NO143610B - Fremgangsmaate til stoeping av hule stoepegjenstander - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til støping av hule støpegjenstander, hvor det dannes et sentralt formelement som på motstående sider har flater som er tilpasset hverandre, hvor det om formelementet dannes en beleggform som har flater overfor formelementets flater, og hvor formelementet og beleggformen oppvarmes.

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 inspisere den ferdige gjenstand for å bestemme veggtykkelsen eller de indre kanalers nøyaktige plassering og deres dimensjoner. Dersom disse gjenstander skal anvendes i gassturbin-motorer med høy ytelse i fly, kan unøyaktig plassering av kjøle-kanalene bevirke for tidlig blad- eller skovlsvikt. Fjerningen av kjernen når støpingen er ferdig kan by på visse vanskelig-heter idet det er nødvendig med en slags utluting.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved det

som er angitt i det etterfølgende kravs 1 karakteristikk.

Oppfinnelsen muliggjør effektiv fremstilling av støpte gjenstander hvor formen må forvarmes til en høy temperatur før støping, f.eks. som ved fremstilling av søylekrystallinske bla-der eller skovler slik som beskrevet i US-patentskrift 3.26 0.505 eller enkeltkrystallblader eller -skovler ifølge US-patentskrift 3.494.709 eller ved støping av eutektiske gjenstander ifølge US-patentskrift 3.793.010. Ifølge den foreliggende oppfinnelse kan det sentrale støpeelement 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.

Denne teknikk er for tiden særlig fordelaktig. Den mulig-gjør bruk av den sakkunnskap som foreligger vedrørende forming og støping med skallform, idet ved den vanlige fremgangsmåte som for tiden benyttes ved fremstilling av presisjonsstøpe-stykker fra høytemperatur-superlegeringer anvendes det belegg-støping hvor det anvendes skallformer om voksmodeller ved voksutsmeltingsmetoden.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse utnyttes denne sakkunnskap i forbindelse med et sentralt, prestøpt formelement som danner en "bjelke" som for å sikre presisjonsstøping av gjenstander vil være akseptabel for anvendelse i f.eks. gass-turbiner med høy ytelse.

Ifølge oppfinnelsen anbringes det på det prestøpte, sentrale formelement, som på motstående sider har samme utforming som innerflaten av motstående deler av det hule blad eller skovl (eller annen gjenstand), fortrinnsvis voksmodeller som er plas-sert på de motstående sider og som på deres ytterflater har samme form som ytterflåtene av bladet eller skovlen som skal støpes. Denne enhet av det sentrale formelement med voksmodellene dyppes deretter suksessivt 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 ved fremstilling av et belegg-støpestykke 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 skallformen til en temperatur over smeltepunktet for legeringen som skal støpes før formen helles. Det prestøpte, sentrale element funk-sjonerer som en "bjelke" som ikke utsettes for vindskjevhet,

slik at de støpte skovl- eller bladdeler vil ha den ønskete form og være så nøyaktig støpt at de motstående deler når disse senere sammenføyes vil ha nøye samvirkende flater som berører hverandre over hele flaten.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende ved hjelp av foretrukne utførelseseksempler under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et snitt gjennom et sentralt formelement hvorpå voksmodellen er anbrakt, klar til å fremstille en skallform. 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 motstående deler 16 og 17. Også andre gjenstander kan fremstilles ved denne teknikk, såsom turbinskovler. Den teknikk som vil bli beskrevet er anvendbar for støping av høytemperatur-super-legeringer eller eutektiske legeringer. Eksempler på slike er velkjent.

Fremstillingen av slike gjenstander ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen begynner med en prestøpt, 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 3 0 som er utformet slik som ytterflåtene hos de ferdige bladdeler. Disse voksmodeller har i tillegg til at de avgrenser et vingeparti 32 med bladets form og et fot-parti 34 også et vekstsonedannende parti 3 6 like under fotpartiet (anvendt for den rettede 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 2 0 og 22 på det sentrale formelement slik at det dannes flater 4 0 og 41 på den ene modell og flater 4 2 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 skallform 44. Den derved benyttede 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 formvegg 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 støpe-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 4 6 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-patentskrift 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 9. Idet formelementet ikke deformeres under støpingen ©r 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 model-len 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 nøy-aktig 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 mye 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 tillemp-ning av nye former og prosesser for fremgangsrik kommersiell bruk.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av hule støpegjenstander, hvor det dannes et sentralt formelement som på motstående sider har flater som er tilpasset hverandre, hvor det om formelementet dannes en beleggform som har flater overfor formelementets flater, og hvor formelementet og beleggformen oppvarmes, karakterisert ved at det sentrale formelement fremstilles som et prestøpt formelement av keramisk materiale med høy fasthet utformet med kantflenser, mens beleggformen tilformes under inn-støping av kantflensene i denne, hvorved det avgrenses to hulrom på motstående sider av det sentrale formelement for fremstilling av tilpassede gjenstander, at gjenstandene støpes i hulrommene, hvorved det sentrale formelement har tilstrekkelig fasthet til å bibeholde dets form og dimensjon inne i formen under oppvarming og støping for å sikre nøyaktig dimensjon og form på de tilpassede gjenstander, at deler av flatene på de motstående sider av formelementet anbringes nøyaktig parallelle med hverandre for å oppnå tilpassede flater på de støpte gjenstander, samt at de støpte gjenstander, som er fremstilt på de motstående sider, sammenføyes på deler av flatene som dannes mot det sentrale formelement.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det på det sentrale element før dannelsen av beleggformen anbringes voksmodeller som avgrenser hulrommene.