(57)【要約】      （修正有）【課題】一般的に製造プロセスに関し、より具体的には鋳造に関する、入り組んだ内部空隙を有する３次元構成品の改良された鋳造方法を提供する。【解決手段】構成部品１０の合成モデル２８は、その３次元数値モデル２６から生成される。次にコアは、合成モデル２８の内部に鋳造される。次いで合成モデル２８は、鋳造コアから取り除くことができて、次に鋳造されたコアは、その周囲に本物の部品を鋳造するのに使用される。コアは、本物の部品の内部から取り除かれ、この本物の部品は、本来の合成モデル２８と精密に一致する。【選択図】図１
2006051542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造方法であって、
タービンブレード（１０）の３次元数値モデル（２６）を生成する段階と、
レーザビーム（３４）が３次元空間内で誘導されて前記数値モデルの境界にわたって局所的に材料（３６）を硬化するステレオリソグラフィーによって、前記数値モデル（２６）から前記ブレードの合成モデル（２８）を生成する段階と、
前記合成モデル（２８）の内部にコア（４２）を鋳造する段階と、
前記コア（４２）から前記合成モデル（２８）を取り除く段階と、
前記コア（４２）の周囲に本物のタービンブレード（１０）を鋳造する段階と、
前記本物のタービンブレード（１０）の内部から前記コア（４２）を取り除く段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記コア（４２）を前記合成モデル内に鋳造した後に、前記合成モデル（２８）の周囲にシェル（４６）を形成する段階と、
前記コア（４２）の周囲から及び前記シェル（４６）の内部から前記合成モデル（２８）を取り除く段階と、
前記本物のブレード（１０）を、前記コア（４２）の周囲で前記シェル（４６）の内部に鋳造する段階と、
前記鋳造された本物のブレードの周囲から前記シェル（４６）を取り除き、且つ前記ブレードの内部から前記コア（４２）を取り除く段階と、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コア（４２）を前記合成モデル内に鋳造する前に、前記合成モデル（２８）を支持する段階と、
前記コア（４２）を前記合成モデル内に鋳造するために、前記支持された合成モデル（２８）の内部へコア材料（４４）を注入する段階と、
を更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記合成モデル（２８）をその外面のほぼ全てに沿って支持する段階を更に含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記合成モデル（２８）をコーティング材料（４８）でコーティングし、その周囲に前記シェル（４６）を形成する段階を更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コア材料（４４）が、前記合成モデル（２８）の内部へ注入されるセラミックスラリーであり、前記シェル材料（４８）が、前記合成モデル（２８）をコーティングするセラミックスラリーである請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記合成モデル（２８）が、該合成モデル（２８）を長手方向の分割線（４０）に沿って封入する一対の相補的バトレス（３８）によって支持される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記合成モデル（２８）が、その寸法の第１の許容誤差を有する外面を含み、前記バトレス（３８）が、その対向する側面上に前記モデルの外面と相補的な内面（５０）を含み、前記内面（５０）が、前記第１の許容誤差よりも大きい寸法の第２の許容誤差を有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記合成モデル（２８）が、全体にわたってスパンで延びる主チャネルと、隣接する主チャネルと流れ連通した二次チャネル（２２）を有する、前記主チャネルの１つに沿った二重壁（２０）とを有する中空のエーロフォイル（１２）を含み、前記コア材料（４２）が前記主チャネル（１８）の内部及び次いで前記二次チャネル（２２）の内部へ注入されて、一体的なコアを形成する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項９の方法によって鋳造されたタービンブレード（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に製造プロセスに関し、より具体的には鋳造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インベストメント鋳造又はロストワックス法は、金属などの好適な材料からなる複雑な３次元（３−Ｄ）構成部品を形成するために使用される。例示的な鋳造構成部品は、ガスタービンエンジンの標準的なタービンロータブレードである。
【０００３】
タービンブレードは、その根元においてブレードプラットフォームと一体に接合されたエーロフォイルを含み、該プラットフォームは、その下方でマルチローブ支持ダブテールと一体的に接合されている。エーロフォイルは中空であり、エンジン運転中に加圧冷却空気を受け入れるために、１つ又はそれ以上の入口を有するブレードダブテールの内側から始まる、そのスパンに沿って延びた１つ又はそれ以上の半径方向チャネルを含む。
【０００４】
エーロフォイルは、エーロフォイルの前縁と後縁の間及びプラットフォームにある根元から半径方向外側先端までの対向する正圧側と負圧側の様々な部分の冷却を調整するために、種々の形態の入り組んだ冷却回路を有することができる。
【０００５】
複雑な冷却回路は、その内部衝突冷却を与えるために、前縁に沿ってエーロフォイル内部に専用のチャネルを含む。エーロフォイルの薄い後縁に沿う専用チャネルは、専用の冷却をもたらす。加えて、複数経路の蛇行チャネルが、前縁と後縁との間でエーロフォイルの中程に配置することができる。エーロフォイルの３つの冷却回路は、個別に加圧冷却空気を受け入れるためにブレードダブテールを貫通して延びる対応する入口を有する。
【０００６】
エーロフォイル内部の冷却チャネルは、エーロフォイルの加熱側壁と内部冷却空気との間の熱伝達を高めるために、短い乱流リブ又はピンのような局所的特徴部を含むことができる。エーロフォイルの半径方向チャネルを分離する隔壁又はブリッジは、運転中に前縁の内部を衝突冷却するためにエーロフォイルの前方ブリッジを貫通して延びる通常の衝突冷却孔などの、貫通する小さなバイパス孔を含むことができる。
【０００７】
このようなタービンブレードは通常、従来の鋳造プロセスで高強度超合金金属材料から製造される。一般的なインベストメント鋳造又はロストワックス鋳造プロセスでは、最初に精密なセラミックコアが、タービンブレード内部の目標とする入り組んだ冷却通路と共形となるように製造される。エーロフォイル、プラットフォーム、及び一体化されたダブテールを含むタービンブレードの精密な３次元外面を定める精密ダイ又はモールドも生成される。
【０００８】
セラミックコアは、結果として得られるブレードの金属部分をその間に定める空間又は空隙を形成する２つのダイの半部分内で組み立てられる。ワックスは、組み立てられたダイへ注入されて、空隙及びその中に封入されたセラミックコアの周囲を満たす。２つのダイ半部分は分離されて、成形されたワックスから取り除かれる。成形されたワックスは、目標とするブレードの精密な外形を有し、次いでセラミック材料でコーティングされ、取り囲むセラミックシェルを形成する。
【０００９】
ワックスが溶融されてシェルから取り除かれ、セラミックシェルと内部セラミックコアとの間に対応する空隙又は空間が残る。次に、溶融金属がシェル内に注がれ、その中の空隙を満たし、この場合もシェル内に含まれるセラミックコアを封入する。
【００１０】
溶融金属が冷却されて凝固し、次に外部シェルと内部コアが適切に取り除かれ、内部冷却通路が見出される目標の金属製タービンブレードが後に残る。
