CN102574199A - 环形叶片涡轮机组件的失蜡制造的改进方法以及用于实现此方法的金属模具和蜡模型 - Google Patents

环形叶片涡轮机组件的失蜡制造的改进方法以及用于实现此方法的金属模具和蜡模型 Download PDF

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Abstract

一种环形叶片涡轮机定子组件(10)的蜡模型(50)的制造方法，连续包括：在一模具中定位一芯(40)，以形成所述组件的一叶片(18)的腔的印模，在所述模具中喷射蜡，从该模具去除安设有所述芯(40)的蜡模型(50)，所述芯(40)用金属制造，并定位为其径向内端(46)装容在所述模具的限定包括所述腔的所述叶片(18)的所述部分(58)中，远离该模具的此部分的径向内端(52)。

Description

环形叶片涡轮机组件的失蜡制造的改进方法以及用于实现此方法的金属模具和蜡模型
技术领域
本发明是关于用于例如飞机涡轮机这样的涡轮机的环形叶片定子组件的制造。
图1表示这样的叶片组件10，有时称作上游或下游引导翼片组件，这取决于其在涡轮机中的功能。此叶片组件10典型地包括两个同轴的环形结构或套罩，它们分别是内部的12和外部的14，它们通过多个叶片16相互连接。
本发明更具体地是关于叶片组件的制造，所述叶片组件包括至少一个叶片18，该叶片18结合一个腔，所述腔通常为沿径向伸长的形状，用于例如测量物理参数，例如可能经此叶片的孔20沿叶片流动的空气的压力和温度。
背景技术
涡轮机的叶片定子组件通常通过一“失蜡”型的铸造方法制造，其中事先制造一具有待加工叶片组件形状的蜡模型，从而能够通过重复模制此蜡型而制造胶泥模具。在去除蜡后，在事先获得的胶泥模具中铸造一金属合金，以在冷却和从该模具去除后形成所希望的叶片组件。
所述蜡模型事先通过具有待制造叶片组件大致形状的金属模具来制造。
在叶片组件至少一个叶片包括一腔的情况下，一伸长形状的芯，如图2中所示，被插入到该金属模具的限定上述叶片以形成该腔印模的部分中。此芯22以陶瓷材料制造，使得其具有足够的热阻以承受铸造前述金属合金所固有的高温，并使得可随后通过传统化学方法去除此芯。
蜡随后在压力下被喷到所述安装此芯的金属模具中，以在冷却后形成该待制造的叶片组件的模型，其中所述芯由蜡封闭，并占据对应于前述腔的空间。
在喷射过程中，所述芯的蜡组装在该金属模具上，以使其牢固就位，从而最佳地限制在蜡的压力下芯变形的风险以及因此在此制造方法结束时获得的叶片组件变形的风险，其中所述变形将削弱蜡模型形状的准确性。所述芯通常由两个凸榫24和26(图2)固定就位，所述凸榫24和26分别形成在芯的两端，突伸出该金属模具，使得它们可由适当的支撑装置固定。
所述胶泥模具随后通过重复模制该预先获得并安设有芯的蜡模型而制得，该方式使得该胶泥封装此芯的突出到蜡模型外的两凸榫。在此胶泥凝固后和蜡被去除后，获得一安设有芯的胶泥模具，所述芯现在由该胶泥模具自身固定就位。
接着，在所述金属合金浇铸到该预先获得的胶泥模具中后，并且在此金属合金冷却后，所述芯通常通过化学方法被去除，所获得的金属零件从模具中移出，以形成环形叶片组件。
去除该芯在此叶片组件的内罩中留下一孔28，该孔由所述芯的一个凸榫的通道形成，如图3中所示。由于在此位置孔的存在不是所希望的，因此此孔通常通过硬焊或类似方法堵塞。
然而，此堵塞操作增加了该环形叶片组件的制造成本。
另外，在这些组件的内罩中硬焊部件的存在导致这些罩的形状和结构不规则，这降低机械阻力，并因此降低这些罩的寿命。
另外，当喷射蜡时，在蜡的压力下，所述芯有时可变形，导致昂贵的处理。
发明内容
本发明的一个目的是特别提供一简单、经济和有效的针对这些问题的解决方案。
为此，它提供一种环形叶片涡轮机定子组件的蜡模型的制造方法，用于制造此叶片组件的模具，其中所述模型包括两个同轴的罩，分别为径向内罩和径向外罩，这些罩通过多个叶片相互连接，至少其中一个叶片包括一内腔，所述方法使用一具有大致所述环形叶片组件的模型形状的金属模具，连续地包括：
-在所述金属模具的限定包括所述腔的叶片的部分中定位一芯，以形成所述腔的印模，上述芯具有包括一组装在所述金属模具上的径向外端的大致伸长的形状；
-在所述安设有上述芯的金属模具中喷射蜡；
-在所述蜡冷却后，从该模具去除得到的安设有芯的蜡模型。
