CN1315594C - 铸造多个叶片的方法、铸造部件的方法和模具组件 - Google Patents

Abstract

一种用于铸造多个部件如涡轮发动机叶片的方法和装置。叶片具有翼面和固定叶片到圆盘的翼根。多个模具部分分别具有内表面，可形成相关的至少一个部件。将模具部分装配起来，熔化的合金注入装配成的模具部分。

Description

铸造多个叶片的方法、铸造部件的方法和模具组件

技术领域

本发明涉及熔模铸造，具体地涉及熔模铸造涡轮发动机的超合金部件。

背景技术

熔模铸造涡轮发动机部件，如叶片和翼片，已是良好开发的领域。在示例性的工艺中，准备具有一个或多个模制空腔的模具，各空腔的形状一般对应进行铸造的部件。制造模具的示例性工艺涉及使用一个或多个部件的蜡模。为了制造中空部件，通常在陶瓷芯上用蜡形成一般对应部件内部空间正型的蜡模。在结壳工艺中，陶瓷壳通过熟知的方式围绕一个或多个所述蜡模形成。蜡可通过如压热器中熔化来清除。这样留下包括壳体的模具，具有一个或多个用于形成部件的空腔，空腔可包括陶瓷芯部。然后将熔化的合金注入模具铸造部件的母体。当合金冷却和固化后，壳体和芯部可用机械和/或化学方式从铸造的部件母体中清除。部件母体然后可通过一个或多个步骤加工和处理，形成最终的部件。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种铸造多个叶片的方法，所述叶片具有翼面和固定叶片到圆盘的翼根。该方法包括形成多个模具部分，各模具部分均具有形成相关的至少一个叶片的内部表面。许多个模具部分组装起来。熔化的合金往入到组装成的模具部分。

在不同的实施例方式中，合金可以同时注入组装好的模具部分。各模具部分具有内部表面，只用于形成单个相关叶片。各个模具部分的表面可包括第一表面(即模壳)，用于形成相关叶片的外部；和第二表面(即陶瓷芯部)，用于形成相关叶片的内部。组件涉及组装的模具部分和分配歧管。各个模具部分通过组装可清除的叶片模型和可清除的输入通道模(形式)于板的顶面来形成。壳体可施加到叶片模型和输入通道形式上。可通过加热壳体熔化至少一部分的叶片模型和输入通道模。

本发明的另一方面涉及铸造部件的方法。形成多个模具部分。组装成一组模具部分。分配歧管安装到一组模具部分。分配歧管具有容纳熔化材料的注入腔和多个输入通道，各自从注入腔朝相关的一个或多个组装好的模具部分延伸。组装可在炉中进行。模具部分可进行检查。一组模具部分是通过检查的模具部分组装而成。

本发明的另一方面涉及模具组件，所述组件具有多个模具部分。分配歧管安装到模具部分。分配歧管具有容纳熔化材料的注入腔和多个输入通道，各自从注入腔朝相关的一个或多个组装好的模具部分延伸。设置了多个过滤器，各自位于相关的一个输入通道上。

在各种实施方式中，可以设置3个、4个或更多个所述模具部分。可设置一个所述与各模具部分相连的输入通道。各个模具部分可包括模制空腔和输入通道。输入通道从模制空腔的下端延伸到与分配歧管相连的上端。

附图和下面的介绍显示出本发明的一个或多个实施例的细节。对本发明的其他特征、目的和优点可从下面介绍和附图以及权利要求得到清楚的了解。

附图说明

图1是叶片和闸道模型组件的视图；

图2是从图1的模型组件产生的模制件的视图；

图3是一系列带有歧管的模制件的视图；

图4是形成图3歧管的模型的视图；

图5是图3的歧管的顶视图；

图6是图5所示歧管沿剖面6-6的截面图；

各图中类似的标记和图形表示类似的元件。

具体实施方式

图1显示了模型组件20，其包括叶片模型22和输入通道模型24。叶片模型具有根部26，具有最终叶片固定根部的形状；和翼片部分28，从根部延伸并形成叶片翼的形状。靠近翼片的顶部(位于图示模型的底部)，叶片模型具有晶粒引锭部分30。上部32从根部26的近端延伸。叶片模型通过在陶瓷芯部上用蜡模形成。芯部40在多个位置暴露出(如显示出的位于晶粒引锭部分的间隙，和从位于上部的凹部突出)。在所显示的实施例中，叶片模型支撑于位于金属支撑板44上表面的晶粒引锭部分。上部具有平的上表面46，其与顶板(未显示)的下表面对接，通过连接杆(未显示)连接到底板，以保持所述板具有平行间隔开的关系。示例性的顶和底板基本上为大圆板的扇形部分(如带有圆角的120度扇形部分)。

