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KR20130008511A - Investment casting utilizing flexible wax pattern tool - Google Patents

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Publication number
KR20130008511A
KR20130008511A KR1020127017691A KR20127017691A KR20130008511A KR 20130008511 A KR20130008511 A KR 20130008511A KR 1020127017691 A KR1020127017691 A KR 1020127017691A KR 20127017691 A KR20127017691 A KR 20127017691A KR 20130008511 A KR20130008511 A KR 20130008511A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
core
flexible
wax
tool
mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020127017691A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
개리. 비. 메를릴
알리스터 더블유. 제임스
앤드류 제이. 번스
케빈 씨. 쉬한
벤자민 이. 헤네벨드
이아인 에이. 플레저
Original Assignee
미크로 시스템즈, 인코포레이티드
지멘스 에너지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US12/961,740 external-priority patent/US20110132564A1/en
Application filed by 미크로 시스템즈, 인코포레이티드, 지멘스 에너지, 인코포레이티드 filed Critical 미크로 시스템즈, 인코포레이티드
Publication of KR20130008511A publication Critical patent/KR20130008511A/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02Lost patterns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C23/00Tools; Devices not mentioned before for moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04Use of lost patterns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10Cores; Manufacture or installation of cores
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

주조 형상이 다수의 견인 평면을 필요로 할 수도 있을 때에도 주조 왁스 패턴(52)으로부터 공구의 제거를 용이하게 하기 위해 왁스 패턴 공구(44)가 가요성인 인베스트먼트 주조 프로세스가 개시된다. 가요성 공구는 주위 코핀 몰드(40)에, 이에 의해 포위된 세라믹 코어(10)에 정밀하게 인덱싱된 가요성 인서트(42)를 포함할 수 있다. 위치 설정 핀(106)이 왁스 사출 단계에 앞서 코어에 대해 유연한 접촉을 행하기 위해 가요성 공구로부터 연장될 수 있다. 최종 왁스 패턴의 표면은 마스터 공구(12)로부터 가요성 표면을 통해 복제된 가공 토포그래피(36)를 포함할 수 있다. 가요성 공구는 열전도성 또는 자기 입자(92) 또는 왁스 사출 중에 작동 가능한 센서 또는 진동기와 같은 다른 능동 디바이스(96)를 포위할 수 있다.An investment casting process is disclosed in which the wax pattern tool 44 is flexible to facilitate removal of the tool from the casting wax pattern 52 even when the casting shape may require multiple traction planes. The flexible tool can include a flexible insert 42 precisely indexed in the peripheral coffin mold 40, thereby enclosing the ceramic core 10. The positioning pin 106 may extend from the flexible tool to make a flexible contact with the core prior to the wax injection step. The surface of the final wax pattern may include a processing topography 36 that has been replicated through the flexible surface from the master tool 12. The flexible tool can surround thermally conductive or magnetic particles 92 or other active devices 96 such as sensors or vibrators operable during wax injection.

Description

가요성 왁스 패턴 공구를 이용하는 인베스트먼트 주조 {INVESTMENT CASTING UTILIZING FLEXIBLE WAX PATTERN TOOL}Investment casting using flexible wax pattern tool {INVESTMENT CASTING UTILIZING FLEXIBLE WAX PATTERN TOOL}

관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application

본 출원은 그대로 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 미국 가특허 출원 제61/267,519호(대리인 문서 번호 2009P22785US)의 2009년 12월 8일 출원일의 이득을 청구한다.
This application claims the benefit of the December 8, 2009 application date of US Provisional Patent Application No. 61 / 267,519 (Representative Document No. 2009P22785US), which is incorporated herein by reference in its entirety.

발명의 분야Field of invention

본 발명은 일반적으로 인베스트먼트 주조(investment casting)의 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 인베스트먼트 주조 프로세스의 부분으로서 왁스 패턴을 형성하기 위한 가요성 공구 또는 몰드를 사용하는 것에 관한 것이다.
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the field of investment casting, and more particularly to the use of flexible tools or molds for forming wax patterns as part of an investment casting process.

인베스트먼트 주조는 구리, 청동 및 금과 같은 금속으로부터 상세한 수공예품을 제조하는데 최초로 사용되었던 때로 수천년을 거슬러 올라가는 가장 오래된 알려진 금속 성형 프로세스 중 하나이다. 산업적 인베스트먼트 주조는 세계 2차 대전이 특정화된 금속 합금으로 형성된 정밀한 치수의 부분에 대한 수요를 증가시킬 때였던 1940년대에 더 일반화되었다. 현재, 인베스트먼트 주조는 복잡한 에어포일(airfoil) 형상 및 내부 냉각 통로 형상을 갖는 블레이드 또는 베인(vane)과 같은 가스 터빈을 제조하기 위해 항공 우주 및 전력 산업에 통상적으로 사용되고 있다.Investment casting is one of the oldest known metal forming processes dating back thousands of years when it was first used to manufacture detailed handicrafts from metals such as copper, bronze and gold. Industrial investment casting became more common in the 1940s, when World War II increased demand for precisely dimensioned parts formed from specialized metal alloys. Currently, investment casting is commonly used in the aerospace and power industries to manufacture gas turbines such as blades or vanes with complex airfoil shapes and internal cooling passage shapes.

인베스트먼트 주조 가스 터빈 블레이드 또는 베인의 제조는 에어포일 형상에 대응하는 내부면을 갖는 외부 세라믹 외피(shell)와 에어포일 내에 형성될 내부 냉각 통로에 대응하는 외부 세라믹 외피 내에 위치된 하나 이상의 세라믹 코어를 갖는 세라믹 주조 용기를 제조하는 것을 수반한다. 용융 합금은 세라믹 주조 용기 내로 도입되고 이어서 냉각되어 경화되게 된다. 외부 세라믹 외피 및 세라믹 코어(들)는 이어서 기계적 또는 화학적 수단에 의해 제거되어 외부 에어포일 형상 및 세라믹 코어(들)의 형상의 중공 내부 냉각 통로를 갖는 주조 블레이드 또는 베인을 드러낸다.The manufacture of an investment casting gas turbine blade or vane has an outer ceramic shell having an inner surface corresponding to the airfoil shape and one or more ceramic cores located in the outer ceramic shell corresponding to the internal cooling passages to be formed in the airfoil. This involves making a ceramic casting vessel. The molten alloy is introduced into the ceramic casting vessel and then cooled to harden. The outer ceramic sheath and ceramic core (s) are then removed by mechanical or chemical means to expose the cast blades or vanes having hollow internal cooling passages in the shape of the outer airfoil and of the ceramic core (s).

사출 주조(injection casting)용 세라믹 코어는 먼저 고강도 경화 기계강으로 형성된 정합 코어 몰드 반부들 내로 원하는 코어 형상을 정밀 가공하고, 이어서 원하는 코어 형상에 대응하는 사출 체적을 형성하기 위해 몰드 반부들을 결합하고, 사출 체적 내로 세라믹 성형 재료를 진공 사출함으로써 제조된다. 성형 재료는 세라믹 분말과 결합제 재료의 혼합물이다. 일단, 세라믹 성형 재료가 그린 상태(green state)로 경화되면, 몰드 반부들은 그린 상태 세라믹 코어를 이형하도록 분리된다. 취약한 그린 상태 코어는 이어서 열처리되어 결합제를 제거하고 세라믹 분말을 함께 소결하여 용융 합금의 주조를 생존하는데 필요한 온도 요건을 견딜 수 있는 재료를 생성한다. 완전한 세라믹 주조 용기는 원하는 에어포일 형상에 대응하는 사출 체적을 형성하는 다른 정밀 가공된 경화강 몰드(왁스 패턴 몰드 또는 왁스 패턴 공구라 칭함)의 2개의 결합된 반부 내에 세라믹 코어를 위치시키고, 이어서 세라믹 코어 주위에서 왁스 패턴 몰드 내로 용융된 왁스를 진공 사출함으로써 형성된다. 일단 왁스가 경화되면, 몰드 반부들은 분리되고 제거되어 왁스 패턴 내부에 포위된 세라믹 코어를 드러내고, 왁스 패턴은 이제 에어포일 형상에 대응한다. 왁스 패턴의 외부면은 이어서 예를 들어 침지(dipping) 프로세스에 의해 세라믹 몰드 재료로 코팅되어 코어/왁스 패턴 주위에 세라믹 외피를 형성한다. 외피의 소결 및 왁스의 결과적인 제거시에, 완성된 세라믹 주조 용기는 전술된 바와 같이 인베스트먼트 주조 프로세스에서 용융 합금을 수용하도록 이용 가능하다.The ceramic core for injection casting first processes the desired core shape into mating core mold halves formed of high strength hardened mechanical steel, and then joins the mold halves to form an injection volume corresponding to the desired core shape, It is produced by vacuum injection of a ceramic molding material into an injection volume. The molding material is a mixture of ceramic powder and binder material. Once the ceramic molding material is cured to a green state, the mold halves are separated to release the green state ceramic core. The fragile green state core is then heat treated to remove the binder and sinter the ceramic powder together to produce a material that can withstand the temperature requirements needed to survive casting of the molten alloy. The complete ceramic casting vessel places the ceramic core in two joined halves of another precision machined hardened steel mold (called wax pattern mold or wax pattern tool) that forms an injection volume corresponding to the desired airfoil shape, and then the ceramic. It is formed by vacuum injection of molten wax into the wax pattern mold around the core. Once the wax has cured, the mold halves are separated and removed to reveal a ceramic core surrounded inside the wax pattern, which wax pattern now corresponds to the airfoil shape. The outer surface of the wax pattern is then coated with a ceramic mold material by, for example, a dipping process to form a ceramic shell around the core / wax pattern. Upon sintering of the skin and the resulting removal of the wax, the finished ceramic casting vessel is available to receive the molten alloy in the investment casting process as described above.

세라믹 몰드 재료로 왁스 패턴을 코팅하기 전에 왁스 패턴 내에 위치 설정 와이어 또는 핀을 삽입하는 것이 또한 공지되어 있다. 위치 설정 와이어는 이들이 포위된 세라믹 코어와 단지 가볍게 접촉을 행할 때까지 왁스를 통해 삽입되어, 취약한 세라믹 코어 재료로의 손상을 유발하기 전에 와이어의 추가의 삽입이 종료되게 된다. 와이어의 부분은 왁스 표면을 넘어 연장하여 유지되고 이후에 주위 세라믹 몰드 재료 내에 포위된다. 위치 설정 와이어는 일단 왁스가 제거되면 후속의 용융 금속 사출 단계 중에 코어에 기계적 지지를 제공하는 기능을 한다. 와이어 재료, 통상적으로 플래티늄은 용융 금속이 완성된 세라믹 주조 몰드 내에 사출된 후에 용융되어 최종 주조 제품 내에 일체화되게 된다.
It is also known to insert a positioning wire or pin into the wax pattern before coating the wax pattern with the ceramic mold material. The positioning wires are inserted through the wax until they only make light contact with the enclosed ceramic cores, causing further insertion of the wires to end before causing damage to the fragile ceramic core material. A portion of the wire extends beyond the wax surface and is subsequently enclosed within the surrounding ceramic mold material. The positioning wire functions to provide mechanical support to the core during subsequent molten metal injection steps once the wax is removed. The wire material, typically platinum, is melted after it is injected into the finished ceramic casting mold so that it is melted and integrated into the final cast product.

공지의 인베스트먼트 주조 프로세스는 고비용이고 시간 소모적이고, 신규한 블레이드 또는 베인 디자인의 개발은 통상적으로 완성하는데 수개월 및 수십만 달러를 소요한다. 더욱이, 디자인 선택은 세라믹 코어 및 왁스 패턴의 제조시에 프로세스 제한에 의해 제한된다. 금속 성형 산업은 이들 제한을 인식하였고, 미국 특허 제7,438,527호에 설명된 에어포일 후단 에지(trailing edge) 냉각 채널을 주조하기 위한 향상된 프로세스와 같은 적어도 몇몇 증분식 향상(incremental improvement)으로 개발되었다. 증분식 향상은 인베스트먼트 주조 기술의 분야에서 제시되어 왔지만, 본 발명자들은 산업이 다수의 분야에서, 예를 들어 연소의 효율을 향상시키기 위해 연소 온도가 계속 증가되고 가스 터빈 고온 가스 경로 구성 요소 크기가 전력 레벨이 상승함에 따라 계속 증가되는 차세대 가스 터빈 엔진에서 계획된 진보를 위한 구성 요소 디자인을 상당하게 억제할 수 있는 기본적인 제한에 직면하고 있다는 것을 인식하고 있다.
Known investment casting processes are expensive and time consuming, and the development of new blade or vane designs typically requires months and hundreds of thousands of dollars to complete. Moreover, design choices are limited by process limitations in the manufacture of ceramic cores and wax patterns. The metal forming industry recognized these limitations and developed at least some incremental improvements, such as an improved process for casting airfoil trailing edge cooling channels described in US Pat. No. 7,438,527. Incremental enhancements have been suggested in the field of investment casting technology, but the inventors have found that the industry continues to increase combustion temperatures and improve gas turbine hot gas path component size in many fields, for example to improve combustion efficiency. It is recognized that as levels rise, the next generation of gas turbine engines continues to face fundamental limitations that can significantly inhibit component design for planned advances.

