SE433917B - Sett att forma ett metallforemal med ett flertal turbinblad - Google Patents

Description

7312764-4 skiljer sig avsevärt från värmeexpansionskoefficienten för metallförformen. Om sålunda en keramisk form formas kring en metallförform på ett sätt liknande det sätt, vid vilket sand packas kring metallförformen enligt den amerikanska patent- skriften 1 005 736, medför metallformens relativt kraftiga värmeexpansion, att formen skadas, när formen och förformen förvärmes före gjutningen av en produkt.

Föreliggande uppfinning syftar sålunda till att erbjuda ett nytt och förbättrat sätt att forma ett metallföremål med ett flertal turbinblad, som icke är behäftat med de tidi- gare kända sättens nackdelar. Dessa syften nås med sättet enligt patentkraven. Även om uppfinningen med fördel begagnas för gjutning av ett föremål med ett flertal turbinblad, som sträcker sig utåt från ett nav, kan uppfinningen tillämpas vid framställ- ningen av andra typer av föremål.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar något schematiserat en turbinmotorkomponent med ett flertal turbinblad, som sträcker sig utåt från ett nav, fig. 2 är en delsnittsvy, som visar en del av ett form- aggregat, i vilket turbinmotorkomponenten enligt fig. 1 gjutes, fig. 3 är en delsnittsvy, som i större skala.visar en del av formaggregatet enlig fig. 2, varjämte figuren visar för- hållandet mellan ett metallturbinblad och ett urtag, i vilket en bladdel av metallturbinbladet är anordnad, fig. 4 är en snittvy, som belyser det sätt, på vilket ett metallturbinblad hâlles i ett formhàlrum medan vax in- sprutas kring en rotänddel av bladet, fig. 5 är en delsnittvy, som i större skala visar för- hållandet mellan vaxet kring rotdelen av turbinbladet i form- hålrummet enligt fig. 4 och en relativt tunn beläggning av vax, som därnäst anbringas på turbinbladets bladdel, samt fig. 6 är en delsnittvy, som belyser det sätt, på vilket turbinbladets vaxbelagda rot hålles, medan bladet täckes med en våt beläggning av keramiskt formmaterial.

En turbinmotorkomponent 10 (fig. 1) innefattar ett i huvudsak cirkulärt nav 12 och ett flertal radiellt utåt för- 7812764-4 löpande turbinblad 14. Bladen 14 och navet framställes med fördel av olika metaller. I ett fall bestod sålunda turbin- bladen av NiTaC-13, medan navet 12 bestod av IN-792. Vidare framställes lämpligen turbinbladen genom en elektrokemisk be- arbetningsprocess samt elektropoleras. Givetvis kan navet och bladen formas med olika metaller om så önskas samt på olika sätt, exempelvis kan bladen 14 formas medelst en gjutnings- process med riktad stelning, om så önskas.

Vid formningen av turbinmotorkomponenten 10 gjutes med fördel navet 12 kring bladens 14 rotänddelar 20 (fig. 2 och 3) med begagnande av ett formaggregat 22 (fig. 2). Formaggregatet 22 innefattar en keramisk, ringformig väggdel 24 med ett fler- tal urtag 26, som är anordnade cirkulärt. Ett förformat metall- blad 14 placeras i vart och ett av urtagen 26 i väggdelen 24.

För åstadkommande av ett i huvudsak cirkulärt formhålrum, i vilket turbinmotorkomponentens 10 nav 12 gjutes kring bla- dens 14 rot 20, innefattar formaggregatet 22 en cirkulär bottenväggsdel 30, som är förbunden med en cirkulär fläns 32 på formväggsdelen 24 medelst ett lämpligt bindmedel 34. Vidare är en övre formdel 38 förbunden med en övre fläns 40 på form- väggsdelen 24 genom en cirkulär bindmedelskropp 42. Den övre och den nedre formdelen 38 och 30 bildar tillsammans med form- väggsdelen 24 ett formhålrum 46, in i vilken rotänddelarna av ett flertal metallblad 14 sträcker sig. Smält metall hälles i formhàlrummet 46, så att hâlrummet fylles och bladens 14 rot- änddelar förbindes med varandra.