从上到下，输入通道模型具有顶表面50，其与表面46共面并接触顶板的下侧。向下倾斜的浇口连接部分52从表面50向下延伸到一般为圆柱形的直浇口部分54，输入部分56从直浇口部分54向下延伸，向外扩张连接到晶粒引锭部分30。在示例性实施例中，输入通道模型形成单个蜡模。输入通道模型可蜡焊到晶粒引锭部分。

当模型组件20牢固地组装到顶板和底板后，可对模型组件进行结壳(如使用陶瓷浆)。对陶瓷浆进行干燥，取下底板和顶板。然后从模型组件清除蜡(如通过压热器)。其结果是得到单个叶片模具70(见图2)，其包括固定到壳体72内的芯部40。模具包括输入通道74，具有通过这些输入通道模型形成的并与这些通道模型对应的部分。模具还包括由叶片模型形成的主叶片形成空腔76，并具有由壳体形成的第一表面部分，可形成叶片母体的外部；和由陶瓷芯部形成的第二部分，用于形成叶片的内部。可对模具70进行检查(如通过X射线和通道74和空腔76内的孔探仪)以确定没有裂纹或其他缺陷。

图3显示了通过分配歧管80连接到一起的一组3个模具。分配歧管包括注入锥体82，其具有容纳熔化金属的上开口端84。3个分路90从锥体下垂并连接到模具70上形成输入通道74入口的部分。歧管可通过类似的对蜡模100(见图4)结壳来形成。通过带有3个下垂的通常为圆柱形的接近的分路部分104的锥体部分102形成模型。接近的分路部分通过结构连接件106连接到主体。较小部分/直径计量部分108从接近的分路104的低(远)端向下延伸。

图5和6显示了在取出歧管模型和插入陶瓷过滤件120到3个分路后的歧管，过滤件支撑于分别由模型部分104和108的表面形成的近和远通道(或通路)部分122和124之间的肩部。各个远端124的截面积选择成可提供希望的从输入锥体流入的熔化金属的计量。近端部分的尺寸可容纳陶瓷过滤件120。

在示例性的实施例中，3个模具部分组装成可放在炉中的一组，其位于冷却板上(未显示)，歧管位于组件的顶部。在示例性实施例中，歧管围绕通道远端124的部分130延伸到输入通道的上端。部分130的示例性插入距离是2到3厘米。插入的程度最好足以在下面的金属注入过程中帮助歧管保持于适当位置和直立(下面进行介绍)。

一旦模具组装好后，熔化的金属可注入到歧管中。金属从注入锥体通过歧管通道及其过滤件向下流入输入通道，从底部向上填充模制空腔。进入各个模制空腔的金属，在向上流过模制空腔时，最初填充模制空腔的晶粒引锭部分。只有足够的金属流入歧管才能上升到模制空腔上部的位于根部最上端和模制空腔顶之间的某水平。该水平最好低于歧管计量部分的下端。通过冷却板进行热传递使空腔的金属从晶粒引锭部分向上固化(晶粒引锭部分用于形成所得到的铸件的微结构)。因此，模型和相关壳体可设置在形成叶片的空腔，使形成的微结构从晶粒引锭部分沿希望的方向延伸(如示例性实施例中从叶片翼尖端延伸到叶片根部)。可选择的实施例可能不使用单独的歧管，而是将金属直接注入到各个模具部分。

