CN101011724A - 熔模铸造铸型设计和使用所述设计的熔模铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于进行熔模铸造的方法包括以下步骤：相对于模具定位底板；在所述模具与所述底板的至少一个第一表面部分之间模制成形第一材料；将一个或更多个模型紧固在所述底板上，所述一个或更多个模型中包含第二材料；在所述一个或更多个模型的至少多个部分以及所述第一材料的至少一个部分上施加一个或更多个涂镀层；通过歧管本体的内部容器大体上移除所述第一材料并且通过所述歧管本体的外部容器大体上移除所述第二材料，从而留下一个或更多个由所述涂镀层形成的型壳；移除所述底板；通过所述歧管本体的内部容器将熔融金属引入所述一个或更多个型壳；允许所述熔融金属发生固化；以及破坏性地移除一个或更多个熔模铸造铸型。

Description

熔模铸造铸型设计和使用所述设计的熔模铸造方法

技术领域

本发明涉及铸型设计，且更具体而言，涉及熔模铸造铸型设计。

背景技术

熔模铸造对于成形具有复杂几何形状的金属零件尤其是中空零件而言是一种通常使用的技术，并且熔模铸造被用于制造超耐热合金燃气轮发动机零件。

关于涡轮发动机零件例如叶片和叶轮的熔模铸造存在一个发展良好的领域。在一个典型过程中，准备一个具有一个或更多个型腔的铸型，每个型腔具有一个与待铸造零件大致相符的形状。准备该铸型的一个典型过程包括使用一个或更多个该零件的蜡模型。该模型用在陶瓷型芯上成形蜡的方法形成，所述陶瓷型芯与该零件内冷却通道的正象大致相符。这些模型安装在一个结壳的固定物上。在安装之前可准备该固定物以便接纳模型。例如，可将该固定物浸入蜡中以便至少覆盖该固定物的一块底板。蜡模型可放置在覆盖于该底板上的蜡的顶部并蜡焊在该处。

在结壳工艺中，围绕一个或更多个那样的模型形成一个陶瓷型壳，所用的方法例如为在被固定模型上喷射和/或漫陶瓷覆盖材料。该蜡可例如用在蒸汽脱蜡罐中熔化的方法取出。该型壳可例如用修整和砂磨底表面的方法进一步处理，以便修平该底表面。还可焙烧该型壳以便硬化型壳。这就留下一个铸型，所述铸型包括具有一个或更多个零件确定间隔的壳体，而间隔本身又含有一个或多个确定冷却通道的陶瓷型芯。该壳体可被引晶以便确定最终零件的结晶取向，并且以其底表面放置在一种铸造用炉的激冷板顶部。然后将熔融金属引入该铸型从而浇注一个或多个零件。该合金刚一冷却和凝固，就可用机械和/或化学方法从已成形的一个或多个零件除去该型壳和型芯。然后在一个或更多个阶段中加工和处理该零件。

通常，在现有技术中存在两种流行的熔模铸造铸型设计基本原理。第一种结构具有一个以带有顶和底板的笼状物形式漫蘸的铸型。在型壳制造过程中该笼状物被完全漫没。然后在浇注前用金刚石轮修整该陶瓷顶板以便保持在DS浇注过程中必需的紧密挡板配合。这种铸型设计具有其优点。例如该铸型允许底注，因而容易和促进适当排气。底注实践限制陶瓷型壳受到的冲刷，并在浇注发生的同时通过零件腔冲掉任何碎屑。然而，修整工序释放出大量陶瓷粉尘。由于该粉尘可能沉积在铸型内部并被俘获在成形零件正在产生的薄细部之中，这种陶瓷粉尘形成障碍物，从而造成零件改变。

第二种结构利用一个预制浇口杯并且仅有一块底板。该铸型只被浸到陶瓷浆料搭接现存的浇口杯为止。这种铸型设计也呈现出不少优点。例如该结构不使用顶陶瓷板，因而取消上文提及的修整步骤，这本身又使产生的陶瓷碎屑更少。此外，没有顶陶瓷板还形成一个用于一致挡板配合的可重复铸型顶轮廓。然而，该铸型设计不允许底注零件腔，并且也不能留下在排气或脱蜡工序期间的蜡排出通道。

因此，需要一种无需修整步骤并且产生碎屑量受到限制的熔模铸造铸型设计。

还需要一种在脱蜡工艺过程中提供排蜡通路的熔模铸造铸型设计。

发明内容

根据本发明，一种用于进行熔模铸造的方法大致包括以下步骤：相对于模具定位底板；在所述模具与所述底板的至少一个第一表面部分之间模制成形第一材料；将一个或更多个模型紧固在所述底板上，所述一个或更多个模型中包含第二材料；在所述一个或更多个模型的至少多个部分以及所述第一材料的至少一个部分上施加一个或更多个涂镀层；通过歧管本体的内部容器大体上移除所述第一材料并且通过所述歧管本体的外部容器大体上移除所述第二材料，从而留下一个或更多个由所述涂镀层形成的型壳；移除所述底板；通过所述歧管本体的内部容器将熔融金属引入所述一个或更多个型壳；允许所述熔融金属发生固化；以及破坏性地移除一个或更多个熔模铸造铸型。

根据本发明，一种铸型组件大致包括：多个铸型部分；和具有双壁浇口腔的歧管本体，所述双壁浇口腔大致包括内部容器和外部容器，所述内部容器包括具有内表面和外表面的大致呈锥形的第一壁，而所述外部容器包括沿周向围绕所述内部容器进行设置的并且具有内表面和外表面的大致呈锥形的第二壁，其中所述内部容器的内表面部分地限定出一个孔口，而所述内部容器的外表面和所述外部容器的内表面部分地限定出大致呈环形的通道；多条浇道导管，所述浇道导管各自从所述双壁浇口腔朝向相关联的所述多个铸型部分中的一个或更多个延伸；和多个排气道，所述排气道各自从所述多个铸型部分朝向所述双壁浇口腔延伸。

在附图和下面的说明书中对本发明的一个或更多个实施例进行了详细描述。通过阅读所述说明书、附图和权利要求书，会使得本发明的其它特征、目的和优点更加明显。

附图说明

图1为本发明的熔模铸造铸型设计的透视图；

图2为图1中所示的熔模铸造铸型设计的侧视图；

图3为图1中所示的熔模铸造铸型设计的剖视图，图中示出了在脱腊工艺过程中蜡的流动；和

图4为图1中所示的熔模铸造铸型设计的另一剖视图，图中示出了浇注工艺过程中金属的流动。

各图中使用相似的附图标号和标注表示相似的元件。

具体实施方式

在此描述的熔模铸造铸型设计和使用所述设计的熔模铸造方法结合了两种现有技术设计的优点。所述熔模铸造铸型设计使用装备有双壁浇口杯和一块单独底板的歧管本体，这样就不再需要修整顶板并且在脱蜡工艺过程中提供了排蜡通路。此外，所述铸型能在更短时间内进行结壳和准备浇注，这样就限制了必须从浇口杯上修整去除的型壳量和潜在可能进入铸型的碎片量。

下面全面地参考图1-2，图中示出了本发明的熔模铸造铸型设计。熔模铸造铸型设计10通常可包括一块支承浇口14的底板12，在浇口14上安装有歧管本体16。一条或更多条浇道导管18可被连接到浇口14上。每条浇道导管18可在第一端部17处与歧管本体16连通，并且在第二端部19处与一条流道20连通。一个或更多个模型22分别被设置在被连接至流道20的基座24内。每个模型22可被安装在熔模铸造铸型设计10内用以接收足以最终形成涡轮发动机零件的熔模铸造铸型的量的熔融金属。

歧管本体16通常可包括一个双壁浇口腔26。该双壁设计对于进行熔模铸造工艺和提高成品质量而言提供了多个优点。双壁浇口腔26可包括一个内部容器28和一个外部容器30，所述内部容器28包含一个具有内表面和外表面的大致呈锥形的第一壁，而所述外部容器30包含一个具有内表面和外表面的大致呈锥形的第二壁。外部容器30可环绕安置在内部容器28周围。内部容器28的内表面部分地限定出一个与一条或更多条浇道导管18流体连通的孔口32。内部容器28的外表面和外部容器30的内表面组合在一起以便部分地限定出一条大致呈环形的通道34，所述环形通道与歧管本体16的一个或更多个排气道36流体连通。每个排气道36还在与歧管本体16的相对一个端部处与每个相应的模型22流体连通。

下面参见图3，一旦结壳结束，就可进行脱蜡或排气工艺。在脱蜡工艺过程中，采用本领域的技术人员已公知的任何方法从底板12和模型22上除去在进行结壳工艺前积聚的一种或更多种蜡料。根据在此描述的铸型的设计优点，来自底板12的蜡料例如可熔化且基本上变成液态从而允许该蜡料按照箭头38标出的方向流过浇道导管18。已变成液态的蜡料流过浇道导管18和孔口32以便收集在双壁浇口杯26的内部容器28内。在此同时，来自模型22的蜡料例如可产生熔化并且再次基本上变成液态，以便允许该蜡料流过排气道36和大致呈环形的通道34，从而收集在外部容器30内。歧管本体16可从铸型10上拆下，而且该蜡料可从内部容器28和外部容器30两者中被移除。

