CN116117073A - 熔模铸造过程中支撑蜡模的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在熔模铸造期间支撑蜡模(12)的方法。本文所描述的方法形成支撑结构(30)以在熔模铸造期间支撑蜡模(12)。支撑结构(30)具有加盖结构(32)和至少一个支撑支架(38)，该加盖结构具有可以与蜡模(12)的下部区域(18)的轮廓匹配的几何形状，该至少一个支撑支架从支撑加盖结构(32)向外延伸。支撑结构(30)可以放置在下部区域(18)的表面上。支撑加盖结构(32)可以形成限定封套(36)以包围蜡模(12)的下部区域(18)。支撑结构(30)通过支撑支架(38)连接到基板(22)。加盖结构(32)和支撑支架(38)将蜡模(12)固定到基板(22)，并且分布蜡模(12)的负载以最大化强度，同时最小化蜡或壳中可能影响铸造过程的不连续的风险。

Description

熔模铸造过程中支撑蜡模的方法和设备

背景技术

技术领域

本公开的实施方案大体上涉及熔模铸造，并且更具体地，涉及提供用于在零件(诸如例如燃气涡轮零件)的熔模铸造期间支撑蜡模的支撑结构。

领域的讨论

熔模铸造是用于形成具有复杂几何形状的金属部件的常用技术。燃气涡轮部件或零件(诸如涡轮叶片和喷嘴)的制造要求零件被制造成具有公差紧密的精确尺寸，这使得熔模铸造适合于制造这些零件。通常，熔模铸造涉及制备用于制造零件或产品设计陶瓷模具。制备陶瓷模具涉及使用零件的一个或多个蜡模。蜡模通过将蜡模制成大致对应于零件的正形的形状来形成。如果零件旨在具有内部通道，则蜡模围绕形状大体上对应于内部通道的内部陶瓷芯形成。使用结壳工艺，围绕此类蜡模中的一个或多个蜡模形成陶瓷壳。在形成陶瓷壳之后，可以通过熔融移除蜡，从而留下零件的陶瓷模具。通过用熔融金属填充陶瓷模具来铸造零件。在冷却和固化金属后，可以以机械和/或化学方式将陶瓷壳从模制零件移除。然后可以在一个或多个步骤中加工和/或处理零件以获得产品设计中规定的零件。如果零件在该过程中未得到正确支撑，那么制造的零件将不满足规定的产品设计要求。

在结壳过程期间，零件被浸入陶瓷浆料(可以是搅动了的或停滞的)中，并涂上耐火砂以在蜡模周围形成坚硬的外壳。在此过程中，零件上产生的应力可能会破坏蜡部件或导致壳体中形成裂纹，这可能会导致铸件出现缺陷。通常，蜡模与支撑物组装成结构或蜡“树”，其在多次重复或循环中被倒置，浸入陶瓷浆料中，并涂覆耐火砂，以形成产生陶瓷壳的层。

如果蜡模没有足够支撑，则蜡模可能由于在结壳过程期间产生的负载而破裂。特别地，在每一层被包围在蜡模周围之后，更多的重量就被施加到蜡模上，从而增加了蜡模上的负荷。然而，在围绕蜡模形成了几层之后，正在成形的陶瓷壳也变得更坚固，并且最终就刚性而言变得可以自撑，以形成能够承受在其上形成的附加层的重量的结构部件。

除非蜡模具有足够的层以承受由浆料和砂产生的附加层的重量，否则蜡模会破裂。破裂的蜡模会导致蜡模损失、陶瓷壳不正确成形和/或陶瓷壳不连续，这会影响铸造过程，从而影响铸件。此外，特别是对于需要特定晶粒结构和冶金的定向固化或单晶铸件来说，附着在蜡模上的支撑结构本身会影响铸造和固化过程，从而影响铸件的形状和质量。因此，熔模铸造领域的重要挑战是支撑结构的设计，该支撑结构足够坚固以在结壳过程期间保持蜡模和树的形状和完整性，但又将对固化和铸造过程的影响最小化。

发明内容

以下呈现所公开的主题的简化概述，以便提供对本文描述的各种实施方案的一些方面的基本理解。这种概述不是对各个实施方案的广泛综述。其不旨在排他地识别权利要求中阐述的所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。其唯一的目的是以简化的形式为序言提出本公开的一些概念，稍后呈现更详细的描述。

本发明的各个实施方案旨在提供一种解决方案，该方案解决了在组装到树上的蜡模的结壳过程中由于在结壳过程的陶瓷浆料浸入和耐火砂涂覆步骤期间施加到蜡模上的负载而可能出现的破裂问题，并且以对铸造过程具有最小影响的方式实现。由各个实施方案提供的解决方案包括支撑结构，以在熔模铸造期间支撑蜡模。各个实施方案的支撑结构在蜡模组装到树时提供了更牢固的连接，这可以更好地承受在经历结壳过程时浸入陶瓷浆料和涂覆耐火砂。这最大限度地减少了由于在结壳过程期间可能发生的蜡模的破裂或由于支撑结构对固化过程的影响而造成的对熔模铸造的破坏。

各个实施方案的支撑结构包括可以应用于围绕蜡模的任何位置的支撑结构。各个实施方案的支撑结构可以均匀分布由结壳施加到蜡模的力，以减少变形或破裂的风险，并且还尽量减少可能影响铸造过程的对蜡模的附着和侵入。

在一个实施方案中，支撑结构可以包括支撑加盖结构，该支撑加盖结构放置在蜡模的下部区域的表面上。支撑加盖结构具有与蜡模的下部区域的轮廓匹配的几何形状。在这种情况下，支撑加盖结构在放置在蜡模的表面上之后形成围绕蜡模的表面的限定封套，该限定封套均匀分布由结壳施加到蜡模的力，以减少变形或破裂的风险，并且还尽量减少可能影响铸造过程的对蜡模的附着和侵入。在一个实施方案中，限定封套可以围绕蜡模的底部表面形成，并且可以向上延伸以包围蜡模的下部区域。此实施方案的支撑结构可以进一步包括至少一个支撑支架，以相对于蜡模的下部区域支撑支撑加盖结构。在一个实施方案中，支撑结构可包括从支撑加盖结构向外延伸的多个支撑支架。

各个实施方案的支撑结构可以通过增材制造工艺形成。在一个实施方案中，增材制造工艺可包括三维(3D)打印。在这种情况下，支撑结构的部件(诸如支撑加盖结构和支撑支架)可以是增材打印的。例如，3D打印增材制造工艺可以确保支撑加盖结构被形成为与蜡模的底部表面和/或蜡模的下部区域的形状相匹配，使得支撑加盖结构可以装配在蜡模的这些部分上。生成支撑结构的3D打印增材制造工艺是优选的，因为该工艺具有形成具有期望轮廓的支撑结构的可定制能力。另外，3D打印增材制造可以轻松复制打印设计，并在多个零件构造中使用。然而，其它实施方案可以使用硬的或临时工装来形成本文所描述的支撑结构。

在支撑结构是前述支撑加盖结构的一个实施方案中，3D打印增材制造可用于精确地匹配蜡模的下部区域的表面，从而提供分布负载并提供不侵入蜡模的附接点的共形盖。

在形成支撑加盖结构之后，支撑加盖结构可以放置在蜡模的下部区域的表面上，以将蜡模的该部分包围在每个封套中。支撑加盖结构可以连接到在熔模铸造过程中使用的基板上，以支撑组装到树上的该蜡模和任何其它类似的蜡模，该树与基板连接。特别地，组装到树的每个蜡模的支撑结构的支撑支架连接到基板。在利用多个支撑支架的一个实施方案中，支架中的每个支架可以与支撑加盖结构和基板成角度。另外，多个支撑支架中的每个支撑支架可以在支撑加盖结构和基板处彼此间隔开。例如，基板处的支撑支架中的每个支撑支架之间的间隔可以大于支撑盖结构处的支撑支架中的每个支撑支架的间距。这允许支撑支架在多个方向上提供支撑。

当固定到基板上时，支撑加盖结构和多个支撑支架可以均匀分布蜡模的负载。利用支撑结构的这种构造及该支撑结构与蜡模和基板的联接，支撑加盖结构支撑的蜡模的负载的部分将大于由多个支撑支架支撑的负载的部分。此外，由支撑加盖结构接收的蜡模的负载的力均匀分布在蜡模的底部表面和/或下部区域上。而且，支撑支架与支撑加盖结构和基板成角度允许支撑加盖结构在这种支撑构造中提供更多机械杠杆作用。

由于能够将蜡模的负载均匀分布使得支撑加盖结构支撑更大部分的负载并且将其均匀分布在蜡模的底部表面和/或下部区域上，各个实施方案提供的解决方案降低了在蜡模的结壳过程期间蜡模破裂的风险。此外，因为支撑结构(特别是支撑加盖结构)与蜡模的底部表面和/或下部区域的几何形状匹配，所以支撑结构在结壳过程期间破裂的风险最小。特别地，在结壳过程期间，整个蜡模(包括蜡模和支撑结构)将被覆盖多层陶瓷浆料，然后在脱蜡过程中通过熔化将蜡移除。由此产生的效果是，铸件的内表面从支撑加盖结构的内部平滑地过渡到壳的内部，而不会对铸件产生可察觉的热影响或几何影响，该热影响或几何影响会导致破裂并因此中断零件的熔模铸造。

此外，本发明的该实施方案以及其它各个实施方案的构造可以实现蜡模的均匀负载和改善的支撑，而不需要将蜡支撑件直接附接到蜡模或者延伸到蜡模中或延伸穿过蜡模的侵入式陶瓷支撑件，这是与用于在熔模铸造期间支撑蜡模的常规方法相关联的常见特征。具有直接附接到蜡模的蜡支撑件或延伸到蜡模中或延伸穿过蜡模的侵入式陶瓷支撑件会产生与蜡模的支撑件的非均匀性。每个此类非均匀性是可能劣化蜡模的晶粒结构的风险。各个实施方案通过提供不仅支撑蜡模而且没有任何部件插入或伸出蜡模的支撑结构来消除这种风险。

根据一个实施方案，提供了一种设备，该设备用于在待铸造零件的熔模铸造过程期间将该零件的蜡模支撑到基板。该设备包括：支撑结构，该支撑结构围绕蜡模放置，其中支撑结构与蜡模的表面的形状匹配；和至少一个支撑支架，该支撑支架从支撑结构向外延伸以连接到基板，其中支撑结构和至少一个支撑支架在固定位置将蜡模固定到基板，并且在固定到基板的同时分布蜡模的负载。

