涡轮叶片制造方法技术

本发明专利技术提供了一种制造涡轮叶片(1)的方法。所述方法包括以下步骤：‑通过增材制造过程产生壳体和核心组件，所述壳体和核心组件限定至少一个内部空腔并具有与所述涡轮叶片的至少一个内部冷却回路对应的内部结构；‑在所述壳体和核心组件的所述内部空腔中倒入熔化金属；‑使所述金属凝固；‑去除所述壳体和核心组件。

Manufacturing method of turbine blades

The invention provides a method for manufacturing turbine blades (1). The method comprises the following steps: the shell and the core component are produced by the material increasing process, which defines at least one internal cavity and has an internal structure corresponding to at least one internal cooling loop of the turbine blade; Melt the metal; let the metal solidify; remove the shell and core components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮叶片制造方法
本公开涉及制造方法，并且更具体地涉及涡轮机部件的制造。本文中公开的实施例具体涉及涡轮机叶片的制造。
技术介绍
熔模铸造或失蜡过程用于形成适当材料(例如金属)的复杂三维(3-D)部件。示范性铸造部件有燃气涡轮发动机的典型的涡轮转子叶片。涡轮叶片包括翼型件，翼型件在其根部与叶片平台一体地接合，其下方是一体接合的支撑燕尾榫。翼型件是中空的，并包括沿其翼展延伸的一个或多个径向通道，所述通道始于叶片燕尾榫的内部，具有一个或多个入口以接纳燃气涡轮发动机运行过程中的加压冷却空气。翼型件中可以有各种形式的错综复杂的冷却回路，以定制翼型件的前缘和后缘之间，从平台的根部到径向外尖端，相对的压力侧和吸力侧的不同部分的冷却。复杂的冷却回路可以包括翼型件内沿前缘的专用通道，以用于提供其内部的冲击冷却。还可以提供沿翼型件的薄的后缘的专用通道以用于冷却后缘。可以在翼型件的中间在前缘和后缘之间设置多路蛇形通道。翼型件的三个冷却回路具有通过叶片燕尾榫延伸的对应入口以用于单独地接收加压冷却空气。翼型件内的冷却通道可以包括局部特征，例如短湍流器肋，以用于提高翼型件的加热侧壁和内部冷却空气之间的热传递。将翼型件的径向通道分开的分隔部或桥可以包括从其通过的小旁路孔，例如典型的通过翼型件的前桥延伸的冲击冷却孔，以用于在运行中冲击冷却前缘的内部。这些涡轮叶片通常由高强度超级合金金属材料以传统的铸造过程制成。在常见的熔模铸造或失蜡铸造过程中，首先制造精密陶瓷核心，以符合涡轮叶片内部期望的错综复杂的冷却通道。还产生精密模具或模型，其限定涡轮叶片的精密3-D外表面，包括其翼型件、平台和一体燕尾榫。在两个半模具内组装陶瓷核心，两个半模具在其之间形成空间或空隙，限定将产生的叶片的金属部分。蜡被注入组合模具中以充满所述空隙，并包围在其中包封的陶瓷核心。分开两个半模具，取出模制蜡。模制蜡具有期望叶片的精密构型，接着用陶瓷材料涂布，以形成周围的陶瓷壳体。蜡被熔化并从壳体上去掉，剩下陶瓷壳体和内部陶瓷核心之间的空隙或空间。然后将熔化金属倒入壳体中，充满其中的空隙，并再次包封壳体中包含的陶瓷核心。熔化金属冷却并凝固，接着适当地去除外壳体和内核心，剩下其中出现内部冷却通道的期望的金属涡轮叶片。铸造好的涡轮叶片然后可以经过后续的制造过程，例如根据需要通过翼型件的侧壁钻适当的几排膜冷却孔，以提供内部通道传输的冷却空气的出口，然后在燃气涡轮发动机运行期间在翼型件的外表面上形成保护冷却空气膜或覆盖层。通常，通过提高运行过程中产生的热燃烧气体的温度，由此由涡轮叶片提取能量，从而提高燃气涡轮发动机的效率。涡轮叶片由超级合金金属制成，例如镍基超级合金，因为其在高温的增强强度可提高涡轮叶片的耐用性和可用寿命。翼型件内部提供的错综复杂的冷却回路有助于在运行的涡轮叶片中保护叶片不受到热燃烧气体的损坏，以期望叶片的长寿命。用于制造燃气涡轮发动机叶片的其它铸造方法在以下中公开：美国专利N.7,413,001。根据这些方法，首先用CAD系统等生成涡轮叶片的三维(3-D)模型。使用3-D模型通过立体光刻设备产生叶片的3-D合成模型。3-D合成模型具有内腔，在内腔中形成冷却介质通道。接着通过在3-D合成模型的空腔中注入流体核心材料例如陶瓷浆料，产生核心。使核心材料固化，并用陶瓷模制壳体涂布3-D合成模型的外表面。通过在适合的陶瓷浆料中反复地浸渍其中形成核心的3-D合成模型，形成陶瓷模制壳体。使外陶瓷涂层固化，因此形成外陶瓷模制壳体。随后，通过熔化，从陶瓷核心周围并从周围的陶瓷壳体内部去除3-D合成模型。熔化金属例如超级合金浇铸在陶瓷壳体中，以充满在去除3-D合成模型之后在其中形成的空腔。一旦金属变硬，则去除陶瓷壳体和陶瓷核心。随后根据需要对金属叶片进行适当的修整。此改进的铸造方法相对现有的方法具有几个优点，但仍需要持久的复杂的操作程序。因此，期望提供一种用于具有错综复杂的内部空隙的3-D部件(例如涡轮机叶片)的改进的铸造方法。
技术实现思路