본 발명은 인베스트먼트 주조를 위한 전적으로 신규한 양태의 부분이다. 본 명세서에 설명되고 청구되는 바와 같이, 가요성 왁스 패턴 몰드는 코핀 몰드(coffin mold) 내에 가요성 인서트를 갖는 혼성(hybrid) 공구로서 형성될 수 있다. 가요성 인서트는 하드 툴링(hard tooling)을 위해 다수의 견인 평면을 필요로 할 수도 있는 주조 특징부 주위에 가요성 인서트를 변형함으로써 주조 왁스 패턴으로부터 왁스 패턴 도구의 제거를 용이하게 한다. 가요성 인서트는 알루미늄 또는 연강과 같은 비교적 저가의 낮은 경도의 재료로부터 가공되는 마스터 공구로부터 주조될 수 있다.The present invention is part of an entirely new aspect for investment casting. As described and claimed herein, the flexible wax pattern mold can be formed as a hybrid tool with a flexible insert in a coffin mold. The flexible insert facilitates removal of the wax pattern tool from the cast wax pattern by modifying the flexible insert around the casting feature, which may require multiple traction planes for hard tooling. Flexible inserts can be cast from master tools that are processed from relatively low cost, low hardness materials such as aluminum or mild steel.

일부 원하는 표면 토포그래피(topography)는 너무 미세하여 후속 취급 및 세라믹 외피 형성 단계 중에 이들이 왁스의 표면에 생존할 수 없다. 이러한 실시예에서, 세라믹 인서트는 가요성 왁스 패턴 몰드와 함께 사용될 수 있다. 세라믹 인서트는 원하는 복잡한 표면 토포그래피를 포함하도록 형성될 수 있다. 세라믹 인서트는 가요성 왁스 패턴 내에 배치되고 왁스 사출 체적을 형성하는 표면의 부분을 형성한다. 왁스 사출 및 고화 후에, 세라믹 인서트는 가요성 왁스 패턴 몰드가 제거될 때 왁스 패턴에 부착 유지된다. 이후에, 세라믹 외피가 예를 들어 전술된 바와 같이 침지 프로세스에 의해 왁스 패턴 및 그 부착된 인서트 주위에 형성되고, 인서트는 연소시에 세라믹 외피의 일체부가 된다.Some desired surface topography is so fine that they cannot survive on the surface of the wax during subsequent handling and ceramic shell forming steps. In this embodiment, the ceramic insert can be used with a flexible wax pattern mold. The ceramic insert can be formed to include the desired complex surface topography. The ceramic insert forms a portion of the surface that is disposed within the flexible wax pattern and forms a wax injection volume. After wax injection and solidification, the ceramic insert remains attached to the wax pattern when the flexible wax pattern mold is removed. Thereafter, a ceramic sheath is formed around the wax pattern and its attached insert, for example by an immersion process as described above, and the insert becomes an integral part of the ceramic sheath upon combustion.

가요성 왁스 패턴 몰드 내에 배치된 세라믹 인서트는 또한 예를 들어 가스 터빈 블레이드용 후단 에지 냉각 구멍과 같은 후속 주조 금속부 내에 표면 개방 통로를 형성하는데 또한 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 세라믹 인서트는 냉각 구멍의 원하는 형상에 대응하는 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부는 세라믹 코어와 접촉하게 되도록 연장할 수 있어, 이에 의해 블레이드의 중공 내부 부분(세라믹 코어에 의해 형성됨)으로부터 블레이드 표면(세라믹 외피의 내부면에 의해 형성됨)으로 연장하는 후속 주조부 내에 냉각 채널을 형성한다. 돌출부의 말단부는 세라믹 코어 상에 형성된 협동 특징부와 정합하는 특징부를 갖고 형성될 수 있다. 코어와 세라믹 인서트 돌출부 사이의 기계적 접촉은 가요성 왁스 패턴 몰드 내에 세라믹 코어를 정밀하게 위치시키고 또한 후속 왁스 및 금속 사출 단계 중에 세라믹 코어를 기계적으로 지지하는 기능을 한다.Ceramic inserts disposed in flexible wax pattern molds may also be used to form surface open passageways in subsequent cast metal portions, such as, for example, trailing edge cooling holes for gas turbine blades. In this embodiment, the ceramic insert may include protrusions that correspond to the desired shape of the cooling holes. The protrusion may extend to be in contact with the ceramic core, thereby extending the cooling channel in a subsequent casting that extends from the hollow inner portion of the blade (formed by the ceramic core) to the blade surface (formed by the inner surface of the ceramic sheath). Form. The distal end of the protrusion can be formed with features that match the cooperative features formed on the ceramic core. Mechanical contact between the core and the ceramic insert protrusions serves to precisely position the ceramic core in the flexible wax pattern mold and also to mechanically support the ceramic core during subsequent wax and metal injection steps.

왁스 패턴 몰드의 가요성 인서트는 인서트가 주위 코핀 몰드에 대해 정밀하게 위치될 수 있게 하는 정렬 특징부를 포함하도록 형성될 수 있는데, 이 정렬 특징부는 이어서 왁스 사출 단계를 위해 포위된 세라믹 코어에 대해 인서트 및 인서트 상에 형성된 임의의 특징부를 정밀하게 위치시킬 수 있다.The flexible insert of the wax pattern mold can be formed to include an alignment feature that allows the insert to be precisely positioned relative to the surrounding coffin mold, which alignment feature then inserts against the ceramic core enclosed for the wax injection step. Any feature formed on the insert can be precisely positioned.

가요성 몰드 또는 가요성 몰드 인서트를 형성하는데 사용된 성형 재료는 본 명세서에서 반응 요소를 포함하는 가요성 인서트로서 넓게 설명되는 가요성 인서트가 원하는 방식으로 반응할 수 있게 하는 재료 또는 디바이스로 주입되거나 그 주위에 주조될 수 있다. 반응 요소는 후속 경화 재료에 원하는 특성을 부여하는 충전제 재료일 수 있다. 예를 들어, 자기 입자가 충전제로서 사용되면, 경화된 가요성 인서트는 자기 에너지에 응답할 것이다. 이 특성은 코핀 몰드가 영구 자석 또는 전자석을 포함하도록 형성될 때 주위 코핀 몰드 내에 가요성 인서트를 고정하기 위해 유용할 수 있다. 열전도성 또는 단열 재료가 충전제로서 사용되면, 가요성 인서트를 통한 열전달은 그 사용 중에 더 편리하게 제어될 수 있다.The molding material used to form the flexible mold or flexible mold insert may be injected into or inserted into a material or device that allows the flexible insert to be reacted in the desired manner, as broadly described herein as a flexible insert comprising a reaction element. Can be cast around. The reaction element may be a filler material that imparts the desired properties to the subsequent cured material. For example, if magnetic particles are used as filler, the cured flexible insert will respond to magnetic energy. This property can be useful for securing flexible inserts in the surrounding coffin mold when the coffin mold is formed to include permanent magnets or electromagnets. If a thermally conductive or insulating material is used as the filler, heat transfer through the flexible insert can be more conveniently controlled during its use.

형성될 때 가요성 몰드 또는 인서트 내에 매립될 수 있는 다른 유형의 반응 요소는 능동 디바이스이다. 이러한 능동 디바이스는 온도 센서, 압력 센서, 기계적 진동기, 가열 또는 냉각 디바이스 또는 가요성 인서트가 후속 왁스 사출 프로세스 중에 사용될 때 유용할 수 있는 다른 디바이스를 포함한다.Another type of reaction element that can be embedded in a flexible mold or insert when formed is an active device. Such active devices include temperature sensors, pressure sensors, mechanical vibrators, heating or cooling devices or other devices that may be useful when a flexible insert is used during the subsequent wax injection process.

위치 설정 핀(와이어)은 금속 주조 중에 포위된 세라믹 코어를 기계적으로 지지하기 위해 가요성 왁스 패턴과 함께 사용될 수 있고, 중요하게는 이들은 왁스 사출 단계에 앞서 세라믹 코어에 대해 위치될 수 있다. 특정화된 핀 지지 요소는 가요성 인서트의 표면의 리세스 내에 위치되고, 이에 의해 왁스 사출에 앞서 세라믹 코어에 대해 핀을 정밀하게 위치 설정한다. 이는 왁스 사출 중에 핀이 코어를 지지할 수 있게 하고, 또한 미리 주조된 왁스 패턴을 통해 핀이 삽입되도록 요구되는 종래의 프로세스에서보다 더 정밀하게 핀이 위치될 수 있게 한다. 그 결과, 취약한 세라믹 코어의 손상이 감소되고 프로세스 수율이 증가된다.Positioning pins (wires) can be used with the flexible wax pattern to mechanically support the ceramic core surrounded during metal casting, and importantly they can be positioned relative to the ceramic core prior to the wax injection step. The specified pin support element is located in the recess of the surface of the flexible insert, thereby precisely positioning the pin relative to the ceramic core prior to wax injection. This allows pins to support the core during wax injection and also allows pins to be positioned more precisely than in conventional processes where pins are required to be inserted through pre-cast wax patterns. As a result, damage to fragile ceramic cores is reduced and process yield is increased.

본 발명에 이용되는 가능한 기술은 모두 미국 버지니아주 샬롯츠빌 소재의 미크로 시스템즈 인크(Mikro Systems, Inc.)에 양도되고 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 제7,141,812호, 제7,410,606호 및 제7,411,204호에 설명되어 있다. 이 기술은 토모 리소그래픽 성형 기술(Tomo Lithographic Molding Technology)(이하, "토모 프로세스"라 칭함)이라 칭하고, 가요성 유도 몰드를 제조하기 위해 금속 포일 스택 적층 몰드의 사용을 수반하고, 이어서 구성 요소부를 주조하는데 사용된다. 구성 요소 디자인은 디지털 모델로 먼저 구체화되고, 이어서 디지털 방식으로 슬라이스되고, 금속 포일은 포토리소그래피 또는 다른 정밀 재료 제거 프로세스를 사용하여 각각의 슬라이스에 대응하여 형성된다. 2차원 재료 제거 프로세스의 고유의 정밀도는 제3 차원에서 다양한 슬라이스의 두께를 제어하는 설계자의 능력과 조합하여, 표준 몰드 가공 프로세스를 사용하여 이전에 이용 가능하지 않았던 소정 정도의 3차원 제조 공차 정밀도를 제공한다. 포일은 적합한 가요성 성형 재료를 수용하기 위한 적층 몰드를 형성하도록 함께 적층된다. 용어 "가요성"은 본 명세서에서 실온 가황(RTV) 실리콘 고무와 같은 재료 또는 종래의 금속 몰드와 같이 강성이 아니지만 그 내부에 주조된 구조체로부터 몰드의 제거를 용이하게 하기 위한 정도로 몰드가 만곡되고 신장될 수 있게 하는 "가요성 몰드"를 형성하는데 사용될 수 있는 다른 재료를 칭하는데 사용된다. 더욱이, 용어 "가요성 몰드" 및 "가요성 공구"는 자립형 가요성 구조체 뿐만 아니라 강성 코핀 몰드 내에 포함된 가요성 라이너 또는 인서트를 포함하는 것으로 본 명세서에 사용될 수 있다. 구성 요소는 이어서 가요성 몰드 내에 직접 주조된다. 몰드 재료의 가요성은 주조부가 몰드로부터 견인 제거될 때 특징부 주위에서 변형하는 가요성 몰드 재료의 능력에 기인하여 돌출 언더컷(undercut) 및 역단면 테이퍼를 갖는 구성 요소 특징부의 주조를 가능하게 한다.Possible techniques utilized in the present invention are all assigned to US Pat. Nos. 7,141,812, 7,410,606 and 7,411,204, assigned to Mikro Systems, Inc., Charlottesville, VA, and incorporated herein by reference. Described in This technique is called Tomo Lithographic Molding Technology (hereinafter referred to as "Tomo Process") and involves the use of a metal foil stack laminate mold to produce a flexible induction mold, followed by component parts. Used to cast The component design is first embodied in a digital model, then sliced digitally, and metal foils are formed corresponding to each slice using photolithography or other precision material removal processes. The inherent precision of the two-dimensional material removal process, combined with the designer's ability to control the thickness of the various slices in the third dimension, provides some degree of three-dimensional manufacturing tolerance precision that was not previously available using standard mold processing processes. to provide. The foils are laminated together to form a lamination mold for receiving a suitable flexible molding material. The term “flexible” is used herein to refer to a material such as room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber or a mold that is curved and stretched to a degree that facilitates removal of the mold from a structure molded therein but not rigid. It is used to refer to other materials that can be used to form a "flexible mold" that can be made. Moreover, the terms “flexible mold” and “flexible tool” can be used herein to include a flexible liner or insert included in a rigid coffin mold as well as a freestanding flexible structure. The components are then cast directly into the flexible mold. The flexibility of the mold material allows casting of component features with protruding undercuts and reverse cross-section tapers due to the ability of the flexible mold material to deform around the feature as the casting is towed away from the mold.

