DE2831292C2

DE2831292C2 - Verfahren zur Herstellung eines verlorenen Kerns zum Gießen einer Turbinenschaufel

Info

Publication number: DE2831292C2
Application number: DE2831292A
Authority: DE
Inventors: Anthony George Nottingham Gale; Andrew Gerard Bourne Duffield Derby Wood
Original assignee: INTERNATIONAL CERAMICS Ltd DERBY GB; International Ceramics Ltd Derby; Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-07-22
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1985-05-02
Also published as: IT1096996B; FR2504828A1; DE2831292A1; FR2504828B1; US4384607A; IT7825321A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verlorenen Kerns zum Gießen einer Turbinenschaufel für ein Gasturbinentriebwerk in einer mehrteiligen Kerngießform.

Es ist bei Gießverfahren mit verlorenem Kern üblich, einen aus Keramikmaterial bestehenden Kern in der Gießform zu haltern, während das Metall eingegossen wird, wobei der Kern die innere Oberfläche eines Hohlraums des fertigen Gußstückes definiert. Diese Kerne werden ausgeätzt oder auf andere Weise vom Gußkörper entfernt, um die gewünschten Hohlräume freizulegen. Bei gewissen Gußstücken, z. B. bei gekühlten Turbinenschaufeln für Gasturbinentriebwerke ist die Form des Innenraumes äußerst komplex und sie muß sehr genau hergestellt werden. In diesen Fällen wird der Kern selbst als Spritzgußteil hergestellt wobei eine geteilte Form aus zwei oder mehreren Teilen Anwendung findet die zusammen die Kernform definieren.

Diese Technik mit geteilter Form erfordert daß alle Vorsprünge der Form und demgemäß auch die Hohlräume im Kern sich ausschließlich in Richtung der Trennebene der Formenteile erstrecken, und sich in dieser Richtung verjüngen. Dies ergibt beträchtliche Beschränkungen hinsichtlich der Gestalt des herzustellen- den Kerns. Dies hat zu der Notwendigkeit geführt, den inneren Hohlraum von gekühlten Gasturbinenschaufeln durch Kombination eines Gießverfahrens mit einer spanabhebenden Bearbeitung oder sonstigen Bearbeitjngstechnik herzustellen, was die Kosten des Endpro- duktes in erheblichem Maße verteuerte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verlorenen Kern zu schaffen, dessen das GußmetaH berührende Oberflächen zurückspringende Abschnitte besitzen können, die in einer normalen mehrteiligen Kern- gießform nicht herstellbar sind.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch Verwendung des Hilfskerns der seinerseits aus dem verlorenen Kern entfernbar ist wird erreicht daß beliebig hinterschnitvane Flächen im verlorenen Kern gebildet werden können, wobei lediglich die Bedingung gestellt ist, daß der in einer mehrteiligen Form hergestellte Hilfskern nicht seinerseits hinterschnitten ist.

Es ist zwar aus der US-PS 31 42 875 bereits bekannt bei einer Turbinenschaufel in Schaufeilängsrichtung verlaufende Kanäle durch Kerne zu erzeugen, die ein Überzugsmaterial aufweisen, welches ausgeschmolzen wird. Hierbei wird das Oberzugsmaterial jedoch auf das Kernmaterial aufgebracht um die dünnen stabförmigen Kerne widerstandsfähiger zu machen und das Überzugsmaterial wird mit dem Schaufelmaterial verschmolzen. Es geht demgemäß im bekannte7 Falle nur darum, einen hohlen Kern genügender Steifheit herzusteilen, wobei jedoch nach Art des Verbundgusses zumindest ein Teil dieses Kerns im Gußstück verbleibt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Spritzgießform zur Erzeugung eines Hilfskerns;

F i g. 2 einen Schnitt einer weiteren Spritzgießform, die in einem weiteren Verfahrensschritt Anwendung findet;

so Fig.3 eine Schnittansicht eines verlorenen Kerns, der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist;

F i g. 4 eine Schnitt einer Gießform, in der der verlorene Kern nach F i g. 3 eingebaut ist.

F i g. 1 zeigt eine Spritzgießform mit aus zwei zusammenwirkenden Formteilen 10 und II, die einen verlorenen Kern 12 definieren. Der Hilfskern 12 weist zwei in Längsrichtung verlaufende Ansätze 13 und 14 auf, zwischen denen ein gekrümmter dünner Abschnitt 15 ver- läuft, durch den Dorne 16 hindurchgehen, die Löcher in dem dünnen Abschnitt 15 bilden. Fig. I zeigt gemeinsam mit sämtlichen anderen Figuren der Zeichnung nur einen querverlaufcnden Schnitt der in Frage kommenden Form, und der Hilfskern 12 ist in Längsrichtung verlaufend angeordnet.

