CN106470781A - 改进的用于制造通过失蜡铸造来生产飞行器涡轮发动机的具有叶片元件的壳模的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造壳模的方法，壳模用于通过失蜡铸造来生产飞行器涡轮发动机的具有叶片的元件(1)，包括以下步骤：a)创建组件(200)，该组件包括蜡型模(100)以及形成用于浇注金属的杯(32b)并具有端部表面(40a)的装置；b)将热蜡涂覆层沉积在端部表面(40a)的至少一部分上；c)围绕组件(200)形成壳模。此外，该方法在步骤b)和步骤c)之间包括实施构建涂覆层的步骤，该步骤用于加强所述层(46)与壳模之间的粘附，并且包括在仍可延展的涂覆层上产生凹部(62)和突起(60)。

Description

改进的用于制造通过失蜡铸造来生产飞行器涡轮发动机的具 有叶片元件的壳模的方法

技术领域

本发明涉及通过失蜡铸造技术来集群制造飞行器涡轮发动机的具有叶片的元件的领域。每个具有叶片的元件可以是包括多个叶片的部分，例如低压分配器部分，或者是单独的叶片，例如活动式压缩机或涡轮叶轮叶片。

本发明更具体地涉及呈集群形式的壳模的制造，其中，金属被用于浇铸在壳模中以获得涡轮发动机的具有叶片的元件。

本发明涉及所有类型的飞行器涡轮发动机，尤其涉及涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

根据现有技术，已知使用失蜡铸造技术来同时制造飞行器涡轮发动机的多个具有叶片的元件，例如活动式叶片。这种技术例如在文献FR 2 985 924中被描述。

作为提示，失蜡精密铸造法包括通过注入到工具中而在蜡中产生所寻求的每个具有叶片的元件的型模。将这些型模组装在同样由蜡制成的铸造臂上，所述铸造臂进而连接到由蜡制成的金属分配器，以使得能够产生集群(cluster)，该集群随后被浸渍到不同的物质中以便围绕集群形成具有基本均匀的厚度的陶瓷壳模。

该方法接下来使蜡熔化，蜡随后在陶瓷中留下其精密模印(imprint)，熔融金属经由被组装在金属分配器上的铸造杯而被浇注到该精密模印中。在金属冷却之后，壳模被破坏并且金属部件被分离并被精加工。

该技术提供了尺寸精准的优点，使得能够减少或者甚至去除一些机械加工。此外，它提供了非常好的表面光洁度。

在实践中，壳模不仅围绕蜡型模被创建，还围绕组装有该型模的铸造杯被创建。该型模通常具有位于盖上的端部表面，该表面在穿过用于使壳模固化的干燥烘道期间面向下方。在干燥期间，在烘道中移动的组件经受振动。由于这些振动以及壳模的覆盖杯的盖的部分的较大的质量，频繁地观察到壳模块体的掉落。这些块体随后在底部上被发现，并且需要被移除，例如通过使用成本较高的传送带来移除。替代性地，为了将这些块移除到设备外部，可能会执行频繁的清洁操作。然而，这些操作成本较高，并且容易涉及到健康、安全以及环境方面的风险(SSE风险)。

发明内容

因此，本发明的目的在于相对于现有技术中的实施例至少部分地解决上述的缺点。

为此，本发明首先涉及制造壳模的方法，所述壳模用于通过失蜡铸造来生产飞行器涡轮发动机的具有叶片的元件，呈集群形式的所述壳模包括多个具有叶片的壳模元件，每个具有叶片的壳模元件意在获得所述具有叶片的涡轮发动机元件中的一个，所述方法包括以下步骤：

a)创建组件，壳模围绕该组件形成，该组件包括蜡型模以及用于随后形成用于浇注金属的杯的装置，所述装置具有端部表面；

b)围绕所述组件的至少一部分沉积热蜡涂覆层，使得所述涂覆层覆盖用于随后形成用于浇注金属的杯的装置的端部表面的至少一部分，；以及

c)围绕所述组件形成壳模。

根据本发明，该方法在步骤b)和步骤c)之间进一步包括：实施构建涂覆层的步骤，该步骤用于加强该层与待形成的壳模之间的粘附，并且该步骤包括在仍可延展的涂覆层上产生凹部和突起。

同样地，本发明进行了巧妙地设想，以在涂覆层被沉积之后对涂覆层进行构建，恻然产生凸起的表面，该凸起的表面有利于围绕该涂覆层形成的壳模的良好的粘附。

因此，壳模块掉落的风险大大减少。由于这个原因，不再需要使用昂贵的构件来移除掉落在底部上的块，例如不再需要使用现有技术中提议的传送带。有利地，这使得实施用于制造壳模的方法的设备的成本减小。

此外，本发明可单独或组合地具有至少一个以下可选的特征：

用于构建涂覆层的步骤通过以下方式实施：将多个模印元件插入到所述仍可延展的涂覆层中，使得围绕模印元件形成所述突起，随后将模印元件移除以显露凹部，每个凹部被所述突起中的一个所围绕。

模印元件为栓柱，优选地，该栓柱具有外表面头部，该外表面头部具有大致球形的盖的形状，例如一般为半球形的形状。

每个栓柱的最大外径与装置的端部表面的外径之间的比值小于20。

栓柱的数量介于3和20之间。

用于构建涂覆层的步骤通过从支撑构件施加压力来实施，该支撑构件支承多个模印元件，所述模印元件抵靠所述仍可延展的涂覆层。所述压力的施加通过移动所述组件抵靠保持固定的支撑构件来实施。替代性地，支撑构件能够移动以便与涂覆层接触，而不脱离本发明的范围。

用于围绕所述组件形成壳模的步骤包括至少一次干燥操作，该至少一次干燥操作至少部分地利用面向下方的所述端部表面执行，并且优选地利用围绕组件的所述壳模执行，所述壳模在干燥站内部移动。

用于形成壳模的步骤通过浸渍涂覆来执行。

本发明还涉及用于通过失蜡铸造法制造飞行器涡轮发动机的多个具有叶片的元件的方法，该方法包括通过使用上述的方法来生产壳模，接下来在壳模中进行金属铸造。

本发明的进一步的优点和特征将通过以下非限制性的详细说明呈现。

附图说明

本说明书将参考附图来给出，在附图中：

-图1示出了涡轮发动机的具有叶片的元件的透视图，该涡轮发动机的具有叶片的元件通过实施根据本发明的方法来获得，所述具有叶片的元件呈活动式高压涡轮叶片的形式；

-图2示出了用于制造壳模的蜡型模的透视图，该壳模用于通过失蜡铸造来生产例如如图1所示的叶片；

-图3至图10示意性地示出了用于制造壳模的方法的不同步骤；以及

-图11示出了壳模的示意性视图，该壳模通过实施之前附图中示意性示出的制造方法而获得。

具体实施方式

参照图1，用于飞行器涡轮发动机的活动式高压涡轮叶片1的示例被示出。通常，该叶片1包括从形成叶片根部的一个端部4延伸的叶片2，并且包括用于限定出主气流射流的平台8。

本发明的目的在于通过壳模制造出活动式叶片1，该壳模通过使用本发明特定的方法来生产，现将参照图2至图10对本发明的一个优选实施例进行描述。然而，应当注意的是，本发明还可被应用于活动式压缩机叶片的制造，或者被应用于压缩机或涡轮定子叶片的制造，所述压缩机或涡轮定子叶片被单独地生产或以包括多个叶片的部分被生产。

为了制造壳模，也被称为复制物(replica)的蜡型模首先被创建，陶瓷壳模随后围绕蜡型模形成。

在图2中，示出的蜡型模100相对于壳模被随后填充有金属的位置处于倒置位置。该倒置位置有利于蜡型模的不同构成元件的组装操作，下面将描述该组装操作。

该型模100首先包括用于分配金属的被标记为12a的部分。该部分采用实心的回转体、圆柱形或锥形的形状，具有与蜡型模100的组件的中心轴线对齐的中心轴线14a。该轴线14a被竖直地定向，并且因此被认为代表了高度的方向。该分配部分12a被直接附接到特定的工具16，该分配部分位于该特定的工具的上方。

部分12a以具有更大直径的端部18a终止于顶部，从该端部径向延伸出多个部分20a以形成多个铸造臂。部分20a在这里的数量为三个，并围绕轴线14a以120°分布。因此，每个部分20a包括第一端部21a，该第一端部被连接到分配部分12a的扩大的端部18a，并且以笔直或略微弯曲的方式延伸到第二端部22a。

对于每个形成臂20a的部分来说，可以设想位于分配部分12a以及部分20a的第二端部22a之间的蜡的/陶瓷的固定加强件23a。

此外，从每个第二端部22a处，图1所示的涡轮叶片的蜡制复制物1a被附接。因此，该复制物1a包括叶片2a，该叶片2a从形成叶片根部的端部4a延伸，并且包括平台8a。在图2中，叶片复制物1a仅被示意性地示出。

应当注意的是，尽管示出的复制物1a具有相对于图3的位置的叶片2a被布置在底部的叶片根部4a，但该叶片根部4a可被替代性地布置在顶部，使得一旦壳模被倒置来浇铸金属，金属仅能在经过叶片部分之后到达根部。

蜡制叶片1a向上延伸，并围绕轴线14a布置，并且还围绕沿相同的轴线从分配部分12a的端部18a延伸出的中心蜡制支撑构件24a布置。优选地，该支撑构件24a呈具有轴线14a的杆的形式，该杆向上延伸到叶片头部2a的附近。

如在图2中看到的，对于每个蜡制叶片1a，可以被设想位于中心支撑杆24a的上端部以及叶片头部之间的蜡/陶瓷的固定加强件25a。类似地，蜡/陶瓷的固定加强件(未示出)可以将不同叶片1a的相邻的叶片头部互连。

蜡制叶片1a形成蜡制复制物100的外周壁。它们在圆周上彼此间隔开，并且限定出以轴线14a为中心的内部空间，因此，中心支撑杆24a位于该内部空间中。

如在图3中示意性示出的，一旦蜡制复制物100已被生产，装置32a被组装在其上，用以在随后形成用于将金属浇注到壳模中的杯。装置32a包括锥形元件34a，该锥形元件以轴线14a为中心并从小尺寸部分在底部逐渐扩张，该小尺寸部分被刚性连接到分配部分12a的下端。优选地，锥形元件34a被生产成中空的，并在其下端处通过盖36a来封闭，盖的外表面40a形成装置32a的端部表面。替代性地，装置32a可以在蜡中被生产为实心的，在将蜡型模100移除时该蜡随后被移除。

可选地，加强元件42a可随后被制造在装置32a和臂20a之间。

蜡型模100和装置32a共同形成组件200，壳模围绕该组件形成。然而，在用于形成壳模的步骤之前，可设想用于沉积热蜡涂覆层的步骤，如在图4中示意性示出的那样。该沉积步骤也被称为“液封”。它用于液态热蜡46的桶44中对组件200进行局部地浸渍涂覆，以便使随后形成的壳模能够被良好地粘附。正如指示的，浸渍涂覆在这里被执行以便使整个装置32a浸入到热蜡46中，以及可选地将蜡型模100的下部浸入到热蜡中。另外，在该浸渍涂覆步骤之后，热蜡涂覆层46覆盖由装置32a的盖36a限定出的整个端部表面40a，如在图5中示意性示出的那样。热蜡涂覆层46还覆盖锥形元件34a的外表面。

本发明的特征性之一包括：当层46仍可延展时(即，在其被完全冷却之之前)，至少构建覆盖端部表面40a的层46。

为此，如图5、图5a、图5b和图6中所示的工具被设想。该工具包括支撑构件50，该支撑构件支承多个模印元件52，所述模印元件呈具有半球形外表面头部54的栓柱的形式。这些栓柱52的数量、尺寸以及其布置根据需求来选择。在示意性的示例中，从支撑构件50突出的栓柱52的数量可介于3到20之间，然而优选地，其外径D1与盖的外径D2之间的比值小于20。

为了执行用于构建涂覆层46的步骤，组件200被移动抵靠支撑构件52，该支撑构件保持固定在图6中示意性示出的特定工位58上。优选地，组件200的抵靠对栓柱52加以支承的支撑构件50的移动被竖直向下地执行，端部表面40a被水平定向。施加的压力导致栓柱52被插入到层46中，并使围绕栓柱产生逐出物(explusion)。呈围绕每个栓柱52的凸缘(bead)的形式的该逐出物产生突起60。在移除栓柱52之后，栓柱留出在图7中示出的凹部62，每个凹部被突起60所围绕。

凹部62的深度小于涂覆层46的厚度，以使得每个凹部的底部处具有蜡。所进行的构建使得能够以明确且成本低廉的方式加强覆盖盖36a的端部表面40a的层46与随后形成的壳模之间的粘附度。例如使用图7中可见的褶皱(goffering)64，这种构建为盖36a的端部表面40a的初始结构添加了可选的存在。然而，应当说明的是，该褶皱64被覆盖有涂覆层46，该涂覆层用于减弱褶皱的凸起的表面，并因此降低其粘附能力。而根据本发明的在涂覆层46被沉积之后所产生的结构使得能够有效地增强该层与随后形成的壳模的粘附能力。

在这点上，参照图8和图9，然后被实施的是通过在相继的槽68中对组件200进行浸渍涂覆来形成陶瓷壳模的步骤，该相继的槽中的一个在图8中示意性地示出。该步骤自身是已知的，并且将不再进一步描述，除了以下事实之外：在本发明的实施例期间，所形成的壳模300被沉积在凹部62中并且是围绕涂覆层46的凸缘60。这些层充当壳模的锚固点，从而促进壳模到盖36a的粘附。

在壳模300的形成期间，至少一次干燥操作被执行以对壳模进行干燥。在图10中被示意性示出的该操作包括将一个或多个壳模300运输到也被称为干燥烘道70的干燥站内，并且壳模300悬挂在底部72上方。在该移动期间，盖的端部表面40a被向下水平地定向，但是，通过之前被实施在覆盖端部表面40a的涂覆层46上的结构60、62，壳模块被解开的风险被大幅减小。

在干燥之后，所获得的壳模300在图11中被示意性地示出。它同样具有大致集群的形状，并且明显地包括与上文引用的蜡制复制物100以及装置32a类似的元件。现在将对这些壳模元件进行描述，示出的壳模相对于随后填充有金属的位置而言处于倒置位置。

其首先包括杯32b，接下来是被标记为12b的金属分配器。因此，金属分配器具有中空的、回转体状或锥形的形状，并具有与壳模300的中心轴线对齐的中心轴线14b。该轴线14b被竖直地定向，并且因此被认为代表了高度的方向。

分配器12b在顶部终止于具有更大直径的中空端部18b，从该具有更大直径的端部径向延伸出多个金属铸造臂20b。臂20b在这里的数量为三个，并围绕轴线14b以120°分布。因此，每个臂20b包括第一端部21b，该第一端部被连接到分配器12b的扩大的端部，并且以笔直或略微弯曲的方式延伸到第二端部22b。

因此，每个臂20b被设想成中空的并在移除蜡20a之后形成金属供给管道。这里，同样地，可以设想位于分配部分12b以及每个臂20b的第二端部22b之间的固定加强件23b。

具有叶片的壳模元件1b从每个第二端部22b布置。由于这些元件1b在移除蜡制复制物1a之后各自在内部形成与每个叶片1相对应的模印，所以被代表了叶片。

因此，也被称为壳模叶片的具有叶片的元件1b包括限定出相邻的叶片模印的叶片部分2b，该部分2b从形成叶片根部的一个端部4b延伸出，并包括平台8b。在图11中，壳模叶片1b仅被示意性地示出。

因此，具有叶片的元件1b向上延伸，并围绕轴线14b布置，并且还围绕沿所述轴线从分配器12b的端部18b延伸出的中心支撑构件24b布置。优选地，该支撑构件24b采取具有轴线14b的中空圆柱体的形式，该中空圆柱体向上延伸到具有叶片的元件1b的端部6b的附近。

此外，对于每个具有叶片的元件1b来说，可以设想位于中心支撑杆24b的上端部以及叶片头部之间的固定加强件25b。类似地，蜡/陶瓷的固定加强件(未示出)可以将不同的壳模叶片1b的相邻的叶片头部互连。最后，加强元件42b被布置在杯32b和铸造臂20b之间。

在获得壳模300并移除其中所包含的蜡制复制物100并且移除起初封闭杯的盖之后，壳模在专用炉中以高温(例如1150℃)被预热，以便提升壳模中的金属在铸造期间的流动性。

在壳模预热出口处，来自熔化炉的金属经由所示的杯32b浇铸到模印中，并且壳模相对于图11所示的位置处于倒置位置，即，杯32b在顶部敞开并且轴线14b再次被竖直定向。

因此，熔融金属仅在重力作用下流动相继地行进穿过杯32b、分配器12b、铸造臂20b以及具有叶片的壳模元件1b。应当注意的是，在铸造之前，优选地，中心支撑构件24b的端部被密封以便不被填充金属，并使得浇铸金属在进入具有叶片的元件1b之前必定穿过臂20b。优选地，加强件23b、25b、42b为实心的，并由陶瓷制成，因此在壳模300中进行的铸造期间不被熔融金属横穿。

在对金属进行冷却之后，壳模被破坏，并且活动式叶片1从集群分离以进行所需的任何机械加工和精加工以及检查操作。

显然，本领域的技术人员可对上述的、仅通过非限制性示例的本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.用于制造壳模(300)的方法，所述壳模用于通过失蜡铸造来生产飞行器涡轮发动机的多个具有叶片的元件(1)，呈集群形式的所述壳模包括多个具有叶片的壳模元件(1b)，每个具有叶片的壳模元件用于获得所述涡轮发动机的具有叶片的元件(1)中的一个，所述方法包括以下步骤：

a)创建组件(200)，所述壳模围绕所述组件形成，所述组件包括蜡型模(100)以及用于随后形成用于浇注金属的杯(32b)的装置(32a)，所述装置具有端部表面(40a)；

b)围绕所述组件(200)的至少一部分沉积热蜡涂覆层(46)，使得所述涂覆层(46)覆盖所述用于随后形成用于浇注金属的杯的装置的端部表面(40a)的至少一部分；以及

c)围绕所述组件(200)形成所述壳模(300)；

其特征在于，所述方法在步骤b)和步骤c)之间进一步包括：实施构建覆盖所述端部表面(40a)的涂覆层(46)的步骤，该构建步骤用于加强所述层(46)与待形成的壳模之间的粘附，并且该构建步骤包括在仍可延展的涂覆层上产生凹部(62)和突起(60)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于构建所述涂覆层(46)的步骤通过如下方式实施：将多个模印元件(52)插入到所述仍可延展的涂覆层中，使得围绕所述模印元件形成所述突起(60)，随后将所述模印元件移除以显露所述凹部(62)，每个凹部被所述突起(60)中的一个所围绕。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模印元件为栓柱(52)，优选地，所述栓柱具有外表面头部(54)，所述外表面头部具有大致球形的盖的形状。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每个栓柱(52)的最大外径(D1)与所述装置(32a)的端部表面(40a)的外径(D2)之间的比值小于20。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述栓柱(52)的数量介于3到20之间。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，用于构建所述涂覆层(46)的步骤通过从支撑构件(50)施加压力来实施，所述支撑构件支承多个抵靠所述仍可延展的涂覆层(46)的模印元件(52)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述压力的施加通过移动所述组件(200)抵靠保持固定的支撑构件(50)来执行。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于围绕所述组件(200)形成所述壳模(300)的步骤包括至少一次干燥操作，所述干燥操作至少部分地利用面向下方的所述端部表面(40a)执行，并且优选地利用围绕所述组件的所述壳模执行，所述壳模在干燥站(70)内部移动。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于形成所述壳模(300)的步骤通过浸渍涂覆来执行。

10.用于通过失蜡铸造制造飞行器涡轮发动机的多个具有叶片的元件(1)的方法，其特征在于，所述方法包括通过使用根据前述权利要求中任一项所述的方法来生产壳模(300)，接下来在所述壳模中进行金属铸造。