MXPA04008309A - Fundicion a la cera perdida. - Google Patents

Abstract

Se describe un metodo y se proporciona un aparato que se utiliza para fundir muchos de los elementos tales como aspas de un motor de turbina. Las aspas tienen un perfil aerodinamico y una base para fijar el aspa a un disco. Muchas de las secciones de molde tienen cada una superficies internas para conformar por lo menos uno de los elementos asociados. Las secciones de molde se ensamblan y se introduce aleacion fundida a las secciones de molde ensambladas.

Description

FUNDICIÓN A LA CERA PERDIDA ANTECEDES DE LA INVENCIÓN (1) Campo de la Invención La invención se refiere a fundición a la cera perdida. Más particularmente, se refiere a la fundición a la cera perdida de componentes de motor de turbina de superaleaciones . (2) Descripción de la Técnica Relacionada Existe un campo bien desarrollado respecto a la fundición a la cera perdida de partes de un motor de turbina tales como aspas y aletas . En un procedimiento ejemplar se prepara un molde que tiene una o más cavidades de molde, cada una tiene una forma que corresponde de manera general a la parte que se va a fundir. Un procedimiento' ejemplar para preparar el molde involucra el uso de uno o más patrones de cera de la parte. Para fabricar partes huecas, los patrones se forman al moldear cera sobre un núcleo cerámico que generalmente corresponde a una forma positiva de los espacios interiores dentro de la parte. En un procedimiento de recubrimiento, una cubierta cerámica se forma alrededor de uno o más de tales patrones, de una manera bien conocida. La cera se puede - - eliminar por ejemplo por fundición en una autoclave. Esto deja el molde que comprende la cubierta que tiene uno o más compartimientos que definen partes los cuales a su vez pueden contener uno o varios núcleos cerámicos. La aleación fundida después se puede introducir al molde para fundir uno o varios precursores de una o varias de las partes. El enfriar y solidificar la aleación, la cubierta y el núcleo se pueden separar mecánica o químicamente de uno o varios de los precursores de las partes moldeadas. Uno o varios de los precursores de las partes después se pueden maquinar y tratar en una o más etapas para formar una o varias partes finales.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN Un aspecto de la invención involucra un método para fundir muchas aspas, cada una tiene un perfil aerodinámico y una base para fijar el aspa a un disco. Se producen muchas secciones de molde, cada una con superficies internas para conformar una de las aspas por lo menos asociada. Muchas de las secciones de molde están ensambladas. La aleación fundida se introduce a las secciones de molde ensambladas. En varias implementaciones la aleación puede ser introducida simultáneamente a las secciones de molde ensambladas. Cada una de las secciones puede tener superficies internas para formar únicamente un aspa asociada única. Las superficies de cada una de las secciones de molde pueden incluir primeras superficies (por ejemplo de una cubierta de molde) para formar el exterior del aspa asociada, y segundas superficies (por ejemplo de un núcleo cerámico) para conformar el interior del aspa asociada. El montaje puede involucrar ensamblar las secciones de molde dentro de un múltiple de distribución. Cada una de las secciones de molde se puede conformar al ensamblar un patrón de aspa sacrificatoria o protectora y un patrón de pasaje de suministro sacrificatorio (desde) la parte superior de una placa. Se puede aplicar una cubierta al patrón de aspa y la forma de pasaje de suministro. La cubierta se puede calentar para fundir por lo menos una porción de cada uno del patrón de aspa y la forma de pasaje de suministro. Otro aspecto de la invención involucra un método para fundir partes. Se conforman muchas de las secciones de molde. Se ensambla un grupo de las secciones de molde. Se ensambla al grupo un múltiple de distribución. El múltiple de distribución tiene una cámara de vertido para recibir material fundido y muchos conductos, cada una extendiéndose desde la cámara de vertido hacia una o más de las secciones de molde ensambladas asociadas. El ensamblado puede llevarse a cabo en un horno. Las secciones de molde se pueden inspeccionar. El grupo puede ser de secciones que han pasado tal inspección. Otro aspecto de la invención involucra un ensamblado de molde que tiene muchas secciones de molde. Se ensambla un múltiple de distribución a las secciones de molde. El múltiple de distribución tiene una cámara de vertido para recibir material fundido y muchos conductos alimentadores , cada uno extendiéndose desde la cámara de vertido hacia una o más de las secciones de molde asociadas. Existen muchos filtros, cada uno colocado en uno de los conductos alimentadores asociados. En varias implementaciones , puede haber tres, cuatro o más de tales secciones de molde. Puede haber uno sólo de tales conductos alimentadores asociado con cada una de las secciones de molde. Cada sección de molde puede incluir una cavidad de moldeado y un pasaje de suministro el pasaje de suministro se extiende desde un extremo inferior en la cavidad de moldeado hacia un extremo superior acoplado al múltiple de distribución. Los detalles de una o más modalidades de la invención se establecen en los dibujos anexos y en la descripción siguiente. Otras características, objetivos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la descripción y dibujos, y a partir de las reivindicaciones.