JPS6128423B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は円筒状の鋳造品を正確に成形し得るセ
ラミツク製の鋳型を製造する方法に関し、更に詳
細にのべると、比較的可撓性の原型を補強してこ
の原型がセラミツク鋳型材料のスラリーに浸漬さ
れる際に変形しないようにすることにより鋳造品
を正確に製造することができる鋳型の製造方法に
関するものである。

従来、比較的大型のタービンエンジン部品、た
とえば、デイフユーザーケース、ノズルリング、
ベーンアセンブリ、軸受けおよびフアンフレーム
などは、多数の小型の鋳造品、シートパネルおよ
び鍛造品等から予め組み立てられる。これらの製
品を鋳造する際に用いる鋳型の改良された製造方
法が、本出願人に係る米国特許第4066116号に開
示されている。

この米国特許はろう材から成る原型をセラミツ
ク鋳型材料のスラリーに浸漬して、最終的に、複
数のセラミツク製鋳型部材を形成する方法を開示
している。この方法においては、鋳型部材は互い
に連結されて鋳造品を成形し得る鋳型キヤビテイ
を形成している。しかしながらこの米国特許では
この特許に開示された方法によつて、ジエツトエ
ンジンフアンフレーム鋳型を組み立てたところ、
セラミツク材料に浸漬の際にろう材から成る原型
が変形しこの変形に起因したフアンフレームの寸
法誤差が生ずるという欠点があつた。

従来、比較的剛性の補強部材を、原型に組込ま
れる湯口に設けることにより、鋳造品成形用の一
群の原型を強化していた。この補強方法が米国特
許第2994931号に開示されている。しかしながら
かかる米国特許では原型そのものでなくこの原型
の湯口を強化するようにしているために原型自体
の変形を抑制するのに限度があつた。

又、従来、原型を補強部材により補強するもの
として例えば特公昭50−21293号に開示された方
法がある。しかし、この方法では補強部材を取除
くときこの補強部材を溶融するようにしているの
で補強部材の加熱段階を必要とし又補強部材を再
使用することができないという欠点があつた。

本発明の目的は上述の如き従来技術の欠点を改
善した鋳型製造方法を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明の鋳型製
造方法は次の構成を有する。先ず、夫々が前記円
筒状の鋳造品の円周の一部に相応し且つ非溶融性
の補強部材と該補強部材を包む溶融性の材料から
成る原型とから成る複数の円弧状の原型アセンブ
リを形成する。次いで夫々の原型アセンブリを液
状のセラミツク鋳型材料の中に浸漬して各原型ア
センブリをセラミツク鋳型材料で被覆する。そし
て前記鋳造品の中心軸線に沿つて延びる原型アセ
ンブリの第１の両端面と鋳造品の円周方向に延び
る原型アセンブリの第２の両端面とのセラミツク
鋳型材料を原型が露出するように払拭する。セラ
ミツク鋳型材料が固化した後原型を除去して鋳造
品の半径方向に互いに分離したり接触したりする
一対の鋳造部材を形成し且つ該一対の鋳造部材を
分離して前記補強部材を取外し一対の鋳造部材を
接触させて互いに固定し一対の鋳造部材間にキヤ
ビテイ部を有するセラミツク鋳型セグメントを形
成する。次いで、前記鋳造品を形成する鋳造品形
成キヤビテイを形成するために前記キヤビテイ部
を連通させるように複数のセラミツク鋳型セグメ
ントを環状に配置して互いに接続して成る鋳型を
製造するようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

本発明に係る鋳型製造方法では、先ず、複数の
原型アセンブリ１０が形成される。これら原型ア
センブリの一つが第１図に示され、夫々の原型ア
センブリは鋳造すべき円筒状の鋳造品（図示せ
ず）の円周の一部に相応する。換言すると、夫々
の原型アセンブリは第１図に示すように鋳造品の
半径に相応する半径で延びる円弧状の形状を有
し、これら原型アセンブリが円形状に接続される
と、鋳造品の円周に相応する。これら原型アセン
ブリは例えば２つの補強部材１６，１８とこれら
補強部材を包む原型１２とから成つている。この
原型は全体的に円弧状の形状を有し且つ溶融性の
材料、例えばろう又はプラスチツク材料から成つ
ている。

この原型アセンブリは凹状の内周面５７と凸状
の外周面５８とを有する。又、この原型アセンブ
リは鋳造品の中心軸線に沿つて延びる第１の両端
面２６，２８とこれら第１の両端面に直角方向に
延び且つ鋳造品の円周方向に延びる原型アセンブ
リの第２の両端面３２，３４とを有している。

補強部材１６，１８は原型１２と同様の円弧状
の形状を有し、且つ原型の外周面５８に配置され
ている。これら補強部材は原型を補強するための
ものであり、非溶融性の再使用可能な材料から成
つている。この非溶融性の材料とは全く溶融しな
い材料をいうのでなく、原型の材料より高い温度
で溶融するものをいい、この実施例では例えば金
属から成つている。そして補強部材１６は第１の
両端面の一方の端面３２の近くに配置され、補強
部材１８は他方の端面３４の近くに配置されてい
る。

補強部材１６，１８は原型によつて包まれてい
るから原型アセンブリの外周面５８の両端部には
補強部材１６，１８によるリム部５２，５４が形
成される。そして、補強部材１６，１８が夫々端
面３２，３４の近くに配置されているから端面３
２とリム部５２との間にはフランジ７２が形成さ
れ、端面３４とリム部５４との間にはフランジ７
４が形成されている。

上記、原型アセンブリ１０は、次の段階で液状
のセラミツク鋳型材料に浸漬される。

原型アセンブリがセラミツク鋳型材料に浸漬さ
れる際その変形を防止するために第２図に示すよ
うに剛性のフレーム２２で支持されるのが好まし
い。このフレームの構造は後述する。

原型アセンブリ１０を液状のセラミツク鋳型材
料に浸漬した後、この原型アセンブリの第１の両
端面２６，２８と第２の両端面３２，３４（第１
図参照）とのセラミツク鋳型材料を払拭して、セ
ラミツク鋳型材料を除去する。従つて、セラミツ
ク鋳型材料は原型アセンブリの内周面５７および
外周面５８のみに付着していることになる。第１
の両端面２６，２８および第２の両端面３２，３
４は、一連の浸漬工程の各回ごとに払拭すること
も可能であるが、場合によつては最終の浸漬工程
後に払拭してもよい。

セラミツク鋳型材料が充分に固化した後、次の
段階として原型を取除く、この原型の除去は、こ
の実施例では原型アセンブリとセラミツク鋳型材
料との組立体を加熱し、ろう材料から成る原型を
溶融し、第１の両端面２６，２８および第２の両
端面３２，３４から流出せしめることによつて行
われる。

上記の如く加熱すると、セラミツク鋳型材料の
乾燥を早めることにもなる。

このように原型を除去することによつて一つの
原型アセンブリにおいて第３図に示すように一対
の剛性のセラミツク製の鋳型部材３８，４０が形
成される。これら一対の鋳型部材は第１の両端面
２６，２８および第２の両端面３２，３４のセラ
ミツク鋳型材料の払拭によつて鋳造品の半径方向
に分離したり接触したりするように互いに移動可
能となる。

原型を除去した直後では補強部材１６，１８は
第３図に示すように鋳型部材３８，４０間の空間
内に残留している。次いで、一対の鋳型部材を分
離して補強部材が取除かれる。

このように補強部材の除去は一対の鋳型部材を
分離することによつて行なわれるので除去作業が
簡単に行なわれるという利点がある。従つて、補
強部材を溶融したりする等の工程も必要とされな
い。取除かれた補強部材は元の形態のままである
ので新しい原型アセンブリを形成するために再び
用いられる。従つて、補強部材の無駄がない。

補強部材が取除かれると、一対の鋳型部材３
８，４０が第４図に示すように互いに接触され、
適宜の手段によつてしつかり固定される。この状
態において鋳型部材間には鋳造品を形成するため
の後述する鋳造品形成キヤビテイの一部を構成す
るキヤビテイ部４４が形成される。こうして第４
図に示す如きセラミツク鋳型セグメントが形成さ
れる。

キヤビテイ部４４は鋳型部材３８の内面４６と
鋳型部材４０の内面４８とによつて限定された幅
のせまい第一の空間６８と補強部材によつて形成
された第二の空間６２，６４とから成る。

次いで、上記の如く形成された複数のセラミツ
ク鋳型セグメントをそれらのキヤビテイ部が連通
するようにして第５図に示す如く、円心円状に環
状に配列して組立てる。夫々のセグメントのキヤ
ビテイ部の連結によつて環状の鋳造品形成キヤビ
テイが形成される。

各セグメントは適当な方法でしつかり連結さ
れ、これらセグメントが連結された組立体には鋳
造品形成キヤビテイに適当な鋳造材料を流し込む
任意の湯口（図示せず）が取付けられる。

次いで、適当な鋳造材料を湯口を通して鋳造品
形成キヤビテイに注ぐことによつて円筒状の鋳造
品が形成される。

本発明の構成を更に作用と共に詳細に説明す
る。本発明では上述の如く比較的剛性の金属製の
補強部材１６，１８が、原型アセンブリの浸漬処
理に際して、比較的可撓性で且つ蝋もしくはポリ
マー製の原型１２の変形を防止する。浸漬処理に
際して、原型１２の屈曲もしくは変形を防止すれ
ば、鋳型部材３８，４０を形成する精度ならびに
これらの面４６，４８を形成する精度が向上す
る。剛性の補強部材１６，１８を使用することに
よる、鋳型部材形成時の寸法精度向上の程度は、
鋳型部材を用いて形成すべく鋳造品の寸法および
形状によつて変動するが、一例を挙げると、直径
約600mmのタービンエンジンフアンフレームのハ
ブ壁面を形成する際の直径誤差約９mmを約0.7mm
にまで減少させることができる。

蝋材料から成る原型１２（第１図参照）は、円
弧状に湾曲しており且つ相互に平行な一対の長尺
のリム部５２，５４が円弧状に湾曲した外周面５
８に形成される。リム部５２，５４は比較的厚肉
であり、キヤビテイ部４４の比較的広い第二の空
間６２，６４（第４図参照）に相当する。一方、
リム部を除く外周面（第１図参照）は、比較的薄
肉であり、キヤビテイ部４４の比較的狭い第一の
空間６８（第４図参照）に相当する。払拭される
第２の両端面３２，３４は円弧状に湾曲した一対
のフランジ７２，７４（第１図参照）上に形成さ
れ、これらのフランジはリム部５２，５４から外
方に延びている。鋳型部材３８，４０を、第４図
に示す如く連結する場合に、鋳型部材を、フラン
ジ７２，７４の半径方向の厚みと等距離だけ、初
期の空間的位置（第３図参照）から引き寄せて、
鋳型部材４０と鋳型部材３８とを接合するように
する。

原型アセンブリ１０の形状に起因して、剛性の
補強部材１６，１８は、円弧状に湾曲した長尺の
形状を有し、この形状は、原型１２に設けられた
リム部５２，５４の円弧状に湾曲した形状に相応
している（第１図および第２図参照）。補強部材
１６，１８はこれらを適当なダイの中に置いて、
これに溶融蝋を注入することにより、原型１２の
中に埋設される。しかしながら、蝋材料の原型１
２を形成する際に、これに適当な凹所を設け、蝋
型材料をダイから取り出したのち、この凹所に補
強部材を挿入することが好ましい。金属製の補強
部材１６，１８が原型１２に設けられた比較的厚
肉のリム部５２，５４における蝋の量を節減し、
これによつて、溶融蝋の固化時に生ずる収縮の量
を減少させることができることが特に重要であ
る。

原型アセンブリ１０をこのようにして形成した
後は、長手方向に延びる各補強部材１６，１８の
夫々の両端を、剛性の金属製フレーム２２に係合
させて、浸漬処理のために原型アセンブリ１０を
支持する。このフレーム２２（第２図参照）は、
一対の剛性の上部部材７８，８０を有し、これら
は、縦方向に延びる金属製の補強部材１６の両端
に結合している。又、フレーム２２は一対の剛性
の下部部材８４，８６を有し、これら部材は縦方
向に延びる金属性補強部材１８の両端に結合して
いる。フレーム２２の上下部材７８，８０，８
４，８６の端部は、剛性の補強部材１６，１８に
連結される。この連結はこの実施例では部材７
８，８０，８４，８６の両端が補強部材の両端に
設けられたソケツト（図示せず）の中にスナツプ
嵌めされるものから成つている。この構造が比較
的可撓性の原型１２の浸漬に際し、その変形を防
止するのを更に確実にする。ある種の原型アセン
ブリについては、上記の如く各補強部材の両端で
係止するよりも一端のみで係止する方が好ましい
場合もある。原型アセンブリ１０を、液状のセラ
ミツク鋳型材料の中に浸漬するには、ハンドル９
０を把持し、補強部材１６，１８の中央の長手方
向軸線に垂直で且つ原型１２の円弧状に湾曲した
側面に平行な方向に、原型アセンブリを、徐々に
下方へ降下させる。しかしながら、ある種の原型
アセンブリについては浸漬処理に際して、補強部
材の長手方向軸線に略平向な経路に沿つて原型ア
センブリを移動させることが好ましい。

原型アセンブリ１０を液状のセラミツク鋳型材
料に浸漬し、次いでこれから引き上げた後、第２
の両端面３２，３４（第１図参照）ならびに第１
の両端面２６，２８（第１図および第２図参照）
を払拭し、原型アセンブリのこれらの部分を被覆
しているセラミツク鋳型材料の湿潤被膜を除去す
る。

続いて、湿潤セラミツク被膜を乾燥し、原型ア
センブリ１０を再度浸漬して次の層を形成する。
原型アセンブリ１０の浸漬、払拭および乾燥を反
復して、所望の厚みのセラミツク鋳型材料の被膜
を、原型アセンブリ上に形成するようにする。次
いで、原型アセンブリ１０を、原型１２のろう型
材料が融解するに充分な温度にまで加熱し、第３
図に示す如く、鋳型面４６，４８を露出させる。
続いて、得られた鋳型部材３８，４０を引き離し
て、精度よく形成された鋳型面４６，４８を損傷
することなく、剛性の補強部材１６，１８を取り
除くことができる。

原型アセンブリ１０と同じ構造を有する複数の
原型アセンブリを浸漬し、比較的可撓性の原型材
料を破壊し、比較的剛性の補強部材を取り除き、
得られた鋳型部材３８，４０を第５図に示すよう
に環状に配列して互いに連結する。次いで、得ら
れた環状の鋳造品形成キヤビテイに適当な湯口、
例えば米国特許第4066116号に記載の湯口を接続
し、鋳造作業に際し適当な溶融金属をその湯口を
通して鋳造品形成キヤビテイに導入する。鋳造品
の形状を形成するように鋳造作業を行つた後、鋳
型部材３８，４０を形成された鋳造品から取外
す。これに続いて湯口を切除すれば出来上つた鋳
造品は直ちに使用されるか又は更に次の加工等の
処理工程に移され得る。

第６図は本発明の他の実施例を示す。この実施
例では原型アセンブリ１００は金属から成る板状
の補強部材１１４と、この補強部材を挾むように
配置された一対のろう材から成る原型１０８，１
１０とから成つている。

補強部材１１４の一側面１２２は原型１０８の
側面１１８，１２０に接触し、補強部材の他側面
１３０は原型１１０の側面１２４，１２６に接触
して配置されている。

補強部材１１４には図示しないハンドルが設け
られている。このハンドルは、原型アセンブリを
セラミツク鋳型材料の中に浸漬する場合に作業者
が原型アセンブリを持つために使用される。

原型アセンブリ１００がセラミツク鋳型材料の
中に浸漬されると、原型アセンブリの周囲にセラ
ミツク鋳型材料が所定の厚さで付着する。そして
補強部材および原型の夫々の第２の両端面１３
４，１３６，１０８ａ，１０８ｂ，１１０ａ，１
１０ｂとこれら第２の両端面と直角な第１の両端
面（図示せず）とを払拭してセラミツク鋳型材料
を除去する。これら第１の両端面および第２の両
端面は上記第１図〜第５図に示す実施例における
第１の両端面および第２の両端面に対応してい
る。このように払拭することによつて後述するよ
うに一対の分離可能な鋳型材料１０４，１０６が
形成される。

払拭後、セラミツク鋳型材料が十分乾燥したの
ちセラミツク鋳型材料が付着した原型アセンブリ
を加熱すると、原型１０８，１１０が溶融されて
第１の両端面および第２の両端面から外部に流出
する。これによつて分離可能な一対の鋳型部材１
０４，１０６が形成される。次いでこれら鋳型部
材を鋳造品の半径方向即ち、第６図の矢印Ａ方向
に互いに分離し、次いで補強部材１１４を取除
く。

補強部材の除去後、鋳型部材を上記矢印Ａと反
対方向に接近させ互いに接触させて固定する。こ
れによつて第７図に示す如きセラミツク鋳型セグ
メントが形成される。このセラミツク鋳型セグメ
ントはキヤビテイ部１１４を有する。次いで、複
数のセラミツク鋳型セグメントをキヤビテイ部１
４４が連通するようにして環状に連結し、環状の
鋳造品形成キヤビテイを形成し、前記の実施例と
同様にこのキヤビテイに鋳造材料を鋳込み、鋳造
品を形成する。

本発明によれば、原型を補強する補強部材を溶
融する段階を必要とせずに補強部材を除去するこ
とができるので従来技術の如く補強部材を溶融す
る等の段階を必要とするものに比べて鋳型製造が
簡単である。又、補強部材の除去に際し、一対の
鋳型部材を分離して行えるので除去作業が簡単で
あるという実益がある。又、除去した補強部材を
再使用することができるので補強部材を新たに作
成する工程が省略され鋳型製造方法の費用が安価
であるという実益がある。

尚、上記実施例では一つの原型について一対の
補強部材１６，１８を使用する場合、ならびに一
対の原型１０８，１１０について単一の補強部材
１１４を使用する場合について述べたが、必要に
応じて補強部材と原型との他の組合せも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳型製造方法を実施する
原型アセンブリの斜視図、第２図はフレームで支
持した状態の原型アセンブリの斜視図、第３図は
補強部材除去前における鋳型部材の一部省略せる
縦断面図、第４図は鋳型部材から補強部材を除去
して形成したセラミツク鋳型セグメントの一部省
略せる縦断面図、第５図は鋳型部材の組立体であ
るセラミツク鋳型を示す水平断面図、第６図は原
型アセンブリの周囲にセラミツク鋳型材料が付着
した状態を示す本発明の他の実施例の断面図、第
７図は補強部材を除去し鋳型部材を連結して形成
したセラミツク鋳型セグメントの断面図である。 １０，１００……原型アセンブリ、１２，１０
８，１１０……原型、１６，１８，１１４……補
強部材、３８，４０，１０４，１０６……鋳型部
材、４４，１４４……キヤビテイ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状の鋳造品を形成するためのセラミツク
   製の鋳型製造方法であつて、夫々が前記円筒状の
   鋳造品の円周の一部に相応し且つ非溶融性の補強
   部材と該補強部材を包む溶融性の材料から成る原
   型とから成る複数の円弧状の原型アセンブリを形
   成し、夫々の原型アセンブリを液状のセラミツク
   鋳型材料の中に浸漬して各原型アセンブリをセラ
   ミツク鋳型材料で被覆し、前記鋳造品の中心軸線
   に沿つて延びる原型アセンブリの第１の両端面と
   鋳造品の円周方向に延びる原型アセンブリの第２
   の両端面とのセラミツク鋳型材料を原型が露出す
   るように払拭した後該セラミツク鋳型材料を固化
   させ、次いで、原型を除去して鋳造品の半径方向
   に互いに分離したり接触したりすることができる
   一対の鋳造部材を形成し該一対の鋳造部材を分離
   して前記補強部材を取外し一対の鋳造部材を接触
   させて互いに固定し一対の鋳造部材間にキヤビテ
   イ部を有するセラミツク鋳型セグメントを形成
   し、前記鋳造品の形状を形成する鋳造品形成キヤ
   ビテイを形成するために前記キヤビテイ部を連通
   させるように複数のセラミツク鋳型セグメントを
   環状に配置して互いに接続して成る鋳型製造方
   法。