JP2007536092A6 - インベストメント鋳造法における改善 - Google Patents

Abstract

熱源としてマイクロ波エネルギーを使用するインベストメント鋳造法手順において、サセプタを混合する蝋系の型材料の湯口（１０）に未使用の蝋の原型（１２）が取り付けられ、湯口（１０）が、同じく蝋系の型材料のものである注ぎカップ（１４）を有し、注ぎカップ材料は、湯口の材料よりも多くの割合のサセプタを有する。使用に際しては、注ぎカップ（１４）が最初に溶け、湯口（１０）が第２に溶け、その膨張が、被覆されるセラミック（１５）に亀裂を生じさせないように、未使用の蝋の経路の閉塞を解除する。

Description

本発明は、インベストメント鋳造法における改善に関し、より詳細には、蝋系の型を溶かし、セラミックの鋳型を焼結させるために利用される熱がマイクロ波エネルギーによって提供されるインベストメント鋳造法手順における改善に関する。

インベストメント鋳造法では、通常は溶融金属から成形される品目の原型が第１に、反対に設計された鋳型にワックス射出され、または蝋系（ｗａｘ ｔｙｐｅ）の型材料（ｐａｔｔｅｒｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）から製造される。型材料は、天然または合成の蝋、ポリエステル、または様々な蝋の混合物、通常は、排他的ではないがアジピン酸および可塑剤などの充填剤を含む、熱可塑性材料であることができる。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「蝋系の型材料」の表現は、「ロストワックス」成形手順で使用するのに適したそのような全ての熱可溶性の型材料を含むことが意図される。一般に、型材料の「ツリー」を形成するために、いくつかの同様な原型が「湯口」に取り付けられ、全体が一般に、ただし排他的でなく、セラミックのスラリーおよび砂系の材料で数回被覆される。次いでセラミック被覆は、「蝋系の型材料」の周りに硬い鋳型を作るために乾燥される。パターン材料は、溶かして出されセラミックの「殻」が焼結され、次いで溶融金属が「殻」の空隙に注ぎ込まれる。金属が固まると、セラミックの殻は除去可能である。

従来の熱源を使用するインベストメント鋳造法は、非常に時間のかかる高価な手順である。たとえば英国特許第１４５７０４６号には、マイクロ波エネルギーを使用し、それによって手順を短縮し、より経済的にすることが提唱されている。しかし、加熱され、冷却される場合に関係する、異なる材料の膨張および収縮に差があることから、インベストメント鋳造法で直面する原理的な問題が発生する。特に危険であるのは、型材料が溶かされるときにセラミックの殻から十分に早く流出する（ｅｓｃａｐｅ）ことができない場合、型材料は、その膨張により殻に亀裂を生じさせる可能性があることである。英国特許第１４５７０４６号は、この問題の解決策として、いわゆる「損失物質（ｌｏｓｓｙ ｍａｔｅｒｉａｌ）」をセラミック・スラリーに含めることを提案し、その損失物質は、殻の付近の型材料の急速な溶融を引き起こす。しかし、その解決策は、型材料が、狭窄したボトルネック、湯口、または注ぎカップを通ってセラミックの殻からのみ流出することができるような形状の成形品目の場合に特に不完全である。湯口の材料が最初に溶かされない場合、または不完全に溶かされた場合、殻内で急速に膨張する材料のための流出路が閉塞され、その結果、殻に亀裂が生じる可能性がある。

変形または亀裂を生じることなしに、殻から溶けて出ることができる樹脂系の鋳型を使用することが、特許公開第５６１１７８５７号に提唱されている。しかし、この解決策は、樹脂の鋳型を水の容器内に配置し、それによって水が毛管作用により鋳型のハニカム区画を通って進入できるようにすることに依存するので不完全である。この技術により、水の体積は、水面の上に露出されたところの鋳型全体を通じて概して一定になり、すなわち鋳型の異なる領域全体を通じてサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）の含有率の勾配が全くなくなる。さらに、このタイプの樹脂成形は、鋳造に対して円滑な仕上げを生成しない樹脂成形プロセスの製造のタイプなので、さらなる研磨プロセスなしでは、（航空機エンジンの羽根などの）高い仕様で仕上げる鋳造の構成要素に使用できない。

本発明の基本的な目的は、湯口またはその他の狭窄した開口内にある材料が、開口の上流側にある鋳型のその他の領域内にある材料より先に溶けるように、鋳型の異なる部分の蝋の型材料に対して差のある溶融特性を与えることによってこれらの問題を解決することである。したがって、後者の材料が溶融すると、その流出径路が閉塞されず、それは鋳型の殻を危険にさらすことなく、膨張しながら鋳型を出ることができる。エンジンの羽根の生産に使用される必要のある、現在の未使用の蝋型は、本発明に従って使用できる。

本発明によれば、熱源としてマイクロ波エネルギーを使用するインベストメント鋳造法手順が提供され、未使用の蝋の原型が、未使用の蝋よりも比較的大きい熱吸収特性を有するサセプタを混合する（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ）蝋系の型材料の湯口に取り付けられ、湯口が、湯口の材料に混合されるよりも多くの割合の前記サセプタを混合する蝋系の型材料の注ぎカップに取り付けられることを特徴とする。

サセプタは、蝋系の型材料が溶かされるとき鋳型の狭窄した開口になる、湯口および注ぎカップの領域に閉じ込められる。
サセプタは、水、炭素、グラファイト、またはそれらの任意の組合せであることができる。

複数の未使用の蝋の原型が装着されるツリーは、前記サセプタを混合させることができ、ツリーのその他の部分よりも多くの割合の前記サセプタを混合する注ぎカップを有することができる。