【００１１】
次いで、鋳造タービンブレードは、要求通りにエーロフォイルの側壁を貫通する適切な薄膜冷却孔の列の穿孔などの、後続の製造プロセスを行うことができ、
該穿孔は内部導入冷却空気に対する出口を提供し、その結果、該冷却空気が、ガスタービンエンジンの運転中にエーロフォイルの外面を覆う保護冷却空気膜又はブランケットを形成する。
【００１２】
ガスタービンエンジン効率は、運転中に生成された高温の燃焼ガスの温度を上昇させることによって通常は高くなり、該燃焼ガスからタービンブレードによってエネルギーが抽出される。タービンブレードは、該タービンブレードの耐久性及び耐用年数を増大させるために高温で強度が強化されるよう、ニッケル基超合金のような超合金金属から形成される。
【００１３】
エーロフォイルの内部に設けられた入り組んだ冷却回路は、運転中のタービンエンジンにおいてブレードの目標とする長寿命のために高温燃焼ガスからブレードを保護するのに役立つ。
【００１４】
タービンブレード内部の冷却回路は、限られた加圧冷却空気の使用を調整してその冷却効率を最大にするために、ますます複雑で入り組んだものとなりつつある。タービンブレードを冷却するために運転中に圧縮機から抽気されるこうした全ての冷却空気は、燃焼プロセスでは使用されず、従ってエンジン全体の効率が低下する。
【００１５】
タービンエーロフォイル冷却の改良における最近の開発は、目標とされるエーロフォイルの局所冷却の強化のために、その内部での二重壁の導入を含む。典型的なエーロフォイルは、前縁及び後縁専用チャネルのような主チャネルと、エーロフォイルの主冷却をもたらす複数経路の蛇行チャネルとを含む。通常これらのチャネルは、約４０から５０ミルの厚さとすることができるエーロフォイルの薄い正圧及び負圧側壁間で定められる。
【００１６】
エーロフォイルの二重壁構造の導入においては、薄い内部壁が、エーロフォイルの主側壁と主チャネルとの間に設けられ、その中に比較的狭い補助チャネル又は二次チャネルを定める。二次的壁は、主流れチャネルから衝突冷却空気を主側壁の内面に対して導くための貫通する衝突孔を含むことができる。
【００１７】
二重壁構造及び狭い二次流れチャネルの導入は、典型的なタービンブレードのインベストメント鋳造で使用される既に複雑なセラミックコアの複雑さを更に複雑にする。セラミックコアは、種々の冷却チャネル及びその特徴部を表すエーロフォイル内の種々の内部空隙と全く同じように一致するので、冷却回路が複雑さを増すにつれこれに対応してセラミックコアが更に複雑になる。
【００１８】
エーロフォイルの各半径方向チャネルは、セラミックコア内に対応する半径方向レッグ部を必要とし、このレッグ部は、鋳造プロセス中は、２つのダイの内側で適切に相互接続され又は支持されなくてはならない。二次チャネル用などのセラミックコアレッグ部が薄くなるにつれ、その強度はこれに応じて低下し、これは、取り扱い中に脆性破壊を生じやすいコアの製造中の有効歩留まりの低下につながる。
【００１９】
セラミックコアは、別個に製造され、次に２つのダイ半部分の内部で組み立てられ、その相対的位置決めは、対応する組立公差に従う。エーロフォイルの壁は、まず第１に相対的に薄く、セラミックコアの特徴部もまた小さく且つ精密である。従って、ダイ半部分内部のセラミックコアの相対的位置決めは、組立公差に従い、これは、結果として得られるエーロフォイルの薄い壁の内側で入り組んだ冷却回路の最終的寸法及び相対的位置決めに影響を及ぼす。
【特許文献１】米国特許６，５０２，８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
その結果、入り組んだ内部空隙を有する３次元構成部品の改良された鋳造方法の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