本文中公开了一种制造涡轮叶片的方法，所述方法包括步骤：通过增材制造过程产生壳体和核心组件，所述壳体和核心组件限定至少一个内部空腔并具有与所述涡轮叶片的至少一个内部冷却回路对应的内部结构。在所述壳体和核心组件的所述内部空腔中倒入熔化金属，例如超级合金，比如镍基超级合金。一旦所述金属凝固，去除所述壳体和核心。如此获得的铸造涡轮叶片可以经过附加的处理步骤，例如热处理和/或修整。根据一些实施例，所述壳体和核心组件由陶瓷粉末材料产生。所述陶瓷粉末晶粒可以涂有聚合物树脂。所述增材制造过程可以提供一个步骤，在此步骤中，形成相邻的硬化材料层，每一层具有所述壳体和核心组件的横截面的形状。所述硬化可以通过固化涂布了陶瓷颗粒的树脂获得。在固化之后，可以去除固化树脂，烧结形成所述壳体和核心组件的陶瓷材料。聚合物树脂可以是光聚合树脂，即可以通过(例如由激光源产生的)光能量能量固化的树脂。在一些实施例中，UV激光源可以用作能量源，以促进增材制造过程中树脂的聚合。在特别有利的实施例中，使金属晶粒按照金属凝固步骤中的优选方向生长。优选的单向晶粒生长可以按照叶片的根部到尖端方向进行。附图说明通过在结合附图考虑时参考以下详细描述，将易于获得且更好理解对本专利技术的公开实施例及本专利技术的附带多个优点的更完整了解，其中：图1说明燃气涡轮叶片的透视图；图2示意性说明用于产生陶瓷壳体和核心组件的增材制造过程；图3说明在铸造之前陶瓷壳体和核心组件的示意性横截面图；图4、图5和图6说明根据图3的IV-IV、V-V和VI-VI线的示意性横截面图；图7、图8、图9和图10说明在铸造之后与图3-6相似的示意性横截面图。具体实施方式在图1中图示了部件1，其可以通过铸造工艺制造。所述部件可以具有任何适合的构型以用于铸造。在图1的实施例中，部件1是燃气涡轮叶片。燃气涡轮叶片1包括翼型部分3，翼型部分3具有大致凹陷的压力侧2A和相对的大致凸起的吸力侧2B，其在相对的前缘5和后缘7之间延伸，并在根部9和外尖端11之间的径向翼展上延伸。翼型件在其根部9整体地接合到平台13，所述平台限定热燃烧气体的内边界，在燃气涡轮机运行期间，热燃烧气体在翼型部分3的上方通过。安装燕尾榫15整体地形成于平台13下方，用于在涡轮转子盘(未示出)的周界中的对应燕尾槽中安装叶片1。涡轮叶片1具有复杂的3-D形状。如下文所述，翼型部分3是空的，包括合适的内部冷却回路，内部冷却回路可以由从叶片的根部到尖端延伸的多个径向主通道组成。冷却回路的形状可以根据叶片设计而变化。内部冷却回路的示范性实施例在例如US7,413,001,EP1495820,US7,690,894,US8,066,483中描述。内部冷却回路的形状与本公开无关，因为本文中公开的方法可以用于制造其中具有各种不同的冷却回路布置的叶片。通常，冷却回路配置并布置成循环冷却介质，例如叶片内部的冷却空气，以便去除叶片的热量，防止或减少对叶片造成与温度有关的损坏。如上面指出的，常规的熔模铸造要求加工与形成叶片的内部冷却回路的各个通道对应的陶瓷核心。在已知方法中，通过在叶片模型的空体积中浇铸陶瓷浆料，形成陶瓷核心。通过在陶瓷浆料的容器中浸渍叶片模型，围绕叶片模型形成陶瓷壳体。使陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造涡轮叶片的方法，所述方法包括：‑通过增材制造过程产生壳体和核心组件，所述壳体和核心组件限定至少一个内部空腔并具有与所述涡轮叶片的至少一个内部冷却回路对应的内部结构；‑在所述壳体和核心组件的所述内部空腔中倒入熔化金属；‑使所述金属凝固；‑去除所述壳体和核心组件；其中，使所述熔化金属以优选的单向晶粒生长凝固，因此获得定向凝固的涡轮叶片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.20 IT 1020150000636031.一种制造涡轮叶片的方法，所述方法包括：-通过增材制造过程产生壳体和核心组件，所述壳体和核心组件限定至少一个内部空腔并具有与所述涡轮叶片的至少一个内部冷却回路对应的内部结构；-在所述壳体和核心组件的所述内部空腔中倒入熔化金属；-使所述金属凝固；-去除所述壳体和核心组件；其中，使所述熔化金属以优选的单向晶粒生长凝固，因此获得定向凝固的涡轮叶片。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述壳体和核心组件由陶瓷粉末材料产生。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述壳体和核心组件由涂布树脂的陶瓷粉末材料产生，所述涂布树脂的陶瓷粉末材料是逐层沉积的。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述陶瓷粉末材料涂有光聚合树脂。5.根据权利要求3或4所述的方法，其还包括步骤：去除所述树脂，并且烧结所述陶瓷粉末，以获得烧结的陶瓷壳体和核心组件。6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述陶瓷粉末材料从以下组成的组中选择：氧化铝、锆石、锆基化合物、氧化锆、硅石或其组合。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述优选的单向晶粒生长为所述叶片的根部到尖端方向。...

【专利技术属性】
技术研发人员：PK克拉莱蒂，N马塔，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT