(57)【要約】  内側ライナインサート（１２）を備え、内側ライナインサートは、ダイハウジング（１６）を再加工しなくても内側ライナインサート（１２）を変更することにより容易に変更されるシステム（１０）により製作される構成要素（１４）を構成することを可能にする、ハイブリッドダイカストシステム（１０）が開示される。システム（１０）により製作される構成要素（１４）の外側面（１８）の構成を変更するために、内側ライナインサート（１２）を取り外して交換するだけでよいので、ダイを再加工しなければならなかった従来のシステムと比べてコスト削減が著しい。システム（１０）は、鋳造品の凝固率および冷却率のコントロールにより鋳造プロセスをコントロールするためのダイ冷却システム（２０）を有してよい。局所的な加熱および冷却は、微細構造をコントロールするため、型充填を向上させるため、かつ孔などの鋳造欠陥を低減するために用いられてよい。
2017534459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッドダイカストシステム（１０）であって、
少なくとも１つの内室（２２）を有するダイハウジング（１６）と、
前記ダイハウジング（１６）の少なくとも１つの前記内室（２２）内に配置された少なくとも１つの内側ライナ（１２）であって、構成要素（１４）の外側面（１８）を成形するのに使用される境界を画定する内側面（２４）を有する、内側ライナ（１２）と、
を備えることを特徴とする、ハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項２】
少なくとも１つの前記内側ライナ（１２）の前記内側面（２４）は、ガスタービンエンジンの前記構成要素（１４）を成形するように構成される、請求項１記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項３】
少なくとも１つの前記内側ライナ（１２）の前記内側面（２４）は、ガスタービンエンジンに使用可能な翼（２８）を成形するように構成される、請求項１記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項４】
少なくとも１つの前記内側ライナ（１２）と、前記ダイハウジング（１６）における少なくとも１つの前記内室（２２）の内側面（３２）との間に配置された少なくとも１つの中間ライナ（３０）をさらに備える、請求項１記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項５】
前記中間ライナ（３０）は、膨張差が生じることを可能にする少なくとも１つの適合する材料から成る、請求項４記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項６】
前記ダイハウジング（１６）の少なくとも１つの前記内室（２２）内に配置された少なくとも１つの鋳造中子（６１）をさらに備える、請求項１記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項７】
少なくとも１つの冷却通路（３８）から形成された少なくとも１つのダイ冷却システム（２０）をさらに備える、請求項１記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項８】
少なくとも１つの前記ダイ冷却システム（２０）は、少なくとも１つの前記内側ライナ（１２）内に配置された少なくとも１つの蛇行状の冷却通路（３８）から形成されている、請求項７記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項９】
前記ダイ冷却システム（２０）は、複数の前記冷却通路（３８）の入口（４４）と流体連通された少なくとも１つの冷却流体供給マニホルド（４２）と、複数の前記冷却通路（３８）の出口（４８）と流体連通された少なくとも１つの冷却流体捕集マニホルド（４６）とをさらに有する、請求項７記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項１０】
前記ダイ冷却システム（２０）は、前記ダイ冷却システム（２０）を通る冷却流体の流れをコントロールするための少なくとも１つの弁（５０）をさらに有する、請求項７記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【請求項１１】
