CN102756081A - 用于为铸造进行准备的工艺 - Google Patents

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金冠佑
P·B·梅尔顿
M·J·萨利文
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明涉及用于为铸造进行准备的工艺。提供了一种用于为铸造进行准备的工艺，并且其包括：形成限定内部(20)的铸造构件(10)，内部(20)具有复杂的和/或不规则的形状；将非固体材料(30)引入到铸造构件内部(20)中，并且使非固体材料(30)凝固而形成内壳(40)；在铸造构件(10)的周围形成外壳(50)；以及从内壳和外壳(40，50)之间移除铸造构件(10)。

Description

用于为铸造进行准备的工艺
技术领域
本文公开的主题涉及用于为铸造进行准备的工艺。
背景技术
一般通过立体光刻(SLA)工艺、直接金属激光烧结(DMLS)工艺和选择性激光烧结(SLS)工艺中的任一个或多个来形成铸造构件。SLA工艺是在形成部件时一次一层地使用紫外线(UV)激光来固化树脂的附加制造工艺。在细节重要的情况下，SLA模型对于装配和功能研究可为特别精确的，并且SLA模型可用作用于铸造硅树脂和合成材料加工以及多种其它模制技术的主要型式。在DMLS工艺中，激光会将单独的部件层熔化在一起，以形成具有良好的表面光洁度和高水平的细节精度的部件。SLS工艺使用激光一层一层地烧结粉状尼龙材料，以产生耐久的实心物体。可使用烧结原型来测试几乎所有的应用，包括使用实际工程材料的功能性原型。这些部件展现出非常高的耐久性、热挠度，并且贴切地表现了制造材料的物理属性。
不管这些工艺提供的优点如何，问题仍然存在。例如，制造出来的SLA硬件具有有限的内部特征。事实上，在大多数情况下，内部腔体几何构造在复杂性和精度上是非常有限的。与此同时，DMLS和SLS工艺可为非常昂贵的。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于为铸造进行准备的工艺，并且其包括：形成限定内部的铸造构件，内部具有复杂的和/或不规则的形状；将非固体材料引入到铸造构件内部中，并且使非固体材料凝固而形成内壳；在铸造构件的周围形成外壳；以及从内壳和外壳之间移除铸造构件。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于为铸造进行准备的工艺，并且其包括：形成限定呈燃气轮机发动机构件的形状的内部的铸造构件；将非固体材料引入到铸造构件内部中，以填充铸造构件内部；使非固体材料凝固而形成反映燃气轮机发动机构件的内部形状的内壳；在铸造构件的周围形成反映燃气轮机发动机构件的外部形状的外壳；以及从内壳和外壳之间移除铸造构件。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于为铸造燃气轮机发动机涡旋喷嘴或旋流器进行准备的工艺，并且其包括：用立体光刻法构建塑性铸造构件，该塑性铸造构件限定呈燃气轮机发动机涡旋喷嘴或旋流器的形状的内部；将非固体材料引入到铸造构件内部中，以填充铸造构件内部；使非固体材料凝固而形成反映燃气轮机发动机涡旋喷嘴或旋流器的内部形状的内壳；在铸造构件的周围形成反映燃气轮机发动机涡旋喷嘴或旋流器的外部形状的外壳；以及从内壳和外壳之间移除铸造构件。
根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点与特征将变得更加显而易见。
附图说明
在说明书的结论部分处的权利要求中特别指出和明确声明了被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征与优点是显而易见的，其中：
图1是铸造构件的形成的横截面示意图；
图2是将非固体材料引入到铸造构件的内部中的横截面示意图；
图3是已经凝固而形成内壳的非固体材料的横截面示意图；
图4是外壳的形成的横截面示意图；以及
图5是从内壳和外壳之间移除铸造构件的横截面示意图。
详细描述参照附图以实例的方式来阐明本发明的实施例，以及优点与特征。
部件列表
10    铸造构件
20    内部
21    内部腔体
30    非固体材料
40    内壳
50    外壳
具体实施方式
参照图1-5，提供了一种用于为铸造进行准备的工艺，以形成例如燃气轮机发动机的旋流器或涡旋喷嘴构件。该工艺可用来产生具有复杂的内部几何构造的、用于进行实验室测试评价的生产涡旋喷嘴/旋流器，而不需要陶瓷芯体和包模生产加工的费用。有限的生产量还可利用这个概念来减少部件成本和研制周期。
如图1中显示的那样，该工艺包括形成限定内部20的铸造构件10，内部20具有复杂的和/或不规则的形状，例如旋流器或涡旋喷嘴构件的形状或任何其它期望的类似地复杂的/不规则的形状。虽然本文描述的工艺可应用于形成具有任何复杂度的任何形状的构件，但是内部20可具有带有内部腔体21和/或其它不规则的特征的特别复杂的形状，如关于旋流器或涡旋喷嘴构件的情况那样。根据各种实施例，形成铸造构件10可包括立体光刻(SLA)工艺、直接金属激光烧结(DMLS)工艺和选择性激光烧结(SLS)工艺中的任一个或多个。铸造构件10可包含塑性材料或另一种类似类型的材料。
如图2中显示的那样，然后将非固体材料30引入到铸造构件内部20中，以填充铸造构件内部20，以及具体而言，填充内部腔体21和/或其它不规则的特征。非固体材料30可包括陶瓷浆料和陶瓷粉中的任一个或多个。例如可通过将非固体材料30注入到铸造构件内部20中来实现引入操作：真空辅助注入法，由此非固体材料30被拉入或压入到铸造构件内部20中；以及/或者填塞法，由此非固体材料30被推入到铸造构件内部20中。
图2的引入操作继续直到铸造构件内部20充满非固体材料30，并且可通过各种额外的操作来促进引入操作。例如，在引入操作期间和在引入操作之后，铸造构件10可绕着其纵向轴线旋转，从而通过离心力来推动内部腔体21和/或其它不规则的特征的填充。在非固体材料为陶瓷浆料的情况下，旋转可为特别有用的。另外，可使铸造构件10振动，在非固体材料30被粉碎的情况下振动是特别有用。
如图3中显示的那样，非固体材料凝固而形成匹配包括内部腔体21和/或其它不规则的特征的铸造构件内部20的形状的内壳40。照这样，内壳40还可基本匹配被产生的部件的内部形状。根据非固体材料30的类型，可用各种方式来实现凝固。例如，如果非固体材料30是陶瓷浆料，则凝固可包括使陶瓷浆料热固化/干固化，以形成陶瓷内壳40。
如图4中显示的那样，然后在铸造构件10的周围形成外壳50，使其具有基本类似于铸造构件10的外表面的形状和大小。照这样，外壳50可具有还基本类似于被产生的部件的形状和大小的形状和大小。可通过熔模铸造或其它类似的铸造工艺来实现外壳50的形成。
因此，外壳50可联接到内壳40上，或者外壳50可与内壳40分开。
如图5中显示的那样，例如通过燃烧铸造构件10的材料，以及从内壳40和外壳50之间冲洗掉燃料所产生的残余的灰/废料，来从内壳40和外壳50之间移除铸造构件10的材料。内壳40和外壳50因而形成作为带壳的且带陶瓷芯体的原型的成品构件，其准备好例如用于熔模铸造金属浇注。
虽然结合仅有限数量的实施例来详细描述本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这样公开的实施例。相反，可修改本发明，以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变型、改变、替代或等效布置。另外，虽然描述了本发明的多种实施例，但是要理解，本发明的各方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不应视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1.一种用于为铸造进行准备的工艺，包括：
形成限定内部(20)的铸造构件(10)，所述内部(20)具有复杂的和/或不规则的形状；
将非固体材料(30)引入到所述铸造构件内部(20)中，并且使所述非固体材料(30)凝固而形成内壳(40)；
在所述铸造构件(10)的周围形成外壳(50)；以及
从所述内壳和外壳(40，50)之间移除所述铸造构件(10)。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述形成包括立体光刻(SLA)、直接金属激光烧结(DMLS)和选择性激光烧结(SLS)中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述铸造构件(10)形成为燃气轮机发动机的涡旋喷嘴构件的形状。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述铸造构件(10)形成为燃气轮机发动机的旋流器构件的形状。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述铸造构件(10)包含塑性材料。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述非固体材料(30)包括陶瓷浆料和陶瓷粉中的一个。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述引入包括用所述非固体材料(30)填充所述铸造构件内部(20)。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述引入包括旋转所述铸造构件(10)和所述引入的非固体材料(30)。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述形成所述外壳(50)包括熔模铸造。
10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述移除包括：
燃烧所述铸造构件(10)；以及
从所述内壳和外壳(40，50)之间冲洗掉所述燃烧产生的残余的灰/废料。
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