JPS6046860A - 繊維強化複合金属からなる鋳造品の製造方法 - Google Patents
繊維強化複合金属からなる鋳造品の製造方法Info
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- JPS6046860A JPS6046860A JP15523083A JP15523083A JPS6046860A JP S6046860 A JPS6046860 A JP S6046860A JP 15523083 A JP15523083 A JP 15523083A JP 15523083 A JP15523083 A JP 15523083A JP S6046860 A JPS6046860 A JP S6046860A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/02—Pressure casting making use of mechanical pressure devices, e.g. cast-forging
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、小型の遠心圧縮機のインペラのような複雑
な形状で、かつ高い強度を必要とする鋳造品を、繊維強
化複合金属で造るための製造方法に関するものである。
な形状で、かつ高い強度を必要とする鋳造品を、繊維強
化複合金属で造るための製造方法に関するものである。
（従来技術）
一般に、機械部品においては、部分的に特別な機械的性
質が要求されることが多い。たとえば、ガスタービンの
遠心圧縮機のインペラにおいて、そのボス部に高剛性、
高靭性が要求される場合などがこれに該当する。このよ
うな高剛性、高＠性を部分的に付加する手段として、そ
の部分だけを繊維強化させることが考えられる。
質が要求されることが多い。たとえば、ガスタービンの
遠心圧縮機のインペラにおいて、そのボス部に高剛性、
高靭性が要求される場合などがこれに該当する。このよ
うな高剛性、高＠性を部分的に付加する手段として、そ
の部分だけを繊維強化させることが考えられる。
ところで、上記遠心圧縮機のインペラは複雑な形状の翼
を多数有することから、一般に、ロストワックス法で鋳
造される。このロストワックス法は、第１図（Ａ）に示
すように、分割金型からなる雌型１１にろう材Ａを注入
してろう製の雄型１２金造シ、第１図（Ｂ）に示すよう
に、上記ろう製の雄型１２を用いて七うミック製の一体
型である雌型１３を造シ、第１図（Ｃ）に示すように、
この雌型１３を加熱して雄型１２を消失させたのち、第
１図（Ｄ）に示すように、上記雌型１３にステンレスの
溶湯１４を注入して鋳造を行ない、鋳造後に雌型１３を
壊して内部の鋳造品１５を取９出す。
を多数有することから、一般に、ロストワックス法で鋳
造される。このロストワックス法は、第１図（Ａ）に示
すように、分割金型からなる雌型１１にろう材Ａを注入
してろう製の雄型１２金造シ、第１図（Ｂ）に示すよう
に、上記ろう製の雄型１２を用いて七うミック製の一体
型である雌型１３を造シ、第１図（Ｃ）に示すように、
この雌型１３を加熱して雄型１２を消失させたのち、第
１図（Ｄ）に示すように、上記雌型１３にステンレスの
溶湯１４を注入して鋳造を行ない、鋳造後に雌型１３を
壊して内部の鋳造品１５を取９出す。
ここで、軽量化のために上記Ｈ？ａ品（インペラ）１５
ｆ：アルミニュウムで造シ、その際の強度不足を補なう
ために、ｉｌ述した部分的に繊維強化することが考えら
れるのである。つまシ、アルミニュウムを母材とする繊
維強化複合金属（以下「ＦＲＭ」という。）製の鋳造品
１５を造ることが考えられる。
ｆ：アルミニュウムで造シ、その際の強度不足を補なう
ために、ｉｌ述した部分的に繊維強化することが考えら
れるのである。つまシ、アルミニュウムを母材とする繊
維強化複合金属（以下「ＦＲＭ」という。）製の鋳造品
１５を造ることが考えられる。
そこで、上記ロストワックス法でＦＲＭ製の鋳造品を得
るには、まず、第１図（Ａ）の雌型１１内に、長繊維を
結合剤で固めた長繊維成形体１６を入れておき、第１図
（Ｂ）で上記長繊維成形体１６を含有した雄型１２を造
シ、第１図（Ｃ）で雄型１２を消失させて長繊維成形体
１６を残し、第１図（Ｄ）で雌型１３に溶湯１４を注入
して鋳造を行なう。このように長繊維成形体１６を最初
の工程、つまシ第１図（Ａ）の工程で雌型１１内に入れ
たのは、第１図（Ｄ）の工程で溶湯１４を注入する直前
に雌型１３内に長繊維成形体１６を入れようとしても、
雌型１３が一体型であるために不可能だからである。と
ころが、長繊維成形体１６の内部に溶湯を十分含浸させ
るには高い圧力が必要であるにもかかわらず、上記ロス
トワックス法は常圧鋳造なので、上記含浸が不十分にな
り、所望の高強度が得られない。また、第１図（Ｃ）の
工程で雄型１２を消失させたとき、長繊維成形体１６を
支持するものがなくなるので、長繊維成形体１６が位置
すれを起こしてしまう不具合もある。
るには、まず、第１図（Ａ）の雌型１１内に、長繊維を
結合剤で固めた長繊維成形体１６を入れておき、第１図
（Ｂ）で上記長繊維成形体１６を含有した雄型１２を造
シ、第１図（Ｃ）で雄型１２を消失させて長繊維成形体
１６を残し、第１図（Ｄ）で雌型１３に溶湯１４を注入
して鋳造を行なう。このように長繊維成形体１６を最初
の工程、つまシ第１図（Ａ）の工程で雌型１１内に入れ
たのは、第１図（Ｄ）の工程で溶湯１４を注入する直前
に雌型１３内に長繊維成形体１６を入れようとしても、
雌型１３が一体型であるために不可能だからである。と
ころが、長繊維成形体１６の内部に溶湯を十分含浸させ
るには高い圧力が必要であるにもかかわらず、上記ロス
トワックス法は常圧鋳造なので、上記含浸が不十分にな
り、所望の高強度が得られない。また、第１図（Ｃ）の
工程で雄型１２を消失させたとき、長繊維成形体１６を
支持するものがなくなるので、長繊維成形体１６が位置
すれを起こしてしまう不具合もある。
そこで、複雑な形状のＦＲＭ製鋳造品を高圧鋳造で得る
手段として、多数に分割した雌型内に長繊維成形体１６
を入れ、溶湯鍛造法で鋳造することが考えられるが、こ
うすると、雌型の分割した隙間から浴場が流出して品質
を損なううえに、鋳型費も高くなる欠点がある。
手段として、多数に分割した雌型内に長繊維成形体１６
を入れ、溶湯鍛造法で鋳造することが考えられるが、こ
うすると、雌型の分割した隙間から浴場が流出して品質
を損なううえに、鋳型費も高くなる欠点がある。
なお、ロストワックス法と同様な常圧鋳造で繊維強化鋳
造品を得る製造方法が、特開昭５５−１０３９２４号公
報に記載されている。
造品を得る製造方法が、特開昭５５−１０３９２４号公
報に記載されている。
（発明の目的）
この発明は上記諸問題に鑑みてなされたもので、繊維強
化によって軽址で面強度を有し、かつ、品質にも優れた
複雑形状の鋳造品が得られ、しかも鋳型費も安いＦＲＭ
製鋳造品の製造方法を提供することを目的とする。
化によって軽址で面強度を有し、かつ、品質にも優れた
複雑形状の鋳造品が得られ、しかも鋳型費も安いＦＲＭ
製鋳造品の製造方法を提供することを目的とする。
（発明の↑構成）
上記目的を達成するために、この発明は、ｙｊｆス部の
外周に複雑な翼を多数備えた遠心圧縮機のインペラのよ
うに、基部に連続して複雑形状部を備えた鋳造品を製造
するにあたシ、鋳型内における上記基部の強化すべき部
分に相当する空間位置に、長繊維を結合剤で固めた長繊
維成形体を固定するとともに、鋳型内における上記複雑
形状部に相当する空間位置に消失中子を配置し、鋳型内
に溶湯を注入して、高圧力下で溶湯鍛造を行ない、鋳造
後に上記消失中子を溶融除去することによシ、高圧鋳造
でＦＲＭｇ鋳造品を得ている。
外周に複雑な翼を多数備えた遠心圧縮機のインペラのよ
うに、基部に連続して複雑形状部を備えた鋳造品を製造
するにあたシ、鋳型内における上記基部の強化すべき部
分に相当する空間位置に、長繊維を結合剤で固めた長繊
維成形体を固定するとともに、鋳型内における上記複雑
形状部に相当する空間位置に消失中子を配置し、鋳型内
に溶湯を注入して、高圧力下で溶湯鍛造を行ない、鋳造
後に上記消失中子を溶融除去することによシ、高圧鋳造
でＦＲＭｇ鋳造品を得ている。
ここで、上記長繊維成形体を構成する長繊維とは、直径
数μｍ〜士数戸数μｍ程度長さ数十自以上の繊維をいう
。その材質としては、炭素、アルミナ、ガラス、シリコ
ンカーバイト、ポロンなどがよく、このような材質の長
繊維を強化したい方向にそろえて結合剤で固めたシート
を造り、これを多数重ねて長繊維成形体として用いるの
が好ましい。
数μｍ〜士数戸数μｍ程度長さ数十自以上の繊維をいう
。その材質としては、炭素、アルミナ、ガラス、シリコ
ンカーバイト、ポロンなどがよく、このような材質の長