前記ダイハウジング（１６）内に配置された少なくとも１つの加熱通路（５２）から形成された少なくとも１つのダイ加熱システム（３６）をさらに備える、請求項１記載のハイブリッドダイカストシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にダイカストシステムに関し、より詳細には、タービンエンジンに使用可能なタービン翼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル基超合金などの高温材料にダイカストプロセスを使用することは困難であるので、ダイカストは、従来では、非鉄合金の鋳造に限定されている。ダイカストプロセスでは、溶融金属が、高圧を加えて型内に圧入されてよい。このプロセスは、通常は、ダイの製造に関係する初期資本投資額が高いので、大量生産に用いられる。たいてい、ダイカスト製品は、亜鉛、アルミニウムおよびマグネシウムなどの非鉄合金から成る。ダイカストは、寸法的に一定の部品を生産することができる。
【０００３】
ロストワックスプロセスを使用するインベストメント鋳造は、通常は、ニッケル基超合金などの高温材料から成るタービン構成要素を製造するために用いられる。インベストメント鋳造は、多くの場合、ブレード、ベーンおよびリングセグメントなどの構成要素を成形するのに使用される。インベストメント鋳造は、従来のダイカストでは不可能であった複雑な形状の鋳造を可能にする、融通の利くプロセスである。内部のキャビティが、インベストメント鋳造プロセスによる中子の使用によりタービン構成要素内に組み込まれてよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ハイブリッドダイカストシステムであって、内側ライナインサートを備え、内側ライナインサートは、ダイハウジングを再加工しなくても内側ライナインサートを変更することにより容易に変更されるこのシステムにより製作される構成要素を構成することを可能にする、ハイブリッドダイカストシステムが開示されている。システムにより製作される構成要素の外側面の構成を変更するために、内側ライナインサートを取り外して交換するだけでよいので、ダイを再加工しなければならなかった従来のシステムと比べてコスト削減が著しい。システムは、鋳造品の凝固率および冷却率のコントロールにより鋳造プロセスをコントロールするためのダイ冷却システムを有していてもよい。局所的な加熱および冷却は、微細構造をコントロールするため、型充填を向上させるため、かつ孔などの鋳造欠陥を低減するために用いられてよい。
【０００５】
少なくとも１つの実施の形態では、ハイブリッドダイカストシステムは、ダイハウジングを有してよい。ダイハウジングは、１つまたは複数の内室と、ハウジングの内室内に配置された１つまたは複数の内側ライナとを有する。内側ライナは、構成要素の外側面を成形するのに使用される境界を画定する内側面を有してよい。少なくとも１つの実施の形態では、内側ライナの内側面は、ガスタービンエンジンの構成要素を成形するように構成されてよい。さらに別の実施の形態では、内側ライナの内側面は、ガスタービンエンジンに使用可能な翼を成形するように構成されてよい。ハイブリッドダイカストシステムは、翼内に内部冷却システムを形成するためにダイハウジングの内室内に配置された１つまたは複数の鋳造中子を有してよい。ハイブリッドダイカストシステムは、ダイハウジングにおいて内側ライナと内室の内側面との間に配置された１つまたは複数の中間ライナを有していてもよい。中間ライナは、膨張差が生じることを可能にする１つまたは複数の適合する材料から成ってよい。
【０００６】
ハイブリッドダイカストシステムは、内側ライナ内に配置された１つまたは複数の蛇行状の冷却通路から形成される１つまたは複数のダイ冷却システムを有していてもよい。ダイ冷却システムは、複数の冷却通路の入口と流体連通された１つまたは複数の冷却流体供給マニホルドと、複数の冷却通路の出口と流体連通された１つまたは複数の冷却流体捕集マニホルドとを有してよい。ダイ冷却システムは、ダイ冷却システムを通る冷却流体の流れをコントロールするための１つまたは複数の弁を有していてもよい。ハイブリッドダイカストシステムは、ダイハウジング内に配置された１つまたは複数の加熱通路から形成された１つまたは複数の加熱システムを有していてもよい。
【０００７】
ガスタービンエンジンの構成要素を成形する方法が開示されている。方法は、ダイハウジングの内室内に１つまたは複数の鋳造中子を配置することを含んでよく、ダイハウジングは、少なくとも１つの内室と、ダイハウジングの内室内に配置された少なくとも１つの内側ライナとを有し、内側ライナは、構成要素の外側面を成形するのに使用される境界を画定する内側面を有してよい。方法は、内側ライナの内側面により画定されたハウジングの内室内へ溶融金属を注入することを含んでもよい。方法は、少なくとも１つのダイ冷却システムを介して鋳造品の凝固率および冷却率をコントロールすることを含んでもよい。このダイ冷却システムは、内側ライナ内に配置された１つまたは複数の蛇行状の冷却通路から形成され、複数の冷却通路の入口と流体連通された１つまたは複数の冷却流体供給マニホルドと、複数の冷却通路の出口と流体連通された１つまたは複数の冷却流体捕集マニホルドと、ダイ冷却システムを通る冷却流体の流れをコントロールするための少なくとも１つの弁とを有する。
【０００８】
ハイブリッドダイカストシステムの利点によれば、システムにより製作される構成要素の外側面の構成を変更するために、内側ライナインサートを取り外して交換するだけでよいので、ダイを再加工しなければならなかった従来のシステムと比べて著しいコスト削減が得られる。
【０００９】
ハイブリッドダイカストシステムの別の利点によれば、ダイ冷却システムおよびダイ加熱システムは、鋳造品構成要素の凝固率および冷却率をコントロールするために用いられてよく、局所的な加熱および冷却は、微細構造をコントロールするため、型充填を向上させるため、かつ孔などの鋳造欠陥を低減するために用いられてよい。
【００１０】
ハイブリッドダイカストシステムのさらに別の利点によれば、ダイ冷却システムおよび加熱システムは、鋳造品構成要素の所定の箇所、特に他の場合には型充填が困難であり得る領域で、溶融合金を保持するために使用されてよい。
【００１１】
ハイブリッドダイカストシステムの別の利点によれば、ハイブリッドダイカストシステムの使用により、従来の鋳造プロセスでシェルを形成するのに必要とされた時間および手間が低減されるであろう。
【００１２】
以下、これらの実施の形態および他の実施の形態を、より詳細に説明する。
【００１３】
明細書に組み込まれていて、明細書の一部を成している添付の図面は、ここに開示される発明の実施の形態を示していて、説明と相俟って、発明の原理を開示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ハイブリッドダイカストシステムの横断面図である。
【図２】ハイブリッドダイカストシステムのダイ冷却システムおよび加熱システムの横断面図である。
【図３】ハイブリッドダイカストシステムのダイ冷却システムおよび加熱システムの別の実施の形態の横断面図である。
【図４】ガスタービンに使用可能な翼の斜視図である。
【図５】図４の５−５線に沿った、図４に示した翼の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図５に示されているように、ハイブリッドダイカストシステム１０が開示されている。ハイブリッドダイカストシステム１０は、内側ライナインサート１２を有し、内側ライナインサート１２は、ダイハウジング１６を再加工しなくても内側ライナインサート１２を変更することにより容易に変更されるシステム１０により製造される構成要素１４を構成することを可能にする。システム１０により製造される構成要素１４の外側面１８の構成を変更するために、内側ライナインサート１２を取り外して交換するだけでよいので、ダイを再加工しなければならなかった従来のシステムと比べてコスト削減が著しい。システム１０は、鋳造品の凝固率および冷却率のコントロールにより鋳造プロセスをコントロールするためのダイ冷却システム２０を有してよい。局所的な加熱および冷却は、微細構造をコントロールするため、型充填を向上させるため、かつ孔などの鋳造欠陥を低減するために用いられてよい。
【００１６】
少なくとも１つの実施の態様では、ハイブリッドダイカストシステム１０は、ダイハウジング１６を有してよい。ダイハウジング１６は、少なくとも１つの内室２２と、ダイハウジング１６において内室２２内に配置された１つまたは複数の内側ライナ１２とを有する。内側ライナ１２は、構成要素１４の外側面１８を成形するのに使用される境界を画定する内側面２４を有してよい。１つまたは複数の内側ライナ１２が、ダイハウジング１６の内室２２内に配置されてよいので、内側ライナ１２は、構成要素１４の外側面１８を成形するのに使用される境界を画定する内側面２４を有してよい。少なくとも１つの実施の形態では、内側ライナ１２の内側面２４は、図４および図５に示されたように、ガスタービンエンジンの構成要素１４を成形するように構成されてよい。さらに別の実施の形態では、内側ライナ１２の内側面２４は、ガスタービンエンジンに使用可能な翼２８を成形するように構成されてよい。翼２８は、後縁６４とは反対の側に、凹状の正圧面（pressure side）６６と凸状の負圧面（suction side）６８とにより隔てられた前縁６２を有する、全体として細長い（generally elongated）中空の翼６０から形成されてよい。１つまたは複数の鋳造中子６１が、翼２８に内部冷却システムの１つまたは複数の通路を形成するために、ダイハウジング１６の内室２２内に配置されてよい。少なくとも１つの実施の形態では、図１に示すように、ダイハウジング１６は、第１のダイサブハウジング５６と第２のダイサブハウジング５８とから形成されてよい。
【００１７】
少なくとも１つの実施の形態では、内側ライナ１２は、少なくとも部分的に１つまたは複数の種類のセラミック材料から成ってよい。セラミックライナ１２は、シェルを形成してよく、シェルは、引張−面制限に起因して従来のダイカストでは不可能であった鋳造品における特徴を製作するように使用されてよい。セラミックライナ１２は、フレキシブルシリコーン技術などであるがこれに限定されないあらゆる適切な方法で、または、３次元プリンティングもしくは選択的レーザ溶接などであるがこれに限定されない追加的な製造プロセスで形成されてよい。セラミックライナ１２の内側面２４の構成は、ダイハウジング１６を再加工しなくてもハイブリッドダイカストシステム１０内で成形される構成要素１４の外側面１８の構成を変更するために、変更されてよい。したがって、著しいコスト削減が実現されている。さらに、セラミックライナ１２は、ライナ１２の内室２２内で構成要素１４を成形するのに使用される溶融金属の間にバリヤを提供してもよく、したがって、鋳造プロセスの間、溶融金属がダイハウジング１６に接触することが阻止されている。
【００１８】
少なくとも１つの実施の形態では、ハイブリッドダイカストシステム１０は、ハウジング１６において内側ライナ１２と内室２２の内側面３２との間に配置された１つまたは複数の中間ライナ３０を有してよい。中間ライナ３０は、膨張差が生じることを可能にする１つまたは複数の適合する材料から成ってよい。中間ライナ３０は、ハウジング１６と内側ライナ１２との間のあらゆる寸法的な不一致に対応することができる。少なくとも１つの態様では、中間層３０は、未焼成のセラミック、つまり未加工状態から形成されてよい。
【００１９】
ハイブリッドダイカストシステム１０は、鋳造プロセスをコントロールするために、１つまたは複数の冷却通路３８から形成された１つまたは複数のダイ冷却システム２０、１つまたは複数の加熱システム３６、またはその両方を有していてもよい。加熱システム３６および冷却システム２０は、鋳造品構成要素１４の凝固率および冷却率をコントロールするために用いられてよい。局所的な加熱および冷却は、微細構造をコントロールするため、型充填を向上させるため、かつ孔などの鋳造欠陥を低減するために用いられてよい。加熱システム３６および冷却システム２０は、鋳造品構成要素１４の所定の箇所、特に他の場合には型充填が困難である領域で、溶融合金を保持するために使用されてよい。冷却システム２０は、埋め込まれた冷却通路３８を介してハイブリッドダイカストシステム１０に冷却を提供するように構成されてよい。冷却システム２０内で使用される冷却流体は、気体、たとえば空気もしくは他の不活性ガス、または液体、たとえば水、油、ポリマー溶液、溶融塩、またはアルミニウムもしくはスズなどの液体金属であってよいが、これに限定されない。加熱システム３６および冷却システム２０は、方向性凝固を促進するために、ハイブリッドダイカストシステム１０内で温度勾配を形成するように使用されてよい。
【００２０】
少なくとも１つの実施の形態では、ダイ冷却システム２０は、内側ライナ１２内に配置された１つまたは複数の蛇行状の冷却通路３８から形成されてよい。１つの冷却通路３８は、ライナ１２と１つまたは複数の中間ライナ３０との間の境目４０に配置されてよい、ライナ１２と、ダイハウジング１６において内室２２を画定する内側面３２との間に配置されてよい、内側ライナ１２内に配置されてよい、ダイハウジング１６内に配置されてよい、中間ライナ３０内に配置されてよい、または、これらのあらゆる組み合わせであってもよい。別の実施の形態では、ダイ冷却システム２０は、複数の冷却通路３８の入口４４と流体連通された１つまたは複数の冷却流体供給マニホルド４２と、複数の冷却通路３８の出口４８と流体連通された１つまたは複数の冷却流体捕集マニホルド４６とを有してよい。１つまたは複数の冷却回路が、ダイ冷却システム２０内に形成されてよい。少なくとも１つの実施の形態では、複数の冷却回路が、ダイ冷却システム２０内に形成されてよい。ダイ冷却システム２０は、ダイ冷却システム２０を通る、特に複数の冷却回路を通る冷却流体の流れをコントロールするために、１つまたは複数の弁５０を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、ダイ冷却システム２０は、冷却流体が液体金属の凝固箇所に従って移動することを可能にするように、冷却システム２０をコントロールして、冷却流体のオンオフ切換を行うように構成された複数の弁を有してよい。ダイ冷却システム２０は、１つまたは複数のチルプレート５４を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、チルプレート５４は、ハウジング１６内に配置されてよい。
【００２１】
ハイブリッドダイカストシステム１０は、ダイハウジング１６内に配置された１つまたは複数の加熱通路５２から形成される１つまたは複数のダイ加熱システム３６を有していてもよい。加熱システム３６は、電気抵抗加熱要素５４を有してよい。電気抵抗加熱要素５４は、少なくとも１つの実施の形態では、要所に設置された誘導コイル５４またはその他の適切な熱源であってよい。加熱通路５２などであるがこれに限定されない加熱システム３６の１つまたは複数の態様は、ライナ１２と１つまたは複数の中間ライナ３０との間の境目４０に配置されてよい、ライナ１２と、ダイハウジング１６において内室２２を画定する内側面３２との間に配置されてよい、内側ライナ１２内に配置されてよい、ダイハウジング１６内に配置されてよい、中間ライナ３０内に配置されてよい、または、これらのあらゆる組み合わせであってもよい。図３に示されているように、ハイブリッドダイカストシステム１０は、温度場を移動させるために、より具体的には、加熱システム３６とともにダイ冷却システム２０を有する複数の回路を使用することにより結晶成長を得るために、ダイ冷却システム２０と加熱システム３６とを有してよい。
【００２２】
ハイブリッドダイカストシステム１０は、様々な方法で使用されてよい。少なくとも１つの実施の形態では、ハイブリッドダイカストシステム１０は、ダイハウジング１６の少なくとも１つの内室２２に１つまたは複数の鋳造中子６１を配置することを含む、ガスタービンエンジンの構成要素１４を成形する方法に使用されてよく、これにより、ダイハウジング１６は、１つまたは複数の内室２２と、ダイハウジング１６の内室２２内に配置された１つまたは複数の内側ライナ１２とを有してよい。内側ライナ１２は、構成要素１４の外側面１８を成形するのに使用される境界を画定する内側面２４を有してよい。方法は、内側ライナ１２の内側面２４により画定されるダイハウジング１６の内室２２内へ溶融金属を注入することを含んでもよい。方法は、１つまたは複数のダイ冷却システム２０を介して鋳造品の凝固率および冷却率をコントロールすることを含んでもよい。このダイ冷却システム２０は、内側ライナ１２内に配置された少なくとも１つの蛇行状の冷却通路３８と、複数の冷却通路３８の入口４４と流体連通された１つまたは複数の冷却流体供給マニホルド４２と、複数の冷却通路３８の出口４８と流体連通された少なくとも１つの冷却流体捕集マニホルド４６と、ダイ冷却システム２０を通る冷却流体の流れをコントロールするための少なくとも１つの弁５０とから成る。
【００２３】
前述の内容は、本発明の実施の形態の図示、説明および記述を目的として提供されている。これらの実施の形態に関する変更および適応は、当業者には明らかであり、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成され得るであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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