部品の合成モデルは、その３次元数値モデルから生成される。次にコアが、合成モデルの内部に鋳造される。次いで合成モデルは、鋳造コアから取り除くことができ、次に鋳造コアは、その周囲に本物の構成部品を鋳造するのに使用される。コアは本物の部品の内側から取り除かれ、この本物の部品は、本来の合成モデルと精密に一致する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、好ましい例示的な実施形態に従って、その更なる目的及び利点と共に添付図面と併せて以下の詳細な説明の中でより具体的に説明される。
【００２３】
図１は、鋳造により複製される構成部品１０を示す。この構成部品は、鋳造に好適な任意の外形形状を有することができ、ガスタービン用のタービンロータブレードの例示的な実施形態である。
【００２４】
例示的なタービンブレード１０は、対向する前縁と後縁との間を翼弦で延び、且つ根元と外側先端との間を半径方向スパンで延びる、ほぼ凹面の正圧側とほぼ凸面の負圧側とを有するエーロフォイル１２を含む。
【００２５】
エーロフォイルは、エンジンの運転中にエーロフォイル全体を通過する高温の燃焼ガスに対する内側境界を定めるプラットフォーム１４にその根元において一体的に接合される。マルチローブの取り付けダブテール１６は、タービンロータディスク（図示せず）の外周の対応するダブテールスロット内にブレードを取り付けるために、プラットフォームの下側に一体的に形成される。
【００２６】
図１に示すタービンブレードは、ガスタービンエンジンにおける適切な使用に必要とされる複雑な３次元形状及び外形形状を有する。図２に断面で示すように、エーロフォイルは、中空であり、その中に複数の半径方向主チャネル１８を有する適切な内部冷却回路を含む。主チャネルは、エーロフォイルの対向する薄い側壁間に形成され、エンジン運転中にそれを通って加圧冷却空気を受け入れるためにプラットフォーム及びダブテールを貫通して延びる入口内部で全スパンにわたって延びる。
【００２７】
図２に示す例示的な実施形態では、エーロフォイルは、その正圧側及び負圧側の両方に沿って二重壁２０を一部において含み、そこではエーロフォイルの半径方向スパンに沿って延びる相対的に薄くすなわち狭い二次チャネル２２が形成されている。二重壁構造は、主チャネル１８と境界を接する薄い平行な内部壁と共に主正圧側壁又は負圧側壁を含む。内部壁は、外部壁に近接して間隔を置いて配置され、これらの間に狭い二次チャネル２２を形成し、更に内部壁は、運転中に外部壁の内面に衝突冷却を可能にするために、チャネル間を流れ連通する衝突孔の列を含む。
【００２８】
上記で示したように、従来のインベストメント鋳造法は、図２に示す種々のチャネルに相当するセラミックコアの製作を必要とする。主チャネル１８は、寸法が相対的に大きいので、結果として相対的に強いセラミックレッグ部を得ることになる。
【００２９】
しかしながら、二次チャネル２２は、相対的に狭く、これに応じて主レッグ部よりも脆弱な相対的に薄いセラミックレッグ部を生じることになる。更に、図２に示す複数の主チャネル及び例示的な２つの二次チャネルの複雑さは、従来のインベストメント鋳造法での使用のために後で適切に一体接合されなくてはならない複数の構成部品において、通常はセラミックコア及びその複数のレッグ部の特別な製造を必要とする。
【００３０】
形状及び相対的寸法に関係なく、狭い二次チャネル２２を更に含む図２に示す複数のチャネルに対して必要とされるセラミックコアを容易に且つ正確に形成することができる改良された鋳造方法が、本明細書で以下に開示される。
【００３１】
更に具体的には、図１に示すタービンブレード１０は、通常のディジタルコンピュータ２４内にプログラムされた適切なソフトウエアを使用して、そのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）表現を含む任意の従来の方法で設計及び定義することができる。外表面及び内表面を含む構成部品の全体外形を３次元座標によって表された、タービンブレードなどの高度に複雑な部品の３次元定義又はモデルを生成することは、現在では当業界では一般的に行われている方法である。
【００３２】
従って、図１に示すタービンブレード１０は、エーロフォイル１２、プラットフォーム１４、及びダブテール１６を含むその全外面、並びに図２に示す種々のチャネル１８、２２によって表されるような内面の精密な定義を含む３次元数値モデル２６によって従来通りに表現することができる。
【００３３】
従来の実際面では、タービン１０の３次元モデル２６は、インベストメント鋳造のために使用されるであろう従来のセラミックコア及び相補的外部ダイ（図示せず）を生成するのに使用されることになる。しかしながら、上記で指摘したように、エーロフォイル内部の二重壁構造及び狭い二次チャネル２２の導入は、ブレードの従来のインベストメント鋳造法に対して、複雑さとコストが増大すると共に、二次チャネル２２を定めるために必要となる薄いセラミックレッグ部の脆弱な性質に起因して歩留まりも低下する。
【００３４】
改良された鋳造プロセス又は方法においては、従来通りに生成されたタービンブレード１０の３次元モデル２６は、中空ブレード１０の３次元合成モデル２８の生成に使用される。
【００３５】
例えば、図１は、製造される本物の又は真のタービンブレード１０と全く同様に適合するよう合成モデル２８を生成するためのステレオリソグラフィー装置（ＳＬＡ）又は機械３０を概略的に示す。ＳＬＡ機械３０は、任意の従来型の構成を有することができ、通常はロボットアームの端部に取り付けられたレーザ３２を含み、該ロボットアームは、種々の機能を制御するためにディジタル方式でプログラム可能な機械の数値制御装置によって三次元空間内で適切に制御され位置付けられる。
【００３６】
液状樹脂のような適切なＳＬＡ材料３６は、プール内に収容され、レーザビーム３４がレーザ３２から放射されてプール内の樹脂を局所的に硬化し、その中に合成モデル２８を生成又は構築する。合成モデルは、プール内で適切な固定具上に支持され、レーザビームが機械３０内に記憶された三次元モデル２６に従うモデルの外形全体にわたって精密に誘導されるときに層毎に構築される。
【００３７】
本物のタービンブレード１０と同じ数値モデル２６は、ＳＬＡ機械３０内で実質的に同一の合成モデル２８を生成するのに使用され、結果として得られる２つのブレードは、材料組成以外は互いに同一である。図１に示す本物のブレード１０は、典型的なガスタービンエンジン用途では適切な超合金金属から形成されるのに対し、ブレードの合成モデル２８は、レーザ３２によって中実の形に硬化される適切なＳＬＡ材料から形成される。
【００３８】
図２は、図１に示す本物のブレード１０並びに図１に示す合成モデルブレード２８に対する同じ半径方向断面図を示しており、前者は超合金金属から形成され、後者は合成ＳＬＡ材料から形成されている。
【００３９】
図１に示す合成モデル２８は、中実のＳＬＡ材料によって定義され、ブレード全体に対する精密な外部形状及び表面を含むと共に、図２に示すような主流れチャネル及び二次流れチャネル１８、２２を含む精密な内部冷却回路を含む。合成モデル２８の定義精度は、適切な精度を備える本物のブレードの種々の特徴を再生するために要求通りに変更することができる。
【００４０】
合成モデル２８の精度をより高くするには、数値モデル２６においてより多くのデータポイントが必要となり、これはＳＬＡ機械３０を制御する際にモデルを実際に使用することによってのみ制限される。各ガスタービンエンジンに対して、並びに実際の製造工程での複数のエンジンに対して製造されるべきかなりの数のタービンブレードを必要とする鋳造プロセス全体の生産性を高めるためには、個々の合成モデル２８はできる限り迅速に形成されるべきである。
【００４１】
ＳＬＡ機械でのその製造後の三次元合成モデル２８を図３に示す。ＳＬＡ材料３６は、低強度の非金属材料であり、金属の強度を持たないことに起因して、合成モデルは、その外表面の周りに支持構造又は裏当て構造を設けるように支持又は封入されるのが好ましい。
【００４２】
例えば、合成モデル２８は、図４に示すように長手方向分割線４０に沿って合成モデルを封入する一対の相補的裏打ち部材又はバトレス３８によって支持することができる。２つのバトレス３８は、後続の鋳造プロセスのために必要となる小さな入口及び出口を除き、その外面の実質的に全てに沿って合成モデル２８を完全に封入するのが好ましい。
【００４３】
２つのバトレス３８は、合成モデルの周囲で共に適切にボルト固定又はクランプ固定され、次にセラミックコア４２が中空の合成モデルの内部に適切に鋳造され、最初からそこに設けられていた種々の空隙を充填する。
【００４４】
コアは、支持された合成モデル２８内へ適切なコア材料４４を加圧下で注入することによって鋳造することができ、この鋳造されたコアは次いで、例えば乾燥又は加熱によって適切に硬化される。
【００４５】
図５は、内部コア４２がその中に形成された後に、２つのバトレスを合成モデル２８から適切に取り除くことができることを概略的に示している。上述のように、２つのバトレス３８は、内部コアを形成するための注入プロセス下で脆弱なＳＬＡ材料がその目標とする寸法を変形又は膨出し、更に歪曲するのを防止するように、相対的に脆弱な合成モデル２８に対して構造上の支持を与える。
【００４６】
しかしながら、別の実施形態においては、硬化又は凝固したＳＬＡ材料がコア材料の注入圧力に耐えるのに十分な強度があり、このような実施形態ではバトレスを必要としなくてもよい。
【００４７】
図５に示すように、内部コア４２が鋳造され且つバトレスにより遮られることなくモデルの外表面が露出されると、次に、成形シェル４６を合成モデル２８の周囲に形成することができる。
【００４８】
例えば、図５に示す合成モデル２８は、コーティング材料４８のプールに浸漬して該モデルを複数の層でコーティングし、硬化後にその周囲に続くシェル４６を形成することができる。合成モデル２８全体は、十分な厚みのシェル４６が得られるまで、層単位でコーティングすることができる。
【００４９】
図５に示す好ましい実施形態では、コア材料４４は、セラミックコア４２を形成するために合成モデル２８内に適切に注入されたセラミックスラリーである。更に、シェル材料４８はまた、封入シェル４６を単一の構成で形成するよう合成モデル２８をコーティングするセラミックスラリーである。次いで、コア４２及びシェル４６の両方のためのセラミック材料を乾燥及び加熱によって適切に硬化させて、所定位置にセラミック材料を凝固させることができる。
【００５０】
図６は、合成モデルを形成する特定の形態のＳＬＡ材料を取り除くために、溶融、焼成、溶解又は任意の他の適切な手段によって、セラミックコア４２の周りで且つ周囲のセラミックシェル４６の内側から合成モデル２８を適切に取り除くことができることを概略的に示している。これは、セラミックコアの対応する入口レッグ部と位置合わせされたアクセスホールが、封入されたモデル２８のベース位置に設けられることによって好都合に行うことができる。
【００５１】
図６に示すシェル４６から合成モデルが除去されると、シェルの内部に捕捉されたセラミックコア４２を囲んで対応する空隙が残る。該空隙は、本物のブレード１０を定める金属部分の精密な定義と一致する。
【００５２】
その結果、次に、本物のブレード１０は、パターンワックス除去後に従来のインベストメント鋳造法で使用される同一のプロセス段階において、コア４２の周囲及びシェル４６の内側で従来的に鋳造することができる。例えば、シェル４６のダブテール端部にあるアクセスホールを通じて溶融金属を注ぎ、上下逆位置に適切に固定されたシェルの内部空隙を重力により満たすことができる。シェル４６の先端部は、溶融材料がその空隙を満たす時にシェルから空気をパージする適切な出口開口を有することができる。
【００５３】
次に、溶融材料は、セラミックシェル４６の内側及びセラミックコア４２の周囲で冷却されて凝固され、本物のブレード１０を生成することができる。次いでシェル４６は、その脆弱なセラミック材料を破壊又は溶解することによって、鋳造ブレード１０の周囲から適切に除去することができる。同様にセラミックコア４２は、化学的浸出によるような任意の従来的方法で鋳造ブレード１０の内側から適切に除去することができる。このようにして、鋳造ブレード１０は、封入している外部シェル４６から開放され、内部コア４２が除去されてそこに内部冷却回路が形成される。
