NO148213B - Fremgangsmaate til fremstilling av en smeltbar modell til anvendelse ved fremstilling av keramiske skallformer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

til fremstilling av en smeltbar modell for anvendelse ved fremstilling av keramiske skallformer til presisjonsstøping av metaller ved konvensjonell eller styrt størkning, hvor det anvendes en fastspenningsanordning og en formkonstruksjon med et innvendig hulrom hvori modellen tilformes, hvoretter formkonstruksjonen fjernes fra modellen.

Oppfinnelsen er i særlig grad anvendbar i forbindelse med fremstilling av gassturbinskovler og liknende komponenter. Turbinskovler har hovedsakelig vært fremstilt ved anvendelse av en metode,' den såkalte voksutsmeltingsprosess, som omfatter tilvirking av en voksmodell av skovlen, som deretter gjentatte ganger neddyppes i en keramisk velling, f.eks. zirkonvelling, og tørkes, til modellen er påført et skall av tilstrekkelig tykkel-se. Den skallbelagte modell blir deretter oppvarmet til slik temperatur at vokset smelter, flyter ut fra skallet og etterlater en skallform, hvori det ihelles smeltet metall som størkner,

på konvensjonell måte eller retningsbestemt, for å frembringe turbinskovlen. Det er åpenbart at fremstillingen og bevaringen av voksmodellen som en nøyaktig kopi av turbinskovlen er av av-gjørende betydning for å oppnå et tilfredsstillende støpestykke, idet enhver forvridning av voksmodellen vil bli gjengitt i den skallform som opprettes rundt modellen og i den senere støpte turbinskovl.

Ved anvendelse av den kjente teknikk vil forvridning av voksmodellen som oftest oppstå under den manuelle sammenføyning av modellmontasjens komponenter. Det er f.eks. vanlig praksis at modellen fremstilles i en form, hvorfra den fjernes manuelt. Modellen monteres på en voksbelagt metallsokkel og forbindes

med løp og stigerør, hvoretter innløpet tilknyttes en støpekap-sel, som regel på manuell måte, ved vokssveising. Et håndtak

som vanligvis vokssveises til støpekapselen, gjør det mulig å håndtere modellmontasjen under skallutformingsprosessen. Hvis montasjen er konstruksjonsmessig svak, kan en voksbelagt metall-støtteplate vokssveises til støpekapselen, og voksbelagte metall-stenger sveises fast mellom sokkelen og støtteplaten. Denne mon-teringsfase representerer et av de mest kritiske stadier i hele skallformingstøpingsprosesen og kan, dersom utførelsen er unøy-aktig, være hovedårsaken til defekte støpestykker.

I bestrebelser på å eliminere manglene ved den kjente teknikk har andre forskere beskrevet ettrinns- og totrinns-sprøyte-støpeprosesser for fremstilling av en modellmontasje. I ettrinnsprosessen utformes modell, løp og støpekapsel som en montasje i ett stykke, ved innsprøyting av smeltet voks i en motsvarende form hvori det er anbrakt en støpekapselinnsats av metall. Når modellmontasjen er fullført blir det til støpekapselen voks-sveiset en keramikkring som vil lette plasseringen og yte meka-nisk understøttelse under de påfølgende behandlingsprosesser.

I sprøytestøpeprosessen av totrinnstypen sprøytes modellene enkeltvis, hvoretter de plasseres i en montasjeform hvori det er anordnet stigerør og løp samt støpekapselkanaler. Det anbringes en støpekapselinnsats i formen, på samme måte som i ettrinnsprosessen. Det innsprøytes smeltet voks i formen, for å tilvirke en modellmontasje i ett stykke, omfattende de enkelte modeller som er forbundet med stigerør, løp og støpekapsel. Deretter vokssveises en keramikkring til støpekapselen-. Modellmontasjene som er tilvirket på de beskrevne måter, gjennomgår deretter konvensjonelle prosesser for skallformfremstilling.

Selv om de representerer en forbedring i forhold til den tidligere kjente teknikk, er sprøytestøpeprosessene av ettrinns-og totrinnstypen beheftet med flere ulemper. Begge prosesser betinger innføring av en støpekapselinnsats av metall i formen, innen voksen innsprøytes. Begge prosesser betinger videre at det manuelt fastgjøres en keramikkring til støpekapselen, som skal tjene som plasserings- og understøttelsesmiddel under de påfølgende trinn. Dessuten er ingen av prosessene særlig egnet for anvendelse i forbindelse med den retningsbestemte størkning av smeltede metaller, hvortil det kreves at skallformen har åpen bunn, slik at en kjøleplate kan bringes i berøring med det smeltede metall, som beskrevet i US-patentskrift 3.'260 . 505. Dette er en alvorlig ulempe, idet moderne gassturbinmaskiner er avhengig

av turbinskovler som er underkastet retningsbestemt størkning,

for å oppnå forbedrete ytelseskarakteristikker. En mangel som særlig er forbundet med ettrinnsprosessen, består i den begren-sete kapasitet som ikke tillater fremstilling av en modellmontasje som inneholder mer enn én eller to modeller. For kommersiell produksjon av turbinskovler er det åpenbart ønskelig å kunne frembringe en modellmontasje som opptar tre, fire eller flere modeller. Totrinnsprosessen er likeledes mangelfull, som følge av at voksmodellene sprøytestøpes for seg og deretter må trans-porteres til montasjeformen og plasseres i denne, for å forbindes med stigerør, løp og støpekapsel. Videre vil skjøtene mellom prefabrikerte voksmodeller og stigerør ofte kjennetegnes'ved en uønsket ujevnhet, f.eks. i form av forhøyninger, som kan være årsak til støpefeil.

Formålet med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte til fremstilling av en smeltbar modell, som gir en øket kontroll over modellens dimensjoner før og under fremstillingstrinnene med derav følgende økning av antallet vellykkete støpestykker og som lettvint kan tilpasses for anvendelse i automatisert teknikk for fremstilling av skallformer.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at

det anvendes en fastspenningsanordning med en første og en andre modellholder som er stivt atskilt en forutbestemt avstand fra hverandre i fastspenningsanordningen som er innrettet til å fjernes fra modellen før metallstøping og -størkning, at formkonstruksjonen før tilformingen av modellen anbringes med hulrommet inne i fastspenningsanordningen slik at modellholderne rager inn i hulrommet, at ved tilformingen av modellen holdes denne fast i hver ende ved hjelp av holderne, og at ved fjerningen av formen holdes modellen på plass av holderne.

Flere modeller kan om ønskelig fastgjøres enkeltvis i fastspenningsanordningen, ved å utstyre denne med en rekke første modellholdere og gjenta fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, til det ønskete antall modeller er utformet og fastspent. Alternativt kan flere modeller fastholdes i en modellgruppe, ved at det ved utøvelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes en formkonstruksjon med et hulrom av form som nevnte gruppe. Dersom det bare kan fremstilles en del-modellgruppe i formkonstruksjonens hulrom, kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjentas, til det er frembrakt en fullstendig gruppe som er fastholdt

i fastspenningsanordningen.

Videre kan det om ønskelig innføres kjerner, foringer o.l.

i modellen, ved at disse plasseres i formkonstruksjonens hulrom før modellen tilvirkes.

Utførelseseksempler av oppfinnelsen vil bli beskrevet i

det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning, hvori:

Fig. 1 viser et skjematisk perspektivriss av den foretrukne utførelsesform av fastspenningsanordningen. Fig. 2 viser et skjematisk perspektivriss hvor fastspenningsanordningen og en formkonstruksjon er anbrakt i samvirkende stilling, med modellholderne rettet mot formkonstruksjonens hulrom. Fig. 3 viser et skjematisk perspektivriss av en enhets-modelimontasje som omfatter en fastspenningsanordning som opptar en forankret modell.

Selv om fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet for fremstilling av en enhetsmodellmontasje for anvendelse ved tilvirking av gassturbinskovler ved hjelp av voksutsmeltings-metoden, kan den med samme fordel benyttes generelt i forbindelse med istøpingsprosesser hvortil det anvendes en skallform som omslutter en modell.

Det er i fig. 1 vist en fastspenningsanordning 1 som omfatter et åk 2 som består av en bæreskinne 3 med en første modellholder 5 og ben 4 som er fast forbundet med en andre modellholder 6. Fastspenningsanordningen 1 kan være utformet på andre måter, forutsatt at den første og den andre modellholder 5 og 6 er anordnet rett overfor hverandre i forutvalgt og fast innbyrdes avstand i overensstemmelse med modellens lengde. Det kan således anvendes en C-formet fastspenningsanordning med en bæreskinne med en første modellholder som ved hjelp av et enkelt ben er plassert i fast avstand fra den andre modellholder.

Åket 2 består, som nevnt ovenfor, av bæreskinnen 3 med

den første modellholder 5 og med benene 4. Utformingen og dimen-sjonene av delene 3 og 4 er valgt med henblikk på å gi åket 2 tilstrekkelig styrke og stivhet til å kunne motstå bøyning og utfjæring, etter å være forbundet med den andre modellholder 6. Åket 2 kan være fremstilt i ett stykke, f.eks. av støpt plast, presstøpt metall o.l., eller det kan bestå av enkeltdeler som er sammenføyd på hensiktsmessig måte ved boiting, fastspenning,

sveising o.l.

Det er fortrinnsvis anordnet en hendel 7 som er demonter-

bart forbundet med åket 2, eller utformet i ett med dette, og som gjør det mulig å håndtere modellmontasjen under utformingen av skallformen og under andre prosesser. Hendelen som kan være plassert i hvilken som helst hensiktsmessig stilling på åket 2, kan ved hjelp av en knott 8 og en flens 9 forbindes med en håndteringsanordning (ikke vist). Flensen 9 kan være utstyrt med et spor 10 for at anordningen lettere skal kunne plasseres i stilling.

Den første modellholder 5 kan være demonterbart eller fast forbundet med åkets 2 bæreskinne 3, og er slik plassert på bæreskinnen at modellen innrettes på ønsket måte. Holderen kan, som vist i fig. 1, være anordnet i form av et avlangt element, f.eks.

en sylinder, med finner, som fra bæreskinnen 3 rager mot den andre modellholder 6. Det kan også benyttes andre elementer,

f.eks. av form som en kjegle, en stang e.l. Den første modell-

holder 5 kan alternativt være anordnet som en forsenkning, i form av en sliss, en åpning e.l., i bæreskinnen 3. Forsenkningen er slik utformet at materialet forhindres i å unnvike gjennom denne. Foruten å tjene til innretting og forankring av modellen ved den ene ende, vil den første modellholder 5 dessuten virke som en såkalt glideskjøt hvor modellen, om nødvendig, kan krympe under avkjølingen, uten å løsne fra holderen.

For at modellholderne 5 og 6 skal kunne forankres i fast stilling rett overfor hverandre i forutvalgt avstand i overensstemmelse med lengden av den modell som skal utformes, er den andre modellholder 6, ved hjelp av egnete forankringsmidler 11,

fast forbundet med benene 4 i motsvarende sone. Denne andre modellholder 6 er vist som en plate, men kan ha hvilken som helst form som er forenelig med den modell som skal tilvirkes. Holderen som må ha tilstrekkelig styrke til å fastholde modellen i ube-

vegelig stilling under skallformfremstillingen, kan bestå av plast, metall o.l. Forankringsmidlene 11 kan være demonterbart eller fast forbundet med den andre modellholder 6, og kan omfatte labber, klemmer, tapper eller andre, konvensjonelle deler. Selv om den andre modellholder 6 er vist fastgjort i en stilling stort sett parallell med den første modellholder 5, kan det under andre omstendigheter foretrekkes andre romlige, innbyrdes plas-seringer .

Det kan med fordel være anordnet et ru flateparti 12 på den andre modellholder 6, for at modellen lettere skal festes til holderen. Den andre modellholder 6 kan om nødvendig være utstyrt med et låsorgan 13 som vil gi en bedre forankring av modellen.

Det kan ofte være ønskelig å oppnå en ensartet krymping

av modellen under avkjølingen. Dette oppnås ved å bibeholde tverrsnittet stort sett jevnt over hele modellens lengde. For å oppnå dette kan det innføres elementer (ikke vist) i formens hulrom for å fortrenge modellmateriale i soner av større tverr-snitt. Den andre modellholder 6 kan være utstyrt med en egnet åpning 14 som gjør det mulig å innføre et slikt fortrengnings-element i formens hulrom. Det bør bemerkes, at dersom den første modellholder 5 er konstruert for å rage nedad fra bæreskinnen 3, kan denne holder tjene som middel til å minske det tilgren-sende modelltverrsnitt.

Etter at den andre modellholder 6 er fast forbundet med benene 4 og derved ubevegelig plassert i forutvalgt avstand rett overfor den første modellholder 5, anbringes formkonstruksjonen 15 og fastspenningsanordningen 1 i samvirkende stilling, slik at modellholderne 5 og 6, gjennom hensiktsmessig plasserte åp-ninger 16, er rettet mot hulrommet 17 i formkonstruksjonen 15, som vist i fig. 2. Formkonstruksjonen 15 bør være utstyrt med tetningsmidler (ikke vist) som vil hindre at modellmaterialet unnviker fra formens hulrom 17 i de soner hvor modellholderne 5 og 6 er innført, og som kan bestå av to eller flere sammenføy-bare deler, for å lette monteringen i fastspenningsanordningen

1. Formkonstruksjoner av den beskrevne type er velkjent fra tidligere. Etter at en nøyaktig plassering er oppnådd, blir det i hulrommet 17 fremstilt en modell av samme form som den gjen-stand som skal støpes, ved å innføre modellmateriale, f.eks. smeltet voks, i hulrommet. Under utformingsprosessen blir begge ender av modellen 18 holdt fast av de blottlagte holdere 5 og 6 i hulrommet. Det kan fremstilles en modell med fast bunnstykke, ved å anordne et hulrom, omfattende en modellseksjon og en bunnseksjon, i formkonstruksjonen 15 og deretter plassere formkonstruksjonen 15 og fastspenningsanordningen 1 i slik stilling, at den første holder 5 er rettet mot modellseksjonen og den andre holder 6 mot hulrommets bunnseksjon. Det tilvirkes deretter en modell med fast bunnstykke i hulrommet, hvor enden av modellen er forankret til den første holder og bunnstykket til den andre holder. En slik fremgangsmåte kan være fordelaktig og foretrekkes ved visse prosesser, hvor det benyttes retningsbestemt størkning', særlig automatiserte, hvorunder skallformen er understøttet av en sokkel på en kjøleplate. Den foretrukne fremgangsmåte for fremstilling av modellen, eller modellen med fast bunnstykke, består i innsprøyting av smeltet voks i hulrommet 17.

Det kan om ønskelig innføres kjerner, foringer e.l. i modellen 18, ved å anbringe disse i hulrommet 17 i formkonstruksjonen 15 før modellmaterialet innføres. Denne teknikk kan f.eks. anvendes ved fremstilling av turbinskovler med innvendige kjøle-kanaler.

For å frembringe den enhetsmodellmontasje 19 som er vist

i fig. 3, fjernes formkonstruksjonen 15 fra modellen 18 som derved fortsatt fastholdes i stilling mellom holderne 5 og 6

