(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造する鋳造品と同じ形状を有する反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型であって、
下層微小網状構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続成形放し模型表面を有する前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を、多価アルコールストリームを用いて形成し、
この多価アルコールストリームは、ゲル化と架橋を制御する１つ以上の有機触媒と、ウォータブローイング剤と、界面活性剤と、から成る添加剤を含み、
この添加剤は、１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の総模型密度と、円滑な連続成形放し模型表面と、を生成すべく協働し、
前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型の周りにシェルモールドを形成し、
シェルモールドクラッキングを伴わずに前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を軟化した後に崩壊して前記シェルモールドから蝋抜きするように前記シェルモールドと前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型とを加熱し、
前記シェルモールド中に溶融金属又は溶融合金を鋳造することを特徴とするインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【請求項２】
前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型は、１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の範囲内の総模型密度を有することを特徴とする請求項１に記載のインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【請求項３】
前記多価アルコールストリームとイソシアネートストリームとを混合させて、所望の模型形状に合わせて形削りしたダイキャビティを有する射出鋳型に導入するワンステップ反応射出成形によって、前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成することを含むことを特徴とする請求項１に記載のインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【請求項４】
ポリウレタン配合物の重量比（ｐｂｗ）で、
２０ｐｂｗ乃至５０ｐｂｗの量の高分子量ポリエーテル多価アルコールと、
５０ｐｂｗ乃至８０ｐｂｗの量の低分子量ポリエーテル多価アルコールと、
５ｐｂｗ乃至１５ｐｂｗの量の表皮形成用の前記添加剤と、
２．５ｐｂｗ乃至１０ｐｂｗの量のチェーンイクステンダーと、
１ｐｂｗ乃至４ｐｂｗの量の水と、
１ｐｂｗ乃至４ｐｂｗの量の界面活性剤と、
ブローイング反応を制御する夫々０．１ｐｂｗ乃至１．０ｐｂｗの量の第三アミン触媒と０．０５ｐｂｗ乃至０．２ｐｂｗの量のアミン触媒と、
０．０１５ｐｂｗ乃至０．０７５ｐｂｗの量の架橋及びゲル化触媒と、
１０２乃至１０５のイソシアネートインデックスが得られる７９．２３ｐｂｗ乃至１９０．９６ｐｂｗの量のジイソシアネートと、
から成る前記ポリウレタン配合物を反応射出成形することによって、前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成することを特徴とする請求項１に記載のインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【請求項５】
前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を、無灰で蝋抜きすることによって前記シェルモールドから除去することを特徴とする請求項１に記載のインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【請求項６】
１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の範囲内の総模型密度と、下層微小網状構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続成形放し模型表面とを有し、溶融金属及び溶融合金を鋳造するシェルモールドを作るための反応射出成形熱硬化性模型であり、
この反応射出成形熱硬化性模型は、多価アルコールストリームとイソシアネートストリームとを反応射出成形することによって製造され、
前記多価アルコールストリームは、ゲル化と架橋を制御する１つ以上の有機触媒と、ウォータブローイング剤と、界面活性剤と、から成る添加剤を含み、
この添加剤は、１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の総模型密度と、円滑な連続成形放し模型表面と、を生成すべく協働することを特徴とするインベストメント鋳造に用いる模型。
【請求項７】
前記反応射出成形熱硬化性模型は、
ポリウレタン配合物の重量比（ｐｂｗ）で、
２０ｐｂｗ乃至５０ｐｂｗの量の高分子量ポリエーテル多価アルコールと、
５０ｐｂｗ乃至８０ｐｂｗの量の低分子量ポリエーテル多価アルコールと、
５ｐｂｗ乃至１５ｐｂｗの量の表皮形成用の前記添加剤と、
２．５ｐｂｗ乃至１０ｐｂｗの量のチェーンイクステンダーと、
１ｐｂｗ乃至４ｐｂｗの量の水と、
１ｐｂｗ乃至４ｐｂｗの量の界面活性剤と、
ブローイング反応を制御する夫々０．１ｐｂｗ乃至１．０ｐｂｗの量の第三アミン触媒と０．０５ｐｂｗ乃至０．２ｐｂｗの量のアミン触媒と、
０．０１５ｐｂｗ乃至０．０７５ｐｂｗの量の架橋及びゲル化触媒と、
７９．２３ｐｂｗ乃至１９０．９６ｐｂｗの量のジイソシアネートと、
から成る前記ポリウレタン配合物を反応射出成形することによって、形成されたことを特徴とする請求項６に記載のインベストメント鋳造に用いる模型。
【請求項８】
シェルモールドと、このシェルモールド中の一過性の反応射出成形熱硬化性模型であって、
１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の範囲内の総模型密度と、下層微小網状構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続成形放し模型表面とを有する前記一過性の反応射出成形熱硬化性模型であり、
前記一過性の反応射出成形熱硬化性模型は、多価アルコールストリームとイソシアネートストリームとを反応射出成形することによって製造され、
前記多価アルコールストリームは、ゲル化と架橋を制御する１つ以上の有機触媒と、ウォータブローイング剤と、界面活性剤と、から成る添加剤を含み、
この添加剤は、１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の総模型密度を生成すべく協働することを特徴とすインベストメント鋳造に用いる模型。
【請求項９】
前記反応射出成形熱硬化性模型は、
ポリウレタン配合物の重量比（ｐｂｗ）で、
２０ｐｂｗ乃至５０ｐｂｗの量の高分子量ポリエーテル多価アルコールと、
５０ｐｂｗ乃至８０ｐｂｗの量の低分子量ポリエーテル多価アルコールと、
５ｐｂｗ乃至１５ｐｂｗの量の表皮形成用の前記添加剤と、
２．５ｐｂｗ乃至１０ｐｂｗの量のチェーンイクステンダーと、
１ｐｂｗ乃至４ｐｂｗの量の水と、１ｐｂｗ乃至４ｐｂｗの量の界面活性剤と、
ブローイング反応を制御する夫々０．１ｐｂｗ乃至１．０ｐｂｗの量の第三アミン触媒と０．０５ｐｂｗ乃至０．２ｐｂｗの量のアミン触媒と、
０．０１５ｐｂｗ乃至０．０７５ｐｂｗの量の架橋及びゲル化触媒と、
７９．２３ｐｂｗ乃至１９０．９６ｐｂｗの量のジイソシアネートと、
から成る前記ポリウレタン配合物を反応射出成形することによって、形成されたことを特徴とする請求項８に記載のインベストメント鋳造に用いる模型。
【請求項１０】
前記ポリウレタン配合物は、有害な有機金属触媒が無いことを特徴とする請求項９に記載のインベストメント鋳造に用いる模型。
【請求項１１】
製造する鋳物と同じ形状を有する反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型であって、
１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の範囲の総模型密度と、表面連結オープンセルが無い円滑な連続成形放し模型表面と、を有する前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成し、
前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型は、多価アルコールストリームとイソシアネートストリームとを反応射出成形することによって製造され、
前記多価アルコールストリームは、ゲル化と架橋を制御する１つ以上の有機触媒と、ウォータブローイング剤と、界面活性剤と、から成る添加剤を含み、
この添加剤は、１０ポンド毎立方フィート（１６０キログラム毎立方メートル）乃至１５ポンド毎立方フィート（２４０キログラム毎立方メートル）の総模型密度を生成すべく協働し、
前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型の周りにシェルモールドを形成し、