In dem Formteil 10 sind Einspritzkanälc 17 und 18 vorgesehen, durch die ein entfernbares Material in den Raum zwischen den Formteilen eingespritzt werden

kann, um diesen Raum auszufüllen und so den Hilfskern 12 zu bilden. Hinsichtlich des für den Hilfskern 12 benutzten Materials bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann zum Beispiel Hartwachs benutzt werden, oder ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt oder ein Material, welches gelöst oder auf andere Weise durch chemische Einflüsse entfernt werden kann, oder es kann ein Material sein, welches ausgebrannt werden kann.

Um den Hilfskern herzustellen, werden die Formteile 10 und 11 zusammengefügt und in dieser Stellung fest gehalten, Dann wird das gewählte Material durch den Eingießkanal 17 in flüssiger, plastischer oder in Breiform eingespritzt, bis der Hohlraum zwischen den Formteilen voll ausgefüllt ist Dieses Material läßt man dsuin erhärten. Das hierfür benutzte Verfahren hängt von dem jeweils benutzten Material ab. Wenn es sich um geschmolzenes Material handelt, kann man dieses einfach abkühlen und erstarren lassen. Wenn es ein in der Wärme aushärtender Kunststoff ist dann kann es erforderlich sein, die Form zu erhitzen. Wenn dagegen ein chemisches Verfahren benutzt wird, dann kann es ,«vsnügen, ausreichend Zeit verstreichen zu lassen, damit die chemische Reaktion ablaufen kann.

Die Formteile 10 und 11 werden dann voneinander getrennt um diesen Hilfskern 12 freizugeben. Es kann erforderlich sein, ein Putzen oder einen ähnlichen Verfahrensschritt vorzunehmen, um die Spuren von Eingießkanälen von dem Hilfskern zu entfernen.

In F i g. 2 ist der Hilfskern 12 zwischen den Formhälften 19 und 20 einer Kerngießform eingebaut In ähnlicher Weise wie bei der Form nach F i g. 1 sind die beiden Formhälften derart ausgenommen, daß zwischen ihnen ein Hohlraum verbleibt der die Form des verlorenen Kerns 21 hat. In diesem Fall sind jedoch Ausnehmungen 22 und 23 in den Seitenflächen der Formteile angeordnet, und diese entsprechen in Größe und Gestalt den Vorsprüngen 13 und 14 des Hilfskerns 12, der auf diese Weise zwischen die Formteile eingebaut und durch die Vorsprünge C und 14 in den Ausnehmungen 22 und 23 festgelegt wird.

Der Hilfskern 12 bildet demgemäß in dem linken Teil des Hohlraums eine gelochte Scheidewand zwischen einem äußeren linken Hohlraum 24 und dem Haupthohlraum 25. Andere wichtige Merkmale bestehen darin, daß Vorsprüi.'ge 26 und 27 von den FoKnteilen 19 und 20 vorstehen und mit ihren Spitzen einander berühren, so daß Dorne gebildet werden, die sich über den Hohlraum erstrecken. Obgleich in der Schnittansicht die Vorsprünge 26 und 27 den Hohlraum 25 in zwei Teile zu teilen scheinen, ist jedoch tatsächlich der Dorn, der durch diese zwei Vorsprünge gebildet wird, nur einer von mehreren in Längsrichtung verlaufenden Stegen, die in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind.

Der Rest des Hohlraumes 25 ist mit kleineren, in Längsrichtung verlaufenden Vorsprüngen 28 versehen, die eine vergrößerte Oberfläche dieses Hohlraums bilden, und Zuführungs- bzw. Abführungskanäle 29 und 30 erstrecken sich durch den Formteil 19 in die Hohlräume 25 bzw. 24.

Bei der Herstellung werden die Formteile 19 und 20 zusammen mit dem Hilfskern 12 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Art und Weise zusammengebaut. Die Formteile werden zusammengehalten, und es wird das oben genannte Kernmaterial durch den Zuführungskanal 29 in den Hohlraum 25 eingespritzt, um diesen auszufüllen.

Wenn das Kernmaterial erhärtet ist, werden die beiden Hälften 19 und 20 voneinander getrennt, um den verlorenen Kern 21 freizulegen, in dem der Hilfskern 12 eingebettet ist An dieser Stelle werden die Grenzen bekannter Herstellungsverfahren offenbar, da klar ist, daß die Vorsprünge, die die Formfortsätze bilden und die in diesem Falle als Hälften ausgebildet sind, sich nur in Richtung der Trennebene der Hälften erstrecken können, und es können keine zurückspringenden Abschnitte in diesen Flächen angeordnet werden. Andernfalls wäre eine Trennung der Formhälften ohne Beschä-

to digung oder Zerstörung des verlorenen Kerns nicht möglich. Demgemäß erstrecken sich die Vorsprünge 27 und 26 in einer solchen Richtung, daß sie aus den Kernen herausziehbar sind. Wenn der Winkel dieser Vorsprünge beträchtlich geändert würde, dann könnte eine einspringende Fläche gebildet werden, die eine solche Trennung unmöglich machen könnte. Es ist klar, daß dies eine schwerwiegende Beschränkung hinsichtlich der Formgestaltung des Kerns mit sich zieht der durch bekannte Verfahren hergestellt wurde, selbst wenn mehr als zwei Formteile benutzt werciciu In diesem Falle würden die Formen extrem teuer, sie würden sich schnell abnützen und ermöglichten nur kleine Produktionsraten.
Wenn der verlorene Kern von der Form freigegeben ist kann es wiederum notwendig sein, Ansätze wie die von den Eingießkanälen zu entfernen. Danach wird der Hilfskern 12 entfernt wie bereits beschrieben. Wenn das Material aus dem Kern ausgeschmolzen oder ausgebrannt werden muß, ist eine Erhitzung erforderlich.

Wenn das Material durch chemische Wirkung ausgeätzt werden soll, muß der Kern in ein geeignetes chemisches Lösungsmittel eingetaucht werden. Es ist nur möglich jene Abschnitte des Hilfskerns 12 zu entfernen, die Zugang zu der äußeren Oberfläche des Kerns haben.

Wenn irgend ein Teil des Körpers vollständig vom Kernmaterial umschlossen ist dann ist eine Entfernung nicht möglich, ohne den Riß des Kerns zu beschädigen. Wenn demgemäß ein vollständig umschlossener Abschnitt erforderlich ist, kann es notwendig sein, eine Verbindung herzustellen, um das Innere zugänglich zu machen und die Verbindung wird in einer späteren Phase des Verfahrens geschlossen.

F i g. 3 zeigt im Schnitt den fertigen verlorenen Kern. Es ist ersichtlich, daß er einfache Löcher 31 und Vertiefungen 32 besitzt, die durch die Vorsprünge 26,27 bzw. 28 während des Formverfahrens hergestellt wurden, und daß der sehr komplex ausgebildete Hohlraum 33 nach Entfernung des Hilfskerns verbleibt Dieser Hohlraum kann offensichtlich nicht durch die bekannten Verfahren hergestellt werden, weil er sehr viele HinterschneiduRgen besitzt, und wegen der dünnen Vorsprünge 34, die den Löchern 16 im Abschnitt 15 des Hilfskerns entsprechen und die ein Herausziehen der Form aus dem Kern verhindern würden.

Schließlich zeigt F i g. 4, wie der Kern gemäß F i g. 3 bei einem Gießverfahren mit verlorenem Kern benutzt wird, um eine Schaufel für ein Gasturbinentriebwerk herzustellen. Der Kern 21 wird innerhalb der Außenform 35 gehalten, die in herkömmlicher Weise durch das

eo Wachsausschmelzverfahren hergestellt ist

Der dünne gelochte Abschnitt 36 zeigt wie das erfindungsgemäße Verfahren benutzt werden kann, um eine Schaufel zu erzeugen, die eine Prallkühlung am Vorderrand des Schaufelblattes besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines verlorenen Kerns zum Gießen einer Turbinenschaufel für ein Gasturbinentriebwerk in einer mehrteiligen Kerngießform, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von später mit Schaufelmaterial auszugießenden Negativkernabschnitten zunächst ein Hilfskern (12) hergestellt wird, daß dieser Hilfskera (12) in die Kerngießform (19, 20) eingebaut wird, und daß nach Ausgießen der Kerngießform der Hilfskern aus dem Kernmaterial (21) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüfskern (12) im Spritzgießverfahren hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüfskern (12) aus einem Material besteh;,welches aus dem verlorenen Kern (21) durch chenusche Mitte! aus^CTeätzt werden kasn_

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskern (12) aus einem Material besteht, das einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als das Material des verlorenen Kerns (21), so daß der Hilfskern ausschmelzbar ist

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Hilfskern (12) aus einem brennbaren Material besteht welches aus dem verlorenen Kern (21) ausgebrannt werden kann.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskern (12) mit seitlichen Voisprüngen (13, 14) versehen wird, die in entsprechende Ausnehmungen (22,23) der Kerngießform (19,20) eingesetzt werden und den Hilfskern (12) während des Einspritzens und während der Verfestigung des Kernmaterials haltern.

7. Verwendung eines nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Keramikmaterial hergestellte Kern (21) mit einem Wachs überzogen wird, dessen äußere Gestalt der Form der zu gießenden Schaufel entspricht daß eine Außenform (35) aus Keramikmaterial auf der äußeren Oberfläche des Wachskörpers aufgebracht wird, daß das Wachs entfernt wird, und daß geschmolzenes Metall in die so gebildete Form eingegossen wird.