i fastspenningsanordningen 1. Modellmontasjen 19 kan deretter, ved hjelp av hendelen 7, overflyttes for påfølgende skallform-fremstillingsprosesser, hvorunder montasjen 19 gjentatte ganger nedsenkes i en keramisk velling og tørkes, og derved påføres et skall (ikke vist). Den skalldekkete modell skilles deretter fra den skalldekkete fastspenningsanordning på konvensjonell måte, f.eks. ved saging e.l., og gjennomgår avvoksing eller liknende prosesser. Fastspenningsanordningen 1 kan deretter ren-gjøres, for å fjerne skallet, og gjenanvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Modellen blir ikke på noe tidspunkt, etter at den er tilvirket og forankret i fastspenningsanordningen, brakt i berøring med noe som helst, med unntakelse av formhulrommet og den keramiske velling. På grunn av at den er fastgjort til holderne i begge ender, blir modellen dessuten bare utsatt for minimale påkjenninger under skallutformingen. Det er således ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen frembrakt en enhetsmodellmontasje som muliggjør øket kontroll over modellens dimensjoner før og under skallutformingsprosessene, med derav følgende økning av antallet vellykkede støpninger. Det er videre frembrakt en modellmontasje som lettvint kan tilpasses for anvendelse i automatisert teknikk for fremstilling av skallformer for istøping.

Flere modeller kan om ønskelig forankres enkeltvis i fastspenningsanordningen, ved å anordne en rekke første modellholdere langs bæreskinnen, hvor hver holder er tilknyttet en enkelt modell som skal tilvirkes. Trinnene i fremgangsmåten utføres gjentatte ganger, til det ønskete antall modeller er utformet og fastspent. Formkonstruksjonen og fastspenningsanordningen kan f.eks. innledningsvis plasseres slik, at enten den første modellholder eller den andre modellholder er rettet mot hulrommet i formen. Det tilvirkes en modell som er fastspent mellom hol-

derne, som beskrevet ovenfor, hvoretter formen fjernes. Form-

konstruks j onen og fastspenningsanordningen plasseres i ny stil-

ling, slik at den annen modellholder er rettet mot hulrommet,

for påfølgende tilvirkning og forankring av en annen modell.

Denne sekvens gjentas til det er frembrakt en enhetsmodellmon-

tasje som består av en fastspenningsanordning hvori det er fast-

gjort et ønsket antall modeller.

Multippelmodeller kan også være forankret i fastspennings-anordninger i en modellgruppe hvor hver modell, gjennom et inn-

løp, er forbundet med en midtre støpekapsel. For å opprette et slikt arrangement, blir det i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen benyttet en formkonstruksjon med et hulrom av form ■ som nevnte gruppe. Hvis hulrommet derimot bare er formet som en del-modell-

gruppe, gjentas fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, til det er frembrakt en fullstendig gruppe som er forankret i fastspenningsanordningen .

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en smeltbar modell (18)

for anvendelse ved fremstilling av keramiske skallformer til presisjonsstøping av metaller ved konvensjonell eller styrt størkning, hvor det anvendes en fastspenningsanordning (1) og en formkonstruksjon (15) med et innvendig hulrom (17) hvori modellen tilformes, hvoretter formkonstruksjonen (15) fjernes fra modellen, karakterisert ved at det anvendes en fastspenningsanordning (1) med en første og en andre modellholder (5,6) som er stivt atskilt en forutbestemt avstand fra hverandre i fastspenningsanordningen (1) som er innrettet til å fjernes fra modellen (18) før metallstøping og -størkning, at formkonstruksjonen (15) før tilformingen av modellen (18) anbringes med hulrommet inne i fastspenningsanordningen (1) slik at modellholderne (5,5) rager inn i hulrommet, at ved tilformingen av modellen (18) holdes denne fast i hver ende ved hjelp av holderne (5,6), og at ved fjerningen av formen holdes modellen (18) på plass av holderne.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det anvendes en fastspenningsanordning (1) som omfatter en bæreskinne (3) som den første modellholder (5) er festet til og som ved hjelp av minst ett ben (4) er anbrakt i fast avstand fra den andre modellholder (6).

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes en fastspenningsanordning (1) i form av et åk (2).

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det før tilvirkning av modellen (18) innføres i hulrommet (17) en innsats, såsom en kjerne, for anvendelse ved fremstilling av hule gjenstander.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at modellen (18) fremstilles av smeltet voks som innsprøytes i hulrommet (17).