合成模型铸造制造技术

部件（１０）的合成模型（２８）用其３－Ｄ数字模型（２６）形成。然后在合成模型（２８）内铸造出芯部（４２）。其后将合成模型（２８）从铸造的芯部（４２）取下。铸造芯部（４２）用于铸造围绕芯部的实际部件（１０）。再从实际部件（１０）的内部取出芯部（４２），该实际部件精确地符合原来的合成模型（２８）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及制造工艺，具体地涉及铸造方法。
技术介绍
溶模铸造工艺或失蜡铸造法可用于形成适当材料，比如金属，的复杂三维(3-D)部件。示例性铸件是燃气轮发动机的普通涡轮转子叶片。涡轮叶片包括翼片，其根部整体连接到叶片平台，平台下面整体连接到带有多个突起的支承鸠尾榫。翼片是中空的，包括一个或多个从叶片鸠尾榫内开始的径向通道，通道沿叶片跨度延伸，鸠尾榫具有一个或多个入口，可接受发动机工作时的带压力的冷却空气。翼片中可具有不同形式的复杂的冷却回路，以适应冷却翼片的相对的压力和吸入侧的不同部分，其位于前缘和尾缘之间和从位于平台的根部到径向最外端。复杂的冷却回路包括翼片内沿前缘的专用通道，用于提供内部冲击冷却。沿翼片的薄尾缘的专用通道提供了特定的冷却。多道的曲折通道可设置在翼片的前缘和后缘之间的中部。翼片的三个冷却回路具有对应的延伸通过叶片的鸠尾榫的入口，可单独接受带压力的冷却空气。翼片内的冷却通道可包括局部结构特征，如短湍流肋或销，以增加翼片的加热侧壁和内部冷却空气之间的热传递。分开翼片径向通道的分隔件或桥接件可包括小旁路孔，比如一般的冲击冷却孔，其延伸通过翼片的前桥接件，以便在操作期间冲击冷却前缘的内侧。这样的涡轮叶片一般用高强度超合金金属材料通过传统的铸造工艺制造。在普通的溶模铸造工艺或失蜡铸造法中，首先制造精确的陶瓷芯部，其符合涡轮叶片内要求的复杂冷却通道。同时制造出精密的模具或模子，形成涡轮叶片精确的3-D外表面，其包括翼片、平台和整体形成的鸠尾榫。陶瓷芯部安装在两个半片模具内，模具内具有空间或空腔，形成叶片最终的金属部分。蜡注射到装配好的模具中并充满空腔，围绕封闭其中的陶瓷芯部。然后分开两个半片模具，从模制的蜡上取下模具。模制的蜡具有所要叶片的精确形状，然后用陶瓷材料涂复，形成围绕的陶瓷外壳。使蜡熔化并从外壳中取出，在陶瓷外壳和内部陶瓷芯部之间留下相应的空腔或空间。然后将熔化的金属倒入外壳，充满其中的空腔，再次包围外壳中的陶瓷芯部。使熔化的金属冷却和固化，然后将外部外壳和内部芯部适当地取出，留下所要的金属涡轮叶片，其中形成有内部冷却通道。然后对铸造出的涡轮叶片进行后续加工工序，比如根据需要钻出数排通过翼片侧壁的薄膜冷却孔，提供内部通道中的冷却空气的出口，当燃气涡轮发动机操作时冷却空气在翼片外表面形成保护性冷却空气膜或薄层。燃气涡轮发动机通常通过增加热燃烧气体的温度来提高效率，热燃烧空气在发动机操作期间产生，涡轮叶片从热燃烧空气吸收能量。涡轮叶片用超合金金属形成，如镍基超合金，因为超合金具有高温强度，可增加涡轮叶片的耐用性和使用寿命。翼片内的复杂冷却回路有助于保护叶片免于涡轮发动机操作时被热燃烧空气损坏，提高叶片所要求的长寿命。涡轮叶片内的冷却回路变得越来越复杂，难以适应使用的一定压力的冷却空气和使得其冷却效率最大化。操作期间从压缩机输出用于冷却涡轮叶片的冷却空气不用于燃烧过程，因此降低了发动机的整体效率。改进涡轮翼片冷却的最新进展包括根据需要引入双层壁，以增强翼片的局部冷却。典型的翼片包括主通道，如专用的前缘和后缘通道；和多道曲折通道，提供了翼片的主要冷却。这些通道通常形成于翼片的压力和吸入薄侧壁之间，其中薄壁厚度大约为40到50密尔。引入的翼片双壁结构中，薄内壁设置在翼片的主侧壁和主通道之间，形成较窄的辅助或第二通道。第二壁可包括冲击冷却孔，以连通主流体通道的冲击冷却空气到主侧壁的内表面。引入双壁结构和窄的第二流体通道使得用于涡轮叶片普通溶模铸造的已经够复杂的陶瓷芯部更加复杂。因为陶瓷芯部要完全符合翼片的各种内部空腔，代表了各种冷却通道和内部结构特征，所以当冷却回路的复杂性增加，芯部相应地变得复杂。翼片的各个径向通道要求陶瓷芯部设有相应的径向突出部，而且在铸造过程中突出部必须适当地连接或支承于两片模具的内侧。由于陶瓷芯部的突出部比较薄，如对于第二通道，其强度相应地降低，导致了操作中可发生脆性断裂的芯部生产的有效产量的下降。由于陶瓷芯部是单独制造，然后再安装到两片模具内部，其相对定位有相应的安装误差。翼片的壁比较薄，陶瓷芯部的结构特征也很小和精密，因此，半片模具内的陶瓷芯部的相对位置会出现安装误差，影响到翼片薄壁内的复杂冷却回路的最后尺寸和相对位置。因此，希望提供一种具有复杂内部空腔的3-D部件的改进的铸造方法。