집합적으로, 이들 개량은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 종래의 다수의 제한, 특히 인베스트먼트 주조 프로세스의 왁스 패턴부의 제한을 극복하는 인베스트먼트 주조를 위한 새로운 양태를 형성한다.
Collectively, these improvements form new aspects for investment casting that overcome many of the conventional limitations, in particular the limitations of the wax pattern portion of the investment casting process, as described in more detail below.

본 발명이 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명에 상세히 설명된다.
도 1은 종래의 세라믹 코어의 도면.
도 2a 및 도 2b는 인베스트먼트 주조 프로세스를 위한 왁스 패턴 툴링(tooling)을 제조하기 위한 단계를 도시하고 있는 도면.
도 3은 왁스 사출 중에 코어를 위치시키고 코어를 지지하기 위해 세라믹 코어와 가요성 왁스 패턴 몰드 사이에 위치된 스페이서를 도시하고 있는 도면.
도 4a 내지 도 4h는 가공 표면 토포그래피가 금속부 표면 내에 직접 주조되는 인베스트먼트 주조 프로세스의 단계를 도시하고 있는 도면.
도 5는 토모-프로세스(Tomo-process) 가요성 툴링으로부터 생성된 제1 왁스 패턴 표면의 도면.
도 6은 토모-프로세스 가요성 툴링으로부터 생성된 제2 왁스 패턴 표면의 도면.
도 7은 돌출 표면 패턴을 갖는 왁스 패턴 표면의 도면.
도 8a 내지 도 8c는 점진적 그릿 블라스팅(progressive grit blasting)이 실시되는 단일 마스터 공구로부터 유도된 왁스 표면을 도시하고 있는 도면.
도 9a 내지 도 9c는 인베스트먼트 주조부 내에 가공 표면을 제조하기 위한 단계를 도시하고 있는 도면.
도 10a 및 도 10b는 주조 금속부 내에 표면 개방 통로를 형성하는데 사용된 왁스 패턴 공구 인서트를 도시하고 있는 도면.
도 11은 코핀 몰드에 부착된 자석 및 반응성(자기) 입자를 포함하는 가요성 왁스 사출 몰드 인서트의 부분 단면도.
도 12는 라이너가 능동 디바이스를 캡슐화하는 코핀 몰드 내에 위치된 가요성 왁스 사출 몰드 인서트의 부분 단면도.
도 13a 내지 도 13e는 와이어가 왁스 사출 단계에 앞서 코어에 대해 위치되는 가요성 몰드 인서트를 갖는 코어 위치 설정 와이어의 사용을 도시하고 있는 도면.
도 14는 콤 디자인(comb design)을 갖는 인서트를 도시하고 있는 도면.
The invention is explained in detail in the following detailed description with reference to the drawings.
1 is a view of a conventional ceramic core.
2A and 2B illustrate steps for manufacturing wax pattern tooling for an investment casting process.
3 shows a spacer positioned between a ceramic core and a flexible wax pattern mold to position and support the core during wax injection.
4A-4H illustrate stages of an investment casting process in which a processing surface topography is cast directly into a metal surface.
FIG. 5 is a diagram of a first wax pattern surface resulting from Tomo-process flexible tooling. FIG.
FIG. 6 is a view of the second wax pattern surface generated from the Tomo-Process flexible tooling. FIG.
7 is a view of a wax pattern surface with a protruding surface pattern.
8A-8C show wax surfaces derived from a single master tool subjected to progressive grit blasting.
9A-9C illustrate steps for manufacturing a machined surface in an investment casting.
10A and 10B illustrate wax pattern tool inserts used to form open surface passages in a cast metal portion.
FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a flexible wax injection mold insert comprising magnets and reactive (magnetic) particles attached to a coffin mold. FIG.
12 is a partial cross-sectional view of a flexible wax injection mold insert positioned in a coffin mold where the liner encapsulates the active device.
13A-13E illustrate the use of core positioning wire with a flexible mold insert where the wire is positioned relative to the core prior to the wax injection step.
FIG. 14 shows an insert with a comb design. FIG.

복잡한 내부 냉각 통로를 갖는 가스 터빈 블레이드 또는 다른 구성 요소를 주조하기 위해 사용될 수 있는 것과 같은 인베스트먼트 주조 프로세스의 부분으로서, 내부 냉각 통로의 형상을 형성할 수 있는 세라믹 코어가 먼저 제조된다. 도 1은 임의의 공지의 프로세스에 의해 형성될 수 있는 하나의 이러한 세라믹 코어(10)의 도면이다.As part of an investment casting process, such as can be used to cast gas turbine blades or other components with complex internal cooling passages, a ceramic core is formed that can form the shape of the internal cooling passages. 1 is a diagram of one such ceramic core 10 that may be formed by any known process.

일단 세라믹 코어가 제조되면, 인베스트먼트 주조 프로세스에서 다음 단계는 코어 주위에 왁스를 주조하기 위해 왁스 패턴 공구의 부분으로서 코어를 사용하여 주조 블레이드 또는 다른 주조부의 최종적인 외부면 형상을 형성하는 것이다. 종래의 왁스 패턴 툴링 디자인은 다수의 견인 평면이 부분의 형상에 기인하여 왁스 패턴 또는 주조부로부터 툴링의 제거를 위해 요구될 때 특히 복잡하고 고가이다. 본 발명은 전통적인 왁스 패턴 툴링을 위해 요구되는 작은 분율로 공구 제조 시간 및 비용을 감소시키고 또한 더 큰 구성 요소 디자인 융통성 및 더 높은 주조 수율을 야기하는 향상된 능력을 제공하는 왁스 패턴 툴링에 대한 신규한 접근법을 제공한다. 간단한 저가 알루미늄 또는 연강(또는 다른 쉽게 가공되는 재료, 집합적으로 연성 금속이라 칭함) 마스터 툴링이 종래의 고가의 기계 공구강 툴링 대신에 사용된다. 유도된 가요성 왁스 패턴 몰드(공구)는 이어서 저압 사출 프로세스를 사용하여 마스터 몰드로부터 제조된다. 도 2a는 가요성 왁스 패턴 공구(16)의 일 측면(16a)을 제조하기 위해 가요성 몰드 재료(14)를 수용하는 가공된 알루미늄과 같은 연성 금속으로 형성된 마스터 공구(12)의 섹션을 도시하고 있고, 가요성 왁스 패턴 공구(16)의 다른 측면(16b)은 유사한 방식으로 제조된다. 가요성 왁스 패턴 공구는 가요성 몰드 재료로 완전히 형성될 수 있고 또는 이하에 예시되고 설명되는 고형 코핀 몰드와 함께 사용되는 가요성 몰드 인서트(또는 라이너)의 혼성 형태를 취할 수도 있다. 가요성 왁스 패턴 공구의 2개의 조립된 측면은 가요성 몰드 측면들 사이에 형성된 사출 캐비티(18) 내로의 세라믹 코어의 배치를 도시하고 있는 도 2b에 도시되어 있다.Once the ceramic core is manufactured, the next step in the investment casting process is to use the core as part of a wax pattern tool to cast wax around the core to form the final outer surface shape of the casting blade or other casting. Conventional wax pattern tooling designs are particularly complex and expensive when multiple pulling planes are required for the removal of tooling from the wax pattern or casting due to the shape of the part. The present invention is a novel approach to wax pattern tooling that reduces tool manufacturing time and costs with the small fraction required for traditional wax pattern tooling, and also provides improved ability to result in greater component design flexibility and higher casting yield. To provide. Simple low cost aluminum or mild steel (or other easily processed material, collectively referred to as soft metal) master tooling is used in place of conventional expensive machine tool steel tooling. The derived flexible wax pattern mold (tool) is then made from the master mold using a low pressure injection process. FIG. 2A shows a section of a master tool 12 formed of a soft metal, such as machined aluminum, containing a flexible mold material 14 to manufacture one side 16a of the flexible wax pattern tool 16 and FIG. And the other side 16b of the flexible wax pattern tool 16 is manufactured in a similar manner. The flexible wax pattern tool may be entirely formed of a flexible mold material or may take the hybrid form of a flexible mold insert (or liner) for use with the solid coffin molds illustrated and described below. Two assembled sides of the flexible wax pattern tool are shown in FIG. 2B showing the placement of the ceramic core into the injection cavity 18 formed between the flexible mold sides.

마스터 공구는 도 2a 및 도 2b의 실시예에서 코어에 접하는 몰드의 가요성 내부면(24)과 일체로 형성되는 예를 들어 가요성 위치 설정 핀의 형상의 위치 설정 특징부(22)를 형성하는데 사용되는 하나 이상의 정밀 인서트(20)를 수용하도록 형성될 수 있다. 이하에 더 완전히 설명되는 바와 같이 후주조 금속부에 도포될 코팅의 접착을 용이하게 하는 예를 들어 가공 표면 거칠기를 포함하여 고선명 상세의 향상된 영역을 형성하도록 요구되면, 다양한 형상의 정밀 인서트가 마스터 공구의 임의의 영역에 사용될 수 있다. 인서트는 토모 프로세스, 스테레오 리소그래피, 직접 금속 제조 또는 다른 고선명 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 마스터 툴링의 혼성 표면(26)(가공 알루미늄 표면 및 정밀 인서트 표면)은 이어서 마스터 공구의 상세를 복제하는 왁스 사출 몰드의 가요성 내부면 내에서 복제된다.The master tool in the embodiment of FIGS. 2A and 2B forms a positioning feature 22, for example in the form of a flexible positioning pin, which is formed integrally with the flexible inner surface 24 of the mold abutting the core. It can be formed to accommodate one or more precision inserts 20 used. If required to form improved areas of high definition detail, including, for example, machined surface roughness, which facilitates adhesion of the coating to be applied to the post-cast metal part as described more fully below, precision inserts of various shapes are required for the master tool. It can be used in any area of. Inserts can be formed using a Tomo process, stereo lithography, direct metal fabrication, or other high definition processes. The hybrid surface 26 (machining aluminum surface and precision insert surface) of the master tooling is then replicated within the flexible inner surface of the wax injection mold that duplicates the details of the master tool.

도 2b에 도시되어 있는 위치 설정 특징부는 높은 기계적 이력을 갖고 가요성 몰드의 본체로부터 연장하여 세라믹 코어와 부드러운 접촉을 행하고, 이에 의해 가요성 왁스 패턴 몰드 내의 코어의 적절한 위치를 보장한다. 위치 설정 특징부는 왁스 사출 중에 코어에 대한 기계적 지지를 제공하면서 코어/몰드 계면(28)에 소정 정도의 컴플라이언스(compliance)를 제공한다. 종래의 툴링은 코어와 격렬한 접촉을 행하는 금속 핀을 구비하는 것으로 알려져 있지만, 이러한 격렬한 접촉은 몰드 폐쇄 중에 비교적 취약한 세라믹 코어에 종종 손상을 유발한다. 본 명세서에 설명된 가요성 특징부는 소정 정도의 허용 공차를 제공하고, 이 허용 공차는 코어에 대한 감소된 손상의 기회에 기인하여 허용 가능한 부분의 더 높은 수율로 변환된다. 위치 설정 특징부의 소정 정도의 가요성은 변할 수 있지만, 이들이 접촉하는 코어 표면보다 더 가요성일 수 있어 세라믹 코어 재료에 손상을 유발하지 않고 코어에 의해 변형될 수 있게 된다. 대조적으로, 종래의 위치 설정 핀은 코어 재료보다 더 강성이고, 이들은 세라믹 코어 재료에 손상을 유발하지 않고 코어에 의해 변형될 수 없다. 유리하게는, 위치 설정 특징부는 몰드 재료의 가요성 성질에 기인하여 평행한 견인 평면 내에 위치될 필요가 없는데, 이는 이들 위치 설정 특징부가 제거를 용이하게 하기 위해 만곡될 수 있게 한다.The positioning feature shown in FIG. 2B has a high mechanical history and extends from the body of the flexible mold to make soft contact with the ceramic core, thereby ensuring proper positioning of the core within the flexible wax pattern mold. The positioning feature provides some degree of compliance at the core / molded interface 28 while providing mechanical support for the core during wax injection. Conventional tooling is known to have metal pins in violent contact with the core, but such violent contact often causes damage to the ceramic core, which is relatively fragile during mold closure. The flexible features described herein provide some degree of tolerance, which translates into a higher yield of acceptable portions due to the reduced chance of damage to the core. The degree of flexibility of the positioning features may vary, but may be more flexible than the core surface they contact so that they may be deformed by the core without causing damage to the ceramic core material. In contrast, conventional positioning pins are more rigid than the core material and they cannot be deformed by the core without causing damage to the ceramic core material. Advantageously, the positioning features do not need to be located in parallel traction planes due to the flexible nature of the mold material, which allows these positioning features to be curved to facilitate removal.

도 3에 도시되어 있는 다른 실시예에서, 가요성 몰드에 일체가 아닌 가요성 핀 또는 스페이서(30)는 코어를 위치시키고 코어에 기계적 지지를 제공하기 위해 코어와 가요성 몰드 사이에 위치될 수 있다. 이러한 비일체형 스페이서는 코어에 손상을 유발하지 않고 세라믹 코어에 결합할 수 있는 발포체 또는 왁스 또는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 스페이서는 접착제(32)로 적소에 유지될 수 있고 그리고/또는 가요성 몰드 내에 형성된 개구(34) 내에 삽입될 수 있다. 스페이서는 왁스 사출 후에 외피 경화 중에 연소 제거(burn out)되도록 설계될 수 있고 또는 외피 형성 전에 왁스 패턴으로부터 견인 제거(pull out)될 수도 있다. 대안적으로, 스페이서는 세라믹 주조 재료로 형성될 수 있고, 왁스 패턴에 의해 포집되어 유지되고 이어서 이후에 적용되는 세라믹 외피 재료로 코팅되어 일체로 될 수 있다. 용융 금속 합금 주조시에, 포집된 세라믹 스페이서는 주조 금속부 내에 표면 개방 통로를 형성하는 기능을 할 것이다. 임의의 이들 옵션에서, 가요성 몰드의 가요성 내부면 뿐만 아니라 스페이서 자체의 가요성은 왁스 사출 단계 중에 코어에 소정 정도의 유연한 지지를 제공하는 기능을 한다.In another embodiment, shown in FIG. 3, a flexible pin or spacer 30 that is not integral to the flexible mold can be positioned between the core and the flexible mold to position the core and provide mechanical support to the core. . Such non-integral spacers may be formed of foam or wax or any material capable of bonding to the ceramic core without causing damage to the core. The spacers may be held in place with adhesive 32 and / or inserted into openings 34 formed in the flexible mold. The spacer may be designed to burn out during shell hardening after wax injection or may be pulled out of the wax pattern prior to skin formation. Alternatively, the spacer may be formed of a ceramic casting material, may be collected and held by a wax pattern and then coated and integrally coated with a ceramic sheath material that is subsequently applied. In casting a molten metal alloy, the collected ceramic spacers will function to form surface open passages in the cast metal portion. In any of these options, the flexibility of the spacer itself, as well as the flexible inner surface of the flexible mold, functions to provide some degree of flexible support to the core during the wax injection step.

왁스 패턴 툴링을 제조하기 위한 전술된 양태는 이하의 표 1에 요약되어 있는 바와 같이, 공지의 종래의 프로세스와 적절하게 비교된다.The foregoing embodiments for making wax pattern tooling are properly compared to known conventional processes, as summarized in Table 1 below.

종래 기술의The prior art
특성characteristic
본 발명의The
특성characteristic
종래 기술의The prior art
능력ability
본 발명의The
능력ability
하드 정밀 툴링Hard Precision Tooling 소프트 정밀 툴링Soft precision tooling 선형 추출만Linear extraction only 곡선형 추출 능력Curved Extraction Capability 단일 단면 견인 평면Single sectional towing plane 다중 단면 견인 평면Multi Section Traction Plane 경질 핀이 경질 공구 내에 코어를 위치시킴Hard Pin Positions Core in Hard Tool 가요성 몰드 확장기가 가요성 몰드 내에 코어를 위치시킴Flexible mold expander positions core in flexible mold 코어 계면을 하드 툴링함Hard tooling of the core interface 코어 계면을 소프트 툴링함Soft tooling of core interfaces 계면을 툴링하기 위한 제한된 코어가 코어 위치의 낮은 확실성을 제공함Limited cores for tooling interfaces provide low certainty of core position 소프트 툴링 계면에 코어의 덜 강인한 영역을 위치시킬 수 있음. 코어 위치에 대한 더 많은 제어Less rigid areas of the core can be located at the soft tooling interface. More control over core position 비가요성 공구 세트,
수정에 높은 비용
Inflexible tool set,
High cost to fix
낮은 비용의 모듈형 수정 가능Low cost modular modification possible
강성 몰드 캐비티,
정밀 선형 공구 분리
Rigid mold cavity,
Precision Linear Tool Separation
가요성 몰드 캐비티,
비선형 몰드 분리
Flexible mold cavity,
Nonlinear Mold Separation

도 4a 내지 도 4h는 가공 표면 토포그래피(36)가 금속부 표면(38) 내에 직접 주조되는 인베스트먼트 주조 프로세스의 단계를 도시하고 있다. 도 4a에서, 코핀 몰드(다이)(40)의 2개의 반부가 도시되어 있고, 그 각각은 원하는 표면 토포그래피를 포함하는 노출된 표면을 갖는 가요성 몰드 인서트(라이너)(42a, 42b)를 포함한다. 가요성 인서트는 토모 프로세스에 의해 또는 다른 정밀 프로세스에 의해 형성된 마스터 몰드로부터 직접 제조될 수 있다. 도 4b는 세라믹 코어 주위에 가요성 왁스 패턴 공구(44)로서 함께 조립되어, 이에 의해 후속 주조 금속부(46)의 원하는 형상에 합치하는 사출 캐비티(18)를 형성하는 주조 코핀 몰드 반부를 도시하고 있다. 코어 프린트(48)로서 알려져 있는 세라믹 코어의 단부는 코핀 몰드 및 가요성 몰드 인서트에 대해 코어를 지지하기 위해 코핀 몰드와 접촉을 행하도록 연장된다. 사출 캐비티는 이어서 도 4c에 도시되어 있는 바와 같이 사출 프로세스를 사용하여 왁스(50)로 충전된다. 왁스가 경화된 후에, 공구는 그 외부면에 원하는 토포그래피를 갖고 도 4d에 도시된 왁스 패턴(52)을 드러내도록 제거된다. 왁스 패턴은 이어서 당 기술 분야에 공지되어 있는 기술을 사용하여 세라믹 재료로 코팅되어(외피 형성됨) 도 4e에 도시되어 있는 왁스-충전된 세라믹 주조 용기(54)를 형성한다. 왁스는 이어서 예를 들어 가열에 의해 제거되어 도 4f에 도시되어 있는 주조 용기(56)를 제조한다. 용융 금속 합금(58)은 이어서 도 4g에 도시되어 있는 바와 같이 주조 용기 내로 주조되고, 세라믹 주조 용기는 파괴적으로 제거되어 도 4h에 도시되어 있는 바와 같이 그 표면(38) 상에 내부 캐비티(60) 및 일체로 주조된 가공 표면 토포그래피(36)를 갖는 구성 요소부(46)를 드러낸다.4A-4H illustrate stages of an investment casting process in which the processing surface topography 36 is cast directly into the metal surface 38. In FIG. 4A, two halves of the coffin mold (die) 40 are shown, each comprising a flexible mold insert (liner) 42a, 42b having an exposed surface comprising the desired surface topography. do. Flexible inserts can be manufactured directly from a master mold formed by a Tomo process or by another precision process. 4B shows the cast coffin mold halves that are assembled together as a flexible wax pattern tool 44 around the ceramic core, thereby forming an injection cavity 18 that conforms to the desired shape of the subsequent cast metal portion 46. have. The end of the ceramic core, known as core print 48, extends to make contact with the coffin mold to support the core against the coffin mold and the flexible mold insert. The injection cavity is then filled with wax 50 using an injection process as shown in FIG. 4C. After the wax has cured, the tool is removed to reveal the wax pattern 52 shown in FIG. 4D with the desired topography on its outer surface. The wax pattern is then coated (covered) with a ceramic material using techniques known in the art to form the wax-filled ceramic casting vessel 54 shown in FIG. 4E. The wax is then removed, for example by heating, to produce the casting vessel 56 shown in FIG. 4F. Molten metal alloy 58 is then cast into the casting vessel as shown in FIG. 4G, and the ceramic casting vessel is destructively removed to allow internal cavity 60 on its surface 38 as shown in FIG. 4H. And component part 46 having integrally molded machined surface topography 36.

도 4a의 가요성 몰드 인서트는 인용된 미국 특허 제7,141,812호, 제7,410,606호 및 제7,411,204호에 설명되어 있는 바와 같이, 토모 프로세스 마스터 몰드로부터 직접 유도될 수 있다. 대안적으로, 토모 프로세스 몰드 또는 다른 정밀 마스터 몰드는 하나 이상의 중간 몰드를 형성하는데 사용될 수도 있는데, 중간 몰드(들)는 표면 토포그래피를 수정하고 더 향상시키는 추가의 프로세스 단계가 실시된다. 일 실시예에서, 금속 포일 마스터 토모 프로세스 몰드가 제1 가요성 몰드를 주조하는데 사용되고, 제1 가요성 몰드는 섬유 재료 중간 몰드를 주조하는데 사용된다. 중간 몰드는 이어서 몰드의 표면에 파이버의 일부를 노출시키기 위해 그릿 블라스팅된다. 제2 가요성 몰드가 이어서 중간 몰드 내로 주조되고, 제2 가요성 몰드는 그 표면 토포그래피의 부분으로서 노출된 파이버의 형상을 복제할 것이다. 제2 가요성 몰드는 이어서 도 4a의 코핀 다이에 사용된다.The flexible mold insert of FIG. 4A can be derived directly from the Tomo process master mold, as described in US Pat. Nos. 7,141,812, 7,410,606 and 7,411,204, cited. Alternatively, a Tomo process mold or other precision master mold may be used to form one or more intermediate molds, wherein the intermediate mold (s) are subjected to additional process steps to modify and further improve the surface topography. In one embodiment, a metal foil master tomo process mold is used to cast the first flexible mold, and the first flexible mold is used to cast the fibrous material intermediate mold. The intermediate mold is then grit blasted to expose a portion of the fiber to the surface of the mold. The second flexible mold is then cast into the intermediate mold, which will duplicate the shape of the exposed fiber as part of its surface topography. The second flexible mold is then used for the coffin die of FIG. 4A.

그 가장 간단한 형태에서, 가요성 툴링은 일반적으로 왁스의 표면 내로 오목하게 될 수 있는 왁스 패턴의 표면 내에 강인한 특징부를 생성하는데 사용된다. 통상적으로, 이들 특징부들은 상호 체결 형상을 생성하고 상위의 코팅과의 계면의 표면적을 증가시키기 위해 에지에 높은 각도 단차부를 생성하는 목적을 갖는 비교적 작은 각도 및 얕은 프로파일일 수 있다. 6각형 구조체 또는 벌집형 구조체가 사용될 수 있다. 도 5는 전술된 단차부를 사용하여 왁스 패턴의 표면에서 강인한 것으로 판명된 그러한 하나의 표면(62)을 도시하고 있다. 이러한 왁스 패턴 내의 표면은 인베스트먼트 주조에서 이행 가능한 벌집형 표면을 생성하여 상위의 코팅층과의 접합 완전성을 위해 고도의 상호 체결부 및 증가된 표면적을 생성하는 주기적으로 거친 표면(거시적 범위에서)을 생성한다. 부가의 이득은 표면을 가로지르는 증가된 간헐적인 코팅 두께로부터 또한 얻어질 수 있다.In its simplest form, flexible tooling is generally used to create tough features in the surface of the wax pattern that can be concave into the surface of the wax. Typically, these features can be relatively small angles and shallow profiles with the purpose of creating high angle steps at the edges to create interlocking shapes and increase the surface area of the interface with the upper coating. Hexagonal structures or honeycomb structures can be used. FIG. 5 shows one such surface 62 which proved to be robust at the surface of the wax pattern using the steps described above. The surface in this wax pattern creates a honeycomb surface that is feasible in investment casting to create a periodically rough surface (in macroscopic range) that produces a high interlock and increased surface area for bonding integrity with the upper coating layer. . Additional benefits can also be obtained from increased intermittent coating thicknesses across the surface.

부가의 표면 가공은 도 6에 도시되어 있는 것과 같은 더 큰 표면적 증가 및 상호 체결을 야기할 수 있고, 여기서 6각형 형상의 에지가 모따기되어 기어-코그형(gear-cog type) 층(64)을 형성한다. 통상의 표면 특징부 깊이가 생성되어 0.38 mm 및 0.66 mm의 모두에서 유효한 것으로 나타나지만, 이들 깊이는 최적화를 표현하는 것은 아니고 한정으로 의도되는 것은 아니다. 높은 표면 각형성도의 영역(예를 들어, 에어포일의 선단 에지 또는 후단 에지 또는 에어포일/플랫폼 교점)에서, 표면으로부터의 패턴 돌출부가 유리할 수도 있다. 이러한 돌출부는 2세대 가요성 몰드(즉, 가요성 몰드 마스터로부터의 가요성 몰드 복제본)로부터 제조될 수 있다. 도 7은 이러한 몰드 기술에 의해 생성된 돌출된 왁스 표면 패턴(66)의 예를 도시하고 있다. 돌출 몰드는 표면 내에 언더컷을 생성하도록 가공될 수 있어, 이에 의해 코팅과의 기계적 상호 체결의 정도를 증가시킨다. 이는 코팅의 고응력 영역에서 유용하다. 언더컷은 또한 압하된 표면 특징부 내에 생성될 수도 있다는 것이 주목된다.Additional surface machining can lead to greater surface area increases and interlocking as shown in FIG. 6, where the edges of the hexagonal shape are chamfered to form a gear-cog type layer 64. Form. Although typical surface feature depths are produced and appear to be effective at both 0.38 mm and 0.66 mm, these depths do not represent optimization and are not intended to be limiting. In regions of high surface angularity (eg, leading edge or trailing edge of an airfoil or airfoil / platform intersection), pattern projections from the surface may be advantageous. Such protrusions can be made from second generation flexible molds (ie, flexible mold replicas from flexible mold masters). 7 illustrates an example of a raised wax surface pattern 66 produced by this mold technique. The protruding mold can be processed to create an undercut in the surface, thereby increasing the degree of mechanical interlocking with the coating. This is useful in the high stress region of the coating. It is noted that undercuts may also be created in the pressed surface features.

마스터 툴링은 그릿 블라스팅 또는 샌딩(sanding) 또는 표면 상의 레이저 유도된 마이크로 팟 마크(micro pot mark) 생성 또는 예를 들어 에폭시와 같은 접착제에 의해 마스터 공구의 표면에 접합된 제2 상 재료의 첨가와 같은 비-토모 표면 개질 기술에 의해 더 개질될 수 있다. 이러한 재료는 비한정적으로, 랜덤하게 또는 사전 결정된 패턴을 갖고 표면에 도포될 수 있는 실리콘 카바이드 입자 또는 단섬유(chopped fiber)를 포함할 수 있다. 표면 개질 기술 또는 제2 상 재료는 가요성 몰드 공구의 표면을 형성하는데 사용될 수 있고 잠재적으로는 2세대 가요성 몰드 공구로부터 복제될 수 있는 공구의 표면 상에 랜덤 표면 어레이를 생성한다. 예로서, 도 8a 내지 도 8c는 고유의 마이크로 표면 특징부를 생성하기 위해 다양한 정도의 혼성화된 표면을 갖고 점진적으로 개질되는 마스터 공구로부터 생성된 왁스 패턴 표면(68, 70, 72)을 도시하고 있다. 이 경우에, 마스터 공구는 점진적으로 그릿 블라스팅되었고, 기본 토모 프로세스 형상이 점진적으로 부식되어, 표면(68)으로부터 표면(72)으로 진행할 때 더욱 더 둥근 구조체를 생성하지만, 여전히 토모 프로세스 특징부의 기본 형상을 보유한다. 이 혼성화는 오목한 또는 돌출 가공 표면을 생성하기 위한 토모 프로세스의 능력과 조합하여, 주방부(as-cast part) 내에 광범위한 가공 표면을 생성하기 위한 프로세스의 상당한 융통성을 나타낸다. 유리하게는 본 발명의 프로세스는 부가의 실제 그릿 블라스팅 없이 그릿 블라스팅된 마스터 공구 내에 주조된 가요성 인서트의 다수의 생성을 통해 그릿 블라스팅된 마스터 공구 표면의 복제를 허용하여, 따라서 정확한 부분간 복제를 보장한다. 프로세스는 마스터 공구로부터 유도되는 모든 최종 표면이 동일하기 때문에 일단 원하는 마스터 공구 표면이 생성되면 표면 개질 프로세스에 효과적으로 민감하지 않게 된다.Master tooling may include grit blasting or sanding or the generation of laser induced micro pot marks on the surface or the addition of a second phase material bonded to the surface of the master tool by an adhesive such as epoxy, for example. It can be further modified by non-Tomo surface modification techniques. Such materials can include, but are not limited to, silicon carbide particles or chopped fibers that can be applied to a surface with a random or predetermined pattern. Surface modification techniques or second phase materials can be used to form the surface of the flexible mold tool and create a random surface array on the surface of the tool that can potentially be replicated from the second generation flexible mold tool. By way of example, FIGS. 8A-8C illustrate wax pattern surfaces 68, 70, 72 generated from master tools that are gradually modified with varying degrees of hybridized surfaces to create unique micro surface features. In this case, the master tool was gradually grit blasted, and the basic tomo process shape gradually eroded, creating a more rounded structure as it progressed from surface 68 to surface 72, but still the basic shape of the tomo process features. Holds. This hybridization, in combination with the ability of the Tomo process to create concave or protruding machined surfaces, represents a significant flexibility of the process for producing a wide range of machined surfaces in as-cast parts. Advantageously the process of the present invention allows for the replication of the grit blasted master tool surface through the creation of multiple casts of flexible inserts cast into the grit blasted master tool without additional real grit blasting, thus ensuring accurate inter-part replication do. Since the process is the same for all the final surfaces derived from the master tool, once the desired master tool surface is created, it is not effectively sensitive to the surface modification process.

도 9a 내지 도 9c는 원하는 표면 마감부가 외피 코팅(74) 내로 효율적으로 이행하기에 왁스 패터닝 스테이지에서 너무 취약한 인베스트먼트 주조부 내에 가공 표면을 생성하기 위한 다른 실시예를 도시하고 있다. 이러한 표면은 통상적으로 취급 및 외피 코팅 중에 용이하게 손상될 수 있는 왁스 패턴 내의 취약한 돌출부를 생성할 수 있는 것일 수 있다. 이 실시예에서, 소모품 세라믹 인서트(76)가 원하는 표면 토포그래피(36)를 갖도록 토모 프로세스 또는 다른 방식으로 형성될 수 있다. 소모품 인서트는 도 9a에 도시되어 있는 바와 같이 가요성 왁스 사출 몰드(16)의 부분을 형성하지만, 도 9b에 도시되어 있는 바와 같이 몰드로부터 탈착되어 주조 왁스 패턴으로부터 몰드의 제거시에 왁스 패턴(52)을 갖고 체류한다. 왁스 패턴이 외피 형성되고 외피(74)가 열처리될 때, 인서트는 도 9c에 도시되어 있는 바와 같이 주조 용기(56)를 위한 외부 캐비티벽(78)을 형성하는 외피 구조체의 부분으로서 잔류한다. 인서트의 내부면은 주조부의 최종 금속 표면의 원하는 토포그래피를 포함하고, 이 상세는 토포그래피를 왁스를 통해 이행해야 하는 대안적인 방법에 의해 더 강인한 형태로 보유된다. 이 프로세스는 취약성에 기인하여 왁스 패턴에서 손상될 수도 있는 표면의 상세를 보유하는데 사용될 수 있다. 이러한 프로세스는 예를 들어 부가의 고정이 에어포일의 선단 에지 및 후단 에지와 같은 노출된 에어포일 영역에 대해 요구되는 경우에 그 자체에 모듈성을 제공한다. 이러한 세라믹 인서트는 왁스 사출 공구로의 적용에 앞서 부분적으로 열처리될 수 있다.9A-9C illustrate another embodiment for creating a machining surface in an investment casting that is too vulnerable at the wax patterning stage for the desired surface finish to efficiently transition into the sheath coating 74. Such surfaces can be those that can create fragile protrusions in the wax pattern that can typically be easily damaged during handling and skin coating. In this embodiment, consumable ceramic insert 76 may be formed in a tomo process or otherwise to have the desired surface topography 36. The consumable insert forms part of the flexible wax injection mold 16 as shown in FIG. 9A, but is detached from the mold as shown in FIG. 9B and the wax pattern 52 upon removal of the mold from the cast wax pattern. Stay with). When the wax pattern is sheathed and the sheath 74 is heat treated, the insert remains as part of the sheath structure forming the outer cavity wall 78 for the casting vessel 56 as shown in FIG. 9C. The inner surface of the insert includes the desired topography of the final metal surface of the casting, and this detail is retained in a more robust form by an alternative method of transferring the topography through wax. This process can be used to retain details of the surface that may be damaged in the wax pattern due to fragility. This process provides for itself modularity when additional fastening is required for exposed airfoil areas, such as the leading and trailing edges of the airfoil, for example. Such ceramic inserts may be partially heat treated prior to application to the wax injection tool.

도 10a 및 도 10b는 예를 들어 가스 터빈 블레이드 내의 후단 에지 냉각 통로를 형성하기 위해 유용할 수 있는 것과 같은, 최종 주조 금속부 내에 표면 개방 통로를 형성하기 위한 소모품 인서트(80)의 다른 사용을 도시하고 있다. 인서트는 실리카, 세라믹 또는 석영 재료로 제조될 수 있고, 이는 가요성 왁스 패턴 몰드(16) 내의 슬롯 또는 개구와 같은 협동 리세스(82) 내에 끼워지도록 설계된다. 인서트, 가요성 왁스 패턴 몰드 및 코어(10)는 모두 예를 들어 토모 프로세스에 의해 적절한 정밀도를 갖고 형성될 수 있어, 도 10a에 도시되어 있는 바와 같이, 인서트의 돌출 레그(84)가 코어에 접하게 되거나 또는 이들 사이에 기계적 계면을 생성하기 위해 코어 내의 협동 개구(86)와 정합하게 된다. 기계적 계면은 맞댐 조인트(butt joint) 또는 오목형 조인트(recessed joint) 또는 다른 협동 형상일 수 있다. 인서트는 도 10b에 도시되어 있는 바와 같이, 가요성 왁스 패턴 몰드가 제거된 후에 왁스 패턴(52) 내에 잔류하고, 후속의 외피 형성 프로세스 중에 외피(도시 생략)와 일체로 된다. 인서트의 돌출 레그는 코어에 의해 형성된 내부 통로와 외피 내부면에 의해 형성된 부분의 외부면 사이에 주조 금속부 내의 통로를 생성하고, 이들은 또한 왁스 및 금속 사출 단계 중에 코어를 위한 기계적 지지를 제공한다. 토모 프로세스와 같은 정밀 프로세스에 의해 가요성 왁스 패턴 몰드 인서트를 형성함으로써, 이제 종래 기술에서는 이전에 가능하지 않았던 형상, 각도, 형상비(aspect ratio), 테이퍼, 나선 등을 갖는 블레이드 후단 에지 냉각 통로를 제조하는 것이 가능하다. 일 예는 도 10a 및 도 10b의 인서트(80)에 의해 형성되는 비선형 냉각 채널이다. 유리하게는, 인서트는 구성 요소의 표면에 일반적으로 평행하게 연장하는 부분(81)을 포함하여, 이에 의해 냉각 채널의 효용성을 증가시킨다. 이 유형의 형상은 표준 후-주조 가공 프로세스에 의해서는 얻어질 수 없다. 각각의 인서트는 단일의 냉각 채널을 형성할 수 있고, 또는 대안적으로 복수의 냉각 채널이 도 14에 도시되어 있는 바와 같이 콤 디자인을 갖고 형성된 인서트(83)에 의해 형성될 수 있다.10A and 10B illustrate another use of consumable insert 80 for forming surface opening passages in the final cast metal portion, such as may be useful for forming trailing edge cooling passages in gas turbine blades, for example. Doing. The insert can be made of silica, ceramic, or quartz material, which is designed to fit within a cooperating recess 82 such as a slot or opening in the flexible wax pattern mold 16. The insert, flexible wax pattern mold and the core 10 can all be formed with appropriate precision, for example by a tomo process, such that the protruding legs 84 of the insert abut the core, as shown in FIG. 10A. Or mate with cooperating openings 86 in the core to create a mechanical interface therebetween. The mechanical interface may be a butt joint or recessed joint or other cooperative shape. The insert remains in the wax pattern 52 after the flexible wax pattern mold has been removed, as shown in FIG. 10B, and is integral with the skin (not shown) during the subsequent skin forming process. The protruding legs of the insert create a passage in the cast metal portion between the inner passage formed by the core and the outer surface of the portion formed by the shell inner surface, which also provide mechanical support for the core during the wax and metal injection step. By forming a flexible wax pattern mold insert by a precision process such as the Tomo process, we now produce blade trailing edge cooling passages with shapes, angles, aspect ratios, tapers, spirals, etc. that were not previously possible in the prior art. It is possible to do One example is a non-linear cooling channel formed by the insert 80 of FIGS. 10A and 10B. Advantageously, the insert comprises a portion 81 extending generally parallel to the surface of the component, thereby increasing the utility of the cooling channel. This type of shape cannot be obtained by standard post-casting processes. Each insert may form a single cooling channel, or alternatively, a plurality of cooling channels may be formed by insert 83 formed with a comb design as shown in FIG. 14.

도 11은 몰드 및 인서트가 코핀 다이 내로의 가요성 몰드 인서트의 배치를 간단화하고 이들 사이의 적절한 정렬을 보장하는 협동 정렬 특징부를 갖고 형성되는 가요성 몰드 인서트(42)를 갖는 코핀 몰드(40)의 실시예를 도시하고 있다. 도 11은 인서트의 표면 상의 사다리꼴 형상 돌출부(88) 및 코핀 다이의 표면 상의 경면 이미지 형상 홈(90)의 사용을 도시하고 있지만, 당 기술 분야의 숙련자는 임의의 다양한 협동 형상이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 가요성 몰드의 사용의 장점 중 하나는 이들의 낮은 비용 및 상호 교환성이고, 이러한 정렬 특징부의 사용은 단일 코핀 다이와 함께 사용된 다수의 가요성 몰드 인서트의 각각이 적절하게 위치되는 것을 보장한다. 가요성 인서트의 적절한 위치 설정은 코어가 코핀 몰드로부터 지지될 때 인서트가 코어에 적절하게 인덱싱되는 것을 또한 보장한다.11 shows a coffin mold 40 having a flexible mold insert 42 formed with cooperative alignment features to simplify the placement of the flexible mold insert into the coffin die and ensure proper alignment therebetween. An embodiment of the is shown. 11 illustrates the use of trapezoidal protrusions 88 on the surface of the insert and mirror image shaped grooves 90 on the surface of the coffin die, one skilled in the art will understand that any of a variety of cooperative shapes may be used. Could be. One of the advantages of using flexible molds is their low cost and interchangeability, and the use of such alignment features ensures that each of the multiple flexible mold inserts used with a single coffin die is properly positioned. Proper positioning of the flexible insert also ensures that the insert is properly indexed to the core when the core is supported from the coffin mold.

다양한 반응 요소가 가요성 왁스 사출 몰드 또는 몰드 인서트 내에 포위될 수 있다. 일 예에서, 도 11은 가요성 인서트(42)를 형성하는데 사용되는 몰드 재료 내의 반응 요소로서 충전제 입자(92)의 사용을 도시하고 있다. 충전제 입자는 재료가 여전히 액체 상태에 있는 동안 몰드 형상으로 주조되기에 앞서 몰드 재료와 혼합된다. 입자는 몰드 라이너에 원하는 특성을 공동으로 부여하는 임의의 다양한 재료 또는 재료의 조합일 수 있다. 예를 들어, 입자는 인서트의 열전도도를 증가시키기 위해 열 에너지에 고도로 전도성인 것과 같은 원하는 열전도도 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 입자는 단열성일 수 있다. 도 11의 충전제 입자의 적어도 일부는 자성일 수 있고 코핀 다이 내에 장착된 자석(94)에 끌어당겨지고, 이에 의해 코핀 다이 내의 그 적절한 위치에 가요성 인서트를 유지한다. 자석은 전자석이 소자(de-energize)될 때 코핀 다이로부터 인서트의 해제를 더 용이하게 하는 영구 자석 또는 전자석일 수 있다. 다른 실시예에서, 자석은 몰드 재료가 경화되는 동안 액체 몰드 재료 내의 자기 입자가 자석을 향해 끌어당겨지도록 가요성 몰드 인서트를 주조하는데 사용되는 마스터 몰드 내에 사용되어, 이에 의해 자석에 근접한 몰드의 영역 내의 입자의 바람직한 분포를 야기한다.Various reaction elements can be enclosed in a flexible wax injection mold or mold insert. In one example, FIG. 11 illustrates the use of filler particles 92 as a reaction element in the mold material used to form flexible insert 42. The filler particles are mixed with the mold material prior to casting into the mold shape while the material is still in the liquid state. The particles can be any of a variety of materials or combinations of materials that jointly impart desired properties to the mold liner. For example, the particles can be selected to have the desired thermal conductivity properties, such as highly conductive to thermal energy, to increase the thermal conductivity of the insert. In other embodiments, the particles can be adiabatic. At least some of the filler particles of FIG. 11 may be magnetic and attracted to a magnet 94 mounted in a coffin die, thereby maintaining a flexible insert in its proper location within the coffin die. The magnet may be a permanent magnet or an electromagnet that makes it easier to release the insert from the coffin die when the electromagnet is de-energized. In another embodiment, the magnet is used in a master mold that is used to cast a flexible mold insert such that magnetic particles in the liquid mold material are attracted towards the magnet while the mold material is cured, whereby the magnet is in the region of the mold proximate the magnet. Resulting in a desirable distribution of particles.

도 12는 가요성 인서트(42) 내의 능동 디바이스(96)인 반응 요소의 사용을 도시하고 있다. 능동 디바이스는 몰드 재료의 주조 중에 마스터 몰드(도시 생략) 내에 위치되어 디바이스가 몰드 재료 내에 포위되게 된다. 용어 "능동 디바이스"는 가요성 몰드의 사용 중에 몰드의 효용성을 향상시키도록 기능하는 몰드 재료 이외의 임의의 물체 또는 보이드(void)를 포함하는 것으로 본 명세서에 사용된다. 능동 디바이스의 예는 주조 프로세스를 모니터링하는데 사용될 수 있는 온도 또는 압력 센서와 같은 센서와, 사출 캐비티 전체에 걸쳐 주조 재료의 유동을 용이하게 하는데 사용될 수 있는 기계적 진동기와 같은 액추에이터와, 주조 프로세스 중에 온도를 조절하는데 사용될 수 있는 가열 또는 냉각 유체의 통과를 위한 유체 채널 또는 저항 가열기와 같은 온도 조절 디바이스를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 능동 디바이스는 몰드 재료의 외부에 위치된 전자 회로 또는 유체 시스템과 같은 연관 시스템(98)에 접속될 수 있고, 또는 디바이스는 몰드 재료 내에 격리될 수 있고 질문 RF 신호 또는 음향 에너지와 같은 원격 통신 신호에 응답할 수 있다.12 illustrates the use of a reaction element, which is the active device 96 in the flexible insert 42. The active device is placed in a master mold (not shown) during casting of the mold material such that the device is surrounded within the mold material. The term “active device” is used herein to include any object or void other than the mold material that functions to enhance the utility of the mold during use of the flexible mold. Examples of active devices include sensors such as temperature or pressure sensors that can be used to monitor the casting process, actuators such as mechanical vibrators that can be used to facilitate the flow of casting material throughout the injection cavity, and temperatures during the casting process. Temperature control devices such as, but not limited to, fluidic channels or resistance heaters for the passage of heating or cooling fluids that can be used to regulate. The active device may be connected to an associative system 98 such as an electronic circuit or fluid system located outside of the mold material, or the device may be isolated within the mold material and may be connected to a telecommunication signal such as an interrogation RF signal or acoustic energy. You can respond.

상기 '배경 기술' 섹션에서 설명된 바와 같이, 플래티늄 와이어(또는 핀)를 왁스 패턴 내에 삽입하여 매립된 세라믹 코어와 접촉을 행하는 것이 종래 공지되어 있다. 이 절차는 너무 깊은 플래티늄 와이어의 삽입이 세라믹 코어의 손상을 발생시킬 수 있고 이 손상은 금속부가 주조된 후까지 검출되지 않고 잔류될 수 있어 후-주조 검사에 실패하기 때문에 비신뢰적이다. 더욱이, 종래의 플래티늄 와이어는 왁스가 주조된 후까지 적소에 배치되어 있지 않기 때문에 왁스 사출 단계 중에 코어를 위한 지지를 제공하지 않는다. 본 발명은 와이어에 의해 제공된 지지에 소정 정도의 가요성을 제공하고 또한 왁스 사출에 앞서 와이어가 세라믹 코어에 대해 위치될 수 있게 하기 위해 가요성 왁스 패턴 몰드와 함께 이러한 위치 설정 와이어 또는 핀의 사용을 고려한다. 도 13a 내지 도 13e는 어떻게 이러한 것이 성취될 수 있는지의 일 실시예를 도시하고 있다.As described in the 'Background Art' section above, it is conventionally known to insert platinum wires (or fins) into the wax pattern to make contact with the embedded ceramic core. This procedure is unreliable because the insertion of platinum wires that are too deep can cause damage to the ceramic core and the damage can remain undetected until after the metal part has been cast, thus failing post-casting inspection. Moreover, conventional platinum wire does not provide support for the core during the wax injection step because it is not placed in place until after the wax has been cast. The present invention utilizes the use of such positioning wires or pins with flexible wax pattern molds to provide some degree of flexibility in the support provided by the wires and also to allow the wires to be positioned relative to the ceramic core prior to wax injection. Consider. 13A-13E illustrate one embodiment of how this can be accomplished.

가요성 인서트(42)가 도 13a에 도시되어 있는 바와 같이 디스크(102)와 같은 제거 가능한 지지 요소를 수용하기 위한 표면 리세스(100)를 갖고 형성된다. 지지 요소는 다른 실시예에서 다른 형상을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 가요성 인서트 및 디스크는 화학 및 열팽창 적합성을 보장하기 위해 동일한 재료로 형성될 수 있다. 디스크는 공지의 플래티늄 위치 설정 와이어와 같은 위치 설정 핀(106)을 수용하기 위한 구멍 또는 개구(104)를 갖고 형성된다. 당 기술 분야의 숙련자는 특정 세라믹 코어 디자인의 지지체를 위한 인서트와 연관된 다수의 이러한 디스크 및 와이어가 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 가요성 몰드는 저부 가요성 인서트(도시됨) 및 상부 가요성 인서트(도시 생략)로 형성될 수 있다. 와이어, 디스크 및 인서트는 사전 조립되고, 이어서 세라믹 코어(10)는 가요성 몰드 내에 위치되어 와이어의 상부면과 가벼운 접촉을 행한다. 도시되어 있는 수평 실시예에서, 저부 인서트는 코어가 놓여 있는 베드를 형성하고, 이어서 상부 인서트(도시 생략)는 코어 위로 하강되어 가요성 몰드를 형성한다. 온건한 손가락 압력이 와이어 상에 균등하게 코어를 예비 하중 인가하도록 인가될 수 있다. 디스크 내에 형성된 구멍의 직경은 디스크를 통한 와이어의 이동에 대해 온건한 저항을 제공하기 위해 일 실시예에서 와이어의 직경에 비교하여 0.005 내지 0.010 인치(0.127 내지 0.254 mm) 작을 수 있어, 이에 의해 코어 재료에 손상을 유발하지 않고 코어를 지지하는데 필요한 어떠한 정도로도 와이어가 디스크 내로 또는 디스크를 통해 연장할 수 있게 한다. 단일의 가요성 인서트 디자인이 다수의 코어 디자인과 함께 사용되는 실시예에서, 인서트 내에 리세스가 존재하지만 어떠한 와이어도 특정 코어 디자인을 지지하는데 필요하지 않은 영역에 대해 블랭크 디스크[즉, 구멍(104)이 없음]가 제공될 수 있다.Flexible insert 42 is formed with a surface recess 100 for receiving a removable support element, such as disk 102, as shown in FIG. 13A. The support elements may have other shapes in other embodiments. In one embodiment, flexible inserts and discs may be formed of the same material to ensure chemical and thermal expansion suitability. The disk is formed with a hole or opening 104 for receiving a positioning pin 106, such as a known platinum positioning wire. Those skilled in the art will appreciate that there may be many such disks and wires associated with inserts for supports of a particular ceramic core design. The flexible mold may be formed with a bottom flexible insert (not shown) and a top flexible insert (not shown). The wires, disks and inserts are preassembled, and then the ceramic core 10 is placed in a flexible mold to make light contact with the top surface of the wires. In the horizontal embodiment shown, the bottom insert forms the bed on which the core is placed, and then the top insert (not shown) is lowered over the core to form a flexible mold. Moderate finger pressure may be applied to preload the core evenly on the wire. The diameter of the hole formed in the disk may be 0.005 to 0.010 inch (0.127 to 0.254 mm) smaller than the diameter of the wire in one embodiment, thereby providing a moderate resistance to the movement of the wire through the disk, whereby the core material This allows the wire to extend into or through the disc to any extent necessary to support the core without causing damage to the core. In embodiments where a single flexible insert design is used with multiple core designs, blank discs (ie, holes 104) for areas where there is a recess in the insert but no wire is needed to support a particular core design. This none] may be provided.