下面参见图4，一旦脱蜡结束，则在结壳工艺过程中形成的型壳40可如本领域的技术人员已公知的那样按照典型的熔模铸造工序进行修整、砂磨和焙烧。然后，可将一定量的熔融材料通过熔模铸造铸型设计10的歧管本体16引入型壳40。更具体地说，该熔融材料可被引入内部容器28并按照箭头42标明的方向流过每根浇道导管18。该熔融材料可流过浇道导管18和流道20从而进入型壳40。在该熔融材料冷却和固化后，可采用机械和/或化学方法从已成型零件上除去型壳和型芯。一种或更多种型壳和/或型芯材料可用化学方法去除以便形成能够被输送通过排气道36并且被收集在大致呈环形的通道34中的基本上液化的材料。歧管本体16可再次从熔模铸造铸型设计10上拆下并除去失效的型壳和/或型芯材料。

本发明的熔模铸造铸型设计有利于除去蜡料和失效的型壳和型芯材料，并且不需要操作者修整超过必需范围的型壳或已成型零件。其结果是，更少的灰尘进入该铸型组件，几乎不存在零件差异并且能实现更清洁的铸件。本发明的熔模铸造铸型设计还允许熔融金属底注进入型壳。底注的熔融金属呈现出得到改进的层流从而使铸件缺陷更少。此外，底注工艺还对脆性陶瓷和难熔金属型芯提供更大程度的保护。当底注熔融金属进入型壳时，由于熔融金属逐渐地包围该型芯，因此陶瓷和难熔金属型芯较少产生断裂。相反，当浇注熔融金属从上方进入型壳时，由于该熔融金属的重量，熔融金属通常冲击和弄断该陶瓷和难熔金属型芯。最后，该双壁浇口杯设计还减少可能进入该熔模铸造铸型设计的空气和氧气量，从而减少了芯材发生氧化的机会。基于这些原因，本发明的熔模铸造铸型设计以及使用该设计的熔模铸造方法提供了优于现有技术铸型和方法的多个优点。

应理解，本发明不受在此描述和示出的实施例的限制，所述图解说明仅被视为实施本发明的最佳模式的示例，并且易于对部件的形状、尺寸、布置和作业细节作出改变。本发明旨在包括落入由下面的权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有这些变型。

Claims (9)

1.一种用于进行熔模铸造的方法，所述方法包括以下步骤：

相对于模具定位底板；

在所述模具与所述底板的至少一个第一表面部分之间模制成形第一材料；

将一个或更多个模型紧固在所述底板上，所述一个或更多个模型中包含第二材料；

在所述一个或更多个模型的至少多个部分以及所述第一材料的至少一个部分上施加一个或更多个涂镀层；

通过歧管本体的内部容器大体上移除所述第一材料并且通过所述歧管本体的外部容器大体上移除所述第二材料，从而留下一个或更多个由所述涂镀层形成的型壳；

移除所述底板；

通过所述歧管本体的内部容器将熔融金属引入所述一个或更多个型壳；

允许所述熔融金属发生固化；以及

破坏性地移除一个或更多个熔模铸造铸型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述大体上移除步骤包括：

通过与所述内部容器相连通的第一浇道导管和第一孔口大体上移除所述第一材料；以及

通过与所述外部容器相连通的排气道和大致呈环形的通道大体上移除所述第二材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料包括一种或更多种蜡料。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述引入步骤包括：通过与通向所述模型的第一浇道导管连通的所述内部容器引入所述熔融金属，并且通过从所述模型通向所述外部容器的排气道排出。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述歧管本体包括：

双壁浇口腔，所述双壁浇口腔包括：

包括具有内表面和外表面的大致呈锥形的第一壁的所述内部容器，

包括沿周向围绕所述内部容器进行设置的并且具有内表面和外表面的大致呈锥形的第二壁的所述外部容器，

其特征在于，所述内部容器的所述内表面部分地限定出一个孔口，而所述内部容器的所述外表面和所述外部容器的所述内表面部分地限定出所述大致呈环形的通道。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法用于制造燃气轮发动机零件。

7.一种铸型组件，包括：

多个铸型部分；和

具有双壁浇口腔的歧管本体，所述双壁浇口腔包括：

包括具有内表面和外表面的大致呈锥形的第一壁的所述内部容器，

包括沿周向围绕所述内部容器进行设置的并且具有内表面和外表面的大致呈锥形的第二壁的所述外部容器，

其中所述内部容器的内表面部分地限定出一个孔口，而所述内部容器的外表面和所述外部容器的内表面部分地限定出大致呈环形的通道；

多条浇道导管，所述浇道导管各自从所述双壁浇口腔朝向相关联的所述多个铸型部分中的一个或更多个延伸；和

多个排气道，所述排气道各自从所述多个铸型部分朝向所述双壁浇口腔延伸。

8.根据权利要求7所述的铸型组件，其特征在于，所述多个铸型部分包括三个或更多个铸型部分，每个铸型部分与第一浇道导管和第二浇道导管相关联。

9.根据权利要求7所述的铸型组件，其特征在于，每个所述铸型部分包括一个型腔和一条流道，所述流道从所述型腔的下端延伸至联接到所述浇道导管上的上端。

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