熔模铸造型芯和方法技术

一种用于熔模铸造的熔模，通过形成包括了至少一个凹槽的金属第一型芯元件而形成。该第一型芯元件与模具元件和第二型芯元件的至少一个匹配部件啮合。凹槽用作保持相对于匹配部件的第一型芯元件。将模具组装好且将牺牲材料引入模具从而至少部分地埋置第一型芯元件。该凹槽可在将第一型芯元件从更大的片料切割出来之前预成形。

【技术实现步骤摘要】
熔模铸造型芯和方法
技术介绍
本专利技术涉及熔模铸造。更具体而言，本专利技术涉及含芯熔模的形成，所述含芯熔模用于熔模铸造形成熔模铸造的铸模。熔模铸造是一种常用技术，用于形成具有复杂几何形状的金属元件，尤其是中空元件，并用于超耐热合金燃气涡轮发动机元件的制造。燃气涡轮发动机广泛用于飞机推进、发电、轮船推进、和泵。在燃气涡轮发动机应用中，效率是主要目标。可通过在更高温度下操作而获得提高的燃气涡轮发动机效率，然而在涡轮部分目前的操作温度超过了涡轮元件中使用的超耐热合金的熔点。因此，通常提供空气冷却。冷却通常提供如下使来自发动机压缩器部分相对冷的空气流过待冷却的涡轮元件中的通道。这种冷却以发动机效率作为相关代价。因此，非常需要提供改善的特定冷却方式，使从给定量的冷却空气中获得的冷却利益最大化。这可通过使用精密、精确定位的冷却通道部分而获得。已就关于内冷式涡轮发动机部分如刃片、叶片、密封件、燃烧室、和其他元件的熔模铸造领域进行充分研发。在一个示例性方法中，制备了具有一个或多个铸模型腔的铸模，每个型腔均具有通常相应于待铸造部件的形状。制备该铸模的示例性方法包括使用该部件的一种或多种蜡模。该蜡模通过将蜡模制到陶瓷型芯(通常对应于该部分内的冷却通道的阳模)上而形成。在形成型壳的过程中，陶瓷壳以众所周知的方式形成于一种或多种这样的蜡熔模周围。可通过例如融化(如在高压釜中)除去蜡。可烧制型壳从而使型壳硬化。这就留下了包括该型壳的铸模，该型壳具有一个或多个限定部分的隔间，其依次包含限定冷却通道的陶瓷型芯。然后可将熔融合金引入铸模从而铸造该部分。一旦合金冷却且固化，则可将型壳与型芯机械地和/或化学地从模制部分去除。然后可在一个或多个阶段对该部分进行加工和/或处理。陶瓷型芯自身可通过模制陶瓷粉末和粘结剂材料的混合物(通过将该混合物注入硬化的金属模具)而形成。在从模具中取出之后，随后可对该湿砂型芯进行热学后处理以除去粘结剂并煅烧从而将陶瓷粉末烧结到一起。对于更精细冷却特征的趋势给陶瓷型芯制备技术带来了负担。具备精细特征的型芯可能很难制备和/或一旦制备之后可能易脆。传统上采用许多后铸造技术来形成该精细特征。大多数基本技术是常规钻孔。激光钻孔是另一种。放电加工或电火花切割(EDM)也被采用。例如，在对一排冷却孔进行加工时，已知可采用具有与待形成的孔形状互补的锯齿的栉齿状EDM电极。许多EDM技术、电极、和孔形状显示于美国专利Olsson的Nos.3604884、Sidenstick的4197443、Cross等的4819325、Cross等的4922076、Moore等的5382133、Banks等的5605639、和Adamski等的5637239。通过这种EDM技术制备的孔形状由电极插入约束(insertion constraints)所限制。Shah等的共同受让的共同未决美国专利申请No.6637500公开了陶瓷和耐火金属型芯组合的示例性用途。通常具有这种组合的陶瓷型芯提供了大的内部特征如主通道，而耐火金属型芯提供更精细的特征如出口通道。这就是使用多陶瓷型芯的情况，而装配陶瓷和耐火金属型芯并在蜡覆模成型过程中维持它们的空间关系呈现出许多困难。无法维持这种关系会制备出潜在地不合要求部分内部特征。可能很难将精密耐火金属型芯组装到陶瓷型芯。一旦组装好之后，可能很难维持其排列。耐火金属型芯在覆模模具的装配中或者在处理过程中可能损坏。确保合适的模具组装和注入熔模的释放可能需要一定的模具复杂性(例如大量单独的模具部分和单独的拖拉方向以容纳许多RMCs)。独立于RMCs的研发，许多用于在熔模铸模和所得壳中定位陶瓷型芯的技术已得以研发。Caccavale等的美国专利No.5296308公开了小凸起的用途，其由陶瓷型芯的进料部分单一地形成以定位用于覆成型模板蜡的模中的陶瓷型芯。在去壳和脱蜡之后这种凸起可倾向于在壳中维持型芯的连接。然而，在型芯组装技术中存在进一步改进的空间。专利技术概要本专利技术的一个方面涉及用于形成熔模铸造熔模的方法。形成金属的第一型芯元件，其包括至少一个凹槽。将该第一型芯元件与模具元件和第二型芯元件(若有的话)的至少一个匹配部件啮合。凹槽用于保持相对于匹配部件的第一型芯元件。将模具组装好。将牺牲材料(sacrificial material)(例如蜡)引入模从而至少部分地埋置入第一型芯元件。许多实施方式涉及由具有相对的第一和第二表面的片料形成第一型芯元件。该至少一个凹槽可包括第一表面中的第一凹槽和第二表面中的第二对准的凹槽。该第一和第二凹槽可以是伸长的通道。该啮合可包括将第一型芯的第一部分移入为匹配部件中的插槽中，使得匹配部件插槽中的突出部分被接收到该至少一个凹槽中，从而提供机械反锁效果。这种形成方式可涉及形成包括该至少一个凹槽的规则凹槽模式。该啮合可使多个规则模式的凹槽暴露在外。该规则模式可在扁平片料中预形成。该金属的第一型芯元件可由这种片料切割和/或成形。在以下附图和说明书中阐述了本专利技术的一个或多个实施方案细节。根据说明书和附图，以及根据权利要求，本专利技术的其它特征、目的、和优势将显而易见。附图简述附附图说明图1是用于形成一种或多种熔模铸造型芯的耐火金属基片料视图。附图2是可供替换的片料局部视图。附图3是从附图1的片料中切割的型芯啮合于形成熔模的模具组件的视图。附图4是容纳RMC的附图3的组件中的狭槽端视图。附图5是容纳RMC的可供替换的模具组件视图。附图6是在形成熔模的模具中RMC的视图。附图7是在可供替换的形成熔模的模具中可供替换的RMC剖视图。附图8是附图7的模具的嵌入物所夹持的RMC视图。在多个附图中相似的附图标记和名称表示相似的元件。详细说明附图1显示了用于形成用于熔模铸造的耐火金属型芯的耐火金属基片料20。示例性的片料物质包括Mo、Nb、Ta、和W，单独或组合且以元素形式、合金、金属间化合物等等。示例性的片料20最初为基本扁平，在第一和第二表面22和24之间具有厚度T。示例性的厚度T为0.2-5.0mm。该片料在周界边缘面26和28之间具有宽度W且在周界末端面30和32之间具有长度L。示例性的宽度和长度远大于T且可为数厘米以上。根据本专利技术的一个方面，片料20可预成形表面特征或其它增强措施，从而在熔模铸造过程中执行一种或多种有用功能。附图1的示例性片料具有的增强措施包括表面22中的第一规则通道凹槽列34。示例性凹槽34为线性，固定间距S。示例性的凹槽34具有大致为半圆形的横截面。在示例性片料中，相似凹槽36的相似列形成于表面24中。在该示例性片料中，凹槽34和36是以相同间距且彼此平行和同相，尽管其它构型也是可能的。附图1进一步显示了额外的增强措施，其以在表面22和24之间延伸的通孔38的队列形式。示例性的通孔38队列和间隔S的凹槽34和36交替地散布。在每一列中，该孔具有孔心间距S2。示例性的通孔的环形横截面的直径为D。在各种替代方式中有死槽(blind recess)(例如凹穴40(附图2))。通过包括一种或多种压花、雕刻、蚀刻、和钻孔/铣磨(例如光蚀刻、激光蚀刻、化学刻蚀、等等)的许多方式使增强措施在初始的未增强片料中形成。一旦如此形成之后，可从更大的片料切割单独的RMC且任选地进一步成型(例如通过冲压、弯曲、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成熔模铸造熔模的方法，包括：形成包括至少一个凹槽的金属第一型芯元件；将第一型芯元件与模具元件和第二型芯元件的至少一个匹配部件啮合，凹槽用作保持相对于匹配部件的第一型芯元件；组装模具；且将牺牲材料引入 模具从而至少部分地埋置第一型芯元件。