【００５４】
次いで、このような鋳造ブレードは、その側壁を貫通する薄膜冷却孔の種々の列の穿孔などの通常の鋳造後処理を受けることができる。
【００５５】
図４に示す合成モデル２８を使用することによる具体的な利点は、相互連結した主チャネル１８及び二次チャネル２２が、その中にセラミック材料４４を注入することによって順に満たして、硬化後に一体的な又は単一のセラミックコア４２を形成できることである。合成モデル２８全体の内部の全ての空隙は、セラミック材料で容易に満たし、結果として、合成モデル２８自体の内部に正確に位置付けされるコアを正確に形成することができる。
【００５６】
これに応じて、図６に示すように、取り巻くセラミックシェル４６の内部から合成モデル２８を除去した後、コアの周囲に結果として得られた空隙は、本物の又は真の形状の最終的な金属タービンブレードの外形を正確に表している。シェル４６において溶融材料を鋳造することにより、これまでそこに収容された合成モデルを全く同じに再生し、本物のブレードは、別のＳＬＡ材料の合成モデルとは異なり、目的とする最終材料から形成される。
【００５７】
従って、図６に示すような結果として得られた本物のタービンブレード１０は、合成モデル２８自体を正確に複製すると同時に、図１に示す元の数値モデル２６を該元の数値モデルの許容範囲内で複製する。エーロフォイル１２、プラットフォーム１４、及び一体化されたダブテール１６を含む図６に示すタービンブレード１０の外側形状は、数値モデルを正確に再生する。更に、鋳造タービンブレード１０内の内部冷却回路もまた、数値モデルによって表される対応する回路を正確に再生する。
【００５８】
セラミックコア４２自体は、合成モデル２８内に成形されるので、これに対する相対位置は、硬化されたＳＬＡ材料自体によって正確に維持される。更に、合成モデル２８の外部形状は、封入するシェル４６内に正確に成形される。このようにして、セラミックコア４２は、最終的鋳造ブレードにおける内面と外面との間の対応する壁厚を正確に再生するために、セラミックシェル４６の内側に正確に位置付けられる。
【００５９】
図６に示す本物のブレード１０は、ロストワックス鋳造法で通常使用される従来のダイを必要とせずに、セラミックシェル４６内でセラミックコア４２を用いて鋳造される点に留意されたい。図３は、任意選択のバトレス３８の使用を示すが、該バトレスは具体的には、相対的に脆弱な合成モデル２８を支持又は支えるために構成され、ほぼ従来のダイ形状ではあるが、そのダイ機能は提供しない。
【００６０】
より具体的には、従来のダイは、適切な強度の金属から形成され、且つ正確に機械加工されて、鋳造されるブレードの相補的外表面を形成しなければならない。従来のダイは、ロストワックス鋳造プロセスにおいて中間段階の間に反復的に使用され、該中間段階では、ワックスがコアと金型との間に流し込まれ最終構成部品又はブレードのワックス同等物を精密に形成する。
【００６１】
対照的に、図３に示す予備成形された合成モデル２８は、図１に示す数値モデル２６の製造許容誤差の範囲内で本物のブレードの最終形状を正確に表す。本発明の鋳造プロセスでは、ワックスは使用されず、従って、そのようなワックスのための従来のダイは必要ではない。
【００６２】
図３に示す合成モデル２８は、一体化されたダブテール上に支持されたプラットフォームの内側境界に取り付けられた空気力学的エーロフォイル部分を含む外面を含む。合成モデルの外面は、図１に示す数値モデル２６の目標とされる精度の範囲内でその寸法の第１の許容誤差を有する。通常、合成モデル２８及びその後の本物のブレード１０の外部寸法は、数ミル又はそれ以下の製造許容誤差で仕様が定められており、ブレードのエーロフォイル部分は、寸法、外形、及びな滑らかな表面仕上げにおいて特に精密である。
【００６３】
しかしながら、図３に示すバトレス３８は、セラミック材料の加圧下での注入中に合成モデルに対する裏打ち支持を提供するだけであるので、これらは、製造精度に相当するほどの精度は不要であり、これに関連するコストも不要である。図３に示す２つの相補的なバトレス３８は、その対向する側面に合成モデル２８の対応する外面と相補的な対応する内面５０を有する。
【００６４】
分割線４０は、好都合には、エーロフォイルのキャンバーラインに沿って配置され、その前縁及び後縁から外側に放射状に広がる。このようにして、バトレスの１つは、凹面状のエーロフォイルの正圧側及びプラットフォーム及びダブテールの対応する側用に構成することができ、他のバトレスは、凸面状のエーロフォイルの負圧側及びプラットフォーム及びダブテールの対応する側用に構成することができる。
【００６５】
２つのバトレス３８は、十分な強度を目的として好適な金属から形成することができ、内面５０は、合成モデル２８自体の第１の寸法許容誤差よりも実質的に大きい、又は優れたものとすることができる第２の寸法許容誤差で機械加工することができる。バトレスの内面５０は、合成モデル２８の対応する外面と完全に一致する必要はないが、コア鋳造プロセス中にその歪曲を十分抑えるようにこの表面とほぼ一致するだけである。
【００６６】
このように、バトレスは、そのコストを大幅に低減させるために従来の金属製ダイよりも廉価な材料から形成することができ、且つより低い精度で機械加工することができるので、従って、本物のブレードの鋳造コストが低減される。
【００６７】
上述のたように、バトレス３８の使用は、合成モデル２８の強度、モデル及びその中に要求されるコアの形状又は外形、並びにコアの鋳造のための注入圧力に応じて任意選択的である。
【００６８】
図１は、合成モデル２８を形成する例示的なＳＬＡプロセスを示す。合成モデルを精密に形成するための他の任意の従来プロセスを使用してもよく、ここでは、内部空隙及び外面の両方が、上記に説明した鋳造プロセスで使用するために精密に再生される。
【００６９】
鋳造構成部品のタービンブレードの形状は、その固有の複雑さ、及び低いコストでのブレードの鋳造精度の改善において対応する利点に応じた特定の例示である。構成要素の他の形状もまた、その外部形状及び外面、並びに任意の所望の内部空隙又はその内面を正確に再生するように鋳造することができる。
【００７０】
本発明の好ましい例示的な実施形態と見なされるものを本明細書で説明してきたが、当業者であれば、本発明の他の修正は本明細書の教示から明白であろう。請求項で示す参照符号は、本発明の範囲を狭めるものではなく、これらの理解を容易にすることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】中空のタービンブレード及びその対応する合成モデルの３次元数値モデルを生成するための例示的な方法の概略的図。
【図２】図１に示す実際の構成部品及び合成モデルのエーロフォイルの部分を線２−２で見た半径方向断面図。
【図３】一対の支持バトレス内に封入される図１に示す合成モデルの等角図。
【図４】２つのバトレスによって封入され、合成モデルの内部空隙を満たすためにセラミック材料が注入された図３に示す合成モデルの部分断面図。
【図５】２つのバトレスの除去後でその周囲にセラミックシェルを形成するためにコーティングプロセスを受ける図４に示す合成モデルの概略的図。
【図６】本物のブレードをシェルとコアとの間に鋳造するために合成モデルが除去され、その後本物の鋳造ブレードを開放するためにシェルとコアが除去される、図５に示すシェルが封入された合成モデルの概略図。
【符号の説明】
【００７２】
１０  構成部品
２６  ３次元数値モデル
２８  合成モデル
４２  コア
【図１】
2006051542.tif 000003
【図２】
2006051542.tif 000004
【図３】
2006051542.tif 000005
【図４】
2006051542.tif 000006
【図５】
2006051542.tif 000007
【図６】
2006051542.tif 000008
【外国語明細書】
2006051542000001.pdf