Metallbladen 14 har större värmeexpansion än det kera- miska formmateríal, som bildar väggdelen 24. För upptagande av metallbladens 14 expansion finnes ett utrymme mellan bladen 14 och ytorna hos de urtag 26, i vilka bladen befinner sig, när formväggdelen 24 och bladen befinner sig vid rumstemperatur.

Då formväggsdelen 24 och bladen 14 förvärmes till en tempera- tur av ungefär 980 - 1040°C före gjutningen, expanderar bladen, så att de fullständigt fyller urtagen 26 på det i fíg. 3 visade sättet. I avsaknad av expansionsutrymme för vart och ett av bladen 14 kan den belastning, som anbringas genom bladens värmeexpansion, förorsaka, att det relativt sköra keramiska formmaterial, varav väggdelen 24 är framställd, brister. 7812764-4 Utrymmet mellan vart och ett av bladen 14 och urtagens 26 sidoväggar vid rumstemperatur är av sådan storlek, att bladen termiskt kan expandera till hård beröring med urtagens 26 ytor, så att urtagen helt fylles på det i fig. 3 visade sättet, när såväl bladet 14 som formväggsdelen 24 förvärmts.

Man kan räkna med, att formväggsdelen 24 kommer att för- flyttas, när såväl bladet 14 som formväggsdelen befinner sig vid rumstemperatur. Under denna hantering av formväggsdelen 24 är det önskvärt att vart och ett av bladen 14 hålles i sina urtag 26. Det är vidare önskvärt att de lösa bladen 14 är så placerade í sina urtag 26, att då formväggsdelen 24 och bladen förvärmes, vart och ett av bladen har en på förhand bestämd orientering i förhållande till sitt urtag, varvid en spetsänd- del 50 av bladet 14 stöter mot en ändyta 52 hos urtaget 26.

För att hålla bladen 14 i urtagen 26 och korrekt orien- tera bladen i förhållande till urtagen, när såväl bladen 14 som formväggsdelen 24 befinner sig vid rumstemperatur, är de identiskt lika bladen försedda med ett flertal utskott, som kommer till beröring med formväggsdelen 24, så att bladen hålles på plats. Sålunda har varje blad 14 en uppåtriktad (fig. 3) krok eller ett utskott 56, som sträcker sig in i en på liknande sätt formad del av urtaget 26. Utskottet 56 håller bladet på så sätt, att det icke kan röra sig radiellt inåt (d v s åt vänster i fig. 3), när det lösa bladet 14 och form- väggsdelen 24 befinner sig vid rumstemperatur. På liknande sätt sträcker sig ett radiellt utskott eller en näsa 60, som är utformad på spetsänden 50 av bladet 14, in i ett på liknan- de sätt format utskott på urtaget 26 för vertikal lägesbestäm- ning av bladet (sett såsom i fig. 3) i urtaget. På grund av beröringen mellan utskotten 56 och 60 på bladet 14 och form- väggsdelen 24, hålles det lösa bladet 14 i urtaget 26 i ett sådant läge, att upphettningen av bladet medför, att detta vid värmeexpansionen fyller urtaget 26 på det i fig. 3 visade sättet.

Enligt ett särdrag hos uppfinningen begagnas de iden- tiskt lika metallbladen 14 såsom en del av ett mönster under formandet av den keramiska formens väggdel 24. Då bladen 14 skall begagnas såsom mönster, täckes först bladens rotänd- 7812764-4 delar 20 med vax på det ifig. 4 visade sättet. Turbinbladens bladdelar 64 doppas därefter ned i ett vax, så att en tunn beläggning bildas över turbinbladens blad.

De vaxbelagda bladen 14 hålles därefter i en cirkulär uppsättning i en doppningsfixtur på det i fig. 6 visade sättet, medan bladen doppas i flytande keramiskt formmaterial. Den er- hållna våta beläggningen av keramiskt formmaterial, som ligger över bladen, torkas. Vaxbeläggningen över turbinbladens blad 14 och rötter 20 smältes och avlägsnas från formväggsdelen 24, när formväggsdelen gjorts hård genom bränning vid en relativt hög temperatur. Den erhållna ringformiga formväggsdelen 24 med de från sina urtag 26 radiellt inåtskjutande bladen 14 kan därefter förbindas med de övre och nedre formdelarna 38 och 30 på det tidigare förklarade sättet .