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista de un montaje de patrón de aspa y compuerta. La figura 2 es una vista de un elemento de molde producido a partir del montaje de patrón de la figura 1. La figura 3 es una vista de un grupo de elementos de molde con un múltiple. La figura 4 es una vista de un patrón para conformar el múltiple de la figura 3. La figura 5 es una vista superior del múltiple de la figura 3. La figura 6 es una vista en sección del múltiple de la figura 5 tomada a lo largo de la línea 6-6. Números de referencia y designaciones similares en los diversos dibujos indican elementos similares.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La figura 1 muestra un ensamblado 20 de patrón que incluye un patrón 22 de aspa y un patrón 24 de pasaje de suministro. El patrón de aspa tiene una porción 26 de base conformada en forma de la base de montaje de un aspa final, y una porción 28 de perfil aerodinámico que se extiende desde la porción de base y que se conforma en forma de un aspa con perfil aerodinámico. De manera próxima a la punta del perfil aerodinámico (en la parte inferior del patrón, como está orientado) , el patrón de aspa tiene una porción 30 iniciadora dé grano. Una porción 32 superior se extiende desde un extremo proximal de la porción 26 de base. El patrón de aspa se conforma mediante moldeado en cera sobre un núcleo cerámico. En diversos lugares el núcleo 40 está expuesto (por ejemplo a través de una separación ilustrada en el iniciador de grano y que sobresale del rebajo en la porción superior) . En la modalidad que se ilustra, el patrón de aspa es soportado por la porción iniciadora de grano encima de la superficie superior de la placa 44 de soporte metálica. La porción superior tiene una superficie 46 superior plana la cual hace contacto con el lado inferior de una placa superior (no mostrada) y que se acopla a la placa inferior por varillas de conexión (que tampoco se muestran) para sujetar las placas alineadas en una relación paralela y separada. Las placas ejemplares superior e inferior se conforman esencialmente como sectores de una placa circular más grande (por ejemplo sectores de 120° con esquinas redondeadas) . Desde la parte superior a la inferior, el patrón del pasaje de suministro tiene una superficie 50 superior coplanar con la superficie 46 y que hace contacto con el lado inferior de la placa superior. Una porción 52 conectadora del canal inferior ahusado de manera descendente depende de la superficie 50 a una porción de canal inferior generalmente cilindrica 54. Una porción 56 alimentadora depende de la porción 54 de canal inferior y se abocarda hacia fuera para unirse a la porción 30 iniciadora de grano. En la modalidad ejemplar el patrón de pasaje de suministro se conforma como un moldeado de cera unitario. El patrón de pasaje de suministro puede ser soldado con cera al iniciador de grano. Con el montaje 20 de patrón ensamblado firmemente con las placas superior e inferior, el montaje de patrón se puede cubrir después (por ejemplo con una suspensión cerámica) . Se permite que la suspensión seque y se retiran las placas superior e inferior. La cera del montaje de patrón después puede ser retirado (por ejemplo por autoclave) . El resultado es un molde 70 de aspa individual (figura 2) que comprende un núcleo 40 fijo dentro de la cubierta 72. El molde incluye un pasaje 74 de alimentación que tiene porciones conformadas y que corresponden a las del patrón del pasaje de alimentación. El molde incluye además una cavidad 76 formadora de aspa principal conformada por el patrón de aspa y que tiene primeras porciones de superficie para conformar el exterior del precursor del aspa proporcionado por la cubierta y las segundas porciones para conformar el interior del aspa que se proporciona por el núcleo cerámico. El molde 70 se puede inspeccionar (por ejemplo por rayos X y por introscopio dentro del pasaje 74 y la cavidad 76) para asegurar que no hay fracturas u otros defectos. La figura 3 muestra un grupo de tres de tales moldes ensamblados con un múltiple 80 de distribución. El múltiple de distribución incluye un cono 82 de vertido que tiene un extremo 84 superior abierto para recibir metal fundido. Tres ramas 90 descienden desde el cono y coinciden con la porción del molde 70 que define la entrada del pasaje 74 de suministro. El múltiple puede estar conformado por una cubierta similar de un patrón 100 de cera (figura 4) . El patrón se conforma con una porción 102 cónica principal desde la cual dependen tres porciones 104 de rama proximal generalmente cilindrica. Las porciones de rama proximales están conectadas a la porción principal por nervaduras 106 estructurales. Las porciones 108 de medición de sección/diámetro menor 108 dependen de los extremos inferiores (distales) de las porciones 104 de rama proximal . Las figuras 5 y 6 muestran el múltiple después de remoción del patrón de múltiple y después de la inserción de un filtro 120 cerámico en cada una de las tres ramas soportadas en una saliente entre las porciones 122 y 124 de pasaje proximal y distal (o de conducto) que se conforman respectivamente por las superficies de las porciones 104 y 108 de patrón. El área en sección de cada porción 124 distal se selecciona para proporcionar la medición deseada de metal fundido desde el cono de vertido. Las porciones proximales tienen un tamaño que permite recibir los filtros 120 cerámicos. En la modalidad ejemplar, se ensamblan tres