根据本发明，上述芯以金属制造，并定位为使其径向内端装容在该限定包括所述腔的叶片的模具的部分中，远离该模具的此部分的径向内端。
使用一远比习惯使用类型的胶泥芯硬的金属芯，使得可仅通过其径向外端将此芯组装在该金属模具上，同时使此芯在蜡喷射过程中变形的风险降到最小。这种将芯组装在金属模具上在通过此方法制造的蜡模型使用在制造一环形叶片组件的方法中时特别有利，这将在下文中更清楚地显示。
该芯构件的改进的刚性可增加蜡的喷射压力，并减小蜡模型的费用，这些都是芯变形后的缺点。
本发明还关于一种制造环形叶片涡轮机定子组件的方法，该组件包括两个同轴的罩，分别为径向内罩和径向外罩，这些罩通过多个叶片相互连接，至少其中一个叶片包括一内腔，所述方法连续地包括：
-通过上述类型的方法制造该环形叶片组件的蜡模型；
-通过重复模制上述蜡模型来制造一难熔材料的模具，随后去除所述蜡；
-将一熔化的金属合金浇铸在该由安设有上述芯的难熔材料制成的模具中，以形成所述环形叶片组件；
-在所述金属合金冷却后，从该模具去除该环形叶片组件，并去除所述芯。
此制造环形叶片组件的方法因此使用上述制造蜡模型的方法，其中所述芯仅通过其径向外端组装在该金属模具上。
在该蜡模型的重复浇铸步骤和去除蜡的步骤结束时，芯的径向外端封闭在该凝固的难熔材料中，因此使得该芯可连接到一此材料制造的模具上，同时该芯的径向内端在此模具中延伸，远离此模具的限定包括上述腔的叶片的部分的径向内端，因此远离该模具的径向内罩。
其结果是，所述芯的径向内端并不在该通过此方法获得的环形叶片组件的内罩中形成孔。因此，不再有必要在此内罩中进行孔堵塞操作，这样可减小该环形叶片涡轮机定子组件的制造成本，这些组件的寿命得到改善。
优选地，在以一难熔材料制造该模具之前，该制造环形叶片涡轮机定子组件的方法还包括从所述蜡模型抽出所述金属芯，随后将一以陶瓷材料制成的形状相同的芯定位在由所述金属芯形成在所述蜡中的印模中。
该以陶瓷材料制成的芯具有改进的热阻，因此更适于随后铸造熔化的金属合金的步骤。另外，该陶瓷芯可在此方法结束时用传统化学方法去除。
所述金属芯优选具有一沿其径向内端的方向逐渐变细的锥形截面。
该金属芯的锥形形状可有利于其从蜡模型中抽出，同时减小损坏此模型的风险。此金属芯的刚性还使得该芯在其被抽出时断裂的风险得到限制。
如果该金属芯由前述陶瓷芯取代，则陶瓷芯具有与金属芯相同的形状，此形状的锥形特征有利于此陶瓷芯插入金属芯预先形成的印模中。
然而，根据本发明的方法可在不进行上述换芯步骤的情况下实现，特别是当构成金属芯的金属相对于在由难熔材料制成的模具中浇铸的金属合金的熔点具有足够高的熔点，以使该金属芯能够承受此合金的浇铸而无熔化的风险时。
本发明还涉及一金属模具，用于通过上述类型的方法制造环形叶片涡轮机定子组件的蜡模型，所述组件包括两个同轴的罩，分别为径向内罩和径向外罩，这些罩通过多个叶片相互连接，至少其中一个叶片包括一内腔，其中所述模具在限定所述包括腔的叶片的部分中包括一大致伸长形状的芯，该芯具有外端部组装在该金属模具上以形成所述腔的印模，其特征在于，所述芯由金属制成，并定位为使其径向内端装容在所述模具的限定该包括所述腔的叶片的所述部分中，远离该模具的所述部分的径向内端。
本发明还涉及一蜡模型，用于通过上述类型的方法制造环形叶片涡轮机定子组件，所述组件包括两个同轴的罩，分别为径向内罩和径向外罩，这些罩通过多个叶片相互连接，至少其中一个叶片包括一内腔，其中所述模具在限定所述包括腔的叶片的部分中包括一大致伸长形状的芯，该芯具有一伸出该模型外的径向外端，以形成所述腔的印模，其特征在于，所述芯由金属制成，并定位为使其径向内端装容在所述模型的限定该包括所述腔的叶片的所述部分中，远离该模型的所述部分的径向内端。
附图说明
通过参照附图阅读以下非限制性示例，本发明将被更好地理解，它的其他细节、优点和特点将呈现，其中：
图1，先前描述过，为已知类型的环形叶片涡轮机定子组件的立体图；
图2，先前描述过，为已知类型的芯的立体图，该芯用于制造图1中的叶片组件；
图3为图1中环形叶片组件的内罩在由图2的芯形成的孔被堵塞前的局部示意图；
图4为说明根据本发明的制造环形叶片涡轮机定子组件的方法的主要步骤的流程图；
图5为用于实现图4中的方法的芯的立体示意图；
图6为一环形叶片组件的蜡模型的局部立体示意图，其中图5中的芯被安装；
图7为与图6相类似的视图，具有横向截面。
具体实施方式