För ästadkommande av vaxbeläggningen över bladets 14 rotdel 20 placeras bladet i en form 68 (fig. 4). Metallformen 68 har ett hålrum 70 med en uppàtriktad del för bladets 14 krokdel 56. På liknande sätt innefattar formhålrummet 70 en åt höger (fig. 4) utskjutande del för bladets 14 nosdel 60. Ett par lägesbestämmande element 74 och 76 kommer till beröring med inskärningar 78 och 80 i bladets 14 rotänddel 20, så att bladet noggrant placeras i formhålrummet 70.

Ett gummisäte eller en tätning 84 omsluter och griper hårt turbinbladets 14 bladdel 64, så att en rotdel 86 av form- hålrummet 70 tätas mot den del av formhålrummet, i vilken bladet 64 befinner sig. Hett vax insprutas under tryck i blad- hålrummets 70 rotdel 86. Detta heta vax bildar en beläggning 90 över bladets 14 rotänddel 20.

Vaxbeläggningen 90 över bladets 14 rot har ett par nog- grant lägesbestämda, cylindriska knappar 92 och 94, som sträcker sig utåt från bladets 14 motsatta sidor. Vaxutskotten eller knapparna 92 och 94 är noggrant placerade i förhållande till bladet 14 och användes senare för placeringen av bladet i doppningsfixturen enligt fig. 6. Förutom de lägesbestämmande knapparna 92 och 94 (fig. 4) innefattar vaxbeläggningen 90 en huvuddel 98 av i huvudsak likformig tjocklek och helt om- slutande bladets 14 rot 20. Det torde observeras, att vax- 7812764-4 beläggningen 14 kan formas av naturligt vax eller syntetiskt polymermaterial, exempelvis polystyren, och med uttrycket "vax" avses här såväl naturligt vax som syntetiskt vax av många olika kompositioner.

Sedan vaxbeläggningen 90 stelnat kring bladets 14 rot- änddel 20, avlägsnas bladet från formen 68. Vid denna tidpunkt är endast turbinbladets 14 rotänddel 20 belagd med vax, och bladets 64 metallyta är friliggande.

För att kompensera för värmeexpansionen hos turbin~ bladets 14 bladdel 64 i formhâlrummet 26 (fig. 3) belägges turbinbladets bladdel 64 med en tunn beläggning av vax genom att bladdelen 64 doppas i en kropp av hett, flytande vax.

Detta ger upphov till en relativt tunn beläggning 104 (fig. 5) över turbinbladets 14 bladdel 64. Vid ett tillfälle hade den tunna vaxbeläggningen 104 en tjocklek av ungefär 0,08 mm.

Den tunna vaxbeläggningen 104 sträcker sig upp till och bildar en enhet med den vaxbeläggning 90, som anbragts på bladets 14. rotdel 20 i formen 68 (fig. 4). Sålunda är sedan turbinbladets 14 bladdel 64 doppats för bildande av den tunna beläggningen 104, bladet 14 i det närmaste helt täckt med vax.

Sedan ett antal blad 14 täckts med vax på det tidigare förklarade sättet, monteras bladen i en cirkulär uppsättning i en doppningsfixtur 110 (fig. 6). Doppningsfixturen 110 ut- nyttjas för att hålla bladen 14, medan de doppas i ett slam av keramiskt formmaterial, så att en våt beläggning av kera- miskt formmaterial bildas över turbinbladens bladdel 64. Denna keramiska beläggning torkas och brännes, så att den ring- formiga formväggsdelen 24 bildas (fig. 2).

Doppningsfixturen 110 innefattar ett par cirkulära aluminiumskivor 112 och 114, som åtskiljes av ett aluminium- distanselement 116 (fig. 6). Skivorna 112 och 114 är försedda med cylindriska hål 120 och 122, som är anordnade i cirkulära uppsättningar intill skivornas periferiella sidoytor. Hålen 120 och 122 i skivorna är noggrant lägesbestämda för mottagande av vaxknapparna 92 och 94 i kropparna av vax 90 vid bladens 14 rotändsdel 20. Hålen begagnas för noggrann placering av bladen 14 i förhållande till varandra. De kring bladens rotänddel 20 7812764-4 formade kropparna av vax 90 är så dimensionerade, att de kommer till anliggning, när bladen 14 placeras i en cirkulär uppsätt- ning omkring skivornas 112 och 114 periferi.

Sedan bladen 14 monterats i en cirkulär uppsättning om- kring skivornas 112 och 114 periferi, formsprutas ett par ringformiga vaxkroppar 126 och 128 kring de vaxkroppar 90, som omsluter bladens 14 rotänddelar 20. De ringformiga vaxkroppar- na 126 och 128 ligger över skivornas 112 och 114 ändytsareor 130 och 132.

För formning av den cirkulära formväggsdelen 24 (fig. 2 och 3) doppas doppningsfixturen 110 i ett slam av flytande keramiskt formmaterial. Även om olika typer av slam av kera- miskt formmaterial kan användas, kan som exempel nämnas ett slam, som innehåller kvarts, zirkon och andra svårsmälta material i kombination med bindmedel. Sådana kemiska bindmedel som etylsilikat, natriumsilikat och kolloidal kiselsyra kan utnyttjas. Vidare kan slammet innehålla lämpliga skiktbild- ningsmedel, exempelvis alginater, för reglering av viskosi- teten samt vätmedel för reglering av flödesegenskaperna och mönstrets vätbarhet.

I enlighet med praxis innehåller den första slambelägg- ning, som anbringas på mönstret, finfördelat svårsmält mate- rial för åstadkommande av en noggrann ytfinish. Ett typiskt slam för en första beläggning kan innehålla ungefär 29% kolloidal kiselsyrasuspension i form av ett koncentrat av 20 - 30 %. Smält kvarts av en partikelstorlek av 325 mesh eller mindre i en mängd av 71% kan begagnas jämte ett vät- medel i en mängd av mindre än 1 - 10 viktsprocent. Allmänt kan det keramiska formmaterialslammets densitet uppgå till stor- leksordningen 1,75 till 1,80 och ha en viskositet av 40 - 60 sekunder vid uppmätning med en Zahn-skål nr 5 vid temperatur av 24 - 29°C. Sedan den första beläggningen anbragts, putsas ytan med svàrsmälta material, vars partikelstorlek uppgår till storleksordningen 60 - 200 mesh.

Mellan var och en av doppningsbeläggningarna avtorkas de ringformiga ytareorna 138 och 140 på kropparna 126 och 128 av vaxmaterial (fig. 6) för avlägsnande av det våta keramiska formmaterialet från dessa ytor. Detta ger ett par ringformiga 7812764-4 diskontinuiteteri den våta, keramiska beläggning, som ligger över formfixturen 110. Diskontinuiteterna delar den våta keramiska beläggningen i tre areor, nämligen en central eller huvudarea, som ligger över bladen 14, samt ett par církulära ändareor, som ligger över aluminiumskivornas 112 och 114 cirkulära huvudsidesytor 142 och 144. När beläggningen av keramiskt formmaterial därefter torkats, kasseras de delar av beläggningen, som ligger över aluminiumskivornas 112 och 144 sidoytor 142 och 144, och den centrala del, som ligger över bladen 14 blir den ringformiga formväggsdelen 24.

V Sedan en beläggning av keramiskt formmaterial av önskad tjocklek byggts upp över bladen 14, torkas beläggningen samt brännes vid en temperatur av ungefär 1038°C under en timme, så att formdelarna grundligt härdas. Det torde observeras, att vid relativt låga temperaturer, som uppträder under en första del av bränningen, smälter det vax, som omsluter bladen samt avtappas från de urtag 26, som innehåller turbinbladens blad- del 64. Härigenom erhålles ett utrymme mellan turbinbladens bladdel och urtagens innersidesytor.

Sedan den keramiska beläggning, som ligger över bladen 14, stelnat genom bränning och vaxet avtappats, är formdelen 24 klar att förbindes med formaggregatets 32 övre och nedre delar 38 och 30 (fig. 2). Det sätt, på vilket formdelarna för- bindes med varandra, är likartat det sätt, som visas i den amerikanska patentskriften 4 066 116. Följaktligen beskrives ej utförligare här det sätt, på vilket dessa formdelar för- bindes med varandra.

Formningen av föremålet 10 slutföres genom att smält metall hälles i formhålrummet 46. Denna smälta metall strömmar kring varje blads 14 rotdel 20 i urtagen 26 i den cirkulära formväggen 24, så att bladen förbindes med varandra. Sedan den smälta metallen i formhâlrummet 46 stelnat och bildat navet 12, brytes formaggregatet 22 bort från den gjutna produkten och underkastas lämplig slutbehandling.

AV det ovanstående torde framgå, att föreliggande upp- finning erbjuder ett sätt att forma ett metallföremål 10 med ett eller flera turbinblad 14, som är förbundna med en bas eller ett nav 12. När sättet utnyttjas för gjutning av ett 7812764-4 föremål med ett flertal blad 14, som sträcker sig utåt från ett nav 12, belägges de separata metallbladens 14 bladdelar 64 med en tunn beläggning 104 av vax. Bladen 14 anordnas därefter i en cirkel och täckes med en våt beläggning av keramiskt form- material. Det keramiska formmaterialet torkar och bildar en ringformig formväggsdel 24 med urtag 26, vars form motsvarar bladens 14 form. Vaxbeläggningen 104 avlägsnas därefter från urtagen 26 genom bränning av det keramiska formmaterialet.

Vid svalnandet bildas utrymme mellan bladen 14 och sidoväggar- na hos de formurtag 26, i vilka bladen befinner sig. Form- aggregatet 22 fullbordas därefter genom att de övre och nedre formväggsdelarna 38 och 30 förbindes med den ringformiga form- väggsdel 24, som innehåller bladen 14.

Innan smält metall hälles i formaggregatet 22, förvärmes formaggregatet till en relativt hög temperatur. Då formaggre- gatet 22 och metallbladen 14 upphettas, expanderar bladen 14 i större män än det keramiska formmaterial, som ligger över bladen. På grund av deras högre expansionskoefficient fyller metallbladen 14 helt de urtag 26, i vilka de befinner sig, då formaggregatet förvärmts före gjutningen. Även om uppfinningen med fördel begagnas för gjutning av ett föremål 10 med ett flertal blad 14, som sträcker sig utåt från ett nav 12, kan uppfinningen även tillämpas vid framställning av andra typer av föremål.

Claims (8)

7812764-4 10 PATENTKRAV

1. Sätt att forma ett metallföremål med ett flertal turbin- blad, som sträcker sig utåt från ett nav, varvid ett flertal metallturbinblad anordnas, vilka vart och ett har en rotdel och en bladdel, k ä n n e t e c k n a t av att var och en av rotdelarna åtminstone delvis täckes med vax, varvid lägesbe- stämmande ytor åstadkommes, som är noggrant placerade i för- hållande till bladdelarna, att metallturbinbladen placeras i en cirkulär uppsättning och därvid noggrant placeras i för- hållande till varandra genom beröring med de lägesbestämmande ytorna, att den cirkulära uppsättningen av metallturbinblad åtminstone delvis belägges med en våt beläggning av flytande keramiskt formmaterial, varvid under det att denna beläggning utföres metallturbinbladen hålles orörliga i förhållande till varandra genom beröring med de lägesbestämmande ytorna, att den våta beläggningen av keramiskt formmaterial åtminstone delvis torkas för åtminstone delvis bildande av ett formhål- rum med en central del, vars form motsvarar föremålets nav, jämte en cirkulär uppsättning urtag, som sträcker sig utåt från formhålrummets centrala del och som vart och ett inne- håller åtminstone en del av ett turbinblad och har en form, som motsvarar metallturbinbladets i urtagen form, samt att smält metall hälles i formhålrummet med turbinbladen i urtagen för bildande av ett nav, som förbinder metallturbinbladen i den cirkulära uppsättningen av dessa. 7

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att beläggningen av den cirkulära uppsättningen av metallturbin- blad med en beläggning av flytande keramiskt formmaterial ut- föres med metallturbinbladen vid en första temperatur, att vart och ett av metallturbinbladen upphettas till en tempera- tur, som är högre än den första temperaturen före ihällningen A av smält metall, att upphettningen av vart och ett av metall- turbinbladen utföres med dessa i urtagen, varjämte metalltur- binbladen tillåtes termiskt expandera, att vart och ett av metallturbinbladen åtminstone delvis belägges med ett skikt av material, innan den cirkulära uppsättningen av metalltur- binblad åtminstone delvis belägges med en våt beläggning av flytande keramiskt formmaterial, samt att skiktet av mate- 1812164-4 11 K rialet avlägsnas från vart och ett av metallturbinbladen, in- nan dessa upphettas för åstadkommande av ett utrymme i vart och ett av urtagen för upptagande av turbinbladens termiska expansion under upphettningen.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vid torkningen av den våta beläggningen av keramiskt formma- terial formas en första formväggsdel, i vilken den cirkulära uppsättningen av metallturbinblad placeras, varjämte en andra formväggsdel förbindes med den första formväggsdelen med me- tallturbinbladen i urtagen för ytterligare bildande av form- hålrummets centrala del.

4. Sätt enligt krav 1, varvid vart och ett av urtagen har en ändyta och vart och ett av metallturbinbladen har en spets- änddel och en rotänddel, k ä n n e t e c k n a t av att var _och en av metallturbinbladens spetsänddelar anordnas liggande mot ett urtags ändyta och var och en av metallturbinbbdens rotänddelar är friliggande mot formhâlrummets centrala del under ihällningen av smält metall.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den cirkulära uppsättningen av metallturbinblad belägges med en våt beläggning genom att den doppas i en kropp av flytande keramiskt material.

6. Sätt enligt krav 1, varvid metallturbinbladen har en rotänddel och en bladänddel, k ä n n e t e c k n a t av att 7 axiellt motstående sidor av den cirkulära uppsättningen av metallturbinblad hålles mellan ett par cirkulära stödelement, som ligger över metallturbinbladens rotänddelar, varvid bla- dens bladänddelar skjuter ut från stödelementen, att vid be- läggningen av den cirkulära uppsättningen av metallturbinblad med en våt beläggning av flytande keramiskt formmaterial stöd- elementen och turbinbladens bladdelar åtminstone delvis beläg- ges med en våt beläggning av flytande keramiskt formmaterial, att en första cirkulär diskontinuitet åstadkommes i den våta ibeläggningen av keramiskt formmaterial över det första stöd- elementet, samt att en andra cirkulär diskontinuitet åstadkom- mes i den våta beläggningen av keramiskt formmaterial över det andra stödelementet för skiljande av delen av våt belägg- ning av keramiskt formmaterial över turbinbladens bladdelar 7812764-4 12 från delar av den våta beläggningen över stödelementet.

7. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vart och ett av metallturbinbladen upphettas från en första temperatur till en andra temperatur, innan små: metall hälles och efter torkningen av den våta beläggningen av flytande keramiskt formmaterial, varvid vart och ett av metallturbin- bladen är mindre än det urtag, i vilket det är anordnat, när metallturbinbladen befinner sig vid den första temperaturen, att vid upphettningen av metallturbinbladen från den första temperaturen till den andra temperaturen metallturbinbladen får expandera termiskt, så att de åtminstone väsentligen fyl- ler de urtag, i vilka de är placerade.

8. Sätt enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a t av att vid formningen av en form täckes turbinbladens blad- delar med vax, så att vaxmönsterytareor erhålles, som är stör- re än och har en form, som motsvarar formen hos turbinbladens bladdelar, att steget att anbringa en våt beläggning av kera- miskt formmaterial innefattar, att vaxmönsterytareorna täckes med en våt beläggning av keramiskt formmaterial, samt att dformningen av formen vidare innefattar, att vaxet avlägsnas, *så att urtag erhålles med innerytareor, som är större än och har en form motsvarande turbinbladens bladdelars form.