シェルモールドクラッキングを伴わずに前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を軟化した後に崩壊して前記シェルモールドから除去するように前記シェルモールドと前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型とを加熱し、
鋳造の鋳型強度を得るべく前記シェルモールドを加熱し、
この焼成したシェルモールド中に溶融金属又は溶融合金を鋳造することから成ることを特徴とするインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【請求項１２】
前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型は、エーロフォイルの形状を有するように形成されたことを特徴とする請求項１１に記載のインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【請求項１３】
前記溶融金属又は溶融合金は、ニッケル基超合金と、コバルト基超合金と、チタンと、チタン合金と、の内の１つから成ることを特徴とする請求項１１に記載のインベストメント鋳造に用いる模型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シェルモールド中に溶融金属と溶融合金を鋳造するインベストメント鋳造模型とその製造方法に関し、特にシェルモールドの形成に使用する一過性の模型とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インベストメント鋳造の周知の「ロストワックス」法においては、鋳造する部品の形状に合わせたダイ中に融解した蝋を射出成形することによって一過性又は使い捨てのワックスパターンを作る。次に、この成形したワックスパターンをセラミックスラリー中に繰り返し浸漬させ、余ったスラリーを流し出し、この模型上に所望の厚さのセラミックシェルモールドが肉盛りするまで粗目のセラミック粒子又はスタッコでまぶすことによって成形ワックスパターンをセラミックシェルモールド中にインベストメントで囲繞する。次に、通常、シェルモールドを加熱して模型を溶出させることによって模型を生シェルモールドから除去してセラミックシェルモールドを残し、次に、このセラミックシェルモールドを高温で焼成し、溶融金属又は溶融合金を鋳造する場合に適した鋳型強度を持たせるようにする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セラミックシェルモールドを作るために「ロストワックス」法を実施する場合、一過性の模型をポリスチレンフォーム又はポリウレタンフォームで形成する試みが行われてきた。但し、ポリスチレンフォーム又はポリウレタンフォームの模型は、模型表面品質と、模型強度と、模型の周りにインベストメントで囲繞したシェルモールドから模型をシェルモールドのクラッキングを伴わずに除去することの困難さと、に係わる模型の一定の欠点により、「ロストワックス」鋳造の大量商業生産において使用されなかった。例えば、失効した米国特許第３  ７４７  ６６３号によって、ポリスチレンフォーム又はポリウレタンフォームの模型は、非円滑なオープンセル表面構造を伴う破損し易い表面を有することが判った。かかる問題を解消するために、この特許では、セラミックシェル中にインベストメントで囲繞する以前に別個の作業で前記模型を薄膜形成ポリマーでコーティングする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述の不都合を除去するために、製造する鋳造品と同じ形状を有する反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型であって、前記模型の下層微小網状構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続成形放し模型表面を有する前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成し、前記模型の周りにシェルモールドを形成し、シェルモールドクラッキングを伴わずに前記模型を前記シェルモールドから選択的に蝋抜きするように前記シェルモールドと前記模型を加熱することから成る、溶融金属又は溶融合金を鋳造することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
この発明は、反応射出成形ポリウレタンフォーム模型によるシェルモールドの製法以外に、このように形成した鋳型／模型も提供するものであり、模型は、模型を表面薄膜又は層でコーティングする必要が無くて「ロストワックス」法の原理でシェルモールドを作る模型を鋳物の大量商業生産に適したものにする模型表面と模型強度とその他の特徴とを有するように配合される。
【０００６】
【実施例】
以下に、この発明の実施例を説明する。