根据另一实施方案，提供了一种用于在零件的熔模铸造过程期间支撑零件的蜡模的方法。该方法包括：形成支撑结构以在零件的熔模铸造期间支撑蜡模，其中支撑结构包括支撑加盖结构和多个支撑支架，该支撑加盖结构具有与蜡模的下部区域的轮廓匹配的几何形状，该多个支撑支架从支撑加盖结构向外延伸；将支撑结构放置在蜡模的下部区域的表面上，其中支撑加盖结构在放置在蜡模的下部区域上之后形成围绕蜡模的下部区域的限定封套；以及将支撑结构连接到基板，其中多个支撑支架连接到基板，其中支撑加盖结构和多个支撑支架在固定位置将蜡模固定到基板，并且在固定到基板的同时均匀分布蜡模的负载。

根据第三实施方案，提供了一种方法。该方法包括：获得零件的蜡模；用增材制造工艺打印支撑结构以支撑蜡模，其中支撑结构包括支撑加盖结构和多个支撑支架，该支撑加盖结构具有与蜡模的下部区域的轮廓匹配的几何形状，该多个支撑支架从支撑加盖结构向外延伸；将支撑结构放置在蜡模的下部区域的表面上，其中支撑加盖结构在放置在蜡模的下部区域上之后形成限定封套以包围蜡模的下部区域；将支撑结构连接到基板，其中多个支撑支架连接到基板，其中加盖结构和多个支撑支架将蜡模固定到基板，并且在固定到基板的同时均匀分布蜡模的负载；以及在蜡模固定到基板的同时，生成围绕蜡模和支撑结构的模具壳。

附图说明

通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解本发明，其中：

图1示出了根据现有技术的支撑结构的示意图，该支撑结构用于支撑将在熔模铸造过程中铸造的零件的蜡模；

图2示出了根据本发明的实施方案的支撑结构的侧视图的示意图，该支撑结构用于支撑将在熔模铸造过程中铸造的零件的蜡模；

图3示出了根据本发明的实施方案的支撑结构的底部平面图的示意图，该支撑结构用于支撑将在熔模铸造过程中铸造的零件的蜡模；

图4示出了根据本发明的实施方案的图2所示的支撑结构的支撑加盖结构的更详细视图的示意图；

图5示出了根据本发明的实施方案的图2所示的支撑结构的支撑加盖结构和支撑支架的更详细视图的示意图；并且

图6示出了根据本发明的实施方案的流程图，该流程图示出了与由蜡模熔模铸造零件相关的操作，该蜡模由图2至图5所示的支撑结构支撑。

具体实施方式

在下文中将参考附图更全面地描述本发明的示例性实施方案，附图中示出了一些但并非所有实施方案。实际上，本发明可以许多不同的形式具体体现，并且不应理解为限于本文中列出的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。类似的数字可始终指代类似的元件。

如上文所指，本公开大体上涉及熔模铸造，并且更具体地，涉及提供用于在零件的熔模铸造期间支撑蜡模的支撑结构。以下各个实施方案的描述涉及涡轮零件(诸如燃气涡轮零件)的铸造。可以借助于本文所描述的支撑结构熔模铸造的燃气涡轮零件的示例可以包括但不限于涡轮叶片和喷嘴。应理解，通常通过熔模铸造制造的燃气涡轮系统的热气体路径中的其它零件或部件适用于各个实施方案的支撑结构。此外，尽管各个实施方案的描述是相对于涡轮零件进行的，但这并不意味着是限制性的。支撑结构和与该支撑结构相关联的方法适用于在熔模铸造的结壳过程期间可能易于破裂的任何零件或部件的熔模铸造，在该过程中零件的蜡模浸入搅动的或停滞的陶瓷浆料中并用耐火砂涂覆以形成包围蜡模的陶瓷壳。

现在转向附图，图1示出了根据现有技术的支撑结构10的示意图，该支撑结构用于支撑将在熔模铸造过程中铸造的零件的蜡模。如上文所提及，在零件的熔模铸造的结壳过程中，蜡模在浸入陶瓷浆料和涂覆耐火砂期间由于施加到蜡模上的负载而容易破裂。图1所示的支撑结构10示出了已经用于支撑燃气涡轮零件的蜡模12(例如，叶片蜡模)的一种方法。图1的支撑结构10包括在蜡模12的下部区域18周围的一个或两个位置处固定到蜡模12的蜡连接器接头16。为了完整起见，图1还包括进料流道28和晶粒选择器19，熔融合金通过该进料流道供应到模具，该晶粒选择器启动晶体生长和固化过程。如图1所示，蜡连接器16直接紧固到“蜡模12。

图1的支撑结构10进一步包括连接支腿20，这些连接支腿从蜡连接器接头16中的每个蜡连接器接头垂直向下延伸到基板22，该基板用于固定树24，该树具有进料流道28以在熔模铸造过程的金属铸造过程中将金属或合金递送到组装到树24的蜡模12中的每个蜡模。如图1所示，进料流道28经由树24的竖直构件26可操作地联接到树，该竖直构件可以允许施加水平支撑，诸如施加到进料流道。连接支腿20可以包括相对于基板22保持蜡模12的标准化杆。尽管图1所示的树24仅示出了一个蜡模12，但是树可以包括彼此间隔开的更多蜡模。例如，树24可以具有燃气涡轮零件的三个或更多个蜡模12，其中这些蜡模中的每个蜡模以预定间隔分开。另外，应理解，这些蜡模12中的每个蜡模将具有支撑结构10，该支撑结构将树24上的蜡模固定并支撑到基板22上。

在结壳过程中，多次重复将树24倒置并浸入陶瓷浆料中并涂覆耐火砂，以形成围绕蜡模12的包括多个层的坚固外壳。具有固定到基板22的一个或多个蜡模12的树24的组件可能足够重，使得蜡模可能在浸入陶瓷浆料中并涂覆耐火砂期间由于施加到蜡模的负载而破裂。特别地，在这种构造中，蜡连接器接头16是可以发生破裂的区域。蜡模12的“臀部”处的这种破裂可能是经常发生的。因此，支撑结构10没能支撑好蜡模对于由蜡模形成的零件的熔模铸造过程可能是破坏性的。不仅蜡连接器接头16是支撑结构10的设计的脆弱部分，而且支撑结构的连接支腿20在结壳过程中仅对垂直于蜡模12的表面的负载提供有限支撑。因此，在蜡连接器上产生应力，并且经常引起裂纹和失效，最终导致在结壳过程中蜡模破裂。另外，由于蜡连接器接头16的位置和设计，不连续的蜡表面可以在接头处形成，这可导致较差的铸造晶粒结构。

各个实施方案的支撑结构和产生支撑结构的方法通过提供更牢固的连接(这意味着对熔模铸造过程的最小破坏)克服了图1所示的支撑结构10的弱点。在一个实施方案中，支撑结构包括支撑加盖结构，该支撑加盖结构具有薄壁陶瓷壳，该薄壁陶瓷壳形成为与代表待铸造零件的蜡模的下部区域的形状相匹配。在本发明的各个实施方案中，使支撑结构与蜡模的一区域的形状匹配意味着支撑结构具有与蜡模的最靠近支撑结构的区域大致相同的几何表面轮廓。在涡轮叶片的情况下，在一个实施方案中，支撑加盖结构可以装配在叶片的尖端上。以这种方式装配在尖端上，使得支撑加盖结构能够为蜡模提供均匀分布的支撑，而不会在蜡表面产生不连续。支撑加盖结构用至少一个支撑支架支撑在下面的基板上，该支撑支架可以包括陶瓷柱。在这种情况下，由于陶瓷加盖结构封闭尖端，各个实施方案的支撑结构可以利用更均匀分布的负载和更坚固的材料来保持易碎的蜡模，同时固定到基板的支撑支架可以在多个方向上提供支撑。此外，增材制造工艺(诸如三维(3D)打印)确保了支撑加盖结构被打印成匹配叶片(即，由蜡模体现的零件)的形状。因此，加盖结构或支撑支架破裂的风险降低。

图2至图5示出了根据本发明的实施方案的用于支撑涡轮零件的蜡模12的支撑结构30的各种视图。如在这些附图中所示，支撑结构30可以包括放置在围绕蜡模12的下部区域18的底部表面34上的支撑加盖结构32。支撑加盖结构32可具有与蜡模12的底部表面34匹配的形状。特别地，支撑加盖结构32可以具有与蜡模12的下部区域18的轮廓匹配的几何形状。例如，支撑加盖结构32的几何形状与涡轮叶片的尖端的轮廓匹配。以此方式，支撑加盖结构32可以在蜡模12的下部区域18被放置在蜡模的底部表面34上。在这种情况下，支撑加盖结构32在蜡模12的底部表面34周围形成限定封套(即，包围结构)36。如图2所示，围绕蜡模12的底部表面34形成的限定封套36向上延伸以包围蜡模的下部区域18。

在这种情况下，当支撑加盖结构32围绕尖端的下部区域18放置在蜡模12的底部表面34上时，该支撑加盖结构可以为涡轮零件的该尖端区域提供均匀分布的支撑。也就是说，支撑加盖结构32可以接收蜡模12的负载的力，并将其均匀地分布在下部区域18处的蜡模12的底部表面34上。这对于垂直于蜡模12的负载是有利的，因为这些实施方案的支撑结构可以完全支撑垂直负载，而非如图1的结构那样仅提供有限的支撑。因此，支撑加盖结构32可以支撑大得多的负载，因为力均匀地分布在具有连续陶瓷界面的蜡模12的尖端表面上。

在一个实施方案中，支撑加盖结构32可以由增材制造工艺形成。例如，3D打印可以用于用陶瓷材料打印支撑加盖结构32，该支撑加盖结构具有与蜡模12的下部区域18(例如，尖端)的轮廓相匹配的几何形状。在一种情况下，可以使用在美国专利号10,967,564B2中描述的平版印刷方法，利用由适合于熔模铸造温度和环境条件的材料(包括但不限于与结壳材料的热膨胀相匹配的氧化铝、二氧化硅、氧化锆和氧化钇)构成的陶瓷浆料，以逐层的方式打印陶瓷尖端盖。这也可以扩展到其它3D打印形式，包括但不限于粘合剂喷射和熔融沉积成型。

优选用陶瓷打印支撑加盖结构32，因为其强度和在高温环境下操作的适应性。适于打印支撑加盖结构32的陶瓷材料的示例可以包括但不限于与结壳材料的热膨胀相匹配氧化铝、二氧化硅、氧化锆、氧化钇和/或这些成分的组合。尽管优选使用陶瓷材料来打印支撑加盖结构32，但是其它材料的使用也是可能的。

使用3D打印生成包括支撑加盖结构32的支撑结构30并不意在限制。其它增材制造工艺可用于生成包括支撑加盖结构32的支撑结构30。这些其它增材制造工艺可以包括但不限于粉末床熔化、直接金属激光熔化、电子束熔化和粘合剂喷射。

应当理解，包括支撑加盖结构32的支撑结构30可以使用其它方法来生成。在一个实施方案中，可以使用硬的或临时的工装来形成支撑结构30。例如，加盖结构32本身可以被铸造，或由注塑成型的陶瓷形成。在需要生成大量原型的情况下，这可能是有利的。

应理解，图2至图5中所示的支撑加盖结构32并不意在限制本文描述的实施方案。这些附图的支撑加盖结构32仅示出了以能够将蜡模12的负载均匀分布在下部区域18上的方式支撑涡轮零件的尖端区域的一种可能性。本领域技术人员将理解，支撑结构可以沿蜡模12的下部区域18进一步延伸，以提供额外量的支撑。在其它实施方案中，支撑结构的形状可以不同于图2至图5所示的杯状几何形状。例如，支撑结构可以采取环绕蜡模12的下部区域18的环的形式。以此方式，环可以环绕下部区域18，其中底部表面34不被环覆盖。在另一个实施方案中，支撑结构可以具有叉状结构以支撑蜡模12的下部区域18。实际上，各个实施方案的支撑结构可以应用于蜡模周围的任何位置。在涡轮零件是涡轮叶片的一个示例中，支撑结构可以放置在叶片的平台周围的区域。在另一示例中，可以生成支撑结构，该支撑结构将蜡模12连接到树24的下杆(即，竖直构件26)，从而给予蜡模交叉支撑。

此外，对于蜡模呈现不同零件(包括其它燃气涡轮零件，以及燃气涡轮领域之外的任何其它零件或部件)的形状的实施方案，应当理解，用于提供均匀分布的支撑的支撑结构的形状和布置将取决于与相关零件或部件相关联的轮廓和形状。

再次参考图2至图5，支撑结构30可以包括至少一个支撑支架，以相对于蜡模12的下部区域支撑支撑加盖结构32。在一个实施方案中，如图2至图5所示，支撑结构30还可以包括从支撑加盖结构32围绕晶粒起始器孔39(图3)向外延伸的多个支撑支柱38，在该晶粒起始器孔处晶粒起始器连接到蜡模12，以连接到基板22。以此方式，支撑加盖结构32和多个支撑支架38可以在固定位置将蜡模12固定到基板22。这允许在固定到基板的同时，将蜡模12的负载均匀分布。

在一个实施方案中，支撑支架38可以包括支柱、杆、支腿等。支撑支架38可以包括现成部件，或者可以使用任何前述增材制造工艺用陶瓷或金属材料打印这些支撑支架。而且，支撑支架38本身可以铸造。无论支撑支架38是使用增材制造工艺打印、被铸造还是作为现成部件获得，支架用于将蜡模12和放置在其上的支撑加盖结构32相对于基板22和包含该蜡模和任何其他蜡模的树保持在固定位置。

在一个实施方案中，支撑加盖结构32可以包括托架40以接收支撑支架38中的每个支撑支架。作为用于打印支撑加盖结构的增材制造工艺的一部分，托架40可以形成在支撑加盖结构32上。以此方式，支撑支架38的一端可以被接收并固定在托架40内，而支架的另一端可以被接收并固定到基板22。应当理解，托架40表示用于接收和固定支架38的一种机构，并不意在进行限制。

图2、图3和图5示出了支撑支架38可以以增强支撑结构30的能力的方式定位在支撑加盖结构32和基板22周围，以在固定到基板22的同时将蜡模12的负载均匀地分布。在一个实施方案中，支撑支架38中的每个支撑支架可以与支撑加盖结构32和基板22成角度。例如，支撑支架38中的每个支撑支架可以在支撑加盖结构32和基板22处以三脚架构造(例如，3个支撑支架)彼此间隔开，以从多个不同方向提供支撑。这允许支撑支架38从单个位置与基板22成角度，同时在另一端仍然停留在蜡模12的限定的允许封套36内。

在一个实施方案中，在基板22处的支撑支架38中的每个支撑支架之间的间距可以大于在支撑加盖结构32处的支撑支架中的每个支撑支架的间距。利用这种构造，支撑加盖结构32支撑的蜡模12的负载的部分可以大于支撑支架38所支撑的负载的部分。

图6示出了流程图46，该流程图示出了与由蜡模熔模铸造零件相关的操作，该蜡模可由图2至图5所示的支撑结构30支撑。在图6的流程图中，第一步骤是在48处获得零件的蜡模。蜡模将具有与成品零件相同的细节。例如，涡轮零件的蜡模可以具有相同的形状，只是存在热收缩公差。在一个实施方案中，蜡模可以使用金属注塑模具制成。

用于支撑蜡模的支撑结构可以在50处生成。在一个实施方案中，支撑结构可用增材制造工艺打印。如本文所描述，打印的支撑结构可以具有支撑加盖结构和支撑支架，该支撑加盖结构具有与蜡模的下部区域的轮廓相匹配的几何形状，该支撑支架从支撑加盖结构向外延伸。

在52处支撑结构可以被放置在蜡模的表面周围。在一个实施方案中，支撑结构可以放置在蜡模的底部表面上。在另一个实施方案中，支撑结构可以放置在蜡模的下部区域上。如上文所提及，支撑结构可以优选地以匹配蜡模的下部区域的方式成形，并且被定位成使得蜡模的负载可以均匀地分布在蜡模的下部区域上。在一个实施方案中，支撑加盖结构在放置在蜡模的下部区域上之后形成围绕蜡模的底部表面的限定封套，该限定封套向上延伸以包围蜡模的下部区域。在另一个实施方案中，支撑加盖结构在放置在蜡模的下部区域上时形成限定封套，以包围蜡模的下部区域。

接下来，支撑结构在54处连接到基板。在一个实施方案中，支撑支架可在一端处连接到基板并且在另一端处连接到支撑加盖结构。以此方式，支撑加盖结构和支撑支架可将蜡模固定到基板上，并且在固定到基板的同时将蜡模的负载均匀分布。

利用该组件，具有蜡模和附着到蜡模上的相应支撑结构的树在56处可以经历结壳过程。特别地，在蜡模固定到基板上时，生成围绕蜡模和支撑结构的模具壳。如上文所指，这可以包括将蜡模树倒置并将该蜡模树浸入陶瓷浆料中，然后涂覆耐火砂。重复浸入和涂覆直到形成具有多层的壳以具有期望的厚度。厚度可以由零件尺寸和构造决定。一旦陶瓷壳已干燥，就能够在铸造期间保持熔融金属。

可以在58处从模具壳移除每个蜡模和支撑结构。在一个实施方案中，蜡模和相应支撑结构的整个组件可以放置在蒸汽高压釜中以熔化掉大部分蜡。浸入陶瓷壳中的任何剩余蜡都可以在炉中燃烧。此时，陶瓷模具保持具有所需铸件形状的型腔。

然后，在60处，可以用熔融金属填充陶瓷模具壳以铸造零件。在一个实施方案中，陶瓷模具壳可以加热到特定温度并且填充熔融金属，从而生成金属铸件。

一旦铸件充分冷却，在62处，陶瓷模具壳可以在脱模操作中从铸件上脱离。在一个实施方案中，可以从铸件中切割流道。如果需要，可以进行最终的后处理操作，包括但不限于喷砂、研磨和机械加工，以在尺寸上精加工铸件。

同时为了简化说明，图6中所示的操作被描述为一系列动作。应当理解和明白，与图6相关联的本发明不受动作顺序的限制，因为一些动作可以据此以不同的顺序发生和/或与本文所示和所述的其他动作同时发生。例如，本领域的技术人员将理解和明白，图6中描绘的方法或操作可以替代地表示为一系列相关的状态或事件，诸如在状态图中。此外，并非所有示出的动作都是实现根据本发明的方式所必需的。此外，根据本公开，当不同的实体制定方式的不同部分时，交互图可以表示方式或方法。此外，所公开的示例性方法中的两个或更多个可以彼此结合实施，以实现本文所述的一个或多个特征或优点。

因此，显而易见的是，本文所描述的支撑结构，以及用于生成支撑结构并在熔模铸造过程中实现此类结构的方法步骤，适用于工业应用，因为其涉及铸造各种形状的零件和部件的技术领域，并且为在蜡模的结壳过程中蜡模破损的技术问题提供了解决方案。使用本文所描述的支撑结构可以提供与蜡模和基板的更牢固的连接，这使得在熔模铸造的结壳过程中发生破裂的可能性最小化，在该结壳过程中蜡模浸入陶瓷浆料中并涂覆耐火砂以形成包围蜡模的陶瓷壳。

包括说明书摘要中所描述的内容的本公开的示例性实施方案的以上描述并不旨在穷举或将所公开的实施方案限制为所公开的精确形式。虽然为了说明的目的在此描述了具体的实施方案和示例，但是相关领域的技术人员可以认识到，在这些实施方案和示例的范围内，各种修改是可能的。例如，来自不同实施方案的零件、部件、步骤和方面可以组合或适用于其他实施方案，即使未在本公开中描述或未在附图中描绘。因此，由于在不脱离本文所涉及的本发明实质和范围的情况下可在上述发明中进行某些改变，因此旨在将附图中所示的上文描述的所有主题应仅解释为示出本文发明构思的示例，并且不应理解为限制本发明。

就这一点而言，虽然已经结合各种实施方案和对应的附图描述了所公开的主题，但是应当理解，可以使用其他类似的实施方案或者可以对所描述的实施方案进行修改和添加，以在不偏离所公开的主题的情况下执行所公开的主题的相同、相似、另选或替代功能。因此，所公开的主题不应限于本文描述的任何单个实施方案，而是应根据所附权利要求的广度和范围来解释。例如，对本发明的“一个实施方案”的提及不旨在被解释为排除也包含所列举特征的其他实施方案的存在。

在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”可用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英文等同形式。此外，在以下权利要求书中，术语诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等仅为标记，并且不旨在对它们的对象施加数值或位置要求。术语“基本上”、“通常”和“约”表示相对于适于实现部件或组件的功能目的的理想期望条件，在合理可实现的制造和组装容限内的条件。此外，以下权利要求书的限制不是以平均值加函数格式书写的，并且不旨在解释为此类限制，除非且直到此类权利要求书限制在其他结构的空隙函数的说明之后明确使用短语“用于…的方式”。

另外，术语“或”旨在表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另外规定，或者从上下文清楚可见，否则“X采用A或B”旨在指自然包含排列中的任一个。也就是说，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B两者，则在任何前述情况下都满足“X采用A或B”。此外，本说明书和附图中使用的冠词“一个”和“一种”大体上应解释成意味着“一个或多个”，除非另外指出或从针对单数形式的上下文中清楚。

以上所描述的内容包括说明所公开的主题的系统和方法的示例。当然，这里不可能描述组件或方式的每种组合。本领域普通技术人员可以认识到，所要求保护的主题的许多另外的组合和排列是可能的。此外，就在具体实施方式或权利要求中采用的术语“包括”或“包含”而言，其旨在以类似于术语“包含”的方式是包含性的，如当在权利要求中用作过渡词时“包含”被翻译的那样。也就是说，除非明确相反说明，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施方案可包括不具有该属性的其他此类元件。

该书面描述使用示例来公开本发明的若干实施方案，包括最佳模式，并且还使得本领域普通技术人员能够实践本发明的实施方案，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。

本发明的其他方面由以下条款的主题提供：

一种设备，该设备用于在待铸造零件的熔模铸造过程期间将零件的蜡模支撑到基板，该设备包括：支撑结构，该支撑结构围绕蜡模放置，其中支撑结构与蜡模的表面的形状匹配；和至少一个支撑支架，该支撑支架从支撑结构向外延伸以连接到基板，其中支撑结构和至少一个支撑支架在固定位置将蜡模固定到基板，并且在固定到基板的同时分布蜡模的负载。

根据前述条款所述的设备，其中至少一个支撑支架包括多个支撑支架，其中支撑支架中的每个支撑支架与支撑结构和基板成角度。

根据前述条款中任一项所述的设备，其中多个支撑支架中的每个支撑支架在支撑结构和基板处彼此间隔开。

根据前述条款中任一项所述的设备，其中基板处的支撑支架中的每个支撑支架之间的间距大于支撑结构处的支撑支架中的每个支撑支架的间距。

根据前述条款中任一项所述的设备，其中支撑结构支撑的蜡模的负载的部分大于由至少一个支撑支架支撑的负载的部分。

根据前述条款中任一项所述的设备，其中由支撑结构接收的蜡模的负载的力均匀分布在蜡模的底部表面上。

根据前述条款中任一项所述的设备，其中支撑结构在放置在蜡模的表面上之后形成围绕蜡模的表面的限定封套，并且其中限定封套围绕蜡模的底部表面形成并且向上延伸以包围蜡模的下部区域。

根据前述条款中任一项所述的设备，其中支撑结构包括与蜡模的下部区域的轮廓匹配的几何形状。

根据前述条款中任一项所述的设备，其中蜡模包括燃气涡轮零件。

一种用于在零件的熔模铸造过程期间支撑零件的蜡模的方法，该方法包括：形成支撑结构以在零件的熔模铸造期间支撑蜡模，其中支撑结构包括支撑加盖结构和多个支撑支架，该支撑加盖结构具有与蜡模的下部区域的轮廓匹配的几何形状，该多个支撑支架从支撑加盖结构向外延伸；将支撑结构放置在蜡模的下部区域的表面上，其中支撑加盖结构在放置在蜡模的下部区域上之后形成围绕蜡模的下部区域的限定封套；以及将支撑结构连接到基板，其中多个支撑支架连接到基板，其中支撑加盖结构和多个支撑支架在固定位置将蜡模固定到基板，并且在固定到基板的同时均匀分布蜡模的负载。

根据前述条款所述的方法，其中多个支撑支架与基板的连接包括使多个支撑支架中的每个支撑支架与支撑加盖结构和基板成角度。

根据前述条款中任一项所述的方法，其中多个支撑支架与基板的连接包括在支撑加盖结构和基板处使多个支撑支架中的每个支撑支架彼此间隔开。

根据前述条款中任一项所述的方法，其中基板处的支撑支架中的每个支撑支架之间的间距大于支撑加盖结构处的支撑支架中的每个支撑支架间的间距。

根据前述条款中任一项所述的方法，其中支撑加盖结构支撑的蜡模的负载的部分大于由多个支撑支架支撑的负载的部分。

根据前述条款中任一项所述的方法，其中由支撑加盖结构接收的蜡模的负载的力均匀分布在蜡模的下部区域上。

根据前述条款中任一项所述的方法，其中支撑结构的形成包括使用增材制造工艺来打印支撑结构。

一种方法，该方法包括：获得零件的蜡模；用增材制造工艺打印支撑结构以支撑蜡模，其中支撑结构包括支撑加盖结构和多个支撑支架，该支撑加盖结构具有与蜡模的下部区域的轮廓匹配的几何形状，该多个支撑支架从支撑加盖结构向外延伸；将支撑结构放置在蜡模的下部区域的表面上，其中支撑加盖结构在放置在蜡模的下部区域上之后形成限定封套以包围蜡模的下部区域；将支撑结构连接到基板，其中多个支撑支架连接到基板，其中加盖结构和多个支撑支架将蜡模固定到基板，并且在固定到基板的同时均匀分布蜡模的负载；以及在蜡模固定到基板的同时，生成围绕蜡模和支撑结构的模具壳。

根据前述条款所述的方法，该方法进一步包括从模具壳移除蜡模和支撑结构。

根据前述条款中任一项所述的方法，该方法进一步包括用熔融金属填充模具壳以铸造零件。

根据前述条款中任一项所述的方法，该方法进一步包括使模具壳脱离铸造的零件。

Claims (10)

1.一种设备(30)，所述设备用于在待铸造零件的熔模铸造过程期间将所述零件的蜡模(12)支撑到基板(22)，所述设备(30)包括：

支撑结构(30)，所述支撑结构围绕所述蜡模(12)放置，其中所述支撑结构(30)与所述蜡模(12)的表面的形状匹配；和

至少一个支撑支架(38)，所述支撑支架从所述支撑结构(30)向外延伸以连接到所述基板(22)，

其中所述支撑结构(30)和所述至少一个支撑支架(38)在固定位置将所述蜡模(12)固定到所述基板(22)，并且在固定到所述基板(22)的同时分布所述蜡模(12)的负载。

2.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述至少一个支撑支架(38)包括多个支撑支架(38)，其中所述支撑支架(38)中的每个支撑支架与所述支撑结构(30)和所述基板(22)成角度。

3.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述支撑结构(30)支撑的所述蜡模(12)的所述负载的部分大于由所述至少一个支撑支架(38)支撑的所述负载的部分。

4.根据权利要求1所述的设备(30)，其中由所述支撑结构(30)接收的所述蜡模(12)的所述负载的力均匀分布在所述蜡模(12)的底部表面上。

5.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述支撑结构(30)在放置在所述蜡模(12)的所述表面上之后形成围绕所述蜡模的所述表面的限定封套(36)，并且其中所述限定封套(36)围绕所述蜡模(12)的底部表面(34)形成并且向上延伸以包围所述蜡模(12)的下部区域(18)。

6.根据权利要求5所述的设备(30)，其中所述支撑结构(30)包括与所述蜡模(12)的所述下部区域(18)的轮廓匹配的几何形状。

7.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述蜡模(12)包括燃气涡轮零件。

8.一种用于在零件的熔模铸造过程期间支撑所述零件的蜡模(12)的方法，所述方法包括：

形成支撑结构(30)以在所述零件的所述熔模铸造期间支撑所述蜡模(12)，其中所述支撑结构(30)包括支撑加盖结构(32)和多个支撑支架(38)，所述支撑加盖结构具有与所述蜡模(12)的下部区域(18)的轮廓匹配的几何形状，所述多个支撑支架从所述支撑加盖结构(32)向外延伸；

将所述支撑结构(30)放置在所述蜡模(12)的所述下部区域(18)的表面上，其中所述支撑加盖结构(32)在放置在所述蜡模(12)的所述下部区域(18)上之后形成围绕所述蜡模的所述下部区域的限定封套(36)；以及

将所述支撑结构(30)连接到基板(22)，其中所述多个支撑支架(38)连接到所述基板(22)，其中所述支撑加盖结构(32)和所述多个支撑支架(38)在固定位置将所述蜡模固定到所述基板(22)，并且在固定到所述基板(22)的同时均匀分布所述蜡模(12)的所述负载。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述支撑结构(30)的所述形成包括使用增材制造工艺来打印所述支撑结构(30)。

10.一种方法，所述方法包括：

获得零件的蜡模(12)；

用增材制造工艺打印支撑结构(30)以支撑所述蜡模(12)，其中所述支撑结构(30)包括支撑加盖结构(32)和多个支撑支架(38)，所述支撑加盖结构具有与所述蜡模(12)的下部区域(18)的轮廓匹配的几何形状，所述多个支撑支架从所述支撑加盖结构(32)向外延伸；

将所述支撑结构(30)放置在所述蜡模(12)的所述下部区域(18)的表面上，其中所述支撑加盖结构(32)在放置在所述蜡模(12)的所述下部区域(18)上之后形成限定封套(36)以包围所述蜡模的所述下部区域；

将所述支撑结构(30)连接到基板(22)，其中所述多个支撑支架(38)连接到所述基板(22)，其中所述加盖结构(32)和所述多个支撑支架(38)将所述蜡模(12)固定到所述基板(22)，并且在固定到所述基板(22)的同时均匀分布所述蜡模(12)的所述负载；以及

在所述蜡模(12)固定到所述基板(22)的同时，生成围绕所述蜡模(12)和所述支撑结构(30)的模具壳。

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