CN105828976A - 型芯的制造方法、以及利用该型芯的制造方法来获取型芯的涡轮构件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种型芯的制造方法，该型芯的制造方法(S1)包括：涂覆工序(S20)，在该涂覆工序(S20)中，向由包含二氧化硅的大颗粒构成的大颗粒组添加有机粘合剂，并对所述大颗粒的表面涂覆所述有机粘合剂；混合工序(S30)，在该混合工序(S30)中，在涂覆工序(S20)之后，对所述大颗粒组与由包含二氧化硅且颗粒直径比所述大颗粒小的小颗粒构成的小颗粒组进行混合；层叠造型工序(S40)，在该层叠造型工序(S40)中，在混合工序(S30)之后，通过使用了所述大颗粒组与所述小颗粒组的混合物的层叠造型法来形成成形体；以及烧结工序(S60)，在该烧结工序(S60)中，在层叠造型工序(S40)之后，烧结所述成形体。

Description

型芯的制造方法、以及利用该型芯的制造方法来获取型芯的涡轮构件的制造方法

技术领域

本发明涉及型芯(core)的制造方法以及利用该型芯的制造方法来获取型芯的涡轮构件的制造方法。

本申请基于2014年3月12日申请的日本特愿2014-049227号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

在制造燃气涡轮用的动叶、静叶等部件时使用的精密铸造用型芯(型芯件)是使用陶瓷等通过精密铸造法来形成的。作为这样的精密铸造法，具有注浆成型(slipcast)法、注塑成型法等。在注浆成型法中，通过使陶瓷的粉末与水等混合而成的料浆向石膏模具流入并使该料浆干燥而成形型芯。在注塑成型法中，制作模具，利用注塑成型机对由陶瓷等制作成的丸状的注塑成型用原料进行加热并使其流入模具。通过对该模具进行冷却而成形型芯。

作为型芯的制造方法，除此之外也举出层叠造型法。在层叠造型法中，相对于呈层状配置的陶瓷等材料粉末照射激光，从该层之中仅选择性地使必要的部分固化。之后，将照射激光后的层设为第一层，在其之上配置新的材料粉末而形成第二层。相对于该第二层也照射激光而仅选择性地使必要的部分固化，并且使在第二层中固化的部分与在第一层中固化的部分接合。通过重复这样的工序，在层叠造型法中，一层一层地层叠，并且形成具有成为目标的三维形状的型芯。

例如，如专利文献1所记载的那样，通过将由这样的层叠造型法形成的陶瓷型芯体浸入陶瓷强化液之后进行烧结而制造型芯。使用该型芯，进行注塑成型，由此制造出所希望的铸造品。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-330280号公报

发明要解决的课题

然而，在层叠造型法中，与通常的使用模具等模型进行成形的方法相比，有可能使强度减弱。

发明内容

本发明提供一种型芯的制造方法，在该制造方法中，能够制造由层叠造型法成形且使强度提高的型芯。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明提出了以下的手段。

本发明的一方案中的型芯的制造方法包括：涂覆工序，在该涂覆工序中，向由包含二氧化硅的大颗粒构成的大颗粒组添加有机粘合剂，并在所述大颗粒的表面上涂覆所述有机粘合剂；混合工序，其在该涂覆工序之后，在该混合工序中，混合所述大颗粒组和由包含二氧化硅且颗粒直径比所述大颗粒小的小颗粒构成的小颗粒组；层叠造型工序，其在该混合工序之后，在该层叠造型工序中，通过使用了所述大颗粒组与所述小颗粒组的混合物的层叠造型法来形成成形体；以及烧结工序，其在该层叠造型工序之后，在该烧结工序中，烧结所述成形体。

根据这样的结构，通过在层叠造型工序、烧结工序等加热而使有机粘合剂热固化，能够借助有机粘合剂使大颗粒彼此相互结合。因而，能够利用有机粘合剂来提高颗粒彼此的结合强度。在涂覆了有机粘合剂的大颗粒的大颗粒组中混合颗粒直径小的小颗粒。因此，能够使颗粒直径小的小颗粒进入邻接的大颗粒之间，作为混合体而形成致密的构造。因此，能够进一步提高颗粒彼此的结合强度。除此之外，由于没有利用有机粘合剂来涂覆小颗粒，能够使小颗粒的颗粒直径保持为更小，能够使小颗粒以靠近大颗粒的中心位置的方式相对于大颗粒结合。因此，能够形成更高密度，能够进一步提高颗粒彼此的结合强度。使用这样的混合物通过层叠造型工序进行成形，在烧结工序中烧结，由此能够容易制造复杂的三维形状的型芯。即，能够容易提高颗粒彼此的结合强度而制造成形复杂的形状并且使强度提高的型芯。

在上述型芯的制造方法中，也可以是，在所述层叠造型工序与所述烧结工序之间包括使浸入剂向所述成形体浸入的浸入工序。

根据这样的结构，在烧结工序之前的浸入工序中，利用浸入剂来浸入成形体，由此通过浸入剂来置换在成形体的内部含有的空气，能够将成形体设为更加致密的构造。因而，能够进一步提高颗粒彼此的结合强度。

本发明的另一方案中的涡轮构件的制造方法包括如下工序：通过所述型芯的制造方法来获取型芯；在使供给至该型芯与铸模之间的熔融金属凝固之后，除去所述型芯，由此获取具有中空部的涡轮构件。

根据这样的结构，能够容易地制造涡轮构件。

发明效果

根据本发明，通过使用小颗粒组与涂覆了有机粘合剂的大颗粒组的混合体，能够利用层叠造型法进行成形，并且提高强度。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式中的型芯的制造方法的工序的流程图。

图2是说明本发明的实施方式中的预先混合工序后的第一大颗粒与第二大颗粒的示意图。

图3是说明本发明的实施方式中的涂覆工序后的第一大颗粒与第二大颗粒的示意图。

图4是说明本发明的实施方式中的混合工序后的混合物的示意图。

图5是说明本发明的实施方式中的层叠造型装置的示意图。

图6是说明本发明的实施方式中的烧结工序后的混合物的状态的示意图。

具体实施方式

以下，参照图1至图6对本发明的实施方式进行说明。

型芯的制造方法S1是使用层叠造型法而制造在制作铸造元件等时使用的型芯的方法。由本方法制造出的型芯在制造涡轮静叶、涡轮动叶、分割环、燃烧器部件等涡轮构件的制造方法中使用。具体来说，在该涡轮构件的制造方法中包括如下工序：获取由本方法制造出的型芯；以及在使向铸模与设置于其内部的型芯之间供给的熔融金属凝固之后，通过除去型芯而获取具有中空部的涡轮构件。即，在涡轮构件的制造方法中，通过在向型芯与铸模之间供给熔融金属之后除去型芯，从而制造具有与该型芯对应的中空部的涡轮构件。

型芯的制造方法S1是使用层叠造型法而制造在制作铸造元件等时使用的型芯的方法。如图1所示，本实施方式中的型芯的制造方法S1包括：混合由具有多种颗粒直径的大颗粒构成的型芯砂而生成大颗粒组10的预先混合工序S10；在预先混合工序S10之后向大颗粒组10涂覆有机粘合剂20的涂覆工序S20；以及在涂覆工序S20之后混合大颗粒组10与由颗粒直径比大颗粒小的小颗粒31构成的型芯砂的小颗粒组30的混合工序S30。本实施方式中的型芯的制造方法S1包括：在混合工序S30之后通过使用了混合后的大颗粒组10与小颗粒组30的混合物40的层叠造型法来形成成形体41的层叠造型工序S40；在层叠造型工序S40之后使成形体41浸入于浸入剂50的浸入工序S50；以及在浸入工序S50之后烧结成形体41的烧结工序S60。

在预先混合工序S10中，通过对作为含有二氧化硅的大颗粒而颗粒直径不同的多个种类的型芯砂进行混合，由此生成由大颗粒构成的大颗粒组10。在此，本实施方式中的大颗粒是指，颗粒直径为10μm以上且50μm以下的型芯砂，优选的是，颗粒直径为20μm～40μm的球状的型芯砂。在本实施方式的预先混合工序S10中，通过混合作为两种型芯砂的第一大颗粒11与第二大颗粒12，生成图2所示那样的大颗粒组10。具体来说，在本实施方式的预先混合工序S10中，使用球磨机对作为第一大颗粒11的颗粒直径为38μm左右的熔融二氧化硅的粉末以及作为第二大颗粒12的颗粒直径为20μm左右的氧化铝的粉末进行混合。在预先混合工序S10中，作为混合上述材料而成的混合粉末而生成大颗粒组10。

需要说明的是，生成的由包含二氧化硅的大颗粒构成的大颗粒组10不限于本实施方式的组合，只要含有二氧化硅，也可以使用其它材料。例如，作为混合的大颗粒的型芯砂，大颗粒组10也可以将熔融二氧化硅、氧化铝的一部分或者全部换成方英石。

在涂覆工序S20中，在由预先混合工序S10生成的由包含二氧化硅的大颗粒组10构成的大颗粒组10中添加有机粘合剂20，在大颗粒的表面涂覆该有机粘合剂20。在本实施方式中，作为有机粘合剂20，使用包含酚醛树脂和芳香族胺类的有机物。在本实施方式的涂覆工序S20中，例如使用热施法(日文：ホツトマ一リング法)等而实施涂覆。具体来说，在涂覆工序S20中，向旋转滚筒内投入大颗粒组10，使旋转滚筒旋转并且将成为液状的有机粘合剂20朝向大颗粒组10喷射而进行添加。之后，在涂覆工序S20中，对喷射了有机粘合剂20的大颗粒组10进行冷却，如图3所示，对第一大颗粒11以及第二大颗粒12的表面涂覆有机粘合剂20。

在混合工序S30中，对在涂覆工序S20中涂覆有机粘合剂20而成的大颗粒组10与由颗粒直径比大颗粒小的小颗粒31构成的小颗粒组30进行混合。在此，本实施方式中的小颗粒31是指，颗粒直径为0.1μm以上且10μm以下的型芯砂，优选的是，颗粒直径为0.3μm～0.5μm的球状的型芯砂。具体来说，在本实施方式的混合工序S30中，对如下所述两种粉末进行混合：其一是，涂覆了有机粘合剂20且由熔融二氧化硅以及氧化铝构成的大颗粒组10的粉末；其二是，作为小颗粒31的型芯砂而采用与第一大颗粒11、第二大颗粒12相同的材料且颗粒直径不同的颗粒的粉末。由此，在混合工序S30中，如图4所示，生成在第一大颗粒11与第二大颗粒12之间混杂小颗粒31的粉状的混合物40。

在层叠造型工序S40中，利用使用了混合物40的层叠造型法来形成成形体41。在本实施方式的层叠造型工序S40中，使用图5所示那样的使用了激光的层叠造型装置1并通过粉末烧结层叠造型法而使成形体41成形。

层叠造型装置1具有供给粉状的材料的供给区域2、形成成形体41的造型区域3、从供给区域2向造型区域3输送材料的滚子4、使从激光主体5向造型区域3的材料供给的激光照射至任意的位置的扫描机构6、使供给区域2上下移动的供给活塞7、以及使造型区域3上下移动的造型活塞8。

具体来说，在本实施方式的层叠造型工序S40中，使用该层叠造型装置1，从作为材料而投入有粉状的混合物40的供给区域2起，利用滚子4将该混合物40一层一层地向造型区域3输送。在此所谓的一层是指，能够通过从激光主体5经由扫描机构6射出的激光来固化混合物40的规定的深度。之后，在层叠造型工序S40中，相对于输送至造型区域3的混合物40，根据成形的成形体41的形状而在必要范围内照射经由扫描机构6从激光主体5射出的激光。被激光照射的部分的混合物40熔化凝固。当激光的照射结束时，仅使造型活塞8下降与一层量对应的深度，并且仅使供给活塞7上升相同的一层量的深度。再次利用滚子4将一层量的混合物40从供给区域2向造型区域3输送，在造型区域3中配置成为第二层的混合物40。在层叠造型工序S40中，通过重复这些工序，利用层叠造型装置1使混合物40固化而形成并获取任意形状的成形体41。

浸入工序S50在层叠造型工序S40与烧结工序S60之间实施，使浸入剂50浸入到所形成的成形体41，使成形体41进一步固化。在本实施方式的浸入工序S50中，作为浸入剂50而使用含有陶瓷的料浆。在浸入工序S50中，在减压容器内浸入成形体41，除去在成形体41的内部含有的空气而压入浸入剂50。作为在此使用的浸入剂50，例如举出硅溶胶与二氧化硅的混合物或硅溶胶与氧化铝的混合物。

在烧结工序S60中，使浸入有浸入剂50的成形体41烧结，使成形体41固化。在本实施方式的烧结工序S60中，通过进行烧结，如图6所示，成形体41的混合物40的各颗粒结合而制造型芯。具体来说，例如，烧结工序S60以在1200℃下持续15小时的方式实施。

根据上述那样的型芯的制造方法S1，在涂覆工序S20中，通过对在预先混合工序S10中混合作为两种大颗粒的第一大颗粒11与第二大颗粒12而成的大颗粒组10涂覆液状的有机粘合剂20，由此能够利用有机粘合剂20来覆盖第一大颗粒11以及第二大颗粒12的表面。在该状态下，通过在层叠造型工序S40、烧结工序S60等中加热而使有机粘合剂20热固化，能够借助有机粘合剂20使第一大颗粒11以及第二大颗粒12、第一大颗粒11彼此、第二大颗粒12彼此相互结合。因而，能够利用液状的有机粘合剂20来提高颗粒彼此的结合强度。

在本实施方式中，向涂覆了有机粘合剂20的第一大颗粒11与第二大颗粒12的大颗粒组10混合有作为颗粒直径小的型芯砂的小颗粒31。因此，颗粒直径小的小颗粒31进入邻接的第一大颗粒11与第二大颗粒12之间，能够作为混合体而形成致密的构造。具体来说，即使混合颗粒大的第一大颗粒11与第二大颗粒12，也会在各颗粒间产生间隙。通过混合颗粒直径比大颗粒小的小颗粒31，将小颗粒31配置为埋入该间隙，从而与第一大颗粒11、第二大颗粒12结合。其结果是，生成的混合体的各颗粒间的间隙变得非常小，能够在具有密度高的致密构造的状态下结合各颗粒。因此，能够进一步提高颗粒彼此的结合强度。

除此之外，由于没有利用有机粘合剂20来涂覆小颗粒31，由此能够使小颗粒31的颗粒直径保持较小的状态。因而，能够使小颗粒31以其中心位置靠近第一大颗粒11以及第二大颗粒12的方式与第一大颗粒11以及第二大颗粒12接近并结合。因此，能够更高密度地形成混合体，能够进一步提高颗粒彼此的结合强度。

使用这样的混合物40并通过层叠造型工序S40进行成形，通过烧结工序S60进行烧结，由此能够容易制造复杂的三维形状的型芯。即，能够容易提高作为第一大颗粒11、第二大颗粒12、小颗粒31的型芯砂彼此的结合强度而制造成形复杂的形状并且使强度提高的型芯。因而，通过使用小颗粒组30与涂覆了有机粘合剂20的大颗粒组10的混合体而实施层叠造型工序S40，能够通过层叠造型法来成形，并且提高强度。

在烧结工序S60之前的浸入工序S50中，利用浸入剂50来浸入成形体41，由此利用陶瓷等的料浆置换在成形体41的内部含有的空气，能够将成形体41设为更加致密的构造。因而，能够使颗粒彼此的结合强度进一步提高，能够制造使强度进一步提高的型芯。

通过使用由这样的方法制作的型芯来进行铸造，能够容易形成涡轮构件。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但各实施方式中的各结构以及它们的组合等为一例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行结构的附加、省略、置换以及其它的变更。另外，本发明不受实施方式限定，仅由权利要求书进行限定。

工业实用性

根据上述型芯的制造方法，通过使用小颗粒组与涂覆了有机粘合剂的大颗粒组的混合体，能够利用层叠造型法进行成形并提高强度。

附图标记说明：

S1型芯的制造方法

S10预先混合工序

11第一大颗粒

12第二大颗粒

10大颗粒组

S20涂覆工序

20有机粘合剂

S30混合工序

30小颗粒组

31小颗粒

40混合物

41成形体

S40层叠造型工序

1层叠造型装置

2供给区域

3造型区域

4滚子

5激光主体

6扫描机构

7供给活塞

8造型活塞

S50浸入工序

50浸入剂

S60烧结工序

Claims (3)

1.一种型芯的制造方法，其中，

所述型芯的制造方法包括：

涂覆工序，在该涂覆工序中，向由包含二氧化硅的大颗粒构成的大颗粒组添加有机粘合剂，并在所述大颗粒的表面上涂覆所述有机粘合剂；

混合工序，其在该涂覆工序之后，在该混合工序中，混合所述大颗粒组和由包含二氧化硅且颗粒直径比所述大颗粒小的小颗粒构成的小颗粒组；

层叠造型工序，其在该混合工序之后，在该层叠造型工序中，通过使用了所述大颗粒组与所述小颗粒组的混合物的层叠造型法来形成成形体；以及

烧结工序，其在该层叠造型工序之后，在该烧结工序中，烧结所述成形体。

2.根据权利要求1所述的型芯的制造方法，其中，

在所述层叠造型工序与所述烧结工序之间包括使浸入剂向所述成形体浸入的浸入工序。

3.一种涡轮构件的制造方法，其中，

所述涡轮构件的制造方法包括如下工序：

通过权利要求1或2所述的型芯的制造方法来获取型芯；

在使供给至该型芯与铸模之间的熔融金属凝固之后，除去所述型芯，由此获取具有中空部的涡轮构件。