图4中的流程图说明了根据本发明的用于制造与图1中表示的叶片组件类型相同的环形叶片涡轮机定子组件的方法，因此该组件包括两个同轴的罩，分别为内罩12和外罩14，通过多个叶片16相互连接，其中至少一个叶片18包括一腔。
此方法包括四个连续的主要阶段，由图4的流程图中的附图标记30、32、34和36表示。
第一阶段30包括以传统方式准备待造叶片组件的金属模具；第二阶段32包括通过此金属模具制造该叶片组件的蜡模型；第三阶段34包括通过重复模制此蜡模型制造胶泥的或更通常为任何适宜难熔材料的模具；第四阶段36包括利用上述胶泥模具制造该叶片模具。
更具体地，第二阶段32包括在所述金属模具中定位一芯的步骤38，该芯与图2中的传统芯不同，它由金属制成，例如钢，并且它在其端部不具有用来在模具中朝内部径向定位的凸榫。
图5图示此种类型的芯40，并具体显示其端部42，该端部将在该模具中朝外径向定位，并且具有与图2中传统类型的芯的凸榫24相对照的凸榫44；以及其端部46，该端部将在该模具中朝内径向定位，并且其上没有凸榫。此芯40具有一沿其上述端部46的方向呈锥形的横向截面，如图5中所示，这显然通过在此端部无凸榫而成为可能。
在上述步骤38(图4)中，芯40被安装在限定叶片组件的包括腔的叶片的金属模具的部分中，使得此芯端部42的凸榫44穿过此模具的限定该叶片组件的径向外罩的壁的一孔突出到该模具外，并且使得此芯的另一端部46在该模具内从此模具的限定该叶片组件的径向内罩的壁沿径向朝外延伸开去。
该方法的第二阶段32的下一个步骤48包括在压力下以传统方式在该装有上述金属芯的金属模具中喷射蜡，直到该模具充满蜡，其中所述芯随即在蜡中被封闭，除了其凸榫伸到该金属模具外。该金属芯的刚性防止其在喷射蜡过程中变形，尽管此蜡在该芯上施加压力。
在冷却后该变硬的蜡形成待造的环形叶片组件的模型50，如图6和7中所示。此模型50具有大致该环形叶片组件的形状，因此包括两个同轴的罩，分别为内罩52和外罩54，和连接这两个罩的多个叶片56，所述叶片包括一叶片58，该叶片58用于限定所述叶片组件的叶片，并包括一腔，其中该蜡模型的此叶片是与芯40相结合的那个叶片。图7具体图示出芯40的径向内端46的位置，该位置位于从形成叶片58径向内端的径向内罩52朝外径向远离。
在该根据本发明的方法的优选实施例中，此方法的第二阶段32接着是步骤60，该步骤包括从所述蜡模型去除该金属芯40，并由以陶瓷材料制成的相同形状的芯替代，从而使其具有改善的热阻。金属芯40通过朝向该模型的外部沿径向大致直线平移而被去除。金属芯40的沿径向向内的锥形形状使得在此抽出操作过程中蜡被损坏的风险有利地减小。用陶瓷芯替换金属芯40的目的是使该芯能更好地耐受随后进行的熔化金属合金的浇铸，并且有利于在该制造方法结束时通过传统化学方法去除此芯，这将在下文中显示得更清楚。
该方法第二阶段32最后为从该模具去除结合了陶瓷芯的蜡模型50的步骤62。
该方法随后是第三阶段34，该阶段包括步骤64，通过重复模制之前获得的蜡模型50来制造胶泥的或相应材料的模具。更具体地，此蜡模型50被涂覆以胶泥，使得胶泥封闭结合在此模型中的陶瓷芯的凸榫。
第三阶段34最后是步骤66去除蜡，以传统方式，例如对蜡进行加热，为了获得设有上述陶瓷芯的胶泥模具，该芯的凸榫沉入该模具的方式使得以刚硬的方式固定此芯。
该方法的第四个阶段36包括步骤68，在预先获得的胶泥模具中浇铸熔化的金属合金。该安装到模具上的芯使得该环形叶片组件的叶片18的对应腔能够形成。下一个步骤70包括，在冷却模具中的金属合金后，从该模具去除以此方式获得的叶片组件，并通过传统方法，优选化学类型的方法来去除该陶瓷芯。
由于所述芯的径向内端在上述方法的过程中未伸出到该叶片组件外，因此该组件的内罩在所述芯被去除后不包括任何由该芯所形成的孔。根据本发明的方法因而节省了使堵塞该环形叶片组件的内罩的步骤，并使此罩的形状和结构更加规则。
根据本发明的方法可，作为一变化，在不进行步骤60去除金属芯，并替换以陶瓷芯的情况下实施。在此情况下，整个方法使用此相同的金属芯完成。该金属芯因而相对于铸造金属合金具有足够高的熔点，以在步骤68过程中承受浇铸该熔化合金所带来的高温。
根据本发明的该方法通常可用于制造形成一单件的环形叶片组件，例如上述组件，或用于制造由多个扇区沿周向组装形成的组件，在这种情况下，每个包括具有内腔的叶片的扇区可通过此方法制造。

Claims (7)

1.一种环形叶片涡轮机定子组件(10)的蜡模型(50)的制造方法，用于制造此叶片组件的模具，其中所述模型(50)包括两个同轴的罩，分别为径向内罩(52)和径向外罩(54)，所述罩通过多个叶片(56)相互连接，至少其中一个叶片(58)包括一内腔，所述方法使用一具有大致所述环形叶片组件的模型(50)形状的金属模具，连续地包括：
-在所述金属模具的限定包括所述腔的叶片(58)的部分中定位(38)一芯(40)，以形成所述腔的印模，上述芯(40)具有包括一组装在所述金属模具上的径向外端(42)的大致伸长的形状；
-在所述安设有所述芯(40)的金属模具中喷射(48)蜡；
-在所述蜡冷却后，从该模具去除(62)得到的安设有所述芯(40)的蜡模型(50)；
其特征在于，所述芯(40)用金属制造，并定位为其径向内端(46)装容在所述模具的限定包括所述腔的所述叶片(58)的所述部分中，远离该模具的此部分的径向内端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属芯(40)具有一沿其径向内端(46)的方向逐渐变细的锥形横向截面。
3.一种制造环形叶片涡轮机定子组件(10)的方法，该组件包括两个同轴的罩，所述罩分别为径向内罩(12)和径向外罩(14)，所述罩通过多个叶片(16)相互连接，至少其中一个叶片(18)包括一内腔，所述方法连续地包括：
-通过根据权利要求1或2所述的方法制造该环形叶片组件(10)的蜡模型(50)的步骤(32)；
-通过重复模制(64)所述蜡模型(50)来用一难熔材料制造模具，随后去除(66)所述蜡的步骤(34)；
-将一熔化的金属合金浇铸在该由安设有所述芯(40)的难熔材料制成的所述模具中，以形成所述环形叶片组件(10)的步骤(68)；
-在所述金属合金冷却后，移除所述环形叶片组件(10)，并去除所述芯(40)的步骤(70)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在以一难熔材料制造该模具的步骤(34)之前，该方法还包括从所述蜡模型(50)中抽出所述金属芯(40)，随后将一以陶瓷材料制成的形状相同的芯定位在由所述金属芯(40)形成在所述蜡中的印模中的步骤(60)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述难熔材料为胶泥。
6.一种金属模具，用于通过根据权利要求1或2所述的方法制造环形叶片涡轮机定子组件的蜡模型(50)，所述组件包括两个同轴的罩，分别为径向内罩(52)和径向外罩(54)，所述罩通过多个叶片(56)相互连接，至少其中一个叶片(58)包括一内腔，其中在所述金属模具的限定包括所述腔的所述叶片(58)的部分中包括一大致伸长形状的芯(40)，以形成所述腔的印模，其中所述芯具有一组装在所述金属模具上的径向外端(42)，其特征在于，所述芯(40)用金属制造，并定位为其径向内端(46)装容在所述模具的限定包括所述腔的所述叶片(58)的所述部分中，远离该模具的所述部分的径向内端。
7.一种蜡模型(50)，用于通过根据权利要求3-5中任何一项所述的方法制造环形叶片涡轮机定子组件(10)，所述组件包括两个同轴的罩，分别为径向内罩(12)和径向外罩(14)，所述罩通过多个叶片(16)相互连接，至少其中一个叶片(18)包括一内腔，其中所述模型(50)在限定包括所述腔的所述叶片(18)的部分(58)中包括一大致伸长形状的芯(40)，以形成所述腔的印模，其中所述芯具有一从所述模型(50)伸出的径向外端(42)，其特征在于，所述芯(40)用金属制造，并定位为其径向内端(46)装容在所述模型(50)的限定包括所述腔的所述叶片(18)的所述部分(58)中，远离该模型(50)的所述部分(58)的径向内端(52)。
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