 형성하기 위한 다이와 관련된다. 다이는 성형 재료가 사전 적용된 적어도 하나의 코어를 정합하기 위한 적어도 하나의 수단을 구비한다. 하나 이상의 표면은 성형 재료 수용 공간을 한정한다. 통로는 성형 재료 수용 공간에 성형 재료를 도입하기 위해 제공된다.

다양한 이행에 있어서, 적어도 하나의 수단은 다이로의 적어도 하나의 코어의 삽입을 안내하기 위한 수단으로 추가로 기능한다. 적어도 하나의 수단은 이러한 제1 코어를 정합하기 위한 제1 수단과 이러한 제2 코어를 정합하기 위한 제2 수단을 구비할 수도 있다. 제1 및 제2 수단은 다이의 단일 섹션 상에 형성될 수도 있다. 제1 및 제2 수단은 다이의 제1 및 제2 섹션 상에 각각 형성될 수도 있다.

발명의 하나 이상의 실시예의 세부사항은 첨부 도면과 이후 설명에서 설명된다. 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 설명, 도면 및 특허청구범위로부터 명백할 것이다.

동일한 도면부호와 명칭은 다양한 도면에서 동일한 요소를 가리킨다.

도1은 난융 금속 코어를 스탬핑가공하고 만곡한 후에 스탬핑가공되고/만곡된 시트를 전체 세라믹 코팅으로 코팅하여 형성될 수도 있는 예시적인 난융 금속 코어(RMC)를 도시한다. 예시적인 RMC(20)는 하나의 가능한 일반 형상을 도시하려 한다. 단순하고 복잡한 형상을 포함한 다른 형상이 가능하다. 예시적인 RMC(20)는 원래 시트 원료의 면에서 형성된 제1 및 제2 주요측 표면 또는 면(22, 24)을 가진다. 예시적인 스탬핑 가공/만곡 공정 후에, RMC는 제1 및 제2 단부(26, 28) 사이에서 연장하여 그 사이에 제1 및 제2 측방향 에지(30, 32)를 가진다. 제1 및 제2 만곡부(34, 36)는 제1 및 제2 단부 섹션(38, 40)을 중심체 섹션(42)에서 분할한다. 예시적인 이행에 있어서, 단부 섹션과 중심체 섹션은 통상 단부 섹션이 몸체 섹션에 대체로 수직인 상태로 평탄하다.

예시적인 스탬핑 가공 공정은 일련의 미세한 특징부(46)를 분리하는 일련의 보이드(void, 44)를 한정하도록 재료를 제거한다. 미세한 특징부(46)는 최종 주조 부품에서 내부 통로를 형성할 것이다. 예시적인 실시예에 있어서, 미세한 특징부(46)는 몸체 섹션(42)의 전체를 따라 단부 섹션(38, 40)의 부분과 인접하게 연장하는 협소한 스트립(strip)의 배열로 형성된다. 이러한 스트립은 주조 외장의 벽을 통해 일련의 협소한 평행 통로를 형성할 수도 있다. 단부 섹션(38, 40)의 온전한 말단부(50, 52)는 그 상대적인 배열을 유지하도록 스트립을 연결한다. 추가로, 스트립은 추가적인 구조 집적성을 위해 또는 최종 통로를 통한 유체(예컨대, 냉각 공기) 유동을 향상시키기 위해 (도시되지 않은) 연결부에 의해 하나 이상의 간섭 위치에 연결될 수도 있다. 예시적인 주조 공정에 있어서, RMC는 부분(50)이 매몰 주조 패턴의 왁스의 외부로 전체적으로 돌출한 세라믹 코어 및 부분(52)의 슬롯 또는 다른 정합 구조에 내장된 상태로 위치된다. 따라서, 부분(52)은 패턴 상에 형성된 쉘에 내장될 수도 있다. 왁스가 제거되고 쉘에서 금속 주조되고, 세라믹 코어(들), 및 난융 금속 코어(들)가 제거되는 경우에, 스트립(46)은 세라믹 코어에 의해 이전에 한정된 내부 통로로부터 주조벽을 통해 쉘에 의해 이전에 한정된 외부 표면으로 통로를 형성할 것이다.

도2는 제1 및 제2 반부(62, 64)를 갖는 왁스 사전 성형 다이(60) 내에 위치된 코어(20)를 도시한다. 예시적인 다이 반부는 금속 또는 합성물(예컨대, 에폭시계)로 형성된다. 예시적인 다이 반부는 조립되어 분할 정합부(500)를 따라 만나는 것으로 도시된다. 초기에, 다이 반부가 분리된 상태로, RMC(20)는 반부중 하나에 대해 사전 위치될 수도 있다. 예컨대, 부분(50)은 제1 반부(62)의 슬롯(66)에 위치될 수도 있다. RMC가 충분히 경질이라면, 이 상호 작용은 단독으로 RMC를 소정의 배열로 보유할 수도 있다. 대안으로, RMC는 다이 반부(62)에 사전 위치되거나 RMC에 사전 고정된 다이 반부(62) 또는 하나 이상의 왁스 패드(70)에 의해 직접 추가로 지지될 수도 있다. 예시적인 이행에 있어서, 패드(70)는 소정의 배열로 다이 반부의 인접 표면부로부터 이격된 몸체 섹션(42)을 보유한다. 조립된 다이는 RMC 상에 사전 성형되도록 왁스로 {다이 통로(74)를 통해} 주입하기 위한 보이드(72)를 한정한다. 제2 다이 반부는 RMC(20)가 조립될 세라믹 코어의 형상에 상응하도록 적어도 일부가 형상화된 분할 정합부(500)를 따라 표면(80)을 가진다. 국부적으로, 이 표면은 세라믹 코어와 RMC 몸체 사이에서 소정의 간격으로 몸체(20)로부터 멀리 이격된다. 제1 다이 반부(62)는 보이드의 외부 측방향 주연부를 형성하는 표면(82)을 가진다. 제1 다이 반부(62)는 슬롯(66)이 위치되고 왁스가 그 사이에서 {예컨대 패드(70) 또는 다른 주입된 왁스} 부품의 두께와 소정의 벽 형상과 상응하도록 몸체(20)에 대해 위치되는 표면(84)을 추가로 구비한다. 표면(82)은 표면(84)을 초과하는 깊이를 가지며 내부 측방향 주연부 표면(86)에 의해 이에 접합된다. 표면(82, 86)은 이러한 왁스가 보이드 내로 주입되어 고형화된 후에 제1 다이 반부로부터의 중첩 성형된 왁스의 해제를 허용하도록 경사진다. 도2는 인력 또는 접합/분할 축(502)를 추가로 도시한다. 다이 반부는 이 축을 따라서 왁스의 주입 전후에 각각 함께 병진하고 서로 멀리 병진한다. 예시적인 실시예에 있어서, 사전 성형된 왁스를 갖는 RMC는 이 동일 축을 따라 제1 다이 반부(62)에서 인출될 수도 있다. 대안 실시예에 있어서, 이 인출은 인력축(502)에 대해 평행에서 벗어날 수도 있다. 이 인출 방향에 대한 표면(82, 96)의 경사는 주입 부품의 백로킹(backlocking)을 방지하도록 선택된다. 이후에 추가로 논의되는 바와 같이, 표면(82)의 경사는 제2 왁스 적용 단계를 용이하게 하는 데에 유리하다.

패드(70)의 사용에 대한 대안으로, 또는 이에 부가하여, RMC는 하나 이상의 지지 돌기(88, 89)를 구비할 수도 있다(도3). 이들은 RMC의 인접 재료로부터 멀리 만곡된 말단부를 갖는 탭형 돌기 탱(tap-like projections tangs)일 수도 있고 다른 형태를 취할 수도 있다. 왁스 성형 후에, 돌기의 선단은 성형된 왁스의 표면과 실질적으로 동일 평면 상에 있을 수도 있다(즉, 돌출되지 않고/튀어나오지 않고 아래 평면에 있지 않음). 최종 주조 후에, 돌기는 특정한 다이 배향의 관점에서 그 위치에 따라 부품 외부 표면 또는 내부 표면으로 작은 구멍을 남길 수도 있다. 많은 형상이 가능하다. 도3의 배향에 있어서, 하나 이상의 의존성 돌기(88)는 RMC를 지지하는 것을 돕는다. 하나 이상의 적어도 부분적으로 대향되게 배향되고 상향 연장된 돌기(89)는 (예컨대, 다이 진동 또는 다이 배향 변화로 인한 이동에 대항하여) RMC를 추가로 보유하도록 기능할 수도 있다.

도4는 다이(60)로부터의 해제 후에 사전 성형 왁스(92)와 RMC(20)를 포함한 사전 성형된 RMC를 도시한다. 사전 성형 왁스는 단부(52)가 돌출하며 제2 다이(64)의 표면(80)에 의해 통상 형성된 제1 표면(94)을 가진다. 표면(94)에 대항하여, 왁스(92)는 제1 단부(50)가 돌출하고 제1 다이(62)의 표면(84)과 결합된 중심 표면(96)을 가진다. 표면(96)은 이를 초과하여 돌출하고 제1 다이(62)의 표면(86)에 의해 성형된 내주연 표면(100)과 제1 다이(62)의 표면(82)에 의해 성형된 외주연 표면(102)을 가지는 벽부(98)에 의해 둘러싸인다.

도5는 제2 왁스 적용 단계가 발생하는 패턴 다이(112) 내에서 세라믹 코어(110)에 고정된 3개의 사전 성형된 코어(90A, 90B, 90C)를 도시한다. 제2 단계는 세라믹 코어와 사전 성형된 코어 상에 성형된 추가 왁스가 최종 패턴의 전체 왁스 의 대부분을 구성하는 주요 단계일 수도 있다. 대안으로, 추가적인 왁스는 적어도 임의의 개별 사전 몰드보다 많은 양(예컨대, 체적)일 수도 있다. 대안으로, 코어의 배열에 의해 크게 영향을 받는다면, 추가적인 왁스는 적은 양일 수도 있다.

예시적인 세라믹 코어(110)는 외장 요소(예컨대, 가스 터빈 엔진 터빈 섹션의 블레이드 또는 베인)를 형성하도록 형상화된 것으로 도시되며 코어 구조 집적성을 위해 일련의 웨브(web; 116)에 의해 연결되며 해당 주요 통로를 형성하기 위한 선단, 중간 및 후단 섹션(114A, 114B, 114C)을 가진다. 예시적인 실시예에 있어서, 제1 사전 성형된 코어(90A)는 중간 코어 섹션(114B)의 가압 측면에 장착되고, 제2 사전 성형된 코어(90B)는 그 흡입 측면에 장착되고, 제3 사전 성형된 코어(90C)는 후단 코어 섹션(114C)의 흡입 측면에 장착된다. 사전 성형된 RMC(90A, 90B, 90C)의 말단부(50)는 결합된 세라믹 코어 섹션의 결합 표면에서 슬롯(118, 119, 120) 내에 수용된다. 이들 말단부(50)는 슬롯에서 세라믹 접착제를 경유하여 제위치에 고정될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 제1 및 제2 사전된 성형 RMC의 표면(94)은 왁스 용접되거나 인접 세라믹 코어 표면에 달리 접합될 수도 있다. (도시되지 않은) 다양한 추가 RMC는 유사한 방식 또는 다른 방식으로 세라믹 코어에 고정될 수도 있다. 그런 후, 코어 조립체는 제2 및 제3 사전 성형된 코어(90B, 90C)의 벽(98)의 돌출부와 그 제2 말단부(52)가 구획부(124,125) 내에 수용된 상태로 다이 반부{예컨대, 제1 반부(122)}중 하나에 위치될 수도 있다. 이러한 사전 성형된 코어의 표면(102)과 구획부의 표면(126, 127)과의 상호 작용은 코어의 조립체의 다이 반부(122) 내로의 삽입을 안내하고, 삽입되면 코어 조립체를 위치시 키고 정합시키는 것을 돕는다. 삽입은 축(506)을 따라 이루어질 수도 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 코어 조립체는 {예컨대, 그 단부가 패턴에서 결국 돌출하여 주물 부품의 내부 특징부를 형성하지 않는 세라믹 코어의 (도시되지 않은) 단부에서} 세라믹 코어와 다이 반부 사이의 직접 접촉에 의해 정합될 수도 있다. 유사하게는, 세라믹 코어는 단일 또는 달리 세라믹 코터의 급송부와 일체로 형성된 돌기(128)와 같은 추가적인 위치 설정 및 보유 특징부를 가질 수도 있다. 가능한 이러한 돌기는 카까발 등의 미국 특허 제5,296,308호에 도시된다.

그런 후, 다이 상부 반부(130)는 제1 사전 성형된 코어(90A)가 제2 및 제3 사전 성형된 코어(90B, 90C)의 수용과 유사한 방식으로 구획부(13) 내에 수용된 상태로 하부 반부(122)와 정합될 수도 있다. 다이 반부의 정합(및 그 최종 분리)은 축(506)을 따라 또한 이루어질 수도 있고, 또는 이에 대해 경사진 축을 따라 이루어질 수도 있다. 도5의 조립된 도면에 있어서, 사전 성형된 RMC의 주연 표면의 경사가 사전 성형된 RMC를 파손시키지 않고 다이 반부(122, 130)의 접합과 분할을 용이하게 할 수도 있는 방법을 알 수 있다. 경사는 다이 반부가 분리되었을 때와 패턴이 인출되었을 때 백로킹을 방지하기에 충분하다. 도시된 실시예에 있어서, 단부(52)가 축(506)에 대해 경사지게 연장할 수 있는 방법을 알 수 있다. 이는 벽(98) 또는 다른 주위의 사전 성형 구조가 부분(52)을 밀접하게 수용하는 다이 반부에 대한 필요를 일어나지 않게 하기 때문에 허용된다. 다이 반부가 부분(52)을 밀접하게 수용한다면, 부분(52)은 다이 반부의 조립/조립해제 및/또는 패턴의 장착 또는 제거를 허용하도록 축(506)에 평행하게 배향되어야 할 것이다. 대안 실시예 에 있어서, 하나 이상의 사전 성형된 코어는 세라믹 코어가 제위치에 놓이거나 다이 반부가 접합되는 동안 결합된 몰드 반부에 먼저 조립된 후에 세라믹 코어에 조립될 수도 있다. 대안 실시예에 있어서, 사전 성형된 RMC를 위한 구획부는 2개의 다이 반부에 걸칠 수도 있다.

{다이 반부의 주입 통로(141)를 통한} 코어 조립체를 둘러싼 공간(140) 내로의 추가 (주요) 왁스(136)의 주입 및 이러한 왁스의 고형화 후에, 다이 반부는 분할되고 성형된 코어 조립체는 제거된다. 제거는 축(506)을 따라 또는 잠재적으로 이에 대해 경사진 대안축을 따라 인출을 경유하여 이루어질 수도 있다. 도6은 벽(98)의 일부(142)가 패턴 외장 윤곽의 압력측 및 흡입측 표면(144)에서 돌출한 상태인, 제거 후의 성형된 코어 조립체를 도시한다. 이들 돌출부는 절단될 수도 있고, 또는 그렇지 않으면 RMC 제2 말단부(52)가 돌출한 원활한 패턴 표면 윤곽을 남기도록 제거될 수도 있다. 말단부(52)를 둘러싼 구조로 벽(98)을 형성하지만 {예컨대 정상부에서 단부(52)를 끼워넣는 것에 대향하여} 돌출부가 이로부터 멀리 이격되어 주위 체적을 남김으로써, 상대적으로 적은 량의 재료만이 제거될 필요가 있고 최종 패턴의 표면 윤곽에 허용불가한 불규칙성을 생성하지 않고 용이하게 저거될 수 있다. 벽은 쉘로의 양호한 후속 접합을 위해 말단부를 청결하게 유지하는 것을 또한 돕는다. 재료는 더 제거될 것이 요구됨에 따라 소정의 윤곽을 보존하면서 이러한 재료를 제거하는 것은 더욱 어려워진다. 이러한 제거 후에, 패턴은 (예컨대, 고정물의 상부 및 하부 단부판 사이의 왁스 용접을 경유하여) 쉘링 고정물 및 쉘을 형성하기 위해 적용된 다중층 코팅(150, 도7)에 조립될 수도 있다. 코팅이 건조된 후에, (예컨대, 증기 오토클레이브에서의) 왁스 제거 공정은 쉘 내에 세라믹 코어와 RMC를 남겨둔 패턴(예컨대, 사전 성형 왁스 및 주요 성형 왁스)에서 왁스를 제거할 수도 있다. 이 코어와 쉘 조립체는 쉘을 경화시키도록 구워질 수도 있다. 그런 후, 용융된 금속은 코어 조립체와 쉘 사이의 공간을 충전하도록 쉘로 도입될 수도 있다. 고형화 후에, 쉘은 파괴식으로 제거될 수도 있고(예컨대, 충격 장치를 경유하여 파손되고), 코어 조립체는 부품 프리커서를 형성하도록 주물 금속에서 (예컨대, 화학 침지 장치를 경유하여) 파괴식으로 제거될 수도 있다. 그 후에, 프러커서는 최종 구성요소를 형성하도록 기계 가공 처리(예컨대, 열적, 기계적 또는 화학적)와 코팅(예컨대, 세라믹 열 저항 코팅)을 받을 수도 있다.

전술된 기술은 기존의 패턴(조어 조합 및 왁스 형상)의 제조 또는 신규한 패턴을 생성하는 데에서 이행될 수도 있다. 현존하는 단일 단계 성형 공정은 상대적으로 복잡할 수도 있지만(예컨대, 다양한 RMC를 수용하도록 다수의 개별 다이 부품과 개별 인력 방향을 가짐), 고안된 공정의 주요 단계는 단순화될 수도 있다(예컨대, 2개 및 1개로 적은 다이 부품과 단일 인력을 각각 가짐). 이는 처리 및/또는 제조를 단순화할 수도 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예가 기술되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변경이 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고서도 이루어질 수도 있다는 것을 알 것이다. 예컨대, 제조된 특정 요소의 세부사항은 임의의 특정 이행의 세부사항에 영향을 미치거나 이를 지시한다. 따라서, RMC 대신에 작고 및/또는 미세하게 특징화된 세라믹 또는 다른 코어를 포함한 다른 코어 조합물이 사용될 수도 있다. 2개 이상의 부품을 갖는 다이는 사전 성형 또는 제2 성형 단계에 사용될 수도 있다. 그러나, 발명의 하나의 잠재적인 장점은 주어진 패턴을 형성하는 데에 요구되는 다이 복잡성을 제한하는 데에 있다. 이에 따라, 다른 실시예는 다음의 청구항의 범위 내에 있다.

본 발명의 매몰 주조법에 의하면, 미세한 패턴을 제공하면서 그 구조와 조작이 간단한 매몰 주조 몰드를 제공할 수 있다.

Claims

매몰 주조 패턴을 형성하기 위한 방법이며,

제1 코어(20) 상에 적어도 부분적으로 제1 재료(92)를 성형하는 제1 단계와,

제1 재료(92) 상에 적어도 부분적으로 제2 재료(136)를 성형하는 제2 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 재료의 제2 성형 단계는 적어도 부분적으로 제2 코어(110) 상에서 이루어지는 방법.
제2항에 있어서, 제1 다이(60)에서의 제1 성형 단계 후에, 상기 제2 코어에 대한 제1 코어 및 제1 재료의 조립체를 형성하는 단계와,

상기 제2 성형 단계가 이루어지는 제2 다이(112)에 상기 조립체를 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 코어(20)는 하나 이상의 난융 금속을 포함하고, 상기 제2 코어(110)는 하나 이상의 세라믹 재료를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 성형 단계는 상기 제1 다이의 표면을 상기 제1 코어(20)의 하나 이상의 부분(88)과 접촉시킴으로써 제1 다이에 제1 코어를 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 부분은 상기 제1 재료(92)의 표면과 동일평면 상에 있게 되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 성형 단계는 상기 하나 이상의 부분(50, 52)이 제1 성형 후에 제1 재료의 표면에서 돌출하도록 제1 다이의 부구획부(66)에 제1 코어의 하나 이상의 부분(50, 52)을 위치시킴으로써 제1 다이에 상기 제1 코어를 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 제1 성형 단계는 제1 코어의 표면과 제1 다이의 표면(84) 사이에 희생 재료의 사전 형성된 조각(70)을 배치시킴으로써 제1 다이에 제1 코어를 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 제2 코어 상에 적어도 부분적으로 제3 재료를 성형하는 제3 단계를 더 포함하고,