【０００７】
本発明は、金属及び合金の鋳造品の大量商業生産を行うシェルモールドを「ロストワックス」法の原理で作る方法を提供するものである。特に、この発明は、複雑なエーロフォイル形状を有するガスタービンエンジンのブレードとベーン等のニッケル及びコバルトの超合金部品の正確なインベストメント鋳造以外に、チタン及びチタン合金の部品の正確なインベストメント鋳造にも有用であるが、但し、この発明は、この点に限定するものではなく、任意の金属又は合金の鋳造に実施することができる。
【０００８】
この発明の製法の例示的実施例は、製造する鋳造品又は部品と同じ形状を有する反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成することを含む。この模型は、多価アルコールストリームとイソシアネートストリームを混合し、所望の模型形状に対応するように形削りしたダイキャビティを有する射出鋳型に導入するワンステップ反応射出成形（ＲＩＭ）で形成する。
【０００９】
前記模型は、セルフスキニングＲＩＭ熱硬化性剛性ポリウレタンフォーム（エラストマーのポリウレタンフォームと対照的）から作られるとともに、このＲＩＭポリウレタンファームは、複雑なダイの要部の複製たる模型又は鋳型を損傷させずにシェルモールド中にインベストメントで囲繞できるぐらいの剛度又は剛性が得られる約１０ポンド毎立法フィート乃至１５ポンド毎立法フィートの範囲内の総模型密度、更に望ましくは１２ポンド毎立法フィート乃至１５ポンド毎立法フィートの範囲内の総模型密度と、表面連結オープンセルが無く且つ約０．００５インチ乃至０．０１０インチのセルサイズを有する比較的低密度の内部模型微小網状コア構造を被覆する円滑な連続一体の比較的高密度の成形放し外側模型表皮又は表面と、各温度範囲にわたる寸法の安定性と、シェルモールドをクラックさせずに前記模型上に形成したシェルモールドからの無灰の蝋抜きによる除去性と、を有するように配合されている。前記総模型密度は、前記円滑な連続一体成形放し外側模型表皮又は表面と下層微小網状内部コア構造とを含む完全な模型の密度である。前記模型には、ニッケル基超合金やコバルト基超合金等、航空宇宙の超合金の鋳造において存在してはならない有害な又は過度の有機金属触媒が実質的に無い。
【００１０】
例えば、前記ＲＩＭ剛性ポリウレタンフォーム模型は、プレポリマー・イソシアネート・ストリームと多価アルコールストリームを使ってワンステップ反応射出成形（ＲＩＭ）作業で形成し、前記多価アルコールストリームは、ゲル化と架橋を制御する触媒、ウォータブローイング剤、及び界面活性剤等、選択した添加剤を含むとともに、前記添加剤は、約１０ポンド毎立法フィート乃至約１５ポンド毎立法フィートの成形総模型フォーム密度と、円滑な外側模型表皮又は表面と、その他上述した模型の特徴と、を生成すべく協働する。
【００１１】
この発明の特定の好適な実施例において、ポリウレタンフォーム配合物は、この配合物の重量比（ｐｂｗ）で、約２０ｐｂｗ乃至約５０ｐｂｗの量の高分子量ポリエーテル多価アルコールと、約５０ｐｂｗ乃至約８０ｐｂｗの量の低分子量ポリエーテル多価アルコールと、傷が無い円滑な連続模型表面を生成し易くする約５ｐｂｗ乃至約１５ｐｂｗの量のジアミン表皮形成添加剤と、約２．５ｐｂｗ乃至約１０ｐｂｗの量のチェーンイクステンダーと、約１ｐｂｗ乃至約４ｐｂｗの量のウォータブローイング剤と、約１ｐｂｗ乃至約４ｐｂｗの量の非シリコーン界面活性剤と、ブローイング反応を制御する夫々約０．１ｐｂｗ乃至約１．０ｐｂｗの量の第三アミン触媒と約０．０５ｐｂｗ乃至約０．２ｐｂｗの量のアミン触媒と、約０．０１５ｐｂｗ乃至約０．０７５ｐｂｗの量の橋架及びゲル化触媒と、約７９．２３ｐｂｗ乃至約１９０．９６ｐｂｗの量のジイソシアネートと、から成る。イソシアネートインデックスは約１０２乃至約１０５の範囲内になり得る。イソシアネートインデックスは周知であり、反応が発生する前の遊離イソシアネートグループ対イソシアネート反応性グループ（ヒドロキシル、アミン、水）の比率の１００倍に等しい。１００のイソシアネートインデックスは、ヒドロキシル、アミン水素、及び水の当量の総数としてイソシアネートの当量の正確な数字である。以下の配合物において、１０４のイソシアネートインデックスとは、イソシアネート反応性グループの総数（当量の数）を１．０４で乗算することを意味する。
【００１２】
反応射出成形の例示的ポリウレタン配合物は、この配合物の重量比（ｐｂｗ）で以下の通り構成する。即ち、
配合物                            ｐｂｗ          化学的特性
１）ポリエーテル多価アルコール    ３０      ＯＨ＃＝２５、Ｆ＝３、ＭＷ＝６７３０
２）ポリエーテル多価アルコール    ６３      ＯＨ＃＝３６０、Ｆ＝４．５、ＭＷ＝７２５
３）ポリオキシプロピレン・ジアミン    ７    ＭＷ＝４００
４）チェーンイクステンダー      ７．５    ＭＷ＝６２  エチレングリコール
５）水                            ２
６）界面活性剤                    １．５    非シリコン
７）第三アミン触媒                ０．１
８）アミン触媒                    ０．０５３
９）有機錫触媒                    ０．０１８
１０）ジフェニルメタン・ジイソシアネート  １３０．６  ＮＯＣ％＝２９．５、Ｆ＝２．２５、ＭＷ＝３２０
イソシアネートインデックス    １０４
【００１３】
ここで、ＯＨ＃＝ヒドロキシルの数であり、Ｆ＝機能性、ＭＷ＝分子量、及びＮＣＯ％＝活性ＮＣＯ末端基のパーセントである。
【００１４】
多価アルコール成分（１）は、ＢＡＳＦコーポレーション（ＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からプラコール−９７３（Ｐｌｕｒａｃｏｌ−９７３）リキッド多価アルコールとして入手できる。多価アルコール成分（２）は、デュ・ケミカル・カンパニー（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）からボラノール−２４０−３６０（Ｖｏｒａｎｏｌ−２４０−３６０）リキッド多価アルコールとして入手できる。ジアミン表皮形成添加剤（３）は、ハンツマン・ペトロケミカル・コーポレーション（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  ＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からジェファミンＤ−４００（ＪｅｆｆａｍｉｎｅＤ−４００）添加剤として入手できる。この成分は、下層内部模型微小網状コア構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続一体外側模型表皮又は表面の形成を促進させる。エチレングリコールのチェーンイクステンダー成分（４）は、ケミ・セントラル・コーポレーション（Ｃｈｅｍ  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できる。この成分は、模型中の硬質セグメント密度を促進させ、比較的堅固な又は硬質の（比較的高い破壊係数）フォーム構造を生成する。水は、フォーム模型の自由上昇密度を制御する発泡剤として存在し、模型密度を制御する１つのパラメータである。非シリコン界面活性剤は、エアー・プロダクト・アンド・ケミカルズ・インク（Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃ．）からＬＫ−２２１界面活性剤として入手できる。この界面活性剤は、表面張力が比較的低く、ポリウレタンが発泡中に自重を支持することができる。第三アミン触媒は、ＯＳＩプロダクト・スペシャリティズ・インク（ＯＳＩ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ、Ｉｎｃ．）からニアックスＡ−１（Ｎｉａｘ  Ａ−１）として入手でき、ブローイング反応を開始促進させてゲル化反応に対するブローイングを適正な順序で行う。アミン触媒は、エアー・プロダクト・アンド・ケミカルズ・インク（Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃ．）からダブコ−８１５４（Ｄａｂｃｏ−８１５４）触媒として入手でき、また同様にブローイング反応を開始促進させてゲル化反応に対するブローイングを適正な順序で行う。有機錫触媒は、エアー・プロダクト・アンド・ケミカルズ・インク（Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃ．）からダブコＴ−１２（Ｄａｂｃｏ  Ｔ−１２）触媒として入手でき、ブローイング反応と同期しながらゲル反応（橋架）を制御する働きをし、適正な成形を行うようになっている。液体のジフェニルメタン・ジイソシアネートは、ＢＡＳＦコーポレーション（ＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からラプリネートＭＭ−１０３（Ｌｕｐｒｉｎａｔｅ  ＭＭ−１０３）として入手できる。ダブコＴ−１２（Ｄａｂｃｏ  Ｔ−１２）を除く上記触媒は単なる有機体なので、前記模型には、ニッケル基やコバルト基の超合金等、航空宇宙の超合金の鋳造において存在してはならない有害な有機金属触媒が実質的に無い。ダブコＴ−１２（Ｄａｂｃｏ  Ｔ−１２）触媒は錫を含有するが、非常に少ない配合物の量で存在するので、錫のレベルが微量で取るに足らないものと見なされる��
【００１５】
通常、成分（１）乃至成分（９）から成る液体の多価アルコールストリームと、成分（１０）から成る液体のプレポリマー・イソシアネート・ストリームと、を通常のＲＩＭ機の再循環ミックスヘッド中に混合させて、所望の模型形状に合わせて形削りしたキャビティを形成する通常の金属（例えば、アルミニウム又は工具鋼）鋳型の中に、前記ミックスヘッドに対して１０００ポンド毎平方インチ乃至２５００ポンド毎平方インチの範囲内の射出圧力で、且つ、適量の材料をＲＩＭモールドキャビティ中に通常約２秒乃至４秒で調量すべくＲＩＭモールドキャビティに対して毎秒１００グラム乃至４００グラムの流量で、導入する。ＲＩＭモールドの表面仕上げは、ポリウレタンフォーム模型の外側一体表皮又は表面によって緻密に複製されるので、所望の仕上げを模型外側表皮又は表面に付与するように、したがってシェルモールドとこのシェルモールド中で最終的に凝固する鋳物とに付与するように、ＲＩＭモールド表面仕上げを選択することができる。したがって、ＲＩＭモールドの表面仕上げは、シェルモールド中で作られる鋳物の所望の表面仕上げに適合させることができる。
【００１６】
通常、ＲＩＭモールドの見切線は、模型の表面に設けているので、したがって鋳物を臨界表面から離間させている。例えば、エーロフォイル状の模型の場合、ＲＩＭモールドの見切線は、エーロフォイルの凹面又は凸面を通らずに、むしろ、シェルモールド中に模型をインベストメントで囲繞する以前に鋳ばりを取り除くことができるエーロフォイルの後縁を通ることができる。ＲＩＭモールドは、この目的に適するとともに従来既知であるスチール又はアルミニウム又はその他の材料で作ることができる。ハイテック・エンジニアリング・インク（Ｈｉ−Ｔｅｃｈ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｉｎｃ．）からモデルＰＳ−３０として入手できるとともに活性的に加熱／冷却する鋳型の各半分を有するＲＩＭ機は、所望の模型形状を形成すべく多価アルコールストリームとプレポリマー・イソシアネート・ストリームを混合して模型配合物を反応射出成形するために使用することができる。このＲＩＭ機は、セルのサイズと均一性を制御するためにエアーニュークリエータを含む。ＲＩＭモールドは、射出及び模型の成形中、華氏１２０度乃至１８０度の範囲内の温度に保たれる。通常、プライス−ドリスコル・コーポレーション（Ｐｒｉｃｅ−Ｄｒｉｓｃｏｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できるウレタンのパーフィルム（Ｐａｒｆｉｌｍ）等の離型剤を模型の成形前に射出鋳型の表面に塗布する。一般的な模型の射出後の総成形時間は、３分乃至５分の範囲内である。
【００１７】
次に、この成形したポリウレタンフォーム模型は、鋳型の各半分を開いて模型を手動で除去したり又はノックアウトピンで自動的に弾き出したりすることによってＲＩＭモールドから除去する。この模型は、ＲＩＭモールドから除去した後、室温まで冷却させ、その後初めて室温シェルモールディングインベストメント作業を実施する。
【００１８】
通常、この成形した模型は、シェルモールドインベストメント作業の前後に洗浄する必要が無い。所望により、模型を、水溶媒中に希釈クエン酸を含んだり又は溶媒中に希釈ミネラルアルコールを含んだりする場合がある通常の模型洗剤で洗浄することができる。成形放し模型表面は、上述したように、成形放し模型状態において下層内部模型微小網状コア構造の表面連結オープンセルが無い円滑な連続一体外側模型表皮又は表面である。通常、この成形した模型の外側一体表皮又は表面は、厚さが０．００２インチ乃至０．００５インチであるが、但し、この発明は、特定の表皮厚さの値に限定するものではない。
【００１９】
次に、周知の「ロストワックス」法の原理にしたがって、成形したＲＩＭポリウレタンフォーム模型をセラミックスラリー又は耐火性スラリー中に繰り返し浸漬させ、余ったスラリーを流し出し、この模型上に所望の厚さのシェルモールドが肉盛りするまで粗目のセラミック粒子又は耐火性粒子又はスタッコでまぶすことによってこの成形ＲＩＭポリウレタンフォーム模型をセラミックシェルモールド又は耐火性シェルモールド中にインベストメントで囲繞する。初期のセラミックスラリー又は耐火性スラリー及びスタッコによって、溶融超合金を鋳型に鋳込むときにこの溶融超合金と接触するシェルモールドのフェイスコートが形成する。このフェイスコートは、複数のスラリー／スタッコの層から成る。このシェルモールドフェイスコートは、複数のバックアップ層によって支援又は支持されている。ニッケル超合金やコバルト超合金を鋳造するシェルモールドのフェイスコートとバックアップ層は、周知であり、例えば、ここでは教示内容が引用で含まれる米国特許第５  ３３５  ７１７号と米国特許第５  ２９７  ６１５号に記述している。チタンとチタン合金を鋳造するシェルモールドの鋳型フェイスコートとバックアップ層は、ここでは教示内容が引用で含まれる米国特許第４  ７０３８０６号に記述している。このシェルモールドを形成するために選択した特定のフェイスコートとバックアップ層は、本発明の一部を構成するものではない。当業者には、上述したようにシェルモールドのフェイスコートとバックアップ層が鋳型中に鋳造する溶融金属又は溶融合金によってばらつくことがあるということが正しく認識できるであろう。
【００２０】
シェルモールドを所望の生（非焼成）シェルモールド壁厚に合わせて形成した後、通常、模型が内在するシェルモールドをオーブンや炉又はその他の加熱装置中で加熱させることによって模型を生シェルモールドから選択的に蝋抜きする。このシェルモールド／模型のアセンブリは、生シェルモールドをクラッキングさせずにＲＩＭポリウレタンフォーム模型を選択的に蝋抜きするために、空気中で華氏８００度乃至１６００度の範囲内で加熱することができる。この模型は、華氏約４５０度で軟化し始めて、更に加熱すると崩壊する。この模型は、熱硬化性ポリウレタンフォームが液体に位相変化せずに蝋抜きされ、生シェルモールドをクラッキングさせないようにしている。有利なことに、この模型は、模型分解でシェルモールド中に残った灰が実質的に零の状態で蝋抜きすることができる。したがって、この発明は、シェルモールドをクラッキングさせずに模型を生シェルモールドから容易に無灰で除去する機能がある。模型が内在する生シェルモールドは、例えば以下の実例に記載したように、模型蝋抜き作業の前に、高い気体（例えば、空気）の圧力と、高温度と、でオプションの等方気体圧力処理を施すことができる。模型除去の後、通常、シェルモールドを高温で予熱又は焼成するが、この高温度は、溶融金属又は溶融合金を鋳型中に鋳造する場合に適したシェルモールド強度を持たせるために、鋳型を製作するために使用する特定のセラミック又は耐火物に適合させたものである。ニッケル基又はコバルト基の超合金を鋳造するシェルモールドの焼成のパラメータは、ここでは引用で含まれる上記引用の特許に記載している。
【００２１】
実例
次の実例は、例示目的で説明するが、これに限定するものではない。上記配合物のＲＩＭポリウレタンフォーム模型を、ターボジェネレータホイールの形状を有するように放電加工（ＥＤＭ）して研磨した鋼鉄のＲＩＭモールド中に成形した。この模型は、次のＲＩＭパラメータ、即ち、２０００ポンド毎平方インチの混合圧力と、毎秒２００グラムの流量と、０．２秒のショットタイムと、華氏１２０との鋳型温度と、上述したパーフィルム（Ｐａｒｆｉｌｍ）から成る離型剤と、で作った。この成形した模型は、約１５ポンド毎立法フィートの総密度と、微小網状コアに重置した傷の無い円滑な一体外側表皮又は表面と、を有した。この模型を「ロストワックス」法の技法（即ち、セラミックスラリー中に繰り返し浸漬し、スラリーを流し出し、スタッコでまぶす）でセラミックシェルモールド中に洗浄せずにそのままインベストメントで囲繞し、シェルモールドが、コバルトアルミン酸塩核形成フェイスコートと、アルミナとジルコンから成るバックアップ層と、を有するようにした。生シェルモールドは、最大略０．５インチの壁厚を有した。模型を内在する生シェルモールドに５００ポンド毎平方インチの等方気体（例えば空気）圧力を華氏４００度で３０分間施した。次に、シェルモールド中に存在する灰が零の状態で且つ生シェルモールドをクラッキングさせないで模型を蝋抜きするために、このモールド／模型をボックス炉の中の空気中で華氏１６００度まで６０分間加熱した。次に、溶融ニッケル基超合金の鋳造を準備するために、生シェルモールドを最高華氏２２００度で３時間予熱した。次に、シェルモールドを作るために使用する一過性の模型の形状を有する１つ以上の鋳造品を形成するために、この焼成したシェルモールドに溶融金属又は溶融合金を通常の鋳込み技法で注湯することができる。ニッケル基又はコバルト基の超合金又はチタン合金をシェルモールドに注湯することは、ここでは引用で含まれる前記引用の特許に記載している。
【００２２】
ポリウレタンフォーム模型及びこの模型でこのように製造したシェルモールドは、複雑又は単純なエーロフォイル形状を有するニッケル基又はコバルト基超合金のガスタービンエンジンブレード又はベーンと、チタンの金属と合金の部品と、を鋳造する際に特に有用である。エーロフォイルの鋳物は、特定の用途に応じて、等軸柱状晶又は単結晶の微小構造を有するように鋳造することができる。但し、この発明は、特定の鋳造技法又は鋳造される特定の金属又は合金に限定するものではない。
【００２３】
即ち、この実施例においては、反応射出成形ポリウレタンフォーム模型によるシェルモールドの製法以外に、このように形成した鋳型／模型も提供するものであり、前記模型は、模型を表面薄膜又は層でコーティングする必要が無くて「ロストワックス」法の原理でシェルモールドを作る模型を鋳物の大量商業生産に適したものにする模型表面と模型強度とその他の特徴とを有するように配合される。