secciones de molde como un grupo en un horno (no mostrado) por encima de la placa de enfriamiento (no mostrada) y el múltiple se coloca encima del grupo. En la modalidad ejemplar, las porciones 130 del múltiple que rodean a las porciones 124 distales de pasaje se extienden dentro de los extremos superiores de los pasajes de suministro. Una distancia ejemplar de la inserción de las porciones 130 es de 2-3 cm. El grado de inserción preferiblemente es suficiente para ayudar a sujetar al múltiple en su lugar y de manera vertical durante el vertido de metal subsecuente (que se describe posteriormente) . Una vez que se ensambla el molde, el metal fundido puede ser vertido dentro del múltiple. El metal desciende desde el cono de vertido a través de los pasajes de múltiple y sus filtros al interior de los pasajes de suministro, llenando las cavidades de molde desde la parte inferior hacia arriba. El metal inicial que entra a cada cavidad de molde llena la porción iniciadora de grano de la cavidad de molde conforme el metal fluya hacia arriba, a través de la cavidad del molde. Una vez que se introduce suficiente metal al múltiple para elevar el nivel en las cavidades de molde a un nivel dentro de la porción superior de cada cavidad de molde un poco entre el extremo que se encuentra más arriba de la porción de base y la parte superior de dicha cavidad de molde. Este nivel ventajosamente está por debajo de los extremos inferiores de las porciones medidoras de múltiple. La transferencia de calor a través de la placa de enfriamiento solidifica al metal en las cavidades desde los iniciadores de grano hacia arriba. Los iniciadores de grano sirven para establecer la microestructura de los fundidos resultantes) . En consecuencia, los patrones y las cubiertas asociadas se pueden construir para orientar las cavidades formadoras de aspa de manera que se produzca formación de microestructura en una dirección deseada desde el iniciador de grano (por ejemplo desde la punta de aspa con perfil aerodinámico a la base del aspa en la modalidad ejemplar) . Las modalidades alternativas pueden carecer del uso de un múltiple separado y pueden involucrar verter metal dentro de las secciones de molde individualmente. El enfriamiento deja un fundido en la cavidad formadora de aspa y un pasaje de suministro de cada molde en el grupo. El fundido, venta osamente, no se extiende en - - el múltiple, lo que permite que el múltiple se pueda separar fácilmente y también permite que los moldes llenados se puedan separar individualmente. A partir de cada molde llenado, la cubierta y el núcleo cerámico pueden ser separados mecánica o químicamente. Las porciones del fundido conformadas por el iniciador de grano, el canal inferior, la porción alimentadora y superior pueden ser recortadas y el aspa restante puede formar el objeto que posteriormente se va a maquinar o se va a someter a tratamiento adicional . Las implementaciones de la invención tener una o más ventajas sobre diversas técnicas de fundido de la técnica anterior. Al ensamblar un grupo de secciones de molde (cada una con cámaras para moldear una o más partes) permite la inspección de los componentes de molde individuales y el rechazo de componentes defectuosos individualmente. Esto es en relación a una única pieza de molde que tenga el mismo número total de cámaras en donde un defecto en una cámara necesita el desechado de la totalidad del molde o un uso ineficiente del molde (por ejemplo un desperdicio de una parte defectuosa fundido en la cámara defectuosa) . Dado que los componentes de molde individuales serán más pequeños que el molde de la pieza única correspondiente de la técnica anterior, el proceso de revestido puede ser más fácil. Puede ser más fácil aplicar el material de revestimiento y más fácil secar la cubierta (ambas potencialraente secan más rápido y potencialmente secan incluso mejor para reducir defectos) . Las secciones de molde individuales se pueden elaborar utilizando equipo para recubrimiento y autoclave más pequeño. Las cubiertas individuales son más ligeras y se pueden cargar más fácilmente en un horno. Y de manera más significativa, si las cubiertas rellenadas se separan individualmente del horno esto es mucho más fácil que mover un molde único rellenado, correspondientemente más pesado. A modo de ejemplo, mientras que un molde de una pieza única ejemplar llenado por un pasaje de alimentación único puede pesar entre 31 kg y 45 kg (70-100 libras), cada sección de molde llenada de tres partes similares más el molde de múltiple puede pesar entre 14 kg y 18 kg (30-40 libras) . Se han descrito una o más modalidades de la presente invención. No obstante, se comprenderá que se pueden realizar diversas modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, los detalles para que se fabriquen las partes, el patrón que vuelve disponible el equipo, el equipo de recubrimiento disponible y el horno disponible pueden alterar los detalles de cualquier implementación particular. En consecuencia, otras modalidades están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método para fundir una pluralidad de aspas que tienen un perfil aerodinámico y una base, para asegurar el aspa a un disco, el método comprende: formar una pluralidad de secciones de molde, cada una con superficies internas para formar por lo menos un aspa asociada de la pluralidad de aspas; ensamblar la pluralidad de secciones de molde; e introducir una aleación fundida a las secciones de molde ensambladas .

2. El método según la reivindicación 1, en el que: la aleación fundida es introducida simultáneamente a las secciones de molde ensambladas .

3. El método según la reivindicación 1, en el que: cada una de las secciones de molde tienen las superficies internas para formar únicamente una sola de tal aspa asociada; y las superficies internas de cada una de las secciones de molde incluyen primeras superficies para conformar el exterior del aspa asociada y segundas superficies para conformar el interior del aspa asociada.

4. El método según la reivindicación 1, en el que: el ensamblado comprende ensamblar la pluralidad de secciones de molde con un múltiple de distribución.

5. El método según la reivindicación 4, en el que: la aleación fundida se introduce de manera que sedimenta en un nivel superior por debajo de un extremo inferior de las porciones de trayectoria de flujo a través del múltiple.

6. El método según la reivindicación 4, en el que: el múltiple de distribución comprende un cuerpo de múltiple que tiene: una cámara de vertido para recibir material fundido; y una pluralidad de conductos alimentadores , cada uno extendiéndose desde la cámara de vertido hacia una o más de las secciones de molde asociadas; y el ensamblado comprende colocar cada uno de la pluralidad de filtros en uno de los conductos alimentadores asociados .

7. El método según la reivindicación 1, en el que la conformación de cada una de las secciones de molde comprende: ensamblar un patrón de aspa sacrificatoria y una compuerta sacrificatoria desde la parte superior de una placa; aplicar una cubierta al patrón de aspa ensamblada y formar la compuerta; y calentar la cubierta para fundir por lo menos una porción de cada uno del patrón de aspa y la forma de compuerta.

8. Un método para fundir partes, que comprende: conformar una pluralidad de secciones de molde; ensamblar un grupo de las secciones de molde que han pasado tal inspección; y ensamblar un múltiple de distribución para el grupo, el múltiple de distribución tiene: una cámara de vertido para recibir material fundido; y una pluralidad de conductos al imentadores , cada uno se extiende desde la cámara de vertido hacia una o más de las secciones de molde ensambladas asociadas.

9. El método según la reivindicación 8, que comprende además: inspeccionar las secciones de molde y en donde el grupo se ensambla a partir de secciones de molde que han pasado tal inspección.

10. El método según la reivindicación 9, que comprende además: desechar una o más de las secciones de molde que no hayan aprobado la inspección.

11. El método según la reivindicación 8, que comprende además: verter el material fundido en la cámara de vertido; y, en un horno desensamblar el múltiple del grupo y desensamblar el grupo.

12. El método según la reivindicación 8 que comprende además: verter el material fundido en la cámara de vertido; y permitir que el material fundido solidifique para que consiste esencialmente de una superaleacion basada en níquel o en cobalto.

13. Un ensamblado de molde, que comprende: una pluralidad de secciones de molde y un múltiple de distribución ensamblado a la pluralidad de secciones de molde y que tiene: una cámara de vertido para recibir el material fundido; una pluralidad de conductos alimentadores , cada uno extendiéndose desde la cámara de vertido hacia una o más de la pluralidad de secciones de molde asociadas; y una pluralidad de filtros, cada uno colocado en uno de los conductos alimentadores asociados.

14. El montaje de molde según la reivindicación 13, en el que: existen 3-4 de tales secciones de molde; y existe uno solo de los conductos alimentadores asociados con cada una de las secciones de molde .

15. El ensamblaje de molde, según la reivindicación 13, en el que: cada sección de molde comprende una cavidad de moldeado y una compuerta, la compuerta se extiende desde el extremo inferior en la cavidad de moldeado hacia un extremo superior acoplado al múltiple de distribución.