DE69200546T2

DE69200546T2 - Verfahren zum Herstellen von komplizierten Kernen aus Keramik für die Giesserei.

Info

Publication number: DE69200546T2
Application number: DE69200546T
Authority: DE
Inventors: Nadine Burkarth; Christian Marty
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: EP0497682B1; JPH05138295A; US5249618A; DE69200546D1; FR2672003B1; EP0497682A1; FR2672003A1; JP2563717B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von komplexen Kernen aus Keramik für die Gießerei, die von dem Typ sind, der einen massiven Abschnitt aus einem keramischen Material und Aussparungen aufweist, die sich im Inneren des Kernes erstrecken, wobei der Kern zur Herstellung eines Hohlteils aufweisend innere Hohlräume und Zwischenwände dient, insbesondere einer Turbomaschinenschaufel durch das bekannte, "verlorenes Wachs" genannte Gießverfahren.
Bei dem "verlorenes Wachs"-Verfahren benützt man einen Kern aus keramischem Material, der während dem Metallguß in der Form gehalten wird, wobei die Außenfläche des Kerns die Innenfläche eines Hohlraums des somit erhaltenen fertigen Erzeugnisses bildet.
In bestimmten Fällen muß der verwendete Kern Aussparungen aufweisen, die Zwischenwände in dem fertigen Produkt bilden. Dies ist u.a. der Fall bei Kernen, die bei der Herstellung von hohlen Turbomaschinenschaufeln verwendet werden, wobei die hohlen Schaufeln in ihrem inneren Hohlraum Zwischenwände zur Abgrenzung von Kanälen zur Zirkulation eines Kühlfluids und möglicherweise kleine Rippen zur Kühlung der Außenwände der Schaufeln aufweisen.
Zur Ausführung dieser Kerne wurde schon vorgeschlagen, einen Vollkörper ausfzuführen, der durch den Kern gebildet ist, bei dem die Aussparungen durch ein abbaubares Material gefüllt sind, und die die Aussparungen ausfüllende Zusammensetzung zu beseitigen. Die GB-A-2 090 181 offenbart ein Herstellungsverfahren für hohle Turbomaschinenschaufeln mit einer inneren Zwischenwand. Gemäß diesem Verfahren wird eine Zwischenwandform in einem abbaubaren Material geschaffen durch eine erste Einspritzung von abbaubarem Material in eine geeignete Form, ein Abgißen der Zwischenwandform aus abbaubarem Material wird durch Spritzen einer Zusammensetzung auf keramischer Grundlage in eine zweite Gußform geformt, und das abbaubare Material wird durch einen Beseitigungsvorgang entsprechend dem verwendeten abbaubaren Material beseitigt.
Das in der britischen Patentschrift beschriebene Verfahren weist einige Nachteile und Einschränkungen bei der Verwendung auf. Zuerst einmal weist diese Zwischenwand aus abbaubarem Material eine dünne Wandstärke auf. Diese geringe Dicke kann Nachteile bei der Herausnahme der Zwischenwand aus abbaubarem Material aus der Form zur Folge haben und kann vor allem bei dem Abguß in der zweiten Gießform sich verformen oder brechen aufgrund der Auswirkung von Druckkräften auf die beiden Seiten der dünnen Wand aus abbaubarem Material, die sich bei dem zweiten Einspritzschritt nicht unbedingt ausgleichen. Dies kann eine innere Fehlbildung des Gießkerns zur Folge haben und dadurch eine Fehlbildung der mittels dieses Kerns hergestellten Schaufeln. Schließlich ist es schwierig, während dem ersten Einspritzen einen komplexen Körper auszuführen aufweisend mehrere dünne Wände aus abbaubarem Material, die miteinander verbunden sind, aufgrund der Gegenformen, die das Herausnehmen aus der Form dieses komplexen Körpers aus abbaubarem Material unmöglich machen. Dies ist der Grund, daß die Turbomaschinenschaufeln, die einen komplizierten bzw. komplexen Innenbereich mit Zwischenwänden aufweisen, nicht gesamt durch das "verlorenes Wachs"-Gießverfahren hergestellt werden. Die Zwischenwände werden durch Löten von Ummantelungen im Innenraum der Hohlschaufel ausgeführt. Dies hat Handarbeitskosten, möglicherweise Veränderungen des Metalls und Schwierigkeiten, die Dichtheit der Wände zu garantieren, zur Folge.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Kerne vom genannten Typ zu schaffen, das diese Nachteile überwindet.
Die Erfindung löst die Aufgabe, indem der Vollkörper durch aufeinanderfolgende und übereinanderliegende Einspritzungen ausgeführt wird in wenigstens einer geeigneten Gießform, mit wenigstens zwei Zusammensetzungen, von denen die eine abbaubar ist, ohne daß dies der anderen oder den anderen schadet, wobei das erste Einspritzen die Schaffung einer Zwischenform gestattet, die aus der einen oder der anderen der Zusammensetzungen gebildet ist, und die darauffolgenden Einspritzungen ein zumindest teilweises Bedecken der Außenseite der Zwischenform gestatten, die durch das vorhergehende Einspritzen erhalten wurde, aus einer Materialschicht, die durch die eingespritzte Zusammensetzung gebildet wird.
Dank dieser Technik wächst die Zwischenform in gleichem Maße wie die Aufschichtung der aufeinanderfolgenden Schichten. Die Formen der verschiedenen Zwischenformen, die alle nacheinander erhalten werden, können untersucht werden, damit es keine Probleme bei dem Herausnehmen aus der Form infolge der Gegenformen gibt. Die Form der mit abbaubarem Material gefüllten Aussparungen kann beliebig komplex bzw. kompliziert sein. Die Wände, die diesen zweiten Teil des Körpers bilden, können außerordentlich dünn sein, und das Risiko der Verformung dieser dünnen Wände besteht weder bei dem Herausnehmen aus der Form noch bei dem Abguß.
Vorzugsweise wird die gleiche Form für alle überlagerten Einspritzungen verwendet, und es werden geeignete Einsätze in die Form gelegt, um den Gußabdruck bei jeder Einspritzung festzulegen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende beispielsweise Beschreibung und bezugnehmend auf die anliegenden Zeichnungen offensichtlich:
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer durch Gießen erhaltenen Turbomaschinenschaufel,
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Keramikkerns zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Schaufel, und
Fig. 3 zeigt eine perspektive Ansicht des Vollkörpers, der durch aufeinanderfolgende Einspritzungen gemäß der Erfindung erhalten wurde und die Ausführung des Kerns von Fig. 2 gestattet.
Fig. 1 stellt schematisch eine hohle Turbomaschinenschaufel 1 dar, die eine Außenwand 2 und einen inneren Hohlraum 3 aufweist. Der innere Hohlraum 3 weist Zwischenwände 4 auf, die ihn in mehrere Kanäle 3a, 3b aufteilen, in denen Kühlfluide zirkulieren, oder die als Kühlrippen dienen. Die Zwischenwände 4 und die Außenwand 2 können ferner Öffnungen zum Durchgang des Kühlfluids von einem Kanal zu einem anderen aufweisen, oder zum Ablassen der Kühlfluide.
Diese Schaufel 1 wird durch Gießen durch das "verlorenes Wachs"-Verfahren ausgeführt. Diese bekannte Verfahren besteht aus einem Gießen eines Metalls in eine Gießform mit einem Kern 5 aus einem keramischen Material.
Der Kern 5, der sich nach der Beendigung des Gusses im Inneren der Schaufel 1 befindet, wird danach durch ein geeignetes Verfahren beseitigt.
Die Zwischenwandanordnung 4, die sich im Inneren der Schaufel 1 befindet, kann eine komplex bzw. komplizierte Gestalt aufweisen. Daher hat ebenso der Kern 5 eine komplexe Gestalt. Er weist einen Vollabschnitt 6 aus keramischen Material auf, der zur Bildung der Innenhohlräume der Schaufel 1 bestimmt ist, und Aussparungen 7, die sich im Inneren des Vollabschnitts 6 erstrecken. Diese Aussparungen 7 dienen zur Schaffung der Wände 4 der Schaufel 1 während des Metallgusses. Fig. 2 zeigt den Kern 5, der die Schaffung der in Fig. 1 gezeigten Schaufel durch Gießen gestattet. Auf bekannte Weise führt man zunächst einen Vollkörper 8 aus, der durch den Kern 3 gebildet wird, in dem die Aussparungen 7 mit einem abbaubaren Material gefüllt sind. Der Vollkörper 8 ist in Fig. 3 dargestellt.
Gemäß der Erfindung wird ein Vollkörper 8 durch übereinandergelegene Einspritzungen ausgeführt vorzugsweise in der gleichen Gießform, mit wenigsten zwei Zusammensetzungsarten, von denen die eine abbaubar ist, und die andere ein erstes Bindemittel und eine herkömmliche Keramikbeladung für einen Gußkern aufweist. Die abbaubare Zusammensetzung wird aus einem zweiten Bindemittel und einer abbaubaren Beladung gebildet. Diese abbaubare Beladung kann z.B. Graphit sein, das sich unter dem Einfluß von Wärme bei geeigneter Atmosphäre zersetzt.
Wie man bei Fig. 3 sieht, weist der Volkörper 8 drei Abschnitte auf: Ein Abschnitt 9, der dem Hohlraum 3a der Schaufel 1 entspricht, einen Abschnitt 10, der der Zwischenwand 4 entspricht, und den Abschnitt 11, der dem Hohlraum 3b entspricht.
Der Abschnitt 9 wird ausgeführt, indem die Zusammensetzung aus keramischem Material in eine Gießform entsprechend der Schaufel 1 eingespritzt wird, in die ein erster Einsatz entsprechend den Abschnitten 10 und 11 eingelegt wird. Diese erste Einspritzung gestattet die Schaffung einer Zwischenform entsprechend dem Abschnitt 9. Nach dem Öffnen der Gießform ersetzt man den ersten Einsatz durch einen zweiten, kleineren Einsatz entsprechend dem Abschnitt 11 des Vollkörpers 8, wobei die zuvor erhaltene Zwischenform in der Gießform bleibt, und dann mit einem Einspritzverfahren der abbaubaren Zusammensetzung in den Volumenbereich entsprechend dem Abschnitt 10 fortfahrt. Darauf wird der zweite Einsatz aus der Gießform herausgenommen und mit einer zweiten Einspritzung mit keramischem Material so fortgefahren, daß der Abschnitt 11 des Vollkörpers gebildet wird. Die Abschnitte 11 und 9 verschweißen sich lokal auf der Höhe ihrer Verbindungsfläche, die in Fig. 3 durch das Bezugszeichen 12 bezeichnet ist.
Zuletzt wird der Keramikkern gebacken und die abbaubare Zusammensetzung durch Aufheizen in einer geeigneten Atmosphäre beseitigt, um den in Fig. 2 dargestellten Kern 5 zu erhalten.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird der Vollkörper 8 durch zwei aufeinanderfolgende Einspritzungen erhalten. Es ist offensichtlich, daß die Anzahl der Einspritzungen abhängt von der Komplexität des Kerns 5, den man durch das effindungsgemäße Verfahren erhalten möchte. Ebenso kann die Reihenfolge der Einspritzung der Abschnitt 9, 10 und 11 umgekehrt werden.
Der Abschnitt 10 ist mit dem Abschnitt 9 zum Zeitpunkt der Einspritzung durch die Zusammensetzung aus abbaubarem Material verbunden. Er wird während dem zweiten Herausnehmen aus der Form weder beschädigt noch deformiert während der zweiten Einspritzung der Zusammensetzung aus keramischen Material.
Sein Volumen und seine Dicke hängen von den Abdrücken der verschiedenen Einsätze ab.

