JP5598649B2 - Casting method - Google Patents
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Description
本発明は、鋳造方法に係わり、特に品質の良い精密鋳造品を製造するのに好適な鋳造方法に関するものである。 The present invention relates to a casting method, and more particularly to a casting method suitable for producing a high-quality precision casting.
従来、上記した精密鋳造品の鋳造方法としては、例えば、特許文献1に記載されたものがあり、この鋳造方法では、内部に鋳造空間を有する鋳型に対して溶湯金属を注湯し、溶湯金属の凝固後に型ばらしを行うことで、精密鋳造品を得るようになっている。
Conventionally, as a casting method of the above-described precision casting product, for example, there is a method described in
この鋳造方法において、鋳型における鋳造空間の形状に起因する引け巣等の欠陥が生じるのを防ぐべく、鋳型の近傍に冷却装置や加熱装置を設けて、緩冷却による欠陥の発生が予想される部分は冷却装置で冷却する一方で、急冷却による欠陥の発生が予想される部分は加熱装置で加熱するようにしている。 In this casting method, in order to prevent the formation of defects such as shrinkage cavities due to the shape of the casting space in the mold, a cooling device or a heating device is provided in the vicinity of the mold, and the occurrence of defects due to slow cooling is expected. Is cooled by a cooling device, while a portion where defects are expected to occur due to rapid cooling is heated by a heating device.
ところが、上記した従来の鋳造方法では、鋳型の近傍に冷却装置や加熱装置を設けることで、鋳型の鋳造空間の形状による引け巣等の欠陥が生じるのを防ぐことができるものの、鋳型の近傍に冷却装置や加熱装置を設ける分だけ、鋳造設備の大型化及び鋳造コストの増加を招いてしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。 However, in the conventional casting method described above, by providing a cooling device or a heating device in the vicinity of the mold, it is possible to prevent defects such as shrinkage cavities due to the shape of the casting space of the mold, but in the vicinity of the mold. There is a problem that the casting equipment is increased in size and the casting cost is increased as much as the cooling device and the heating device are provided, and it has been a conventional problem to solve these problems.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、鋳造設備の大型化及び鋳造コストの増加を招くことなく、品質の高い鋳造品を得ることが可能である鋳造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and provides a casting method capable of obtaining a high-quality cast product without causing an increase in the size of casting equipment and an increase in casting cost. The purpose is that.
本発明に係る鋳造方法は、内部に鋳造空間を有する鋳型に溶湯金属を注湯して鋳造を行うに際して、前記鋳型には、少なくとも冷却を早めたい部分が設定され、前記鋳型の冷却を早めたい部分のふく射率が、該冷却を早めたい部分を除く部分のふく射率よりも高く設定されている構成としたことを特徴としており、この構成の鋳造方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。 In the casting method according to the present invention, when performing casting by pouring molten metal into a mold having a casting space inside, at least a portion to be cooled is set in the mold, and the cooling of the mold is to be accelerated. It is characterized in that the radiation rate of the part is set to be higher than the radiation rate of the part excluding the part where the cooling is desired to be accelerated, and the casting method of this structure is for solving the conventional problems described above. As a means.
本発明に係る鋳造方法において、鋳型の冷却を早めたい部分のふく射率を、この冷却を早めたい部分を除く部分のふく射率よりも高くするべく、この冷却を早めたい部分の表面に対して、ふく射率が高い色、例えば黒色の着色加工を施す構成としている。 In casting method according to the present invention, the radiation rate of the portion to accelerate the cooling of the mold, to be higher than the radiation rate of the portion except for the portion to expedite this cooling, to the surface of the part to be earlier this cooling, color radiation rate is high, that has a configuration subjected to coloring process, for example black.
本発明に係る鋳造方法では、鋳型の冷却を早めたい部分の表面にふく射率を高め得る色の着色加工を施すことで、冷却を早めたい部分のふく射率を、この冷却を早めたい部分を除く部分のふく射率よりも高く設定した鋳型を用いて鋳造を行うので、鋳型に注湯された溶湯金属の凝固が期待通りに進行することとなり、その結果、鋳型の鋳造空間の形状に起因する引け巣等の欠陥が生じるのを回避し得ることとなる。
この際、鋳型の周りに冷却装置や加熱装置を設置して局部的に冷やしたり暖めたりする必要がないので、鋳造設備の大型化及び鋳造コストの増加も避け得ることとなる。
In the casting method according to the present invention, the surface of the part where the cooling of the mold is desired to be accelerated is colored so as to increase the radiation rate, so that the radiation rate of the part where the cooling is desired to be accelerated is excluded from the part where the cooling is desired to be accelerated. Since casting is performed using a mold set higher than the radiation rate of the part, solidification of the molten metal poured into the mold proceeds as expected, resulting in shrinkage due to the shape of the casting space of the mold. The occurrence of defects such as nests can be avoided.
At this time, since it is not necessary to locally cool or warm by installing a cooling device or a heating device around the mold, it is possible to avoid an increase in the size of casting equipment and an increase in casting cost.
本発明に係る鋳造方法では、上記した構成としているので、鋳造設備の小型化及び鋳造コストの低減を実現したうえで、引け巣等の欠陥のない高品質の鋳造品を得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 In the casting method according to the present invention, since it has the above-described configuration, it is possible to obtain a high-quality cast product free from defects such as shrinkage cavities after realizing downsizing of the casting equipment and reduction of the casting cost. This is a very good effect.
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図1及び図2は本発明に係る鋳造方法の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る鋳造方法を精密鋳造品として耐熱超合金から成るタービンブレードを製造する一方向凝固鋳造方法に適用した場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show an embodiment of a casting method according to the present invention. In this embodiment, unidirectional solidification for producing a turbine blade made of a heat-resistant superalloy using the casting method according to the present invention as a precision cast product is shown. A case where the present invention is applied to a casting method will be described as an example.
図1に示すように、この一方向凝固鋳造方法は、内部に鋳造空間を有する鋳型1を加熱炉2内に収容して行う鋳造方法であり、耐熱超合金の溶湯の酸化汚染を防止するために、加熱炉2内は真空又は不活性ガス雰囲気に保たれる。
鋳型1の鋳造空間の図示しない上端開口部は湯口であり、鋳造空間の図示しない下端開口部は水冷板3上に接した状態で固定される。この水冷板3は図示しない駆動機構により適宜速度で昇降可能となっており、鋳型1は加熱炉2とこの加熱炉2の下方に位置する冷却ゾーン4との間を行き来する。
また、この鋳型1は、鋳造空間内に注湯された溶湯金属が凝固しないように、加熱炉2内においてふく射加熱を受けて、耐熱超合金の凝固開始温度以上に保たれるようになっている。
As shown in FIG. 1, this unidirectionally solidified casting method is a casting method in which a
An upper end opening (not shown) of the casting space of the
Further, the
この一方向凝固鋳造方法では、まず、下降位置にある水冷板3上に鋳型1を下端開口部が接するようにして固定した後、駆動機構により水冷板3を上昇させ、真空加熱炉2内に鋳型1をセットしてふく射加熱を開始する(図1に示す状態)。
In this unidirectional solidification casting method, first, the
次いで、水冷板3上の鋳型1が溶湯金属の凝固温度以上に加熱された時点で、鋳型1の上部湯口から溶湯金属を注湯し、鋳型1内の溶湯金属の均熱化ないしは意図的な温度勾配設定のためにふく射加熱状態を維持する。
Next, when the
そして、所定時間が経過した段階において、図1の矢印に示すように、駆動機構により水冷板3を下降させて鋳型1を加熱炉2から所定の速度で下方に引き抜き、鋳型1の鋳造空間内の溶湯金属を下から上に向けて順次凝固させる。
Then, when a predetermined time has elapsed, as shown by an arrow in FIG. 1, the
上記した一方向凝固鋳造方法において、駆動機構による鋳型1の加熱炉2からの引き抜き速度を制御することで、大方の場合品質の良いタービンブレードを製造することができるが、図3に示すように、タービンブレードBのクリスマスツリーなどと呼称される根元の凸部Ba(簡略的に示す)には、その形状の複雑さに起因して、引け巣などの欠陥NGが生じる可能性がある。なお、このような欠陥NGが生じる位置は、新山パラメータという評価基準などに基づいて予測される。
In the above-described unidirectional solidification casting method, by controlling the drawing speed of the
このような欠陥が生じるのを回避するべく、この実施例では、図2(a)に示すように、鋳型1の欠陥の発生が予測される部分を、冷却を早めたい部分1aとして設定し、この冷却を早めたい部分1aの表面に黒色の着色加工を施すようにしている。
すなわち、鋳型1の冷却を早めたい部分1aのふく射率が、この冷却を早めたい部分1aを除く部分のふく射率よりも高くなるようにしている。
In order to avoid the occurrence of such a defect, in this embodiment, as shown in FIG. 2 (a), a portion where the occurrence of a defect in the
That is, the radiation rate of the part 1a where the cooling of the
このように、上記した一方向凝固鋳造方法では、冷却を早めたい部分1aのふく射率を、この冷却を早めたい部分1aを除く部分のふく射率よりも高く設定した鋳型1を用いて鋳造を行うことから、鋳型1に注湯された溶湯金属の凝固形態を思惑通りにコントロールすることができ、したがって、図2(b)に示すように、タービンブレードBの根元の凸部Baに生じる欠陥リスクが減ることとなる。
Thus, in the above-described unidirectional solidification casting method, casting is performed using the
この際、鋳型1の周りに冷却装置や加熱装置を配置して局部的冷却や局部的加熱を行う必要がないので、鋳造施設が大型化したり鋳造コストが増加したりするのを阻止し得ることとなる。
At this time, since it is not necessary to arrange a cooling device or a heating device around the
そこで、上記した一方向凝固鋳造方法の効果を確かめるために、図4(a),(b)に示すように、板状の鋳型本体12の正面12aに黒色の着色加工を施して、この正面12aのふく射率を、鋳型本体12の背面12bを含む他の部分のふく射率よりも高くした鋳型モデル11を設定して、一方向凝固鋳造のシミュレーションを行った。これとともに、鋳型本体12の正面12aに黒色の着色加工を施していない鋳型モデル11を設定して、通常の一方向凝固鋳造方法のシミュレーションを併せて行った。
Therefore, in order to confirm the effect of the above-described unidirectional solidification casting method, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
これらのシミュレーションにおいて、加熱炉内温度を約1500℃、鋳型モデル11の加熱炉からの引き抜き速度を約150mm/h、鋳型モデル11における黒色の着色加工を施した部位のふく射率(解析設定値)を1.0、鋳型モデル11における黒色の着色加工を施した部位を除く部位のふく射率(解析設定値)を0.5とした。
また、図4(c)に示すように、鋳型モデル11の内部において、鋳型本体12の背面12b側の2点A−1,B−1及び正面12a側の2点A−2,B−2を温度測定点とし、この際、背面12b側の温度測定点A−1と正面12a側の温度測定点A−2を同一高さとし、背面12b側の温度測定点B−1と正面12a側の温度測定点B−2も同一高さとした。
In these simulations, the temperature in the heating furnace is about 1500 ° C., the drawing speed of the
Further, as shown in FIG. 4C, in the
図5(b)に示す通常の一方向凝固鋳造方法のシミュレーション解析結果による温度曲線図では、鋳型本体12の正面12a側及び背面12b側における同一高さの温度測定点では、測定温度にほとんど差は生じていない。
In the temperature curve diagram by the simulation analysis result of the normal unidirectional solidification casting method shown in FIG. 5B, there is almost no difference in the measured temperature at the temperature measurement points of the same height on the
これに対して、図5(a)に示す本実施例に係る一方向凝固鋳造方法のシミュレーション解析結果による温度曲線図では、同一高さの温度測定点、すなわち、温度測定点A−1,A−2、及び、温度測定点B−1,B−2において、いずれもふく射率を高くした側の温度測定点A−2,B−2による測定温度が30℃程度低くなっていることが判り、これらの解析結果から、本実施例に係る一方向凝固鋳造方法が通常の一方向凝固鋳造方法と比べて、鋳型を局部的に冷却し得ることが立証できた。 On the other hand, in the temperature curve diagram by the simulation analysis result of the unidirectional solidification casting method according to this embodiment shown in FIG. 5A, the temperature measurement points at the same height, that is, the temperature measurement points A-1 and A -2 and the temperature measurement points B-1 and B-2, the measurement temperature at the temperature measurement points A-2 and B-2 on the side where the emissivity is increased is about 30 ° C. From these analysis results, it was proved that the unidirectional solidification casting method according to the present example can locally cool the mold as compared with the normal unidirectional solidification casting method.
上記した実施例では、タービンブレードを製造する一方向凝固鋳造方法に本発明に係る鋳造方法を適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、通常の大気鋳造方法にも適用することができる。
また、本発明に係る鋳造方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the case where the casting method according to the present invention is applied to the unidirectionally solidified casting method for manufacturing the turbine blade has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and a normal atmospheric casting method is used. It can also be applied to.
Further, the configuration of the casting method according to the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment.
1 鋳型
1a 冷却を早めたい部分
2 加熱炉
B タービンブレード(精密鋳造品)
1 Mold 1a Part to be cooled faster 2 Heating furnace B Turbine blade (Precision casting)
Claims (1)
前記鋳型には、少なくとも冷却を早めたい部分が設定され、前記鋳型の冷却を早めたい部分の表面にふく射率を高め得る色の着色加工を施すことで、該冷却を早めたい部分のふく射率が、該冷却を早めたい部分を除く部分のふく射率よりも高く設定されている
ことを特徴とする鋳造方法。 When casting a molten metal into a mold having a casting space inside,
In the mold, at least a portion where the cooling is desired is set, and the surface of the portion where the cooling is desired to be accelerated is subjected to a coloring process capable of increasing the radiation rate, so that the radiation rate of the portion where the cooling is desired is increased. The casting method is characterized by being set to be higher than the radiation rate of the portion excluding the portion where the cooling is desired to be accelerated.
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