[发明专利]用于制作具有薄根部件的铸造部件的一体化铸造芯壳结构

说明书

本发明大体涉及一体化芯壳熔模铸造模具，其提供对应于涡轮叶片或轮叶的薄根部件(即，天使翼、裙部、阻尼器凸耳)的凹口结构。

技术领域

本公开大体涉及熔模铸造芯壳模具部件和运用这些部件的处理。根据本发明制作的芯壳模具包括在模具的芯和壳之间的一体化陶瓷凹口，可以用来形成由这些模具制作的涡轮叶片或定子轮叶中的薄根部件，即，天使翼、阻尼器凸耳和裙部。一体化芯壳模具在铸造操作中提供有用的性质，诸如在制作用于喷气飞行器发动机或发电涡轮部件的涡轮叶片和轮叶的超合金的制造中。

背景技术

许多现代发动机和下一代涡轮发动机要求具有曲折和复杂几何形状的部件和零件，这要求新型材料和制造技术。用于制造发动机零件和部件的常规技术涉及到费力的熔模或失蜡铸造处理。熔模铸造的一个示例涉及到用在燃气涡轮发动机中的典型转子叶片的制造。涡轮叶片一般包括具有径向通道的中空翼型件，径向通道沿着具有至少一个或多个入口的叶片的跨度延伸，用于在发动机操作期间接收加压冷却空气。叶片中的各种冷却通路一般包括蛇形通道，蛇形通道安置在翼型件的在前缘和尾缘之间的中部。翼型件一般包括延伸通过叶片的入口，用于接收加压冷却空气，入口包括局部特征，诸如短的紊流肋或销，用于增加翼型件的受热侧壁和内部冷却空气之间的热传递。

一般由高强度、超合金金属材料制造这些涡轮叶片涉及到图1中示出的诸多步骤。首先，制造精密陶瓷芯以符合涡轮叶片内侧所需的曲折冷却通路。还创建精密压模或模具，其限定涡轮叶片的精确3D外部表面，涡轮叶片包括其翼型件、平台和一体化楔形榫。这种模具结构的示意图在图2中示出。陶瓷芯200组装在两个压模半部内侧，两个压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。将蜡注入组装的压模中以填充空隙并围绕封装其中的陶瓷芯。将两个压模半部分开并从模制蜡中去除。模制蜡具有期望叶片的精确构造，然后涂覆有陶瓷材料以形成围绕的陶瓷壳202。然后，将蜡熔化并从壳202去除，在陶瓷壳202和内部陶瓷芯200和顶腔204之间留出对应的空隙或空间201。然后将熔化的超合金金属倒入壳中以填充其中的空隙，并再次封装容纳在壳202中的陶瓷芯200和顶腔204。熔化的金属冷却并凝固，然后适当地去除外部壳202和内部芯200和顶腔204，留下其中发现有内部冷却通道的期望金属涡轮叶片。为了提供经由浸出处理去除陶瓷芯材料的路径，设置球形槽203和顶销205，在浸出时在涡轮叶片内形成球形槽和顶孔，随后必须钎焊闭合。

然后，铸造涡轮叶片可以经历附加的后铸造改造，诸如但不限于，视所需通过翼型件的侧壁钻出合适的多排膜冷却孔，用于为内部导通的冷却空气提供出口，内部导通的冷却空气然后在燃气涡轮发动机的操作期间在翼型件的外部表面上边形成保护性冷却空气膜或垫。在涡轮叶片从陶瓷模具中去除之后，陶瓷芯200的球形槽203形成通路，随后通路被钎焊闭合，以提供通过铸造涡轮叶片的内部空隙的期望空气路径。然而，这些后铸造改造受到限制，并且鉴于涡轮发动机的复杂性不断增加以及认识到涡轮叶片内侧的某些冷却回路的效率，要求更复杂和曲折的内部几何形状。虽然熔模铸造能够制造这些零件，但是，使用这些常规制造处理制造的位置精度和曲折的内部几何形状变得更复杂。由此，期望提供一种用于具有曲折内部空隙的三维部件的改进铸造方法。

名称为“叶片裙部(Blade Skirt)”的美国专利No.9,039,382描述包括叶片根部的细节的涡轮叶片。叶片300一般具有翼型件302、平台304、柄部306和具有枞树构造的多叶楔形榫308。在叶片300的前侧，具有前天使翼310。在叶片300的后侧，具有远侧后天使翼312，在其径向向内处是近侧后天使翼314，两者之间具有间隙。在近侧后天使翼314的近侧，具有融合到叶片裙部318中的圆角316。可以在叶片300的前侧和后侧之间的柄部306内设置凹部。在该凹部内，具有前阻尼器保持凸耳324和后阻尼器保持凸耳326，它们彼此一起使用以保持阻尼器(未示出)。楔形榫区段308插入转子(未示出)中，使得楔形榫叶328与转子配合以径向上将叶片固定就位。