Claims

1. Herstellungsverfahren für einen komplexen Kern (5) aus Keramik für die Gießerei des Typs, der Aussparungen (7) aufweist, die sich im Inneren des Kerns (5) erstrecken, wobei der Kern (5) zur Herstellung eines Hohlteils mit inneren Hohlräumen und Zwischenwänden dient, insbesondere für eine Turbomaschinenschaufel, durch das als "verlorenes Wachs" genannte Gießverfahren,

wobei zunächst ein Vollkörper (8) geschaffen wird, der durch den Kern (5) gebildet wird, in dem die Aussparungen (7) durch ein abbaubares Material gefüllt sind, und die abbaubare Zusammensetzung, die die Aussparungen (7) füllt, zur Schaffung des komplexen Kerns (5) beseitigt wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Vollkörper (8) durch aufeinanderfolgende und übereinanderliegende Einspritzungen ausgeführt wird in wenigstens einer geeigneten Gießform, mit wenigstens zwei Zusammensetzungen, von denen die eine abbaubar ist, ohne daß dies der anderen oder den anderen schadet, wobei die erste Einspritzung die Schaffung einer Zwischenform (9) gestattet, die aus der einen oder der anderen der Zusammenensetzungen besteht, und die aufeinanderfolgenden Einspritzungen das zumindest teilweise Bedecken der Außenfläche der Zwischenform (9) gestatten, die durch die vorhergehende Einspritzung erhalten wurde, aus einer Materialschicht (10), die durch die eingespritzte Zusammensetzung gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Gießform für alle aufeinanderliegenden Einspritzungen verwendet wird und daß geeignete Einsätze in die Gießform eingesetzt werden, um den Gußabdruck bei jeder Einspritzung festzulegen.