繊維を強化したい方向にそろえて結合剤で固めたシート
を造り、これを多数重ねて長繊維成形体として用いるの
が好ましい。
上記消失中子は、溶剤で容易に溶かされ、しかも、高圧
鋳造に際して十分な耐熱強度、優れた表面粗度および変
形しにくい性質を有し、かつ、鋳造後の型抜きの際に、
鋳造品を損傷させないような低硬度の材料で造るのがよ
い。このような材料として、たとえば、銅、銅合金もし
くは鉄の各焼結体、または、これら焼結体の表面にニッ
ケルめっきもしくはクロームめっきを施したものがある
。
鋳造に際して十分な耐熱強度、優れた表面粗度および変
形しにくい性質を有し、かつ、鋳造後の型抜きの際に、
鋳造品を損傷させないような低硬度の材料で造るのがよ
い。このような材料として、たとえば、銅、銅合金もし
くは鉄の各焼結体、または、これら焼結体の表面にニッ
ケルめっきもしくはクロームめっきを施したものがある
。
溶湯鍛造は一般によく知られたもので、この発明では、
１００〜１．０００気圧程度の圧力で行なうのがよい。
１００〜１．０００気圧程度の圧力で行なうのがよい。
（実施例）
以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。
第２図は小型ガスタービンの遠心圧縮機のインペラ２０
を示し、このインペラ２０がこの発明の製造方法によっ
て鋳造される鋳造品２１である。
を示し、このインペラ２０がこの発明の製造方法によっ
て鋳造される鋳造品２１である。
この鋳造品２１は、ボヌである基部２２の外周に連続し
て、翼である複雑形状部２３を有している。
て、翼である複雑形状部２３を有している。
上記基部２２は、遠心力に基づく大きな荷重を負担する
ので、特に高剛性、高靭性が要求される。
ので、特に高剛性、高靭性が要求される。
第３図は上記鋳造品２１を製造するためにこの発明で用
いる溶湯鍛造法の概略を示す。同図において、貯溜槽２
５から溶湯２６を金属製の鋳型２７内に注入し、油圧式
のプランジャ２８を押し込んで加圧鋳造する。第４図に
その詳細を示す。
いる溶湯鍛造法の概略を示す。同図において、貯溜槽２
５から溶湯２６を金属製の鋳型２７内に注入し、油圧式
のプランジャ２８を押し込んで加圧鋳造する。第４図に
その詳細を示す。
第４図において、まず、所定の形状に成形した長繊維成
形体２９を別途製作する。その製作手順は、繊維径８μ
ｍのアルミナ長繊維を、応力解析によ請求めた基部２２
の応力分布図に基づいて配列してシートを造シ、このシ
ートを重ね合わせて、アクリロイドのような有機バイン
ダ（結合剤）を介在させ、プレス成形して固定する。上
記シートを重ね合わせる際、後から注入される溶湯が含
浸したときに、繊維含有率（容積比）が５０％となるよ
うに極力密に重ね合わせたうえでプレスする。
形体２９を別途製作する。その製作手順は、繊維径８μ
ｍのアルミナ長繊維を、応力解析によ請求めた基部２２
の応力分布図に基づいて配列してシートを造シ、このシ
ートを重ね合わせて、アクリロイドのような有機バイン
ダ（結合剤）を介在させ、プレス成形して固定する。上
記シートを重ね合わせる際、後から注入される溶湯が含
浸したときに、繊維含有率（容積比）が５０％となるよ
うに極力密に重ね合わせたうえでプレスする。
こうして得られた長繊維成形体２９を、鋳型２７内にお
ける上記基部２２０強化すべき部分に相当する空間位置
に配置し、ねじ棒３０とナラ）３１．３２で鋳型２７に
固定する。鋳型２７は、左右１対の上型２７Ａ、２７Ｂ
と、下型２７Ｃとからなシ、テーパ状のナツト３１を上
ｍ２７Ａ、２７Ｂ間に挾み込むことによシ、長繊維成形
体２９を上型２７Ａ、２７Ｂに対して固定している。
ける上記基部２２０強化すべき部分に相当する空間位置
に配置し、ねじ棒３０とナラ）３１．３２で鋳型２７に
固定する。鋳型２７は、左右１対の上型２７Ａ、２７Ｂ
と、下型２７Ｃとからなシ、テーパ状のナツト３１を上
ｍ２７Ａ、２７Ｂ間に挾み込むことによシ、長繊維成形
体２９を上型２７Ａ、２７Ｂに対して固定している。
ついで、翼３３に挾まれた空間位置、すなわち鋳型２７
内における上記複雑形状部２３に相当する空間位置に、
翼３３の枚数に応じて分割された消失中子３４を組み立
てて配置する。この例では、消失中子３４を下型２７Ｃ
に載置している。上記消失中子３４は、銅合金（Ｃｕ−
１０％Ｓｎ合金）の焼結体で形成されている。
内における上記複雑形状部２３に相当する空間位置に、
翼３３の枚数に応じて分割された消失中子３４を組み立
てて配置する。この例では、消失中子３４を下型２７Ｃ
に載置している。上記消失中子３４は、銅合金（Ｃｕ−
１０％Ｓｎ合金）の焼結体で形成されている。
ｌ この状態で、鋳型２７の型締めを行ない、鋳型２７
全体を２５０〜５００℃に予熱して、注湯の際に溶湯の
凝固が早く進み過ぎないように調整するとともに、鋳型
２７内を減圧して、長繊維成形体２９内のアクリロイド
をガス化して消失させる。
全体を２５０〜５００℃に予熱して、注湯の際に溶湯の
凝固が早く進み過ぎないように調整するとともに、鋳型
２７内を減圧して、長繊維成形体２９内のアクリロイド
をガス化して消失させる。
つづいて、Ａｌ−８ｉ−Ｃｕ合金（ＪＩｓ記号ＡＣ４Ｄ
）の溶湯２６を鋳型２７内に注入し、プランジャ２８で
約７００〜１．０００気圧に加圧して鋳造する。
）の溶湯２６を鋳型２７内に注入し、プランジャ２８で
約７００〜１．０００気圧に加圧して鋳造する。
こうして、長繊維成形体２９および消失中子３４ともど
も一体に鋳ぐるむ。
も一体に鋳ぐるむ。
凝固したのち鋳造品２１を鋳型２７から取シ出してナツ
ト３１を外し、濃硝酸中に浸漬して、消失中子３４がそ
の一部を消失してばらばらに壊れるまで浸漬し続ける。
ト３１を外し、濃硝酸中に浸漬して、消失中子３４がそ
の一部を消失してばらばらに壊れるまで浸漬し続ける。
そののち、炭酸ソーダのような中和液で中和して乾燥す
る。乾燥後に、上記壊れた消失中子３４の他部を手作業
で取り除く。
る。乾燥後に、上記壊れた消失中子３４の他部を手作業
で取り除く。
この状態では、鋳造品２１の内部にねじ棒３０およびナ
ツト３２が残ったままである。つぎに、軸孔の機械加工
とパフンシングを行なって第２図に示した形状のインペ
ラ２０に仕上げる。上記機械加工によシ、第３図の残さ
れたねじ棒３０とナツト３２の除去もなされる。
ツト３２が残ったままである。つぎに、軸孔の機械加工
とパフンシングを行なって第２図に示した形状のインペ
ラ２０に仕上げる。上記機械加工によシ、第３図の残さ
れたねじ棒３０とナツト３２の除去もなされる。
上記製造方法によれば、高圧によ如溶湯２６が長繊維成
形体２９の内部に十分含浸するので、長繊維で強化され
た強度の高い第２図のインペラ２０が得られる。実際に
、このインペラ２０を高速回転試験機に取シ付け、真空
中で回転させて、空気圧縮力を作用させないで遠心力の
みを作用させるコールドスピンテヌトを行なったところ
、バーストが発生する周速度は約６５ Ｑ 即伝であっ
た。
形体２９の内部に十分含浸するので、長繊維で強化され
た強度の高い第２図のインペラ２０が得られる。実際に
、このインペラ２０を高速回転試験機に取シ付け、真空
中で回転させて、空気圧縮力を作用させないで遠心力の
みを作用させるコールドスピンテヌトを行なったところ
、バーストが発生する周速度は約６５ Ｑ 即伝であっ
た。
これに対し第１図に示したロストワックス法で製造され
た従来のステンレス製インペラでは、バーストが発生す
る周速度は約５５０ル敬であり、この発明によるインペ
ラ２０の強度が高いことを示している。つまシ、この発
明では、インペラ２０の材質をアルミニュウムとして軽
量化を図υながらも、従来の重いステンレス製インペラ
よシもさらに高い強度が得られているのであシ、このよ
うに軽量化と高強度化を同時に実現できる点で極めて大
きな意義を有している。
た従来のステンレス製インペラでは、バーストが発生す
る周速度は約５５０ル敬であり、この発明によるインペ
ラ２０の強度が高いことを示している。つまシ、この発
明では、インペラ２０の材質をアルミニュウムとして軽
量化を図υながらも、従来の重いステンレス製インペラ
よシもさらに高い強度が得られているのであシ、このよ
うに軽量化と高強度化を同時に実現できる点で極めて大
きな意義を有している。
さらに、第３図の鋳型２７は多数に分割した金型ではな
いので、型の隙間から溶湯２６が流出してば）などの原
因となり品質を損なうという不具合がないうえに、型費
も安価になる。
いので、型の隙間から溶湯２６が流出してば）などの原
因となり品質を損なうという不具合がないうえに、型費
も安価になる。
（発明の効果）
以上説明したように、この発明によれば、複雑な形状の
鋳造品を繊維強化によって軽量化および高強度化するこ
とができ、しかも、品質が向上する。さらに、鋳イ１す
費も安くて済む。
鋳造品を繊維強化によって軽量化および高強度化するこ
とができ、しかも、品質が向上する。さらに、鋳イ１す
費も安くて済む。
第１図は従来における鋳造方法の一例を示す工程図、第
２図はこの発明の製造方法によシ造られる鋳造品の一例
を示す縦断面図、第３図はこの発明の製造方法を実施す
るのに用いられる鋳造装置を示す縦断面図、第４図は第
３図の要部を示す縦断面図である。 ２１・・・鋳造品、２２・・・基部、２３・・・複雑形
状部、２６・・・溶湯、２７・・・鋳型、２９・・・長
繊維成形体、３４・・・消失中子。
２図はこの発明の製造方法によシ造られる鋳造品の一例
を示す縦断面図、第３図はこの発明の製造方法を実施す
るのに用いられる鋳造装置を示す縦断面図、第４図は第
３図の要部を示す縦断面図である。 ２１・・・鋳造品、２２・・・基部、２３・・・複雑形
状部、２６・・・溶湯、２７・・・鋳型、２９・・・長
繊維成形体、３４・・・消失中子。
Claims (1)
- （υ基部に連続して複雑形状部を備えた鋳造品を製造す
る方法であって、鋳型内における上記基部の強化すべき
部分に相当する空間位置に、長繊維を結合剤で固めた長
繊維成形体を固定し、上記鋳型内における上記複雑形状
部に相当する空間位置に消失中子を配置し、上記鋳型内
に溶湯を注入して、高圧力下で溶湯鋳造を行ない、鋳造
後に上記消失中子を溶解除去してなる繊維強化複合金属
からなる鋳造品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15523083A JPS6046860A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 繊維強化複合金属からなる鋳造品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15523083A JPS6046860A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 繊維強化複合金属からなる鋳造品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6046860A true JPS6046860A (ja) | 1985-03-13 |
Family
ID=15601370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15523083A Pending JPS6046860A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 繊維強化複合金属からなる鋳造品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046860A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4755437A (en) * | 1985-07-04 | 1988-07-05 | Michele Sabatie | Castings and their production process |
| JP2009525878A (ja) * | 2006-02-09 | 2009-07-16 | オトクリトエ・アクツィオネルノエ・オブシェストヴォ・“ノボシビルスキー・ザヴォド・キムコンツェントラトヴ” | 消失鋳造型を使い圧力下で凝固させて鋳造する方法およびそれを実施する装置 |
-
1983
- 1983-08-24 JP JP15523083A patent/JPS6046860A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4755437A (en) * | 1985-07-04 | 1988-07-05 | Michele Sabatie | Castings and their production process |
| JP2009525878A (ja) * | 2006-02-09 | 2009-07-16 | オトクリトエ・アクツィオネルノエ・オブシェストヴォ・“ノボシビルスキー・ザヴォド・キムコンツェントラトヴ” | 消失鋳造型を使い圧力下で凝固させて鋳造する方法およびそれを実施する装置 |
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