【技术特征摘要】
US 2004-10-29 10/9779741.一种用于形成熔模铸造熔模的方法，包括形成包括至少一个凹槽的金属第一型芯元件；将第一型芯元件与模具元件和第二型芯元件的至少一个匹配部件啮合，凹槽用作保持相对于匹配部件的第一型芯元件；组装模具；且将牺牲材料引入模具从而至少部分地埋置第一型芯元件。2.权利要求1的方法，其中所述第一型芯元件由具有相对的第一和第二表面的片料形成；且所述至少一个凹槽包括第一表面中的第一凹槽和第二表面中的第二对准的凹槽。3.权利要求2的方法，其中第一和第二凹槽是伸长通道。4.权利要求1的方法，其中所述形成包括提供至少一个凹槽，其通过包括至少下列之一的方法激光蚀刻；光蚀刻；和化学刻蚀。5.权利要求1的方法，其中所述啮合包括将第一型芯的第一部分移入匹配部件中的插槽中，使得匹配部件的突出部分被接收到该至少一个凹槽中，从而提供机械反锁效果。6.权利要求1的方法，其中该啮合包括将第一型芯的第一部分置于匹配部件的接收部分；且在第一部分和接收部分之间浇铸固定材料，使得浇铸固定材料的突出部分被接收于至少一个所述凹槽中从而提供机械互锁效果。7.权利要求1的方法，其中所述形成形成了包括该至少一个凹槽的规则凹槽模式；和该啮合使多个规则模式的凹槽暴露在外。8.权利要求1的方法，其中牺牲材料是蜡并且该方法进一步包括使得蜡硬化；和将蜡从模具中释放。9.权利要求1的方法，其中第一金属型芯元件啮合于模具的元件中；和第二金属型芯元件啮合于模具和陶瓷型芯的至少之一。10.一种用于熔模铸造的方法，包括形成根据权利要求1的熔模；在熔模上形成型壳；将牺牲材料从壳上除去从而将第一型芯留在型壳中；将熔融金属引入型壳；使得熔融金属固化；和将型壳和第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA斯奈德，JT比尔斯，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]