【００２４】
本発明は、製造する鋳物と同じ形状を有する熱崩壊性で低密度の反応射出成形（ＲＩＭ）熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成することによって溶融金属又は溶融合金を鋳造するシェルモールドの製法を提供する。前記模型は、複雑なダイの要部の複製たる前記模型を損傷させずにシェルモールド中にインベストメントで囲繞できるぐらいの剛度又は剛性が得られる約１０ポンド毎立法フィート乃至１５ポンド毎立法フィートの範囲内の総模型密度と、下層模型内部微小網状コア構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続一体成形放し外側模型表皮又は表面と、各温度範囲にわたる寸法の安定性と、シェルモールドをクラックさせずに前記模型上に形成した前記シェルモールドからの無灰の蝋抜きによる除去性と、を有するように配合されることが望ましい。前記模型には、ニッケル其とコバルト基の超合金等、航空宇宙の超合金の鋳造において存在してはならない有機金属触媒が無い。次に、前記模型をセラミックシェルモールド又は耐火性シェルモールド中にインベストメントで囲繞し、前記模型上に界面ポリマー又はその他の薄膜は不要である。
【００２５】
この発明の実施例において、前記ＲＩＭポリウレタンフォーム模型は、特定の添加剤を有する多価アルコールストリームと、所望の模型形状に合わせて形削りしたダイキャビティを有する射出鋳型中にポリウレタンフォームを形成するプレポリマー・イソシアネート・ストリームと、を使ってワンステップ反応射出成形作業で形成する。前記多価アルコールストリームは、ゲル化と架橋を制御する有機触媒、ウォータブローイング剤、及び界面活性剤等、選択した添加剤を含むとともに、前記添加剤は、約１０ポンド毎立法フィート乃至約１５ポンド毎立法フィートの成形総模型密度と、円滑な模型表皮又は表面と、を生成すべく協働する。
【００２６】
この発明の特定の実施例において、模型配合物は、この配合物の重量比（ｐｂｗ）で、約２０ｐｂｗ乃至約５０ｐｂｗの量の高分子量ポリエーテル多価アルコールと、約５０ｐｂｗ乃至約８０ｐｂｗの量の低分子量ポリエーテル多価アルコールと、傷が無い円滑な連続模型表面を生成し易くする約５ｐｂｗ乃至約１５ｐｂｗの量のジアミン表皮形成添加剤と、約２．５ｐｂｗ乃至約１０ｐｂｗの量のチェーンイクステンダーと、約１ｐｂｗ乃至約４ｐｂｗの量のウォータブローイング剤と、約１ｐｂｗ乃至約４ｐｂｗの量の非シリコーン界面活性剤と、ブローイング反応を制御する夫々約０．１ｐｂｗ乃至約１．０ｐｂｗの量の第三アミン触媒と約０．０５ｐｂｗ乃至約０．２ｐｂｗの量のアミン触媒と、約０．０１５ｐｂｗ乃至約０．０７５ｐｂｗの量の架橋及びゲル化触媒と、１０２乃至１０５のイソシアネートインデックスを有する約７９．２３ｐｂｗ乃至約１９０．９６ｐｂｗの量のジイソシアネートと、から実質的に成る。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細な説明から明らかなようにこの発明によれば、製造する鋳造品と同じ形状を有する反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型であって、前記模型の下層微小網状構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続成形放し模型表面を有する前記反応射出成形熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成し、前記模型の周りにシェルモールドを形成し、シェルモールドクラッキングを伴わずに前記模型を前記シェルモールドから選択的に蝋抜きするように前記シェルモールドと前記模型を加熱することから成る、溶融金属又は溶融合金を鋳造することにより製造する鋳物と同じ形状を有する熱崩壊性で低密度の反応射出成形（ＲＩＭ）熱硬化性ポリウレタンフォーム模型を形成することによって溶融金属又は溶融合金を鋳造するシェルモールドの製法を提供し、模型は、複雑なダイの要部の複製たる模型を損傷させずにシェルモールド中にインベストメントで囲繞できるぐらいの剛度又は剛性が得られる約１０ポンド毎立法フィート乃至１５ポンド毎立法フィートの範囲内の総模型密度と、下層模型内部微小網状コア構造に表面連結オープンセルが無い円滑な連続一体成形放し外側模型表皮又は表面と、各温度範囲にわたる寸法の安定性と、シェルモールドをクラックさせずに模型上に形成したシェルモールドからの無灰の蝋抜きによる除去性と、を有するように配合されることが望ましい。模型には、ニッケル其とコバルト基の超合金等、航空宇宙の超合金の鋳造において存在してはならない有機金属触媒が無い。次に、模型をセラミックシェルモールド又は耐火性シェルモールド中にインベストメントで囲繞し、模型上に界面ポリマー又はその他の薄膜は不要である。