상기 제2 성형 단계는 적어도 부분적으로 상기 제3 재료 상에서 이루어지는 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 재료와 제1 코어 및 제3 재료와 제2 코어는 제2 성형 단계 전에 제3 코어(110)에 조립되는 방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코어는 하나 이상의 난융 금속을 포함하고, 상기 제3 코어(110)는 하나 이상의 세라믹 재료를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 제2 성형 단계는 상기 제3 코어의 잔여부와 일체로 형성된 돌기(128)와 다이를 접촉시킴으로써 상기 제3 코어(110)를 적어도 부분적으로 다이(112)에 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 재료는 하나 이상의 왁스를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 재료는 유사한 조성인 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 성형 단계는 제1 다이(60)에서 수행되고, 상기 제1 성형 단계는 제2 다이(110) 내로의 제1 재료 및 제1 코어의 삽입을 안내하기 위한 수단(98, 102)을 상기 제1 재료에 제공하는 방법.
매몰 주조 몰드를 형성하기 위한 방법이며,

제1항의 매몰 주조 패턴을 형성하는 단계와,

상기 패턴에 하나 이상의 코팅층(150)을 적용하는 단계와,

상기 코팅층(150)에 의해 형성된 쉘 내에 상기 제1 코어를 남겨두도록 제1 재료와 제2 재료를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
제15항에 있어서, 가스 터빈 엔진 에어포일 요소 몰드를 제조하는 데에 사용되는 방법.
매몰 주조를 위한 방법이며,

제15항에서와 같이 매몰 주조 몰드를 형성하는 단계와,

용융된 금속을 상기 매몰 주조 몰드로 도입하는 단계와,

용융된 금속이 고형화할 수 있게 하는 단계와,

상기 매몰 주조 몰드를 파괴식으로 제거하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 가스 터빈 엔진 요소를 제조하기 위해 사용되는 방법.
매몰 주조 패턴을 형성하기 위한 요소(90, 90A, 90B, 90C)이며,

제1 코어(20)와, 상기 제1 코어(20)를 적어도 부분적으로 포위하는 제1 왁스 재료(92)를 포함하고, 상기 제1 왁스 재료는 패턴 형성 다이(112) 내로의 제1 왁스 재료 및 제1 코어의 삽입을 안내하기 위한 수단(98, 102)을 포함하는 요소.
제19항에 있어서, 상기 제1 왁스 재료는 제1 코어와 제2 코어 사이에 목표 상대 위치를 유지하기 위한 수단(89)을 포함하는 요소.
매몰 주조 패턴을 형성하기 위한 다이(112)이며,

사전 적용된 제1 성형 재료(92)를 갖는 적어도 하나의 코어(90, 90A, 90B, 90C)에 정합하기 위한 적어도 하나의 수단(124, 125, 132)과,

성형 재료 수용 공간(140)을 한정하는 하나 이상의 표면과,

추가 성형 재료(136)를 상기 성형 재료 수용 공간으로 도입하기 위한 통로(141)를 포함하는 다이.
제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수단은 상기 다이로의 적어도 하나의 코어의 삽입을 안내하기 위한 수단으로 추가적으로 기능하는 다이.
제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수단은 이러한 제1 코어(90B)와 정합하기 위한 제1 수단(124)과 이러한 제2 코어(90C, 90A)와 정합하기 위한 제2 수단(125, 132)을 포함하는 다이.
제23항에 있어서, 상기 제1 수단(124) 및 제2 수단(125)은 상기 다이의 단일 섹션(122) 상에 형성되는 다이.
제23항에 있어서, 상기 제1 수단(124) 및 제2 수단(132)은 상기 다이의 제1 섹션(62) 및 제2 섹션(64) 상에 각각 형성되는 다이.