ツリーのサセプタの含有率は、１２％近辺であることができ、注ぎカップのサセプタの含有率は、１５％近辺であることができる。

次に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して限定されない例によって説明する。
図面は、蝋系材料１１を充填された注ぎカップ１４を有する湯口１０を示す。成形される品目の原型１２が、蝋、接着剤、またはホットナイフ・アタッチメント（ｈｏｔ ｋｎｉｆｅ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）によって湯口に取り付けられる。それ自体が知られるような、全ての原型１２、湯口１０、および注ぎカップ１１が蝋系の型材料から製造される。しかし本発明によれば、湯口１０は、未使用の蝋の原型１２より高い割合のサセプタの含有率を有し、注ぎカップ１１は、湯口１０よりも高いサセプタの含有率を有する。原型１２は未使用の蝋であり、湯口１０および注ぎカップ１１は、エマルジョンにおいてサセプタの周知の固定された割合を有する、再生された蝋のエマルジョンからなる。

プライム・サンド・コート（ｐｒｉｍｅ ｓａｎｄ ｃｏａｔ）は、炭素、グラファイト、または任意のその他の適切に感受性のある材料、またはその任意の組合せである可能性の高いサセプタの割合を有する。

アセンブリ全体、ツリー、１０、１１、１２、および１４は、セラミック・スラリーによってプライムコートされている（ｐｒｉｍｅ ｃｏａｔｅｄ）。まだ湿潤している間に、プライムコート（ｐｒｉｍｅ ｃｏａｔ）１５が感受性のあるプライム・サンド・コートで覆われ、次いで乾燥される。次いで、任意の数のセラミック・スラリー１３および砂の付加的な被覆がプライムコートに加えられて、所望の厚さのセラミックの殻を構築する。次いでツリーは、マイクロ波オーブン（図示せず）での開口の上で注ぎカップ１４上に立てられ、マイクロ波エネルギーが、現時点で乾燥したセラミック殻１３に収容されている蝋系の材料を溶かすために使用される。その、より高いサセプタ材料の含有率のために、注ぎカップ１は第１に溶け、オーブンから流出し、そこで再利用のために集められることが可能である。次に、湯口１０の材料が溶け、注ぎカップを通って流出し、したがって原型１２からの出口の閉塞を解除し、未使用の蝋が、溶かされたとき流出することが可能になる。

ドープされたプライムコートは加熱し、したがってそれに隣接する型材料を溶かす。型材料からの出口が、湯口および注ぎカップが先に溶けることによって閉塞が解除されたことにより、熱伝達によって未使用の蝋が溶けることで殻１３を危険にさらすことにはならない。

セラミック材料を焼結させるために、殻が上昇された温度、たとえば摂氏１０００度の上昇された温度に達するまで、マイクロ波エネルギーが連続的に加えられ、その後すぐに殻は注ぎ温度に冷却され、同じ温度の金属が注ぎカップ１４を通って殻に注がれる。あるいは、セラミックの殻は、溶融金属で充填されながら、周囲温度に冷却され、通常は砂によって力学的に支持できる。鋳造物が冷却し、金属硬化した後、殻１３は従来式に除去することができ、個々の品目は従来の様式で湯口から除去され、仕上げられる。

本発明の手順は、１０のようなツリーの使用、および複数の鋳型の同時の鋳造に限定されないことが明らかになろう。熱源としてマイクロ波エネルギーを使用する任意のインベストメント鋳造法手順において、鋳造用のセラミックの殻の狭窄した開口の領域での蝋系の型材料は、型材料の残りの部分より高いサセプタの含有率を与えられることが可能であり、したがって、焼結プロセスの開始中に、その膨張が殻を危険にさらす前に、殻から型材料が流出することができるようにする。

注ぎカップを備える湯口の正面図である。 図２Ａは、複数の原型が取り付けられ、それによってツリーと呼ばれる図１の湯口の正面図である。

図２Ｂは、複数の原型が取り付けられ、それによってツリーと呼ばれる図１の湯口の側面図である。
全体がセラミック材料で被覆された側面図を示す、図２Ａおよび２Ｂのツリーを示す図である。

Claims (6)

1. 熱源としてマイクロ波エネルギーを使用するインベストメント鋳造法手順であって、未使用の蝋の原型（１２）が、前記未使用の蝋よりも比較的大きい熱吸収特性を有するサセプタを混合する蝋系の型材料の湯口（１０）に取り付けられ、前記湯口（１０）が、前記湯口（１０）の材料に混合されるよりも多くの割合の前記サセプタを混合する蝋系の型材料の注ぎカップ（１１）に取り付けられることを特徴とする、インベストメント鋳造法手順。
2. 前記サセプタが、前記蝋系の型材料が溶かされるとき前記鋳型の狭窄した開口になる、前記湯口（１０）および前記注ぎカップ（１１）の領域に閉じ込められることを特徴とする、請求項１に記載の手順。
3. 前記サセプタが水、炭素、グラファイト、またはそれらの任意の組合せであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の手順。
4. 複数の未使用の蝋の原型（１２）が装着されるツリー（１０）が、前記サセプタを混合し、前記ツリーのその他の部分よりも多くの割合の前記サセプタを混合する注ぎカップ（１４）を有することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の手順。
5. 前記ツリーの前記サセプタの含有率が１２％近辺であり、前記注ぎカップの前記サセプタの含有率が１５％近辺であることができる、請求項４に記載の手順。
6. 実質的に添付の図面を参照して上記に説明し、それらの図面に示される、熱源としてマイクロ波エネルギーを使用するインベストメント鋳造法手順。

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