DE3210433C2

DE3210433C2 - Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Gießform zur Produktion einer Schaufel für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3210433C2
Application number: DE3210433A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Findern Derby Willgoose
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1981-03-25
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1985-08-22
Also published as: DE3210433A1; JPS57171542A; US4434835A; JPS594216B2; FR2502529A1; GB2096523B; GB2096523A; FR2502529B1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung wenigstens des Schaufelblattes einer Schaufel für ein Gasturbinentriebwerk, wobei Kühlluftaustrittskanäle am Hinterrand oder anderen Teilen des Schaufelblattes vorgesehen sind. Die Herstellung erfolgt im Gießverfahren statt durch mechanische folgende Bearbeitung der Löcher. Bei dem Verfahren wird ein verlorenes Stück (17) mit Löchern (18) versehen, die der Form der Löcher entsprechen, die schließlich im Schaufelblatt vorhanden sein sollen. Dieses verlorene Stück wird in einer Form aufgebaut und benutzt, um einen Teil des Keramikkerns zu bilden, der während des Gießverfahrens benötigt wird. Die Form ist so angeordnet und ausgebildet, daß ein Kanalabschnitt gebildet wird, der die sonst freien Enden der Teile des Kerns verbindet, die die Kühlluftaustrittskanäle bilden. Der so gebildete Keramikkern wird in einem Gießverfahren mit verlorenem Wachsmodell benutzt um das Schaufelblatt zu bilden, wobei der Kanalabschnitt in der Umhüllungsform eingebettet ist, um die Teile abzustützen, die die Kanäle bilden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Gießform zur Produktion eines Schaufelblattes für ein Gasturbinentriebwerk nach dem Wachsausschmelzverfahren.

Es ist gegenwärtig üblich, dies Verfahren in Verbindung mit Keramikkernen zu benutzen, um Schaufelblätter mit exakter äußerer Form und komplexer innerer Ausbildung mit Kühlkammern und Kanälen herzustellen. Aus der DE-OS 28 31 292 ist bekannt, einen Hilfskern herzustellen, der in einer Form gehalten und mit Kernmaterial umspritzt wird, wobei dann der Kern aus der Form entfernt und der Hilfskern aus dem Kern entfernt wird, so daß innerhalb des Kerns ein Hohlraum eebildet wird, der die Form des Hilfskerns besitzt. Dennoch ergeben sich einige Schwierigkeiten bei den bekannten Gießverfahren. Eine solche Schwierigkeit besteht darin, sehr enge Kanäle herzustellen, durch die Kühlluft nach der Oberfläche des Schaufelblattes abströmen kann, und zwar entweder als Kühlfilm oder einfach als Luftstrahl verbrauchter Kühlluft, die aus dem Hinterrand des Schaufelblattes austritt

Gegenwärtig werden diese Kanäle gewöhnlich spanabhebend hergestellt, nachdem die Schaufel geg ->ssen

ίο ist. Hierdurch werden jedoch die Herstellungskosten der Schaufel erhöht

Die Umstände, die ein direktes Gießen derartiger Werkstücke ausschließen, liegen in der Schwierigkeit der Herstellung der erforderlichen kleinen Keramikker-

t5 ne die beim Entfernen aus der Form und beim Gießen nicht brechen dürfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Gießform, zur Produktion einer Schaufel zu schaffen, so daß solche schmale Kanäle gegossen werden können, wobei eine Technik verwendet wird, die die beschriebenen Nachteile vermeidet

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Gießform zur Produktion einer Schaufel für ein Gasturbinentriebwerk, wobei mittels eines verlorenen, also zerstörbaren Hilfskerns, der üblicherweise nach dee -Spritzgießverfahren hergestellt wird, der Keramik(-Haupt-)-Kern hergestellt wird und dieser nach Entfernen des Hilfskerns und nach Aushärten dann in üblicher Weise mit Wachs umspritzt wird. Anschließend wird die äußere Formhülle in bekannter Art gebildet

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Hilfskern mit Löchern hergestellt wird, die die gleiche Form wie die Austrittsöffnungen besitzen, daß der Hilfskern in eine Form eingesetzt wird, die einen ersten inneren Hohlraum mit einer Gestalt besitzt, die dem Hohlraum innerhalb des Schaufelblattes entspricht, daß die Form einen zweite". Hohlraum aufweist, in den der Hilfskern einpaßt, daß die Form einen dritten Hohlraum aufweist der einer Kanal bildet welcher die freien Enden der Löcher des Hilfskerns verbindet, daß Keramikmasse eingespritzt wird, um die Hohlraumabschnitte auszufüllen, daß die Keramikmasse aushärtet daß die Teile der Form getrennt werden, daß der Keramikkern entformt wird, daß der Hilfskern aus der Keramikmasse entfernt wird, daß der so hergestellte Keramikkern in einer weiteren mehrteiligen Form eingesetzt wird, die ein^n Hauptraum aufweist dessen

so Form der äußeren Oberfläche der Schaufel entspricht, und die einen zweiten Hohlraum aufweist in den der Kernabschnitt mit den Öffnungsabschnitten genau hineinpaßt, daß Wachs eingespritzt wird, um den Haupthohlraum innerhalb der Form auszufüllen, daß man das Wachs erstarren läßt und das so gebildete Wachsmodell aus der Form entfernt und daß eine Keramikumhüllung auf der äußeren Oberfläche des Modells angeformt wird, so daß die Keramikumhüllung an dem mit Öffnungsabschnitten versehenen Kernabschnitt des Keramikkerns angreift. Der Hilfskern kann selbst in einer mehrteiligen Form hergestellt werden und die Löcher darin können durch Stifte geformt werden, die von den Formteilen so vorstehen, daß sie in der Verbindungsebene einander berühren. Die Löcher können geradlinig oder in anderer Weise gestaltet sein.

Der Hilfskern kann durch Erhitzung oder durch chemische Angriffe entfernt werden.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin-

dung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine mehrteilige Form für einen Hilfskern;

Fig.2 eine perspektivische Ansicht des Hilfskerns, welcher in der Form gemäß F i g. 1 hergestellt ist;

F i g. 3 einen Schnitt durch eine weitere mehrteilige Form, in der der Hilfskern gemäß F i g. 2 angeordnet ist;

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines Keramikkerns, der in der Form nach F i g. 3 hergestellt ist und an dem der Hilfskern noch befestigt ist;

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht des Kerns gemäß F i g. 4, nachdem der Hilfskern entfernt ist:

F i g. 6 einen Schnitt durch eine weitere mehrteilige Form, bei der der Kern gemäß F i g. 5 benutzt wird;

F i g. 7 das Wachsmodell, welches in der Form gemäß F i g. 6 hergestellt wurde, und welches eine Umhüllung aus Keramikmaieriat aufweist und in dem der Kern gemäß F i g. 5 eingebettet ist;

F i g. 8 die Umhüllungsform die verbleibt wenn das umhüllte Wachsmodell gemäß F i g. 7 ausgeschmolzen worden ist;

Fig.9 eine perspektivische Ansicht einer fertigen Schaufel, weiche in der Form gemäß Fig.8 hergestellt wurde.

Fig. 1 zeigt eine zusammengesetzte Spritzgießform, die aus zwei Teilen IO und 11 besteht die zwischen sich einen im wesentlichen rechteckigen Hohlraum 12 definieren. Mehrere Stifte 13 und 14 stehen von den Teilen

16 bzw. 11 vor und treffen sich in der Teilungsebene 15 der Formteile, um durchgehende Stifte zu schaffen, die über Jen gesamten Hohlraum 12 verlaufen. Durch einen Eingießkanal 16 kann das Material des Hilfskerns in den Hohlraum 12 eingespritzt werden.

Das Material des Hilfskerns. welches beispielsweise aus einem thermoplastischem Material oder einem wasserlöslichen Kunststoff besteht, wird durch den Eingießkanal in flüssiger Form eingespritzt so daß der Hohlraum 12 vollständig ausgefüllt wird. Dann läßt man das Material, z. B. unter Wärmezufuhr erhärten.

Wenn das ivlaterial des Hilfskerns hart geworden ist. kann er aus der Form dadurch entfernt werden, daß die beiden Formhälften 10 und 12 geöffnet werden, so daß die Stifte herausgezogen werden. Ein solcher Hilfskern

17 ist in F i g. 2 dargestellt und es besteht aus einem im wesentlichen rechteckigen Block mit einer Vielzahl von Löchern 18, die zwischen den gegenüberliegenden Längsflächen des Blocks verlaufen. Eine Fläche ist außerdem bei 19 mit einer in Längsrichtung verlaufenden Vertiefung versehen, die schließlich den hinteren Randabschnitt des Keramikkenis formt, wozu der Hilfskern 17 benutzt wird.

Dann wird der Hilfskern 17 in eine zweite zweitei'ige Form gemäß Fig.3 überführt. Die Form besteht aus zwei Teilen 20 und 21. und die Teile definieren zwischen sich einen einzigen Hohlraum. Dieser Hohlraum kann jedoch angesehen werden als aufgebaut aus drei Hohlraumabschnitten 22, 23 und 24. Der Haupthohlraum 22 hat die Form des inneren Kühlluftkanals, und er geht in den zweiten Abschnitt 23 über, der genau um den Hilfskern herum paßt. Der Hilfskern 17 wird in den Hohlraum 23 so eingelegt, daß die Ausnehmung 19 einen Fortsatz des Hohlraumabschnitts 22 bildet und in die Löcher 18 führt, die demgemäß mit dem dritten Hohlraumabschnitt 24 in Verbindung stehen. Dieser dritte Abschnitt umfaßt eiiipn Kanal, der die freien Enden aller Löcher 18 verbindet. Er verstärkt den zerbrechlichen Teil des Keramikkerns, welcher die Kanäle in der Schaufel ausbildet

Der Formteil 20 besitzt einein Eingießkanal 25, durch welchen der Keramikschlamm eingespritzt wird, um den Hohlraum 22, die Löcher 18 und demgemäß den Hohlraum 24 auszufüllen. Der Keramikschlamm kann ein wasserlösliches Kunstharz enthalten, welches dann in einen Rohzustand aushärtet Der gehärtete Kern 26 wird dann aus der Form durch Trennung der beiden Hälften 20 und 21 entfernt Aus Fig.4 ist ersichtlich, daß der Hilfskern 17 immer noch einen Teil des Kerns in diesem Zustand bildet und er eine notwendige Funktion insofern hat als daß die unvermeidbar zerbrechlichen Teile des Keramikkerns 26 gegen die Spannungen abgestützt werden, die beim Entformen des Kerns aus den Formhälfien 20 und 21 auftreten.

Dann wird der Kern 26 gebrannt um das Keramikmaterial zu sintern, und in der gleichen Stufe oder in einer getrennten Stufe wird der Hilfskern '7 vom Keramikmaterial entfernt. Wenn der Hilfskern aus einem thermoplastischen Material oder einem entflammbaren Material ist dann zerstört die Ausbre ■ stufe auch den HiifskciTi 17. Es kann jedoch auch cm i-C'Sungsvcrfahrcn oder ein anderes Verfahren benutzt werden, um den Hilfskern zu entfernen. Der fertige Kern 26 ist aus F i g. 5 ersichtlich. Er weist einen Hauptkörper 27, eine Reihe feiner Keramikstifte 28 und einen kanalförmigen Kernabschnitt 29 auf, der die freien Enden der Stifte 28 verbindet, um eine Art Leiteraufbau zu schaffen.

Es kann dann erforderlich sein, die Oberfläche zu glätten, um Grate zu entfernen. Dies kam beispielsweise an der Verbindung zwischen der Ausnehmung 19 und dem Hohlraumabschnitt 22 auftreten. Eine Glättung an dem Hauptkörpers 27 des Kerns 26 kann relativ einfach durchgeführt werden. Wenn jedoch der Versuch unternommen wird, die Stifte 28 in einer Form herzustellen, ohne den Hilfskern 17 zu benutzen, dann besteht die Wahrscheinlichkeit, daß Vorsprünge und Gußansätze entstehen, und es kann aus Festigkeitsgründen sogar erforderlich sein, diese zwischen den Stiften 28 anzuordnen. Derartige Kernansätze lassen sich jedoch nur schwer entfernen, ohne die Stifte 28 zu beschädigen.

D_nn wird der fertige Kern 26 in einer dritten, zweiteiligen Form eingesetzt, die aus den Teilen 30 und 31 besteht. Diese Teile definieren einen Hohlraum 32, dessen Gestalt der Gestalt der fertigen Schaufel entspricht der jedoch außerdem bei 33 einen Kanalabschn.t· besitzt, in dem der entsprechende Teil, der Kernabschnitt 29 genau hineinpaßt Der Kern 26 wird, wie aus F i g. 6 ersichtlich, in der Form 30, 31 gehalten, und es wird geschmolzenes Wachs unter Druck durch den Eirgießkanal 34 eingespritzt um jenen Teil des Hohlraumes 32 auszufüllen, der vom Kern 26 nicht ausgefüllt wird. Dies ergibt, wie dargestellt, stromlinienförmig gestaltete Wand" im wesentlichen konstanter Dicke, die den Kern umgeben.

Wie üblich, läßt rr,*n das Wachs erstarren, und es wird aus der Form entfernt. Das so gebildete Wachsmodell wird dann mit einer Keramikumhüllung 35 auf der äußeren Oberfläche überzogen, wie aus F i g. 7 ersichtlich. Dies wird in mehreren Stufen durchgeführt, in denen das Wachsmodell in einen Keramikschlamm eingetaucht wird, und das eingetauchte Modeil wird denn mit teilchenförmigen! Keramikmaterial besandet. Diese Verfahrensschritte werden wiederholt bis die Keramikumhüllung sich in einer genügenden Stärke aufgebaut hat Dann läßt man die Umhüllung abtrocknen. Wei! der Kanalabschnitt 33 des Kerns nicht mit Wachs beim Wachseinspritzverfahren überzogen wird, wird dieser

Abschnitt der Keramikumhüllung direkt ausgesetzt und paßt dicht in die Umhüllung hinein.

Als nächstes wird das Wachs entfernt und die Keramikumhüllung gebrannt. Es ist möglich, diese beiden Verfahrensstufen in einem einzigen Erhitzungsprozeß durchzuführen.

Es ist jedoch bekannt, daß es erforderlich ist Vorkehrungen zu treffen, daß die Ausdehnung des Wachses die Keramikumhüllung nicht aufreißt. Fig.8 zeigt die gebrannte Umhüllungsform 35. 10 j

In diesen Hohlraum 36 wird geschmolzenes Metall I

eingegossen um den Hohlraum auszufüllen, und man läßt dieses Metall dann erstarren. Während dieser Verfahrensstufe können die auf dem Keramikkern lastenden Kräfte schon beträchtlich sein, jedoch die Abstützung der Stifte 28 vom Hauptteil 17 des Kerns und vom Kanalabschnitt 29 nimmt an dieser Stelle die Belastungen mit auf.

Die fertig gegossene Schaufei ist in F i g. 9 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß eine hohle Schaufel 37 erzeugt werden kann, weiche einen inneren Hohlraum 38 besitzt, wobei Kühlluftaustrittslöcher 39 den Hohlraum 38 mit dem Hinterrand der Schaufel verbinden, so daß Kühlluft aus dem Hohlraum an der Hinterkante abgeblasen werden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist sehr geeignet zur Herstellung einer verlorenen Gießform zur Produktion einer Schaufel eines Gasturbinentriebwerks mit Ausblasöffnungen am Hinterrand der Schaufel, jedoch kann das Verfahren auch benutzt werden, um andere Schaufeln mit anderen Löchern herzustellen, beispielsweise Filmkühllöcher in der Schaufel. Die vorstehende Beispielsbeschreibung bezieht sich auf eine Gießform für eine sehr einfache Schaufel mit einem einzigen großen Hohlraum. Dies dient jedoch nur der Vereinfachung der Beschreibung, und in der Praxis ist es wahrscheinlich, daß das innere der Schaufel sehr vie! komplizierter ausgebildet ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Gießform, zur Produktion einer Schaufel eines Gasturbinentriebwerks nach dem Wachsausschmelzverfahren, wobei zunächst ein zerstörbarer Hilfskern (17), ggf. nach dem Spritzgießverfahren, hergestellt wird, dieser in eine Kernform (20, 21) eingesetzt wird, die einen ersten Hohlraum (22) gemäß dem Hohlraum (38) der Schaufel (37) aufweist,
daß weiterhin Keramikmasse in die Kernform (20, 21) eingespritzt und aushärten gelassen, wird,
daß der Keramikkern (26) mit dem Hilfskern (17) aus der Kernform (20,21) entfernt wird,
daß der Hilfskern (17) aus dem Keramikkern (26) entfernt wird, daß der so erhaltene Keramikkern (26) in eine weitere mehrteilige Form (30,31) eingesetzt wird, die einen Hauptraum (32) gemäß der äußersn Oberfläche dz- Schaufel (37) aufweist,
daß Wachs eingespritzt und erstarren gelassen wird, und daß das Wachsmodell und der Keramikkern (26) aus der Form (30, 31) entfernt und mit einer Keramikumhüllung (35) überzogen werden, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hilfskern (17) mit Löchern (18) versehen wird, die Kühlluftaustrittsöffnungen (39) der zu gießenden Schaufeln (37) entsprechen,
daß die Kernform (20, 21) mit einem zweiten Hohlraum (23) zur Aufnahme des Hilfskerns (17) versehen wird,

daß die Kernform (20, 21) mit einem dritten Hohlraum (24) versahen wird, der ein_n Kanal bildet und die freien Enden der Löcher (18) des Hilfskerns (17) verbindet,

daß die mehrteilige Form (30,31) mit einem zweiten Hohlraum (33) versehen wird, in den ein Kernabschnitt (29), der durch den kanalförmigen dritten Hohlraum (24) der Kernform (20, 21) gebildet worden ist, eingesetzt wird,

und daß dieser zweite Hohlraum (33) so bemessen wird, daß er vom Kernabschnitt (29) ausgefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (18) von Stiften (12, 14) gebildet v/erden, die von einem jedem der Teile (10, 11) einer Spritzgießform für den Hilfskern (17) über den Hohlraum verlaufen, wobei die Stifte (12, 14) von einem der Teile (10,11) getragen werden und an ihren Enden an die Stifte (12, 14) anstoßen, die von dem anderen der Teile (10,11) getragen werden.