NO142990B - Form til bruk ved presisjonsstoeping. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en form til bruk ved presisjonsstøping av to tynnveggete deler, som er tilpasset hverandre for støping av en hul gjenstand,hvor formen omfatter et prestøpt, sentralt element som på hver side har flater for utforming av flater hos gjenstanden, og en beleggform av keramisk materiale som omslutter det sentrale formelement.

Ved beleggstøping av slike gjenstander som turbinblader eller -skovler som er hule av hensyn til kjøling, er ett hoved-problem å få kjernen, som frembringer de indre kanaler i den støpte gjenstand, nøyaktig slik at det oppnås en tilfredsstil-lende ferdig støpt gjenstand, som kan kjøles tilstrekkelig. Når gjenstanden støpes i ett stykke, er det nødvendig å kunne inspi-sere den ferdige gjenstand for å bestemme veggtykkelsen eller de indre kanalers nøyaktige plassering og deres dimensjoner. Dersom disse gjenstander skal anvendes i gassturbinmotorer med høy ytelse i fly, kan unøyaktig plassering av kjølekanalene bevirke for tidlig blad- eller skovlsvikt. Fjerningen av kjernen når støpingen er ferdig kan by på visse vanskeligheter idet det er nødvendig med en slags utluting.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes et sentralt formelement i forbindelse med voksutsmeltingsmetoden ved fremstillingen av en beleggform for støping av gjenstanden. Dette muliggjør effektiv fremstilling av støpte gjenstander hvor formen må forvarmes til en høy temperatur før støping, f.eks. som ved fremstilling av søylekrystallinske blader eller skovler slik som beskrevet i US-patentskrift 3.260.505 eller enkeltkrystall-blader eller -skovler ifølge US-atentskrift 3.494.709 eller ved støping av eutektiske gjenstander ifølge US-patentskrift 3.793.010.

Fra britisk patentskrift 678.035 er det kjent en fremgangsmåte hvor det støpes hule gjenstander i ett stykke, idet det an-

vendes bare ett formhulrom.

Den foreliggende oppfinnelse kjennetegnes ved at det sent-trale element er utstyrt med langsgående kantflenser som rager forbi formflatene og innad i beleggformen hvor de er innleiret i denne.

Det anvendes ifølge den foreliggende oppfinnelse således to formhulrom. Derved støpes gjenstanden i to deler, som deretter sammenføyes til den ferdige gjenstand. Det blir derved mulig å foreta grundig inspeksjon av de innvendige flater på den støpte gjenstand, noe som ikke lar seg utføre like lettvint når gjenstanden støpes i ett stykke, slik som ifølge det britiske patentskrift.

Det sentrale element kan fremstilles av et meget sterkt keramisk materiale som er deformasjonsbestandig ved høy temperatur og som har en slik tykkelse at det er sikkert at det vil bibeholde sin form og sine dimensjoner ved forvarmingen av formen .

Ifølge oppfinnelsen er det på det prestøpte, sentrale formelement anbrakt voksmodeller som er plassert på de motstående sider og som på deres ytterflater har samme form som ytter-flåtene av bladet eller skovlen som skal støpes. Denne enhet av det sentrale formelement med voksmodellene dyppes deretter suk-sessivt i en oppslemming som inneholder ildfaste partikler og tørkes på i og for seg kjent måte inntil det er bygget opp en formvegg som er tykk nok slik at den etter tørking og herding vil motstå anvendelse for fremstilling av en gjenstand av en av de kjente høytemperatur-superlegeringer det er gitt eksempler på i nevnte US-patentskrift 3.260.505. Etter at den ønskete tykkelse på formen er oppnådd, herdes den, og voksmodellene smeltes ut og gjør således formen klar for fremstilling av støpestykket.

Slik beleggstøping kan omfatte forvarming av beleggformen til en temperatur over smeltepunktet for legeringen som skal

støpes før formen helles. Det prestøpte, sentrale element funk-sjonerer som en "bjelke" som ikke blir vindskjev, slik at de støpte skovl- eller bladdeler vil ha den ønskete form og være så nøyaktig støpt at de motstående deler når disse senere sam-menføyes vil ha nøye samvirkende flater som berører hverandre over hele flaten.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterføl-gende ved hjelp av foretrukne utførelseseksémpler under henvis-ning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et snitt gjennom et sentralt formelement hvorpå voksmodellen er anbrakt, klar til å fremstille en skall-f orm. Fig. 2 viser et oppriss av den ene side av det sentrale skovlelement. Fig. 3 viser et sideriss av enheten i fig. 1, med vekst-sone og påfyllingstrakt i motstående ender av enheten. Fig. 4 viser et tilsvarende riss som fig. 1, med påstøpt form. Fig. 5 viser et tilsvarende riss som fig. 1, hvor voksmodellen er fjernet. Fig. 6 viser et oppriss av formen i fig. 5 klar for fremstilling av et støpestykke. Fig. 7 viser et snitt gjennom de motstående deler av det støpte blad før sammenføyning til et ferdig blad. Fig. 8 viser et sideriss av det ferdige blad i fig. 7.

Fig. 9 viser et snitt gjennom det ferdige blad.

Den spesielle gjenstand som skal støpes er som eksempel vist som et turbinblad 4 (fig. 8) som er utstyrt med et vingeparti 6 og en fot 8. Bladet er hult og har motstående innerflater 10 og 12 (fig. 9) og motstående ytterflater 14 og 16 på de motstående deler 16 og 17. Også andre gjenstander kan fremstilles ved denne teknikk, såsom turbinskovler, og et turbinblad er bare illustrerende for én type av støpte gjenstander. Den teknikk som vil bli beskrevet er anvendbar for støping av høytemperatur-superlegeringer eller eutektiske legeringer. Eksempler på slike er velkjent.

Fremstillingen av slike gjenstander begynner med en pre-støpt, keramisk "bjelke" eller sentralt formelement 18 (fig. 1) hvis motstående flater 20 og 22 har samme utforming som de motstående innerflater 10 og 12 på den støpte gjenstand, idet disse flater av den støpte gjenstand er formet mot disse flater på formelementet. De motstående kanter av det sentrale formelement rager forbi flatene 20 og 22 slik at det dannes flenser 24 og 25 som blir innleiret i skallformen, noe som vil bli beskrevet i det etterfølgende.

På flatene 20 og 22 anbringes det voksmodeller 26 og 27 med ytterflater 28 og 30 som er utformet slik som ytterflatene hos de ferdige bladdeler. Disse voksmodeller har i tillegg til at de avgrenser et vingeparti 32 med bladets form og et fotparti 34 også et vekstsonedannende parti 36 like under fotpartiet (anvendt for den rettete størkning av legeringer) og kan også være utstyrt med en påfyllingstrakt 38 over vingepartiet. Dersom det er anordnet en påfyllingstrakt, er den anbrakt over det sentrale element som vist i fig. 3. Voksmodellen rager forbi sidekantene for flatene 20 og 22 på det sentrale formelement, slik at det dannes flater 40 og 41 på den ene modell og flater 42.og 43 på den annen modell. På denne måte får de støpte bladdeler samvirkende flater for bruk ved sammenføyning av bladdelene. Voksmodellene kan preformes og deretter anbringes på formelementet eller de kan støpes på det sentrale element dersom dette er ønskelig.

Denne enhet av det sentrale formelement og voksmodeller

på dette som vist i fig. 3 anvendes deretter for fremstilling av en beleggform 44. Den derved benyttete fremgangsmåte er kjent og omfatter suksessiv og gjentatt dypping av enheten i en oppslemming av keramiske partikler etterfulgt av belegging med ildfaste partikler og deretter tørking av belegget, idet dypping, belegging og tørking gjentas inntil den ønskete tykkelse for en formmvegg er oppnådd. Enheten med flere belegg oppvarmes deretter for tørking og herding,slik at det dannes belegg i en fast, sterk form for anvendelse ved fremstilling av støpte-stykket. Formen (fig. 6) omslutter påfyllingstrakten og vekstsonen samt resten av enheten.

Under oppvarmingen av enheten og beleggene smelter voksmodellen og renner ut av den herdete form og etterlater et hulrom på hver side av formelementet. Disse hulrom 46 og 48, fig. 5, har motsvarende form som de motstående deler av bladet som skal støpes. Vekstsonehulrommet ved bunnen av formen ender ved formens åpne nedre ende, og påfyllingstrakthulrommet er åpent i formens øvre ende.

Dersom gjenstandene som skal støpes er fremstilt av en superlegering, anbringes den ferdige form, hvori formelementet er anbrakt, som holdes av flensene 24 og 25 som rager inn i formveggen som vist i fig. 4 og 5, på en kokilleplate og plas-seres i et vakuum- eller inertgasskammer. I dette kammer heves formens temperatur til over temperaturen hos legeringen som skal støpes. Legeringen helles inn i formen, og legeringen størkner ved virkningen av kokilleplaten og ved den regulerte avkjøling av formen. Dersom det skal støpes gjenstander med søylekorn eller enkeltkrystaller, utføres avkjølingen slik som beskrevet i ovennevnte US-patentskrift 3.260.505 og i US-patent-skrif t 3.494.709. Det vil forstås at oppfinnelsen også er anvendbar for fremstilling av støpestykker med like akser.

Når legeringen er avkjølt, fjernes bladdelene fra formen, og etter vasking og fjerning av fremmed materiale, f.eks. legeringen i vekstsonen og i oppfyllingstrakten, sammenføyes de motstående bladdeler til dannelse av turbinbladet i fig. 8 og 8. Idet formelementet ikke deformeres under støpingen, er de samvirkende flater 50 og 52 på de motstående bladdeler, dannet av de områder av det sentrale element som var i berøring med modellens flater 40, 41, 42 og 43 og som ble blottlagt når modellen smeltet ut av formen, presisjonsflater og vil samvirke over hele flaten,slik at hele flatene sammenføyes. Bladet som støpes i deler kan få dets innerflater og bladveggens tykkelse nøyaktig inspisert før sammenføyningen for å forsikre seg.om at bladet når det fullføres ligger innenfor presisjonsgrensene som kreves for optimal ytelse i bruk.

Den foreliggende oppfinnelse har for tiden særlig nytte for fremstilling av høytemperatur-turbinblader og -skovler. Disse deler er blitt fremstilt i betydelige mengder .ved belegg-støping ved bruk av voksutsmeltingsmetoden, og man har fått så nye erfaring at en stor del av de fremstilte støpestykker vil tilfredsstille den høye standard som er oppstilt for sikker bruk av slike deler.

Den foreliggende oppfinnelse er i det vesentlige en ut-videlse av denne teknikk, men omfatter det sentrale formelement. Det kreves for oppfinnelsen således ikke utvikling av noen vesentlig ny teknikk, og den ekspertise som allerede er oppnådd kan innrettes direkte mot den foreliggende oppfinnelse. Det er klart at mye utviklingsarbeid er nødvendig for til-lempning av nye former og prosesser for fremgangsrik kommersi-ell bruk.

Claims (3)

1. Form til bruk ved presisjonsstøping av to tynnveggete deler (16, 17), som er tilpasset hverandre for støping av en hul gjenstand (4), hvor formen omfatter et prestøpt, sentralt element (18) som på hver side har flater (20, 22) for utforming av flater (10, 12) hos gjenstanden, og en beleggform (44) av keramisk materiale som omslutter det sentrale formelement, karakterisert ved at det sentrale element (18) er utstyrt med langsgående kantflenser (24, 25) som rager forbi formflåtene og innad i beleggformen (44) hvor de er innleiret i denne.

2. Form i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det sentrale element (18) er fremstilt av keramisk materiale med gode styrke- og deformasjonsbestandighetsegen-skaper slik at det kan fremstilles nøyaktige, samvirkende flater på' gjenstander (4) som støpes i hulrommene (46, 48).

3. Form i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at i det minste deler av flatene (20, 22) som er innrettet til å forme gjenstanden på motstående flater av formelemenet (18) er nøyaktig parallelle med hverandre til dannelse av samvirkende flater.