冷却使铸件在一组模具的叶片形成空腔和输入通道中形成。铸件最好不延伸到歧管内，使歧管容易地取出和使各个充填好的模具分别取出。

在一个实施例中，可在炉中从一组模具部分中卸下歧管，并且卸下所述一组模具部分。在另一实施例中，使主要由镍或钴基超合金构成的熔化材料固化。

可从各充填好的模具中将壳体和陶瓷芯部用机械和/或化学的方式清除。可切除在晶粒引锭部分、下浇口、输入部分和上部形成的铸件部分，剩余的叶片形式进行进一步的机械加工和/或另外的处理。

本发明与各种现有技术的铸造技术相比有一个或多个优点。通过组装一组模具部分(各自具有模制一个或多个部件的模腔)允许对各个模具部分进行检查，清除有缺陷的各模具部分。这样设置优于单个具有相同总数模腔的模具，否则当一个模腔出现缺陷时，不是丢弃整个模具就是模具未充分利用(即浪费存在缺陷的模腔中的有缺陷的铸件)。由于单个模具部分与对应的现有技术的单件模具相比小很多，结壳工艺容易进行。容易施加壳体材料和更容易对壳体进行干燥(可以更快速地干燥和更加干燥以减少缺陷)。各模具部分可使用更小的壳体和压热器装置来制造。各壳体更轻和更容易放入炉中，这比移动对应的较重的充填好的单个模具要容易得多。示例性的通过一个输入通道进行充填的单件模具的重量在70到100磅之间。类似3部分的各充填模具部分的重量加上歧管在30到40磅之间。

上面介绍了本发明的一个或多个实施例，但是，应当知道在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行变化和改进。例如，进行制造的部件的细节、制造模型的设备、结壳设备、和炉子都可能影响各具体实施的细节。因此，其他实施例也未脱离所附权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于铸造多个叶片的方法，所述叶片具有翼面和固定叶片到圆盘的翼根，所述方法包括：

形成多个模具部分，各所述模具部分均具有内表面，可形成相关的多个叶片中的至少一个；

将所述多个模具部分组装起来；和

将熔化的合金注入到组装成的模具部分中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔化的合金同时注入到所述组装成的模具部分中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具部分各自具有仅形成单个相关叶片的内表面；和

各所述模具部分的内表面包括可形成相关叶片外部的第一表面和可形成相关叶片内部的第二表面。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组装包括装配分配歧管到多个模具部分上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述熔化的合金通过所述歧管注入，沉积到低于流道下末端的高度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分配歧管包括歧管体，其具有：

输入腔，可容纳熔化的材料；和

多个输入管路，各所述输入管路从所述输入腔朝相关的一个或多个模具部分延伸；和

所述组装包括在相关的一个输入管路中设置多个过滤器中的一个。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述各个模具部分包括：

安装可清除的叶片模型和可清除的闸道模型于板的顶面；

设置壳体到组装的叶片模型和闸道模型上；和

加热壳体，至少将各叶片模型和闸道模型的一部分熔化。

8.一种铸造部件的方法，包括：

形成多个模具部分；

将一组所述模具部分组装起来；和

安装分配歧管到所述一组模具部分上，所述分配歧管具有：

注入腔，用于容纳熔化的材料；和

多个输入管路，各所述输入管路从所述注入腔朝相关的一个或多个组装成的模具部分延伸。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

检查所述模具部分，将已经通过检查的模具部分组装成一组模具部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：清除掉一个或多个未通过检查的模具部分。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：注入熔化的材料到所述注入腔，和

在炉中，从所述一组模具部分中卸下歧管，并且卸下所述一组模具部分。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

注入熔化的材料到所述注入腔中；和

使主要由镍或钴基超合金构成的所述熔化的材料固化。

13.一种模具组件，包括：

多个模具部分；和

安装到所述多个模具部分上的分配歧管，其具有：

注入腔，用于容纳熔化的材料；

多个输入管路，各所述输入管路从所述注入腔朝多个模具部分中相关的一个或多个延伸；和

多个过滤器，各所述过滤器位于相关的一个输入管路中。

14.根据权利要求13所述的模具组件，其特征在于，所述组件设有3到4个所述模具部分；和连接到各所述模具部分的单个输入管路。

15.根据权利要求13所述的模具组件，其特征在于，所述各模具部分包括模制空腔和闸道，所述闸道从所述模制空腔的下端延伸到与所述分配歧管连接的上端。

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