用于制造陶瓷芯以制备具有空腔结构的铸件的方法以及陶瓷芯技术

按照本发明专利技术，提出了一种用于制造陶瓷芯的方法以及这种芯(4)，该方法用于在使用具有空腔结构的铸件的数字几何坐标的3D模型的情况下准备制造铸件，空腔结构被设立用于使陶瓷芯成型，其中该方法包括以下步骤：a)无压铸造或低压铸造陶瓷芯毛坯，其尺寸根据几何坐标相对于芯过盈；b)在第一CNC加工过程中，根据3D模型对芯进行CNC加工。

Method for manufacturing ceramic core for casting with cavity structure and ceramic core

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造陶瓷芯以制备具有空腔结构的铸件的方法以及陶瓷芯
在精密铸造领域中，本专利技术涉及一种用于制造陶瓷芯的方法以及该陶瓷芯，该方法用于在使用具有空腔结构的铸件的数字几何坐标的3D模型的情况下借助于陶瓷模具来准备制造该铸件，其中空腔结构被设立用于使陶瓷芯成型。
技术介绍
众所周知，使用损失模型以损失形式进行精密铸造，该损失模型以模型的可一次性使用的陶瓷涂层的形式来形成。该已知方法包括以下步骤：-用硬质或弹性材料制作正模型(与待生产的铸件形状相同)；-通过在模型上倒入液体并冷却直至其凝固来创建临时模具；-提取模型；-通过将第二种液体倒入临时模具的空腔中并冷却直至其凝固来形成临时模型；-熔化或熔解临时模具；-对临时模型进行陶瓷涂层，以在临时模型周围形成坚固的陶瓷壳；-熔化或熔解临时模型，并从陶瓷壳体中抽出在此所累积的液体；-用熔融金属填充壳体的空腔，使其凝固形成最终的铸件。特别地，中空金属部件的精密铸造是一种失型工艺，也称为失蜡工艺。然后，按照行业惯例，制造过程按照以下步骤进行：1.通过将陶瓷铸模(CIM)注入到多部分的可重复使用的铸模中，以及随后的脱脂、烧制和精加工，可以获得陶瓷材料的芯。芯互补地(作为阴模)在随后的铸件中形成空腔的几何形状。2.通过将蜡铸模到多部分的可重复使用的铸模中，在芯周围创建蜡模。芯在此被放置到蜡模中。蜡模显示应该被铸造的金属部件的外轮廓。3.将蜡模连同芯或多个这种蜡模进行补充，以形成(蜡簇)结构蜡簇、完整的浇铸集群，即带有进料器(浇道)和浇口，以及过滤器，并且在DS和SX铸造的情况下例如使用启动器、胚胎选择器和胚胎导体。4.通过浸入到陶瓷悬浮液(浆)中并且随后打磨并干燥，可在蜡簇上建立陶瓷壳体。重复浸渍、打磨和干燥几次，直到达到所需的壳体厚度。5.蜡模通常在压力升高的蒸汽高压釜中从壳体中熔化。6.壳体在700℃至1100℃的温度下烧制。这会烧掉残留的蜡和其他有机物质，并使陶瓷壳体材料具有所需的强度。通过检查和维修来确保壳体没有损坏。7.将熔融金属倒入壳体中。随后金属发生凝固并进一步冷却。8.从铸件上去除壳体，也就是说通过化学浸出和机械加工来从铸件上去除壳体。构件与浇道系统分开。9.通过在高压釜中进行化学浸出来将芯从金属铸件的空腔中去除。10.从构件中去除所有多余的金属残留物。大多数燃气轮机制造商都致力于研究由超合金制成的改进的多壁和薄壁燃气轮机叶片。它们具有复杂的空气冷却通道，以便提高叶片内部冷却的效率，允许更大的推力并获得令人满意的使用寿命。美国专利5,295,530和5,545,003涉及改进的多壁和薄壁燃气涡轮叶片设计，为此目的，其具有复杂的空气冷却通道。根据本专利技术的方法改进了所有类型的高质量铸件的生产，因为其能够以具有损失芯的损失形式形成损失模型，而不必使用像通常陶瓷注射成型(CIM)那样用于生产与几何图形直接匹配的芯的模具，不论它们的复杂性和所需的几何精度如何。精密铸造是已知的最古老的一次成型工艺之一，该工艺最初在数千年前就首次用于从铜、青铜和金等金属生产精细的手工艺品。工业精密铸造在1940年代变得很普遍，当时第二次世界大战增加了对由特殊金属合金制成的精确零件的需求。精密铸造现在已广泛用于航空航天和能源行业，以生产具有复杂形状和内部冷却通道几何形状的燃气轮机部件，例如叶片和导向面。精密铸造燃气轮机转子叶片或导向叶片的制造通常涉及陶瓷模具的制造，陶瓷模具具有外部陶瓷壳体，该壳体具有对应于负载面形状的内表面，并且一个或多个陶瓷芯位于该外部陶瓷壳体内，对应于应构造在负载面之内的内部冷却通道。将熔融合金倒入陶瓷模具中，然后对其冷却并硬化。然后通过机械或化学方法去除外部陶瓷壳体和一个或多个陶瓷芯，以便露出具有外轮廓形状以及内部冷却通道的中空形状(呈一个或多个陶瓷芯的形状)的模制叶片。存在多种用于形成具有非常复杂和详细的几何形状和尺寸的模具嵌入件和芯的技术。同样有多种技术可用于将嵌入件定位并紧固在模具中。将芯固定在模具构件中的最常用技术是定位小型陶瓷销，这些销可以与模具或芯或两者都一体化地来构造，并从模具的表面突出到芯的表面，并用于定位和支撑芯插入。在铸造之后，对铸件中的孔进行填充，例如，通过焊接或诸如此类的方式进行填充，优选地利用铸件由其构造的合金来进行填充。通常通过陶瓷芯材料的注射成型、CIM或传递成型将陶瓷芯制成所需的芯形状。陶瓷芯材料包括一种或多种陶瓷粉末、粘合剂以及可选地包括添加剂，它们被倒入相对应地成型的芯模中。陶瓷芯通常通过注塑成型来制造，其方式是：先通过精密加工在耐磨硬钢制成的芯的相应半模中形成所需的芯形状，然后将两个半模合在一起以达到与所需的芯形状对应的注入体积，然后在压力下将陶瓷模塑材料注入到该注入体积中。如上所述，模塑材料包含陶瓷粉末和粘合剂的混合物。在陶瓷模塑材料硬化成“生坯”之后，将半模分开以释放该生坯。在从模具中去除生坯模具芯后，将其在高温下分一个或多个步骤进行烧制以去除挥发性粘合剂，并对芯进行烧结和硬化，用于铸造金属材料，例如镍或钴基超级合金。这些通常用于铸造单晶燃气轮机叶片。当铸造具有内部冷却通道的中空燃气涡轮叶片时，将烧制的陶瓷芯放到陶瓷精密铸造模具中，以便在铸件中构造内部冷却通道。在中空叶片的精密铸造中，烧制的陶瓷芯通常具有流动优化的轮廓，该轮廓的前缘和后缘的横截面都很薄。在这些前缘区域和后缘区域之间，芯可以具有细长的但也以不同方式成型的开口，以便这样来形成内壁、台阶、偏斜、肋和类似的轮廓，用来在铸机涡轮叶片中界定和制造冷却通道。然后，在已知的失蜡工艺中，在制造外部模具壳体时使用烧制的陶瓷芯，其中将陶瓷芯布置在模型模具中，并且在芯周围形成损失模型，即通过在模型材料的压力下将其注入，在芯和内壁之间的空间中形成蜡、热塑性塑料等等。通过将陶瓷芯放置在另一个由精密加工硬化钢制成的模具(称为蜡模或蜡模工具)的两个连接的两半内形成完整的模具，该模具限定与叶片所需形状对应的注入体积，然后将蜡融入蜡模模具中，以注入陶瓷芯。蜡硬化后，将蜡模形式的两半分开并去除，然后使它们自由地封装在现在与叶片形状相对应的蜡模中的陶瓷芯。其中带有陶瓷芯的临时模型要反复进行用于在其上构建壳体模具的步骤。例如，将模型/芯构件反复浸入陶瓷泥浆中，将多余的泥浆沥干，用陶瓷灰泥打磨，然后风干以形成多个陶瓷层，从而在构件上形成模具壳体。然后，例如通过使用蒸汽高压釜，对所得到的封装模型/芯体布置进行去除模型的步骤，以便有针对性地去除临时或损失模型，从而保留其中布置有陶瓷芯的模制壳体。然后将模具壳体在高温下烧制，以便为模具壳体提供足够的强度以进行金属铸造。将熔融的金属材料(如镍或钴基超级合金)倒入预热的壳体模具中并凝固，以生产具有多晶或单晶晶粒的铸件。所得到的铸造叶片仍包含陶瓷芯，以便这样在去除铸芯后构造内部冷却通道。芯可以通过洗涤或其他常规技术来去除。创建了中空铸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造陶瓷芯的方法，用于在使用具有空腔结构的铸件的数字几何坐标的3D模型的情况下准备制造所述铸件，所述空腔结构被设立用于使所述陶瓷芯成型，其中所述方法包括以下步骤：/na)无压铸造或低压铸造陶瓷芯毛坯，其尺寸根据几何坐标相对于所述芯过盈；/nb)在第一CNC加工过程中，根据所述3D模型对所述芯进行CNC加工。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171004 DE 102017122973.61.一种用于制造陶瓷芯的方法，用于在使用具有空腔结构的铸件的数字几何坐标的3D模型的情况下准备制造所述铸件，所述空腔结构被设立用于使所述陶瓷芯成型，其中所述方法包括以下步骤：
a)无压铸造或低压铸造陶瓷芯毛坯，其尺寸根据几何坐标相对于所述芯过盈；
b)在第一CNC加工过程中，根据所述3D模型对所述芯进行CNC加工。


2.一种用于借助于陶瓷模具在使用具有空腔结构的铸件的数字几何坐标的3D模型的情况下制造所述铸件的陶瓷芯，所述空腔结构被设立用于使所述陶瓷芯成型，其中所述芯在使用如下步骤的情况下来制造：
a)无压铸造或低压铸造陶瓷芯毛坯，其尺寸根据几何坐标相对于所述芯过盈；
b)在第一CNC加工过程中，根据所述3D模型来对所述芯进行CNC加工。


3.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的芯，其特征在于，步骤a)通过滑动浇铸、压力滑动浇铸、冷等静压、热等静压、单轴压制、热铸、低压注射成型、凝胶浇铸或挤出来实现。

【专利技术属性】
技术研发人员：希科·史基林，沃尔夫拉姆·贝尔，
申请(专利权)人：FLC流铸股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE