(57)【要約】【課題】本発明は、焼成中にコアセッターが変形することにより発生するコアの外形寸法のバラツキを抑制する利点を有し、特にタービンブレードおよびタービンベーンといった中空の翼形状の鋳造物を鋳造するために使用される、薄い複雑な翼形状のコアに対して有利な、セラミック鋳造コアの焼成に用いられる装置および方法を実現することを目的とする。【解決手段】本発明のセラミック鋳造コアの焼成に用いられる装置および方法は、サガーと当該サガー内に置かれるコアセッター挿入物と、を含む。コアセッター挿入物はサガーの底壁上の耐熱性の粒状グロッグのベッドまたは支持体上に置くことができる。コアセッター挿入物はコア受面を有し、この受面は中空の翼鋳造物の鋳造に使用される翼形状のセラミック鋳造コアを受けるために翼形状であってもよい。【選択図】  図１
2009136922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サガーと、該サガー内に置かれ、コア受面を有するコアセッター挿入物と、を備えることを特徴とする、セラミック鋳造コアの焼成に用いられる装置。
【請求項２】
前記サガーの底壁に置かれた耐熱性の粒状グロッグのベッドまたは耐熱性の支持体を含み、前記コアセッター挿入物は、前記グロッグのベッドまたは支持体上に置かれていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コア受面は翼形状であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コア受面上に置かれた翼形状のコアをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記サガーの前記底壁に、コア除去ピンを受け入れる開口部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
焼成のために、未焼成のセラミック鋳造コアを支持する方法であって、耐熱性サガー内に置かれたコアセッター挿入物上に未焼成のセラミック鋳造コアを置くステップを備えることを特徴とする、セラミック鋳造コアの焼成に用いられる方法。
【請求項７】
前記サガーの底壁上に置かれた耐熱性の粒状グロッグのベッドまたは耐熱性の支持体上に前記コアセッター挿入物を置くことを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複数のサガーを相互に積み重ねることを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記サガーは、該サガーの下に積み重ねられた他のサガーの側壁の上に積み重ねられることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コアセッター挿入物はコア受面を含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記コア受面は翼形状であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
翼形状のコアが前記コア受面上に置かれることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熔融金属材料の鋳造に使用される１つまたは複数のセラミックコアの焼成（焼結）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの製造会社のほとんどは、より優れたエンジン推力を許容し、翼の十分な耐用期間を実現するために、翼の内部冷却の効率を高める複雑な空気冷却チャネルを含む最新のインベストメント鋳造タービン翼（ａｉｒｆｏｉｌ）（すなわちタービンブレード（ｂｒａｄｅ）またはベーン（ｖａｎｅ））を評価している。内部冷却通路は、セラミックシェル金型（この金型内で熔融金属がコア周りに鋳造される）内に配置される１つまたは複数の薄い翼形状のセラミックコアを使用して、鋳造翼内に形成される。熔融金属が固化した後、金型およびコアが除去されると、コアがそれまで存在していた部分に１つまたは複数の内部通路を有する鋳造翼が残る。
【０００３】
セラミックコアは典型的には、セラミック粉末、結合剤および各種の添加剤を含む可塑性セラミック複合体を使用して作製される。セラミック複合体は、射出成形されるか、トランスファー成形されるか、またはコアのダイスまたは金型に高温度で注入される。未焼結（未焼成）のコアは、ダイスまたは金型から除去されると、典型的には、周囲温度に冷却するために剛性セラミックセッター上に置かれ、その後コアの仕上げおよび測定を行い、高い焼結温度で焼成する。未焼結のセラミックコアは、１つまたは複数の工程において高い（周囲温度以上の）温度でセラミックのコアセッター上で焼成され、ニッケル基またはコバルト基超合金といった金属材料の鋳造に用いられるコアを焼結および強化する。
【０００４】
米国特許第６４０３０２０号明細書は焼成中に剛性コアセッター上に配置される未焼結のセラミックコアを開示している。米国特許第５０１４７６３号明細書および６３４７６６０号明細書は焼成中に上部セッターと底部セッターと間に配置される未焼結のセラミックコアを開示している。セッター外形が変形すると、セッター上のセラミックコアの焼成中に達成できる寸法公差に悪影響を与える可能性があることから、焼成中は、剛性コアセッターを使用してセラミックコアの寸法公差を維持する。例えば、セッター外形が変形すると、未焼成のセラミックは、その生産工程中において順に生産されるセラミックコアのそれぞれの寸法にバラツキが生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６４０３０２０号明細書
【特許文献２】米国特許第５０１４７６３号明細書
【特許文献３】米国特許第６３４７６６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実際には、複数のセラミックセッターを相互に積み重ねて、複数のセラミックコアを同時に焼成することができる。焼成温度が華氏３０００度（摂氏１６４８．９度）の領域である場合、セラミックセッターは時間経過とともに継続的に変形する可能性があり、各セッターの重量は積み重ねられて増加する。セラミックセッターが変形すると、コア外形の寸法にバラツキが発生する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、セラミック鋳造コアの焼成に用いられる装置であって、サガー（ｓａｇｇａｒ）と、当該サガー内に置かれ、コア受面を有するコアセッター挿入物と、を含む装置を提供する。
本発明の例示的な実施形態では、装置はさらに、サガーの底壁上に置かれる耐熱性の粒状グロッグのベッドを含み、焼成（焼結）中は、コアセッター挿入物はグロッグのベッド上に置かれる。
本発明の別の例示的な実施形態では、装置はさらに、サガーの底壁上に置かれ、直立する耐熱性の支持体を含み、焼成中は、コアセッター挿入物は支持体上に置かれる。
本発明のさらに別の例示的な実施形態では、コア受面は翼形状である。翼形状のコアは焼成のためにコア受面上に置かれる。
本発明のさらに別の例示的な実施形態では、サガーの底壁に、コア除去ピンを受け入れるための開口部を含む。
本発明の方法の実施形態には、コアセッター挿入物／コアを内部に有するサガーを積み重ねることと、その後、積み重ねられたセッター内のコアセッター挿入物上に置かれたセラミックコアを焼成することと、を含む。サガーは、そのサガーの下に積み重ねられた他のサガーの側壁の上に積み重ねられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、焼成中にコアセッターが変形することにより発生するコアの外形寸法のバラツキを抑制する利点を有し、これは、特にタービンブレードおよびタービンベーンといった中空の翼形状の鋳造物を鋳造するために使用される、薄い複雑な翼形状のコアに対して有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】サガーの斜視図である。（実施例）
【図２】サガーの断面図であり、破線はサガーの直立する側壁の形成される内面を表すために使用され、底壁は側壁にすみ肉接合で接合されるものとして示されている。（実施例）
【図３】翼形状で上向きのコア受面と、ベース部とを有するように図示されている、コアセッター挿入物の斜視図である。（実施例）
【図４】本発明の実施形態による装置を、部分的に断面で示す斜視図であり、コアセッター挿入物はサガー内の耐熱性の粒状グロッグのベッド上に置かれている。（実施例）
【図５】本発明の別の実施形態による装置の断面図であり、コアセッター挿入物はサガーの底壁上の耐熱性支持体上に置かれ、コア除去ピンは底壁の開口部を通って移動できる。（実施例）
【図６】翼形状を有する例示的なセラミックコアの部分斜視図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の上述および他の利点は、添付図面を用いる以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
【実施例】
【００１１】
本発明は、図６に示される翼形状のセラミック鋳造コアＣの焼成に用いられる装置／方法に関して例示的に説明することを目的として、以下に開示される。このようなセラミック鋳造コアは、１つまたは複数の内部冷却通路を有するタービンのブレードおよびベーンといった、中空の翼鋳造物の鋳造に使用され、米国特許第５０１４７６３号明細書および６３４７６６０号明細書に開示されている。これら特許の内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。中空の翼鋳造物の鋳造に用いられるセラミック鋳造コアは、セラミック粉末、結合剤および各種の添加剤を含む可塑性セラミック複合体を使用して作製される。
【００１２】
セラミック複合体は、射出成形されるか、トランスファー成形されるか、またはコアのダイスまたは金型に高温度で注入される。未焼結（未焼成）のコアはダイスまたは金型から除去されると、典型的には、周囲温度に冷却するために剛性のセラミックセッター上に置かれ、その後コアの仕上げおよび測定を行い、高い焼結温度で焼成する。未焼結のセラミックコアは１つまたは複数の工程において、高い（周囲温度以上の）温度でセラミックのセッター上で焼成され、例えばニッケル基またはコバルト基超合金といった金属材料の鋳造に用いられるコアを焼結および強化する。
【００１３】
本発明の実施形態は、未焼結、未焼成のセラミック鋳造コアの焼成（焼結）に用いられる装置であって、耐熱性サガー１０と、サガー内に置かれる、図１から４に示されるような耐熱性コアセッター挿入物１２と、を含む装置を提供する。ここで、図１から４に示されるような耐熱性コアセッター挿入物１２は例示を目的とするものであり、これに限定されない。
【００１４】
サガー１０は、前もって成形され、側壁１０ａおよび底壁１０ｂを有する耐熱性のボックス状のエンクロージャを備える。サガーは典型的には再使用可能であり、長期間にわたり繰り返される焼成に耐えられ、所望のサガーの形状に製造できる、任意の適切な耐熱性材料から作ることができる。このような耐熱性材料には、ムライト材料、アルミナベースの材料等を含むがこれらに限定されない高温のセラミック材料が含まれる。
【００１５】
サガーチャンバ１０ｃに、コアセッター挿入物１２およびその上のセラミック鋳造コアを収容し、さらにサガーチャンバ１０ｃにおいてサガーが強化され、意図される繰返し使用に対して十分な耐久性を備えられるように、サガー１０の寸法を決定する。サガーチャンバの寸法は、焼成される様々なコアセッター挿入物／鋳造コアの大きさに応じて選択される。典型的には、チャンバ１０ｃは、使用されるサガーの多用性を許容するため、焼成される様々な大きさのコアセッター挿入物／鋳造コアを収容することが可能である。例示であって、限定的なものではないが、側壁１０ａおよび底壁１０ｂは厚さは１インチにしてもよい。
【００１６】
側壁１０ａの内面は、図２の破線により図示されたように形成できる。また、側壁１０ａは底壁１０ｂに接合され、図２に示されるとおりすみ肉接合を形成できる。側壁１０ａの内面にくぼみ１０ｒを設けることにより、焼成後のセラミック鋳造コアを除去するためのアクセス、および／またはコアの焼成中の空気流れが得られる。
【００１７】
コアセッター挿入物１２は、前もって形成され、コア受面１２ｓを有する、焼成された剛性のセラミックセッターを備える。例示の目的で、表面１２ｓは、部分的に翼形状を有し、相補的な翼形状のセラミック鋳造コアＣを受けるように図示されている。表面１２ｓは、この表面上で焼成される未焼結のセラミック鋳造コアの表面は、相補的な、前もって選択される所望の輪郭または外形を有する。
【００１８】
コアセッター挿入物１２の底部１２ｂは、図４の、ある実施形態では耐熱性の粒状グロッグのベッド１１上に、または図５の別の実施形態では耐熱性の支持体１１’上に置かれるようになっている。コアセッター挿入物は、可塑性セラミック複合体がダイスまたは金型（図示せず）に注入される従来の注入成形法により作製できるが、コアセッター挿入物は、射出成形およびトランスファー成形を含むがこれらに限定されない、他のプロセスによっても作製できる。
【００１９】
従来の注入式セッター成形法は、１つまたは複数のセラミック粉末（例えば、アルミナ、シリカ、ジルコンおよび／またはジルコニア粉末）と、揮発性アルコール成分を含む触媒硬化型エチルシリケート液体結合剤などの液体結合剤と、他の添加剤とを混合することと、コアセッター挿入物の形状の金型またはダイスに混合物を注入することと、混合物を硬化することと、その後に焼成のために金型およびダイスから未焼結のコアセッター挿入物を除去することと、を含む。本発明の実現形態においては、焼成中にコアセッター挿入物に負荷がかからないように、また変形しないようにするため、厚さおよび外周がより少ないコアセッター挿入物を、過去において用いられていたよりも少ない材料（より少ない質量）で作製できる。
【００２０】
図４に示されている本発明の例示的な実施形態では、セラミック鋳造コアの焼成に用いられる装置は、サガー１０の底壁１０ｂ上に位置する耐熱性の粒状グロッグのベッド１１を含み、コアセッター挿入物１２がこのベッド１１上に置かれ、焼成中に浮動する。グロッグのベッド１１は、使用されるコア焼成温度に応じて、粗いアルミナ粒子、ムライト粒子等を含むがこれらに限定されない、高温のセラミック粒子といった任意の適した耐熱性材料であって、浮動粒子の形のものから成ることができ、また焼成中のセッター挿入物に負荷がかからないようにし、かつ変形しないようにする厚さに形成されることが出来る。
【００２１】
例示として、ベッドの厚さは１／４インチから１インチ（０．６３５ｃｍから２．５４ｃｍ）であるが、これに限定されず他の厚さであってもよい。焼成後、鋳造コアは、指または適切なコア取外しツールを使用して、くぼみ１０ｒを通してアクセスすることにより手動で除去されてもよいし、またはコア除去機構によって除去されてもよい。代替としてまたはこれに加えて、コアの除去を容易にするためのアクセスを可能にするために、側壁１０ａおよび／または底壁１０ｂに窓（図示せず）を設けてもよい。
【００２２】
図５に示されている本発明の別の例示的な実施形態では、装置は、サガーの底壁１０ｂ上に位置するペグといった直立する耐熱性の支持体１１’を含み、コアセッター挿入物は、焼成中は支持体上に置かれる。底壁１０ｂは開口部１０ｄを含み、この開口を通してコア除去機構の注入板ＰＴの除去ピンＰが突き出て、サガーが焼成炉から取り出された後に、サガー１０から、焼成された鋳造コアを除去するのを容易にすることができる。
【００２３】
本発明は典型的には、生産量の増加およびコスト低減を目的として、同時に複数のセラミック鋳造コアを焼成（焼結）して行なわれるが、必要であれば、単一のセラミック鋳造コアを焼成することもできる。焼成の温度／時間は、焼成されるコア鋳造物に所望の強度を実現するために、焼成される特定の鋳造コアに応じて変化する。本発明は特定の焼成温度／時間に限定されない。いくつかの鋳造コアについては、焼成温度は華氏３０００度（摂氏１６４８．９度）の領域にある。
【００２４】
複数のセラミック鋳造コアを焼成する際、本発明の方法の実施形態は、上述のタイプの（コアセッター挿入物１２／鋳造コアを有する）複数のサガー１０を相互に積み重ねることと、積み重ねられたセッター内のコアセッター挿入物上に位置するセラミック鋳造コアを焼成することと、を含む。サガー１０は、そのサガーの下に積み重ねられた他のサガーの側壁の上に積み重ねられる。例えば、一番上のサガーの底壁１０ｂは、１つ下のサガーの側壁の上面１０ｓの上に載り、以下サガーが積み重ねられた状態の下の方まで同様に続くように、積み重ねられる。一番下のサガーの底壁は、高温のセラミックまたは金属板といった従来の耐熱性セラミックまたは金属支持体（図示せず）上に載る。
【００２５】
これにより、各サガー１０の重量は１つ下のサガーの側壁１０ｂに掛かる。上述の方法でサガー１０を積み重ねると、繰り返される焼成中にコアセッター挿入物１２に負荷がかかること、また変形することを抑え、これにより、焼成される鋳造コア上の負荷を抑え、焼成される鋳造コアの寸法の一貫性を改善することができる。サガーは、曲がったり、捩れたりしても、受け入れ可能な鋳造コアの生産物に対して悪影響を与えることなく、後続の鋳造コアの焼成に再使用できる。寸法の一貫性を維持するために必要であれば、焼成後にコアセッター挿入物の表面を再仕上げしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
当業者であれば、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態における様々な変形形態が可能であることは明らかであろう。
【符号の説明】
【００２７】
１０  サガー
１０ａ  側壁
１０ｂ  底壁
１０ｃ  サガーチャンバ
１２  コアセッター挿入物
１２ｓ  コア受面
１１  ベッド
１１’  支持体
Ｃ  セラミック鋳造コア
ＰＴ  注入板
Ｐ  除去ピン
【図１】
2009136922.tif 000003
【図２】
2009136922.tif 000004
【図３】
2009136922.tif 000005
【図４】
2009136922.tif 000006
【図５】
2009136922.tif 000007
【図６】
2009136922.tif 000008
【外国語明細書】
APPARATUS
AND METHOD FOR USE IN FIRING CORES
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to the firing (sintering) of one or more ceramic
cores used for the casting of molten metallic materials.
BACKGROUND OF THE INVENTION
Most manufacturers of gas turbine engines are evaluating advanced investment
cast turbine airfoils (i.e. turbine blade or vane) which include intricate air
cooling channels to improve efficiency of airfoil internal cooling to permit
greater engine thrust and provide satisfactory airfoil service life. Internal
cooling passages are formed in the cast airfoils using one or more thin airfoil
shaped ceramic cores positioned in a ceramic shell mold where the molten metal
is cast in the mold about the core. After the molten metal solidifies, the mold
and core are removed to leave a cast airfoil with one or more internal passages
where the cores formerly resided.
The ceramic core is typically made using a plasticized ceramic compound
comprising ceramic flour, binder and various additives. The ceramic compound is
injection molded, transfer molded or poured at elevated temperature in a core
die or mold. When the green (unfired) core is removed from the die or mold, it
typically is placed on a rigid ceramic setter to cool to ambient temperature
before core finishing and gauging operations and firing at an elevated
sintering temperature. The green ceramic core is fired on the ceramic core
setter at elevated (superambient) temperature in one or more steps to sinter
and strengthen the core for use in casting metallic material, such as a nickel
base or cobalt base superalloy. U.S. Patent 6 403 020 discloses a green ceramic
core positioned on a rigid core setter during firing. US Patents 5 014 763 and
6 347 660 disclose a green ceramic core positioned between top and bottom
setters during firing. The rigid core setter is used during firing to maintain
dimensional tolerances of the ceramic core since any setter contour distortion can
adversely affect the dimensional tolerances achievable during firing of a
ceramic core thereon. For example, setter contour distortion may result in the
green ceramic core having dimensional variations from one ceramic core to the
next occur in a production run.
In practice, multiple ceramic setters can be stacked atop one another in order
to fire multiple ceramic cores concurrently. When the firing temperature is in
the 3000 degrees F realm, the ceramic setters can continually disort over time
and the weight of each setter is magnified in the stack. When the ceramic
setters distort, core contour dimensional variations can occur.
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention provides apparatus for use in firing a ceramic casting
core wherein the apparatus includes a  saggar and a core setter insert disposed in the saggar and having a
core-receiving surface.
In an illustrative embodiment of the invention, the apparatus further includes
a refractory particulate grog bed disposed on a bottom wall of the saggar
wherein the  core setter insert is
disposed on the grog bed during firing (sintering).
In another illustrative embodiment of the invention, the apparatus further
includes upstanding refractory supports disposed on a bottom wall of the saggar
wherein the core setter insert is disposed on the supports during firing.
In a further illustrative embodiment of the invention, the  core-receiving surface has an airfoil shape.
An airfoil-shaped core is disposed on the core-receiving surface for firing.
In still a further illustrative embodiment of the invention, the bottom wall of
the saggar includes apertures  for receiving core ejector pins.
A method embodiment of the invention involves stacking multiple saggars, having
core setter inserts/cores therein,  atop one another and then firing the ceramic cores residing on the
core setter inserts in the stacked setters. The saggars are stacked atop
sidewalls of other saggars residing therebelow in the stack.
Practice of the invention is advantageous to reduce core contour dimensional
variations resulting from core setter distortion during firing, especially for
thin complex airfoil-shaped cores used to cast hollow airfoil-shaped castings,
such as turbine blades and vanes.
The above and other advantages of the present invention will become more
readily apparent from the following detailed description taken with the
following drawings.
DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figure 1 is a perspective view of a saggar.
Figure 2 is a sectional view of the saggar wherein the dashed lines are used to
represent drafted inner surfaces of upstanding sidewalls of the saggar and
wherein the sidewall to bottom wall junction is shown as being a fillet joint.
Figure 3 is a perspective view of a core setter insert illustrated as having an
airfoil-shaped, upwardly facing core-receiving surface and a base.
Figure 4 is a perspective view, partially in section, showing apparatus
according to an embodient of the invention wherein the core setter insert is
disposed on a refractory particulate grog bed in the saggar.
Figure 5 is a sectional showing apparatus according to another embodiment of
the invention wherein the core setter insert is disposed on refractory supports
on the bottom wall of the saggar and wherein core ejector pins are movable
through apertures in the bottom wall.
Figure 6 is a partial perspective view of an illustrative ceramic core having
an airfoil shape.
DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is described herebelow for purposes of illustration with
respect to apparatus/method for use firing a ceramic casting core C, Figure 6,
having an airfoil shape. Such ceramic casting cores are used in casting hollow
airfoil castings, such as turbine blades and vanes, having one or more internal
cooling passageways and are described in US Patents 5 014 763 and 6 347 660,
which are incorporated herein by reference. The ceramic casting core for use in
casting a hollow airfoil casting can be made using a plasticized ceramic
compound comprising ceramic flour, binder and various additives. The ceramic
compound is injection molded, transfer molded or poured at elevated temperature
in a core die or mold. When the green (unfired) core is removed from the die or
mold, it typically is placed on a rigid ceramic setter to cool to ambient temperature
before core finishing and gauging operations and firing at an elevated
sintering temperature. The green ceramic core is fired on the ceramic setter at
elevated (superambient) temperature in one or more steps to sinter and
strengthen the core for use in casting metallic material, such as a nickel base
or cobalt base superalloy for example.
An embodiment of the present invention provides apparatus for use in firing
(sintering) a green, unfired ceramic casting core wherein the apparatus
includes a refractory saggar 10 and a refractory core setter insert 12 disposed
in the saggar as shown in Figures 1-4 for purposes of illustration and not
limitation.
The saggar 10 comprises a preformed fired, refractory box-like enclosure having
sidewalls 10a and bottom wall 10b. The saggar typically is reusable and can be
made of any suitable refractory material, such as a high temperature ceramic
material including but not limited to mullite material, alumina-based material,
and the like, that can withstand repeated firings over time and that can be
fabricated to desired saggar shape.
The dimensions of the saggar 10 are selected to form a  saggar chamber 10c to receive the core setter
insert 12 and the ceramic casting core thereon and yet render the saggar strong
and durable enough for intended repeated use. The dimensions of the saggar
chamber are selected in dependence on the size or sizes of various core setter
inserts/casting cores to be fired. Typically, the chamber 10c will be capable
of receiving various sizes of core setter inserts/casting cores to be fired for
versatility in use of the saggar. For purposes of illustration and not
limitation, the sidewalls 10a and bottom wall 10b can have a thickness of one
(1) inch.
The inner surfaces of the sidewalls 10a can be drafted as illustrated by dashed
lines in Figure 2. Also, the junction of the sidewalls 10a to bottom wall 10b
can form a fillet joint as shown in Figure 2. The sidewalls 10a can be provided
with recesses 10r on their innser surfaces to provide access to remove the
ceramic casting core after firing and/or airflow during firing of the core.
The core setter insert 12 comprises a preformed fired, rigid ceramic setter
having a core-receiving surface 12s.
For purposes of illustration, the surface 12s is shown having a partial airfoil
shape for receiving ceramic casting core C having a complementary airfoil
shape. The surface 12s has a preselected desired profile or contour
complementary to a surface of the green ceramic casting core to be fired
thereon.
The core setter insert 12 includes a base 12b that is adapted to rest on
refractory particulate grog bed 11 in one embodiment, Figure 4, or on
refractory supports 11’ in another embodiment, Figure 5. The core setter insert
can be made by conventional poured molding technique where a plasticized
ceramic compound is introduced into a die or mold (not shown), although the
core setter insert can be made by other processes including, but not limited
to, injection molding and transfer molding. Conventional poured setter molding
involves mixing one or more ceramic flours (e.g. alumina, silica, zircon,
and/or zirconia flour), a liquid binder such as catalytically cured ethyl
silicate liquid binder which contains a volatile alcohol constituent, and other
additives, pouring the mixture in a mold or die having the shape of the core
setter insert, curing the mixture, and and then removing the green core setter
insert from the mold or die for firing. The core setter insert can be made with
reduced thickness and outer periphery and less material (less mass) than
otherwise used in the past as a result of isolation of the core setter insert
from loads and distortion during firing in practice of the invention.
In an illustrative embodiment of the invention shown in Figure 4, the apparatus
for use in firing the ceramic casting core includes the refractory particulate
grog bed 11 residing on the bottom wall 10b of the saggar 10 and on which the
core setter insert 12 is disposed and floats during firing. The grog bed 11 can
comprise any suitable refractory material, such as high temperature ceramic
particles including but not limited to coarse alumina particles, mullite
particles, and the like, depending on core firing temperatures to be used, in
the form of loose particles and of a bed thickness to help isolate the setter
insert from loads and distortion during firing. For purposes of illustration
and not limitation, the bed thickness can be from 1/4 to 1 inch, although other
thicknesses can be used. After firing, the casting core can be removed manually
by access through reccesses 10r using fingers or a suitable core removal tool,
or core ejector mechanism. Alternately or in addition, windows (not shown) can
be provided in the sidwalls 10a and/or bottom wall 10b to provide access to facilitate
core removal.
In another illustrative embodiment of the invention shown in Figure 5, the
apparatus includes upstanding refractory supports 11’ such as pegs residing on
the bottom wall 10b of the saggar wherein the core setter insert is disposed on
the supports during firing. The bottom wall 10b can include apertures 10d
through which ejector pins P of an injector plate P of a core ejector mechanism
can extend to facilitate removal of the fired casting core from the saggar 10
after the saggar is removed from a firing furnace.
The invention typically is practiced by firing (sintering) multiple ceramic
casting cores concurrently for sake of high production and reduced costs,
although a single ceramic casting core can be fired if desired. The temperature/time
of firing will depend on the particular casting cores to be fired to provide
desired fired core casting strength. The invention is not limited to any
particular firing temperature/time. Firing temperatures can be in the realm of
3000 degrees F for some casting cores. In firing multiple ceramic casting
cores, a method embodiment of the invention involves stacking multiple saggars
10 (having the core setter inserts 12/casting cores therein) of the type
described above atop one another and then firing the ceramic casting cores
residing on the core setter inserts in the stacked setters. The saggars 10 are
stacked atop sidewalls of other saggars residing therebelow in the stack. For
example, the top saggar is stacked so that its bottom wall 10b resides on the
upwardly facing, sidewall surface 10s of the saggar next below it and so on
down the stack of saggars. The lowermost saggar will have its bottom wall rest
on a conventional refractory, ceramic or metallic support (not shown) such a
high temperature ceramic or metallic plate. The weight of each saggar 10 is
thereby placed on the sidewalls 10b of the saggar next below. Stacking of the
saggars 10 in the manner described reduces loads on and distortion of the core
setter inserts 12 during repeated firings and thus on the casting cores being
fired to improve dimensional consistency of the fired casting cores. A bowed or
twisted saggar can be reused in subsequent casting core firings without adverse
affect on yield of acceptable casting cores. The core setter insert can be
refaced after firing(s) if needed to maintain dimensional consistencies.
It will be apparent to those skilled in the art that variations can be made in
the embodiments of the invention described without departing from the scope of
the invention set forth in the claims.
CLAIMS
WE CLAIM
1. Apparatus for use in firing a ceramic casting core, comprising a saggar and
a core setter insert disposed in the saggar, said core setter insert having a
core-receiving surface.
2. The apparatus of claim 1 including a refractory particulate grog bed or
refractory supports disposed on a bottom wall of the saggar wherein said core
setter insert is disposed on the grog bed or support posts.
3. The apparatus of claim 1 wherein the core-receiving surface has an airfoil
shape.
4. The apparatus of claim 3 further including an airfoil-shaped core disposed
on the core-receiving surface.
5. The apparatus of claim 1 including apertures in the bottom wall of the
saggar for receiving core ejector pins.
6. A method of supporting an unfired ceramic casting core for firing, comprsing
the step of disposing the unfired ceramic casting core on a core setter insert
that is disposed in a refractory saggar.
7. The method of claim 6 including placing the core setter insert on a
refractory particulate grog bed or refractory supports disposed on a bottom
wall of the saggar.
8. The method of claim 6 including stacking multiple saggars atop one another.
9. The method of claim 8 wherein the saggars are stacked atop sidewalls of
other saggars residing therebelow in the stack.
10. The method of claim 6 wherein the core setter insert includes a
core-receiving surface.
11. The method of claim 10 wherein the core-receiving surface has an airfoil
shape.
12. The method of claim 11 wherein an airfoil-shaped core is disposed on the
core-receiving surface.
ABSTRACT
OF THE DISCLOSURE
Apparatus and method for use in firing a ceramic casting core includes a saggar
and a core setter insert disposed in the saggar. The core setter insert can be
disposed on a refractory particulate grog bed or supports on a bottom wall of
the saggar. The core setter insert has a core-receiving surface, which can have
an airfoil shape to receive an airfoil-shaped ceramic casting core used in
casting hollow airfoil castings.
【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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【図６】
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