[发明专利]使用镶铸式型芯参照结构的方法和设备

说明书

本公开大体上涉及用于形成铸造部件的方法和设备，所述铸造部件具有与铸造型芯对准的镶铸结构。在铸造壳内围绕铸造型芯铸造部件。铸造型芯具有第一结构，该第一结构形成铸造部件的对应的第二结构。铸造型芯包括第三对准结构，该第三对准结构形成铸造部件的与铸造部件的第二结构间隔开的对应的第四结构。基于铸造部件的第四结构，加工工具与铸造部件的第二结构对准。加工工具加工铸造部件以形成与第二结构对准的至少一个通路。

技术领域

本公开大体上涉及铸造型芯构件和使用这些型芯构件的过程。

背景技术

许多现代的发动机和下一代涡轮发动机需要具有错综复杂的几何结构的构件和部件，这需要新型的材料和制造技术。用于制造发动机部件和构件的常规技术涉及熔模铸造或失蜡铸造的费力过程。熔模铸造的一个示例涉及用于燃气涡轮发动机中的典型的转子叶片的制造。涡轮叶片通常包括中空翼型件，该中空翼型件具有沿着叶片的翼展延伸的径向通道，该径向通道具有至少一个或多个在发动机的工作期间用于接收加压冷却空气的入口。在叶片中的多个冷却通路中，包括在前缘和后缘之间设置在翼型件中间的曲折通道。翼型件通常包括延伸通过叶片用于接收加压冷却空气的入口，入口包括局部结构，诸如短湍流肋或销，用于提高在翼型件的被加热的侧壁和内部冷却空气之间的热传递。

这些涡轮叶片(通常由高强度超合金金属材料制造)的制造涉及许多步骤。首先，精密陶瓷型芯被制造成适形于涡轮叶片内部所需的错综的冷却通路。还形成精密的模或模具，其限定涡轮叶片(包括其翼型件、平台和整体燕尾件)的精密3-D外部表面。陶瓷型芯装配在两个模半部的内部，所述模半部在其间形成限定叶片的所得金属部分的空间或空隙。将蜡注入装配好的模中以填充空隙并包围包封在其中的陶瓷型芯。将两个模半部分开并从模制的蜡上移除。模制的蜡具有所需叶片的精密构造，并然后用陶瓷材料涂覆模制的蜡以形成包围的陶瓷壳。然后，蜡被熔融并从壳上移除，从而在陶瓷壳和内部陶瓷型芯之间留下相应的空隙或空间。然后将熔融超合金金属浇注到壳中以填充其中的空隙，并再次包封容纳在壳中的陶瓷型芯。熔融金属被冷却和凝固，并然后适当地移除外部壳和内部型芯，从而留下所需的金属涡轮叶片，在涡轮叶片中得到内部冷却通路。

然后，铸造的涡轮叶片可经历另外的铸造后的改良，诸如但不限于根据需要穿过翼型件的侧壁而钻出合适的薄膜冷却孔排，用于提供用于在内部导送的冷却空气的出口，空气然后在燃气涡轮发动机中的工作期间在翼型件的外部表面上形成保护性冷却空气膜或覆层。然而，这些铸造后的改良是有限的，并且考虑到涡轮发动机的不断增加的复杂性和涡轮叶片内部的某些冷却回路的所认可的效率，需要更复杂且错综的内部几何结构。而且，随着内部几何结构越来越错综复杂，需要另外的加工来与内部结构对准。例如，穿过翼型件的侧壁而钻出的冷却孔应该与内部空气通路对准。

在常规方法中，铸造部件包括由铸造壳在部件的外部表面中形成的外部铸造基准面。部件被装载在夹具中，夹具强迫部件抵靠在铸造基准面上。然后基于部件的三维模型(例如，计算机辅助设计(CAD)模型)加工部件。本发明人已发现，在一些情形中，由铸造型芯形成的结构由于在内部铸造结构的生产中出现的型芯偏移可偏离铸造基准面。因此，使用标称的CAD几何结构的基于外部基准面的加工可为困难的或不准确的。因此，期望提供用于具有错综的内部空隙的三维构件的改进的铸造方法。

发明内容

下面呈现本发明的一个或多个方面的简化概述，以便提供对这些方面的基本了解。此概述不是所有设想的方面的广泛概览，并且旨在既不是标识所有方面的关键或重要要素，也不是描绘任何或所有方面的范围。其目的是以简化形式呈现一个或多个方面的某些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一个方面，本公开提供制造具有至少一个通路的铸造部件的方法。方法包括在铸造壳内围绕铸造型芯铸造铸造部件。铸造型芯具有第一结构，第一结构形成铸造部件的对应的第二结构。铸造型芯包括第三对准结构，第三对准结构形成铸造部件的与铸造部件的第二结构间隔开的对应的第四结构。方法包括基于铸造部件的第四结构使加工工具与铸造部件的第二结构对准。方法包括用加工工具加工铸造部件以形成与第二结构对准的至少一个通路。