技术实现思路
本专利技术提出一种铸造方法，部件的合成模型用其3-D数字模型形成。然后从合成模型中铸造出芯部。其后将合成模型从铸造出的芯部取下。铸造芯部用于铸造实际部件。再将芯部从实际部件的内部取出，该实际部件精确地符合原来的合成模型。附图说明图1是形成中空涡轮叶片的3-D数字模型和对应的合成模型的示例性方法的示意图；图2是沿图1的剖面2-2的实际部件和合成模型的翼片部分的径向截面图；图3是被两个支承件包围的图1所述合成模型的等角视图；图4是图3所示的合成模型的部分剖开的正视图，合成模型被两个支承件包围，注入陶瓷材料充满合成模型的内部空腔；图5是图4所述的合成模型在取下两个支承件和进行周围陶瓷外壳的涂复工艺后的示意图；图6是图5所示周围带有外壳的合成模型的示意图，其中为了在外壳和芯部之间铸造实际叶片已经取下合成模型，其后将外壳和芯部取下以释放铸造的实际部件。Docket GE 134822零件表10 部件(涡轮叶片)12 翼片14 平台16 固定鸠尾榫18 主通道20 双壁22 第二通道24 数字计算机26 数字模型28 合成模型30 SLA加工32 激光器34 激光束36 SLA材料38 支承件 40 纵向分模面42 陶瓷芯部44 芯部材料46 模制壳体48 涂复材料50 内表面具体实施方式图1显示了进行铸造复制的部件10。部件可具有任何适当的铸造结构，部件是示例性实施例的燃气涡轮发动机的涡轮叶片。示例性的涡轮叶片10包括翼片12，具有通常凹进的压力侧和相对的通常为凸出的吸入侧，在相对的前缘和后缘之间以弦状延伸，并在根部和外端之间的径向跨度间延伸。翼片在其根部整体连接到平台14，根部形成了热燃烧气体的内边界，发动机操作时热燃烧空气通过翼片。带有多个突部的固定鸠尾榫16整体形成于平台的下面，用以固定叶片到对应的鸠尾榫槽中，鸠尾榫槽位于涡轮转盘(未显示)的周边。图1显示的涡轮叶片具有复杂的3-D结构和要求的外形，以用于燃气涡轮发动机。如图2的截面图所示，翼片是中空的，包括适当的内部冷却回路，具有多个径向主通道18。主通道在相对的翼片的薄侧壁之间形成，在整个跨度上延伸，位于延伸通过平台和鸠尾榫的入口内，发动机操作时接受带压力的冷却空气。图2显示的示例性实施例中，翼片的一部分设置了沿压力侧和吸入侧的双壁20，其中形成了比较薄或窄的第二通道22，通道沿翼片的径向跨度延伸。双壁结构包括主压力侧壁或吸入侧壁，其与作为主通道18边界的薄平行内壁结合。内壁紧密地靠近外壁，其间形成狭窄的第二通道22，内壁包括成排的冲击冷却孔，通道之间流体连通，操作时向外壁的内表面提供冲击冷却。如上所述，传统的溶模铸造要求制造陶瓷芯部，其对应于图2显示的各个通道。主通道18的尺寸比较大，产生比较结实的陶瓷突出部。但是，第二通道22比较窄，导致比较薄的陶瓷突出部，因此强度弱于主突出部。图2显示的多个主通道和示例性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造方法，包括：　　　　制作涡轮叶片（１０）的３－Ｄ数字模型（２６）；　　　　利用所述数字模型通过立体光刻法制造所述叶片的的合成模型（２８），其中激光束（３４）引导到３－Ｄ空间对所述数字模型的边界上的材料进行局部固化；　　　　在所述合成模型（２８）内铸造出芯部（４２）；　　　　将所述合成模型（２８）从铸造芯部（４２）上取下；　　　　围绕所述芯部（４２）铸造出实际涡轮叶片（１０）；和　　　　从所述实际叶片（１０）内部取出所述芯部（４２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HP王，CP李，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]