위치 설정 와이어는 적소에 위치되어 왁스 사출 단계에 앞서 코어와 가벼운 접촉을 행하고, 이에 의해 주조 왁스 패턴을 통한 와이어의 적절한 위치 설정의 종래의 문제점을 극복하고 또한 왁스 사출 중에 코어에 소정 정도의 기계적 지지를 제공한다는 것이 도 13a로부터 이해될 수 있을 것이다. 왁스(108)는 이어서 도 13b에 도시되어 있는 바와 같이 사출되고, 일단 왁스가 고화되면, 가요성 인서트 및 위치 설정 디스크는 도 13c에 도시되어 있는 바와 같이 제거되어, 왁스 패턴(52)을 드러내고 왁스 표면(112)을 넘어 연장하는 각각의 와이어의 부분(110)을 남겨둔다. 각각의 와이어는 그 위치에서 코어의 표면에 일반적으로 수직이 되도록 위치될 수 있기 때문에, 와이어로부터 가요성 인서트의 제거를 위해 필요한 다수의 견인 평면이 존재할 수 있다. 디스크의 테이퍼진 형상 및 가요성 인서트 내의 그 협동 리세스는 특정 코어를 위해 사용될 수 있는 복수의 위치 설정 핀으로부터 인서트의 제거를 용이하게 한다. 각각의 몰드 반부 내의 와이어가 모두 서로 일반적으로 평행한 실시예에 대해 위치 설정 디스크가 필요하지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 각각의 와이어는 가요성 인서트 내에 직접 형성된 각각의 구멍 내에 수용될 수 있다.The positioning wire is placed in place to make light contact with the core prior to the wax injection step, thereby overcoming the conventional problem of proper positioning of the wire through the cast wax pattern and also providing some degree of mechanical support to the core during wax injection. It will be understood from FIG. 13A to provide. Wax 108 is then injected as shown in FIG. 13B, and once the wax has solidified, the flexible insert and positioning disk are removed as shown in FIG. 13C to reveal the wax pattern 52 and wax Leave portions 110 of each wire extending beyond surface 112. Since each wire can be positioned to be generally perpendicular to the surface of the core at that location, there may be multiple pull planes required for removal of the flexible insert from the wire. The tapered shape of the disk and its cooperative recess in the flexible insert facilitate the removal of the insert from a plurality of positioning pins that can be used for a particular core. It will be appreciated that a positioning disk may not be needed for embodiments in which the wires in each mold half are all generally parallel to each other. In this embodiment, each wire may be received in each hole formed directly in the flexible insert.

세라믹 외피 코팅(74)이 이어서 도 13d에 도시되어 있는 바와 같이 와이어의 돌출부를 둘러싸기 위해 공지의 침지 프로세스에 의해 왁스 패턴 상에 형성되고, 왁스는 이어서 도 13e에 도시되어 있는 바와 같이 사전 위치된 코어 지지 와이어를 포함하는 완성된 세라믹 주조 용기(56)를 드러내도록 제거된다.A ceramic skin coating 74 is then formed on the wax pattern by a known dipping process to enclose the protrusion of the wire as shown in FIG. 13D, and the wax is then pre-positioned as shown in FIG. 13E. It is removed to reveal the finished ceramic casting vessel 56 that includes the core support wire.

전술된 인베스트먼트 주조 양태는 주조 산업을 위한 신규한 비즈니스 모델을 표현한다. 종래의 비즈니스 모델은 빠른 사출 및 경화 시간을 갖고 단일 마스터 공구로부터 다수의 세라믹 주조 용기(및 후속 주조 금속부)를 제조하기 위해 매우 고가의, 긴 리드 타임(lead time)의 엄격한 툴링을 이용하였다. 반대로, 본 명세서에 개시된 신규한 양태는 훨씬 더 느린 사출 및 경화 시간을 갖고 세라믹 주조 용기를 제조하기 위해 저가의, 더 신속하게 제조되는 덜 엄격한 마스터 공구 및 마스터 공구로부터 유도된 중간 가요성 몰드를 이용한다. 따라서, 신규한 주조 양태는 종래의 방법보다 훨씬 빠르고 저렴한 최초의 세라믹 주조 용기(및 후속 제조된 주조 금속부)의 생성을 가능하게 하기 때문에 급속한 원형 제작(prototyping) 및 개발 시험을 위해 유리하게 적용될 수 있다. 다수의 상이한 원형 디자인이 변경될 디자인 특징부에 대해 상호 교환 가능한 인서트를 사용함으로써 단일 마스터 공구로부터 비교적 용이하게 제조될 수 있다. 더욱이, 신규한 양태는 다수의 동일한 중간 가요성 몰드가 단일 마스터 공구로부터 주조될 수 있기 때문에 고체적 제조 용례에서 효과적으로 적용될 수 있어, 이에 의해 여전히 종래 기술에 비해 상당한 비용 장점을 유지하면서 종래의 방법의 제조 능력에 정합하거나 초과하는 것에 병행하여 다수의 세라믹 주조 용기가 제조될 수 있게 한다. 본 발명의 양태의 시간 및 비용 절약은 마스터 공구를 제조하는 감소된 비용 및 노력 뿐만 아니라, 후단 에지 냉각 구멍 또는 표면 거칠기와 같은 특정 디자인 특징부를 제조하기 위해 종래에 필요한 특정의 후-금속 주조 단계의 배제를 포함하는데, 이는 이러한 특징부가 종래 기술에서는 후-주조 처리를 필요로 하는 반면에 본 명세서에 개시된 신규한 양태를 사용하여 금속부 내에 직접 주조될 수 있기 때문이다. 본 발명은 취약한 세라믹 코어에 대한 위치 설정 와이어의 배치의 위험을 감소시키기 때문에 허용 가능한 부분의 향상된 수율을 위한 잠재성을 제공하고, 코어가 종래의 하드 툴링에서 가능한 것보다 더 많은 기계적 컴플라이언스를 갖고 가요성 왁스 사출 몰드 내에 지지되기 때문에 세라믹 코어에 대한 손상 없이 더 높은 왁스 사출 압력을 위한 잠재성을 또한 제공한다. 본 발명은 가요성 몰드를 경유하여 고정밀 부분을 제조할 뿐만 아니라, 종래의 플렉스 몰드 프로세스에서는 얻을 수 없었던 정도로 부분간 정밀도를 가능하게 한다. 마지막으로, 본 발명의 양태는 이들 비용 및 제조 장점을 제공하면서 동시에 종래 기술의 능력 내에서는 지금까지 존재하지 않았던 디자인 특징부의 주조를 가능하게 하여, 이에 의해 최초로 부품 설계자가 차세대 가스 터빈 디자인 목표를 성취하는데 필요한 하드웨어 특징부를 제조할 수 있게 한다.The investment casting aspect described above represents a new business model for the casting industry. Conventional business models have used very expensive, long lead time rigorous tooling to produce multiple ceramic casting vessels (and subsequent cast metal parts) from a single master tool with fast injection and hardening times. In contrast, the novel embodiments disclosed herein utilize lower cost, faster manufacturing less stringent master tools and intermediate flexible molds derived from master tools to produce ceramic casting containers with much slower injection and curing times. . Thus, the novel casting aspect enables the creation of the first ceramic casting vessel (and subsequent manufactured cast metal parts) much faster and cheaper than conventional methods, and thus can be advantageously applied for rapid prototyping and development testing. have. Many different circular designs can be made relatively easily from a single master tool by using interchangeable inserts for the design features to be altered. Moreover, the novel aspect can be effectively applied in solid state manufacturing applications since many of the same intermediate flexible molds can be cast from a single master tool, thereby still maintaining significant cost advantages over the prior art while still maintaining a significant cost advantage over the prior art. Multiple ceramic casting vessels can be manufactured in parallel to matching or exceeding manufacturing capabilities. The time and cost savings of aspects of the present invention not only reduce the cost and effort of manufacturing the master tool, but also the specific post-metal casting steps that are conventionally required to make certain design features such as trailing edge cooling holes or surface roughness. Exclusions are included because these features can be cast directly into the metal parts using the novel aspects disclosed herein while the prior art requires post-casting treatment. The present invention offers the potential for improved yield of acceptable parts since it reduces the risk of placement of locating wires for fragile ceramic cores, and allows the core to have more mechanical compliance than is possible with conventional hard tooling. Being supported in a wax injection mold also offers the potential for higher wax injection pressures without damaging the ceramic core. The present invention not only produces high precision parts via flexible molds, but also enables inter-part precision to an extent not obtainable in conventional flex mold processes. Finally, aspects of the present invention provide these cost and manufacturing advantages while at the same time enabling the casting of design features that did not exist within the capabilities of the prior art, thereby allowing component designers to achieve the next generation of gas turbine design goals for the first time. It enables the manufacture of the hardware features needed to make them.

본 발명의 다양한 실시예가 본 명세서에 도시되고 설명되어 있지만, 이러한 실시예는 단지 예로서만 제공된 것이라는 것이 명백할 것이다. 수많은 변형, 변경 및 치환이 본 발명으로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
While various embodiments of the invention have been shown and described herein, it will be apparent that such embodiments are provided by way of example only. Numerous variations, changes, and substitutions may be made without departing from the invention.

10: 세라믹 코어 12: 마스터 공구
14: 가요성 몰드 재료 16: 가요성 왁스 패턴 공구
18: 사출 캐비티 20: 정밀 인서트
28: 코어/몰드 계면 30: 가요성 핀 또는 스페이서
32: 접착제 34: 개구
36: 표면 토포그래피 38: 금속부 표면
40: 코핀 몰드 46: 후속 주조 금속부
50: 왁스 52: 왁스 패턴
54, 56: 주조 용기 60: 캐비티
10: ceramic core 12: master tool
14: flexible mold material 16: flexible wax pattern tool
18: Injection cavity 20: Precision insert
28: core / mold interface 30: flexible pin or spacer
32: adhesive 34: opening
36: surface topography 38: metal part surface
40: coffin mold 46: subsequent cast metal part
50: wax 52: wax pattern
54, 56: casting container 60: cavity

Claims (29)

인베스트먼트 주조 프로세스의 부분으로서 왁스 패턴을 형성하기 위한 공구로서,
코핀 몰드와,
상기 코핀 몰드 내에 배치되어 그에 대해 적소에 지지되는 코어와,
상기 인베스트먼트 주조 프로세스의 왁스 사출 단계 중에 왁스 내에 복제될 특징부를 포함하고, 상기 왁스 사출 단계 중에 상기 코어에 대해 알려진 위치에 상기 특징부를 위치시키기 위해 상기 코핀 몰드에 인덱싱되는 가요성 라이너를 포함하는 공구.
A tool for forming a wax pattern as part of an investment casting process,
Coffin mold,
A core disposed in the coffin mold and supported in place therewith;
A feature including a feature to be replicated in wax during the wax injection step of the investment casting process, and a flexible liner indexed to the coffin mold to position the feature at a known position relative to the core during the wax injection step.
제1항에 있어서, 상기 특징부는 상기 가요성 라이너와 일체로 형성되어 상기 왁스 사출 단계 중에 상기 코어를 지지하기 위해 상기 코어와 접촉하게 되는 가요성 위치 설정 요소를 포함하는 공구.
The tool of claim 1, wherein the feature comprises a flexible positioning element integrally formed with the flexible liner and brought into contact with the core to support the core during the wax injection step.
제1항에 있어서, 상기 특징부는 상기 코어와 접촉하게 되도록 연장하는 비선형 레그를 포함하는 인서트를 포함하는 공구.
The tool of claim 1, wherein the feature includes an insert comprising a non-linear leg extending to contact the core.
제3항에 있어서, 상기 인서트는 상기 왁스 사출 단계 중에 상기 코어를 지지하기 위해 상기 코어와 접촉하게 되도록 연장하는 레그를 포함하는 공구.
4. The tool of claim 3, wherein the insert includes a leg extending to contact the core to support the core during the wax injection step.
제1항에 있어서, 상기 특징부는 상기 왁스 사출 단계 중에 상기 코어를 지지하기 위해 상기 코어와 접촉하게 되도록 연장하는 핀을 포함하는 공구.
The tool of claim 1, wherein the feature includes a pin extending to contact the core to support the core during the wax injection step.
제5항에 있어서,
상기 가요성 라이너의 내부면에 형성된 리세스, 및
상기 리세스 내에 배치된 지지 요소를 더 포함하고,
상기 핀은 상기 지지 요소 내의 개구를 통해 통과하고 상기 코어를 향해 연장하는 공구.
The method of claim 5,
A recess formed in the inner surface of the flexible liner, and
Further comprising a support element disposed in said recess,
The pin passes through an opening in the support element and extends towards the core.
인베스트먼트 주조 프로세스의 부분으로서 왁스 패턴을 형성하기 위한 공구로서,
상기 왁스 패턴의 원하는 외부면 형상을 형성하는 가요성 내부면을 포함하는 공구 본체와,
상기 공구 본체 내에 배치되고, 왁스 사출 단계 후에 상기 왁스 패턴의 부분을 형성하는 코어와,
상기 코어와 상기 공구 본체 사이에 배치되고 상기 왁스 사출 단계 중에 상기 코어를 위한 유연한 지지를 제공하기 위해 상기 가요성 내부면에 의해 지지되는 위치 설정 요소를 포함하는 공구.
A tool for forming a wax pattern as part of an investment casting process,
A tool body comprising a flexible inner surface defining a desired outer surface shape of the wax pattern;
A core disposed within the tool body and forming a portion of the wax pattern after a wax injection step,
A positioning element disposed between the core and the tool body and supported by the flexible inner surface to provide flexible support for the core during the wax injection step.
제7항에 있어서, 상기 위치 설정 요소는 상기 공구 본체의 가요성 내부면과 일체로 형성되는 공구.
8. The tool of claim 7, wherein the positioning element is integrally formed with the flexible inner surface of the tool body.
제7항에 있어서, 상기 위치 설정 요소는 접착제로 상기 공구 본체의 가요성 내부면에 부착되는 공구.
8. The tool of claim 7, wherein the positioning element is attached to the flexible inner surface of the tool body with an adhesive.
제7항에 있어서,
상기 공구 본체의 가요성 내부면에 형성된 리세스를 더 포함하고,
상기 위치 설정 요소는 상기 리세스 내에 배치되고 상기 가요성 내부면을 지나 상기 코어를 향해 연장하는 공구.
The method of claim 7, wherein
A recess formed in the flexible inner surface of the tool body,
The positioning element is disposed in the recess and extends beyond the flexible inner surface towards the core.
제7항에 있어서, 상기 위치 설정 요소는 후속 세라믹 외피 형성 단계에 앞서 상기 왁스 패턴으로부터 견인될 수 있고 또는 후속 세라믹 외피 경화 단계 중에 연소 제거되는 스페이서를 포함하는 공구.
8. The tool of claim 7, wherein the positioning element comprises a spacer that can be pulled out of the wax pattern prior to a subsequent ceramic shell forming step or burned off during a subsequent ceramic shell curing step.
제7항에 있어서, 상기 위치 설정 요소는 상기 왁스 사출 단계 후에 상기 왁스 패턴에 의해 포집되어 유지될 수 있고 이어서 이후에 도포된 세라믹 외피 재료와 일체가 되는 세라믹 재료를 포함하는 공구.
8. The tool of claim 7, wherein the positioning element comprises a ceramic material that can be collected and retained by the wax pattern after the wax injection step and then integral with the subsequently applied ceramic shell material.
제7항에 있어서, 상기 위치 설정 요소는
상기 공구 본체의 가요성 내부면에 형성된 리세스 내에 배치된 지지 요소, 및
상기 지지 요소 내의 개구를 통해 통과하고 상기 코어를 향해 연장하는 핀을 더 포함하는 공구.
The method of claim 7, wherein the positioning element is
A support element disposed in a recess formed in the flexible inner surface of the tool body, and
And a pin passing through the opening in the support element and extending towards the core.
제7항에 있어서, 상기 공구 본체는
코핀 몰드, 및
상기 코핀 몰드 내에 배치된 가요성 내부면을 포함하는 가요성 인서트, 및
알려진 상대 위치에서 상기 코핀 몰드 내에 상기 가요성 인서트를 위치시키기 위해 상기 코핀 몰드와 상기 가요성 인서트 상에 형성된 협동 인덱싱 특징부를 포함하는 공구.
8. The tool body of claim 7, wherein the tool body is
Coffin mold, and
A flexible insert comprising a flexible inner surface disposed within the coffin mold, and
A cooperative indexing feature formed on the coffin mold and the flexible insert to position the flexible insert within the coffin mold at a known relative position.
제7항에 있어서, 상기 공구 본체는
코핀 몰드, 및
상기 코핀 몰드 내에 배치된 가요성 내부면을 포함하는 가요성 인서트를 포함하고,
가요성 부재 내에 배치된 반응 요소를 더 포함하는 공구.
8. The tool body of claim 7, wherein the tool body is
Coffin mold, and
A flexible insert comprising a flexible inner surface disposed within said coffin mold,
And a reaction element disposed within the flexible member.
제15항에 있어서, 상기 반응 요소는 센서, 액추에이터, 온도 제어 요소, 자석, 자기 에너지에 반응하는 입자, 및 입자를 둘러싸는 가요성 부재의 가요성 재료의 열전도도의 계수와는 상이한 열전도도의 계수를 나타내는 입자로 이루어지는 그룹 중 하나를 포함하는 공구.
16. The thermal conductivity of claim 15, wherein the reactive element is of a thermal conductivity different from the coefficient of thermal conductivity of the sensor, actuator, temperature control element, magnet, particles reacting to magnetic energy, and the flexible material of the flexible member surrounding the particle. A tool comprising one of a group of particles representing coefficients.
제7항에 있어서, 상기 공구 본체는
코핀 몰드,
상기 코핀 몰드 내에 배치된 가요성 내부면을 형성하는 가요성 인서트, 및
상기 가요성 내부면의 리세스 내에 배치된 정밀 세라믹 인서트를 포함하는 공구.
8. The tool body of claim 7, wherein the tool body is
Coffin mould,
A flexible insert defining a flexible inner surface disposed within the coffin mold, and
A tool comprising a precision ceramic insert disposed in the recess of the flexible inner surface.
인베스트먼트 주조 프로세스의 부분으로서 왁스 패턴을 형성하기 위한 공구로서,
상기 왁스 패턴의 원하는 외부면 형상을 형성하는 가요성 부재를 포함하는 공구 본체와,
상기 공구 본체 내에 배치되고, 왁스 사출 단계 후에 상기 왁스 패턴의 부분을 형성하는 코어와,
상기 공구 본체 내에 상기 코어를 지지하기 위한 수단과,
상기 가요성 부재 내에 배치된 반응 요소를 포함하는 공구.
A tool for forming a wax pattern as part of an investment casting process,
A tool body comprising a flexible member defining a desired outer surface shape of the wax pattern;
A core disposed within the tool body and forming a portion of the wax pattern after a wax injection step,
Means for supporting the core in the tool body;
A tool comprising a reaction element disposed within the flexible member.
제18항에 있어서,
상기 반응 요소는 센서, 액추에이터, 온도 제어 요소, 자석, 자기 에너지에 반응하는 입자, 및 입자를 둘러싸는 가요성 부재의 가요성 재료의 열전도도의 계수와는 상이한 열전도도의 계수를 나타내는 입자로 이루어지는 그룹 중 하나를 포함하는 공구.
19. The method of claim 18,
The reaction element comprises a sensor, an actuator, a temperature control element, a magnet, particles reacting to magnetic energy, and particles exhibiting a coefficient of thermal conductivity different from the coefficient of thermal conductivity of the flexible material of the flexible member surrounding the particle. Tool containing one of the groups.
제18항에 있어서, 상기 공구 본체 내에 상기 코어를 지지하기 위한 수단은 상기 코어와 상기 공구 본체 사이에 배치되고 상기 왁스 사출 단계 중에 상기 코어를 위한 유연한 지지를 제공하기 위해 상기 가요성 부재에 의해 지지되는 위치 설정 요소를 포함하는 공구.
19. The device of claim 18, wherein the means for supporting the core in the tool body is disposed between the core and the tool body and supported by the flexible member to provide flexible support for the core during the wax injection step. Tool containing positioning elements to be.
제18항에 있어서, 상기 공구 본체 내에 상기 코어를 지지하기 위한 수단은
상기 공구 본체의 가요성 부재에 형성된 리세스 내에 배치된 지지 요소, 및
상기 지지 요소 내의 개구를 통해 통과하고 상기 코어를 향해 연장하는 핀을 더 포함하는 공구.
19. The apparatus of claim 18 wherein the means for supporting the core in the tool body is
A support element disposed in a recess formed in the flexible member of the tool body, and
And a pin passing through the opening in the support element and extending towards the core.
몰드 내에 형성될 왁스 패턴의 원하는 외부면 형상을 형성하는 내부면을 갖는 가요성 부재를 포함하는 왁스 사출 몰드 내에 세라믹 코어를 위치시키는 단계와,
상기 세라믹 코어 주위에서 상기 왁스 사출 몰드 내로 왁스를 사출하면서 상기 가요성 부재로부터 세라믹 코어를 지지하여 왁스 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 인베스트먼트 주조 방법.
Positioning a ceramic core in a wax injection mold comprising a flexible member having an inner surface defining a desired outer surface shape of the wax pattern to be formed in the mold;
Supporting a ceramic core from the flexible member to form a wax pattern while injecting wax into the wax injection mold around the ceramic core.
제22항에 있어서, 왁스 사출 단계 중에 상기 코어에 지지를 제공하기 위해 상기 코어를 향해 내부면으로부터 이격 연장하여 상기 코어에 접촉하는 돌출부를 포함하도록 가요성 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 인베스트먼트 주조 방법.
23. The investment casting of claim 22 further comprising forming a flexible member to include a protrusion extending from the inner surface toward the core to contact the core to provide support to the core during a wax injection step. Way.
제23항에 있어서, 상기 가요성 부재 내부면과 일체가 되도록 돌출부를 형성하는 단계를 더 포함하는 인베스트먼트 주조 방법.
24. The method of claim 23, further comprising forming a protrusion to be integral with the flexible member inner surface.
제22항에 있어서,
상기 가요성 부재 내부면 내에 리세스를 형성하는 단계,
왁스 사출 단계 중에 상기 코어에 지지를 제공하기 위해 상기 코어를 향해 연장하여 상기 코어에 접촉하는 스페이서를 리세스 내에 삽입하는 단계, 및
왁스 사출 단계 후에 상기 스페이서를 제거하는 단계를 더 포함하는 인베스트먼트 주조 방법.
The method of claim 22,
Forming a recess in the inner surface of the flexible member,
Inserting a spacer in the recess extending toward and contacting the core to provide support to the core during a wax injection step, and
And removing the spacers after the wax injection step.
제22항에 있어서,
상기 가요성 부재 내부면 내에 리세스를 형성하는 단계,
왁스 사출 단계 중에 상기 코어에 지지를 제공하기 위해 상기 코어를 향해 연장하여 상기 코어에 접촉하는 세라믹 인서트를 상기 리세스 내에 삽입하는 단계,
사출된 왁스를 고화하여 왁스 사출 몰드 내에 왁스 패턴을 형성하는 단계,
상기 왁스 패턴을 갖는 세라믹 인서트를 보유하면서 왁스 사출 몰드를 제거하는 단계, 및
상기 왁스 패턴 주위에 세라믹 인서트를 포함하는 세라믹 외피 구조체를 형성하는 단계를 더 포함하는 인베스트먼트 주조 방법.
The method of claim 22,
Forming a recess in the inner surface of the flexible member,
Inserting a ceramic insert into the recess extending toward and contacting the core to provide support to the core during a wax injection step,
Solidifying the injected wax to form a wax pattern in the wax injection mold,
Removing the wax injection mold while retaining the ceramic insert having the wax pattern, and
And forming a ceramic sheath structure comprising a ceramic insert around the wax pattern.
제22항에 있어서,
상기 가요성 부재 내부면 내에 리세스를 형성하는 단계,
상기 리세스 내에 개구를 포함하는 지지 요소를 삽입하는 단계,
왁스 사출 단계 중에 상기 코어에 지지를 제공하기 위해 상기 코어를 향해 연장하여 상기 코어에 접촉하는 핀을 상기 개구 내에 삽입하는 단계,
사출된 왁스를 고화하여 왁스 사출 몰드 내에 왁스 패턴을 형성하는 단계,
상기 왁스 패턴 내에 핀을 보유하면서 상기 왁스 패턴으로부터 왁스 사출 몰드를 제거하고 상기 핀으로부터 상기 지지 요소를 제거하는 단계로서, 상기 핀의 부분은 이어서 상기 코어로부터 상기 왁스 패턴을 지나 이격 연장하는 단계, 및
상기 왁스 패턴 주위에 세라믹 외피 구조체를 형성하고 상기 핀의 연장부를 포위하는 단계를 더 포함하는 인베스트먼트 주조 방법.
The method of claim 22,
Forming a recess in the inner surface of the flexible member,
Inserting a support element comprising an opening in the recess,
Inserting a pin in the opening extending toward the core to contact the core to provide support to the core during a wax injection step,
Solidifying the injected wax to form a wax pattern in the wax injection mold,
Removing the wax injection mold from the wax pattern and removing the support element from the pin while retaining the pin in the wax pattern, the portion of the pin subsequently extending away from the core past the wax pattern; and
Forming a ceramic sheath structure around the wax pattern and surrounding the extension of the pin.
제22항에 있어서, 상기 내부면은 외부면 형상을 위한 가공 표면 토포그래피를 형성하는 인베스트먼트 주조 방법.
23. The method of claim 22, wherein the inner surface forms a machined surface topography for the outer surface shape.
제22항에 있어서,
왁스 사출에 앞서, 상기 가요성 부재 내부면에 인서트를 부착하는 단계로서, 상기 인서트는 상기 코어에 근접하여 그 표면 상에 가공 토포그래피를 포함하는, 인서트 부착 단계,
상기 인서트를 왁스 내에 보유하면서 왁스 사출 후에 왁스 패턴으로부터 상기 가요성 부재를 제거하는 단계, 및
세라믹 재료로 상기 왁스 패턴 및 인서트를 코팅하여 세라믹 주조 용기를 형성하는 단계를 더 포함하는 인베스트먼트 주조 방법.
The method of claim 22,
Prior to wax injection, attaching an insert to the inner surface of the flexible member, wherein the insert comprises processing topography on its surface in close proximity to the core,
Removing the flexible member from the wax pattern after wax injection while retaining the insert in the wax, and
Coating the wax pattern and insert with a ceramic material to form a ceramic casting vessel.
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