專利名稱：合成模型鑄造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及制造工藝，具體地涉及鑄造方法。
背景技術(shù)：
溶模鑄造工藝或失蠟鑄造法可用于形成適當(dāng)材料，比如金屬，的復(fù)雜三維(3-D)部件。示例性鑄件是燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)的普通渦輪轉(zhuǎn)子葉片。
渦輪葉片包括翼片，其根部整體連接到葉片平臺(tái)，平臺(tái)下面整體連接到帶有多個(gè)突起的支承鳩尾榫。翼片是中空的，包括一個(gè)或多個(gè)從葉片鳩尾榫內(nèi)開始的徑向通道，通道沿葉片跨度延伸，鳩尾榫具有一個(gè)或多個(gè)入口，可接受發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的帶壓力的冷卻空氣。
翼片中可具有不同形式的復(fù)雜的冷卻回路，以適應(yīng)冷卻翼片的相對(duì)的壓力和吸入側(cè)的不同部分，其位于前緣和尾緣之間和從位于平臺(tái)的根部到徑向最外端。
復(fù)雜的冷卻回路包括翼片內(nèi)沿前緣的專用通道，用于提供內(nèi)部沖擊冷卻。沿翼片的薄尾緣的專用通道提供了特定的冷卻。多道的曲折通道可設(shè)置在翼片的前緣和后緣之間的中部。翼片的三個(gè)冷卻回路具有對(duì)應(yīng)的延伸通過(guò)葉片的鳩尾榫的入口，可單獨(dú)接受帶壓力的冷卻空氣。
翼片內(nèi)的冷卻通道可包括局部結(jié)構(gòu)特征，如短湍流肋或銷，以增加翼片的加熱側(cè)壁和內(nèi)部冷卻空氣之間的熱傳遞。分開翼片徑向通道的分隔件或橋接件可包括小旁路孔，比如一般的沖擊冷卻孔，其延伸通過(guò)翼片的前橋接件，以便在操作期間沖擊冷卻前緣的內(nèi)側(cè)。
這樣的渦輪葉片一般用高強(qiáng)度超合金金屬材料通過(guò)傳統(tǒng)的鑄造工藝制造。在普通的溶模鑄造工藝或失蠟鑄造法中，首先制造精確的陶瓷芯部，其符合渦輪葉片內(nèi)要求的復(fù)雜冷卻通道。同時(shí)制造出精密的模具或模子，形成渦輪葉片精確的3-D外表面，其包括翼片、平臺(tái)和整體形成的鳩尾榫。
陶瓷芯部安裝在兩個(gè)半片模具內(nèi)，模具內(nèi)具有空間或空腔，形成葉片最終的金屬部分。蠟注射到裝配好的模具中并充滿空腔，圍繞封閉其中的陶瓷芯部。然后分開兩個(gè)半片模具，從模制的蠟上取下模具。模制的蠟具有所要葉片的精確形狀，然后用陶瓷材料涂復(fù)，形成圍繞的陶瓷外殼。
使蠟熔化并從外殼中取出，在陶瓷外殼和內(nèi)部陶瓷芯部之間留下相應(yīng)的空腔或空間。然后將熔化的金屬倒入外殼，充滿其中的空腔，再次包圍外殼中的陶瓷芯部。
使熔化的金屬冷卻和固化，然后將外部外殼和內(nèi)部芯部適當(dāng)?shù)厝〕?，留下所要的金屬渦輪葉片，其中形成有內(nèi)部冷卻通道。
然后對(duì)鑄造出的渦輪葉片進(jìn)行后續(xù)加工工序，比如根據(jù)需要鉆出數(shù)排通過(guò)翼片側(cè)壁的薄膜冷卻孔，提供內(nèi)部通道中的冷卻空氣的出口，當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)冷卻空氣在翼片外表面形成保護(hù)性冷卻空氣膜或薄層。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常通過(guò)增加熱燃燒氣體的溫度來(lái)提高效率，熱燃燒空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間產(chǎn)生，渦輪葉片從熱燃燒空氣吸收能量。渦輪葉片用超合金金屬形成，如鎳基超合金，因?yàn)槌辖鹁哂懈邷貜?qiáng)度，可增加渦輪葉片的耐用性和使用壽命。
翼片內(nèi)的復(fù)雜冷卻回路有助于保護(hù)葉片免于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)被熱燃燒空氣損壞，提高葉片所要求的長(zhǎng)壽命。
渦輪葉片內(nèi)的冷卻回路變得越來(lái)越復(fù)雜，難以適應(yīng)使用的一定壓力的冷卻空氣和使得其冷卻效率最大化。操作期間從壓縮機(jī)輸出用于冷卻渦輪葉片的冷卻空氣不用于燃燒過(guò)程，因此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。
改進(jìn)渦輪翼片冷卻的最新進(jìn)展包括根據(jù)需要引入雙層壁，以增強(qiáng)翼片的局部冷卻。典型的翼片包括主通道，如專用的前緣和后緣通道；和多道曲折通道，提供了翼片的主要冷卻。這些通道通常形成于翼片的壓力和吸入薄側(cè)壁之間，其中薄壁厚度大約為40到50密爾。
引入的翼片雙壁結(jié)構(gòu)中，薄內(nèi)壁設(shè)置在翼片的主側(cè)壁和主通道之間，形成較窄的輔助或第二通道。第二壁可包括沖擊冷卻孔，以連通主流體通道的沖擊冷卻空氣到主側(cè)壁的內(nèi)表面。
引入雙壁結(jié)構(gòu)和窄的第二流體通道使得用于渦輪葉片普通溶模鑄造的已經(jīng)夠復(fù)雜的陶瓷芯部更加復(fù)雜。因?yàn)樘沾尚静恳耆弦砥母鞣N內(nèi)部空腔，代表了各種冷卻通道和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，所以當(dāng)冷卻回路的復(fù)雜性增加，芯部相應(yīng)地變得復(fù)雜。
翼片的各個(gè)徑向通道要求陶瓷芯部設(shè)有相應(yīng)的徑向突出部，而且在鑄造過(guò)程中突出部必須適當(dāng)?shù)剡B接或支承于兩片模具的內(nèi)側(cè)。由于陶瓷芯部的突出部比較薄，如對(duì)于第二通道，其強(qiáng)度相應(yīng)地降低，導(dǎo)致了操作中可發(fā)生脆性斷裂的芯部生產(chǎn)的有效產(chǎn)量的下降。
由于陶瓷芯部是單獨(dú)制造，然后再安裝到兩片模具內(nèi)部，其相對(duì)定位有相應(yīng)的安裝誤差。翼片的壁比較薄，陶瓷芯部的結(jié)構(gòu)特征也很小和精密，因此，半片模具內(nèi)的陶瓷芯部的相對(duì)位置會(huì)出現(xiàn)安裝誤差，影響到翼片薄壁內(nèi)的復(fù)雜冷卻回路的最后尺寸和相對(duì)位置。
因此，希望提供一種具有復(fù)雜內(nèi)部空腔的3-D部件的改進(jìn)的鑄造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種鑄造方法，部件的合成模型用其3-D數(shù)字模型形成。然后從合成模型中鑄造出芯部。其后將合成模型從鑄造出的芯部取下。鑄造芯部用于鑄造實(shí)際部件。再將芯部從實(shí)際部件的內(nèi)部取出，該實(shí)際部件精確地符合原來(lái)的合成模型。


圖1是形成中空渦輪葉片的3-D數(shù)字模型和對(duì)應(yīng)的合成模型的示例性方法的示意圖；圖2是沿圖1的剖面2-2的實(shí)際部件和合成模型的翼片部分的徑向截面圖；圖3是被兩個(gè)支承件包圍的圖1所述合成模型的等角視圖；圖4是圖3所示的合成模型的部分剖開的正視圖，合成模型被兩個(gè)支承件包圍，注入陶瓷材料充滿合成模型的內(nèi)部空腔；圖5是圖4所述的合成模型在取下兩個(gè)支承件和進(jìn)行周圍陶瓷外殼的涂復(fù)工藝后的示意圖；圖6是圖5所示周圍帶有外殼的合成模型的示意圖，其中為了在外殼和芯部之間鑄造實(shí)際葉片已經(jīng)取下合成模型，其后將外殼和芯部取下以釋放鑄造的實(shí)際部件。
Docket GE 134822零件表10 部件(渦輪葉片)12 翼片14 平臺(tái)16 固定鳩尾榫18 主通道20 雙壁22 第二通道24 數(shù)字計(jì)算機(jī)26 數(shù)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 縱向分模面42 陶瓷芯部44 芯部材料46 模制殼體48 涂復(fù)材料50 內(nèi)表面具體實(shí)施方式
圖1顯示了進(jìn)行鑄造復(fù)制的部件10。部件可具有任何適當(dāng)?shù)蔫T造結(jié)構(gòu)，部件是示例性實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片。
示例性的渦輪葉片10包括翼片12，具有通常凹進(jìn)的壓力側(cè)和相對(duì)的通常為凸出的吸入側(cè)，在相對(duì)的前緣和后緣之間以弦狀延伸，并在根部和外端之間的徑向跨度間延伸。
翼片在其根部整體連接到平臺(tái)14，根部形成了熱燃燒氣體的內(nèi)邊界，發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)熱燃燒空氣通過(guò)翼片。帶有多個(gè)突部的固定鳩尾榫16整體形成于平臺(tái)的下面，用以固定葉片到對(duì)應(yīng)的鳩尾榫槽中，鳩尾榫槽位于渦輪轉(zhuǎn)盤(未顯示)的周邊。
圖1顯示的渦輪葉片具有復(fù)雜的3-D結(jié)構(gòu)和要求的外形，以用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖2的截面圖所示，翼片是中空的，包括適當(dāng)?shù)膬?nèi)部冷卻回路，具有多個(gè)徑向主通道18。主通道在相對(duì)的翼片的薄側(cè)壁之間形成，在整個(gè)跨度上延伸，位于延伸通過(guò)平臺(tái)和鳩尾榫的入口內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)接受帶壓力的冷卻空氣。
圖2顯示的示例性實(shí)施例中，翼片的一部分設(shè)置了沿壓力側(cè)和吸入側(cè)的雙壁20，其中形成了比較薄或窄的第二通道22，通道沿翼片的徑向跨度延伸。雙壁結(jié)構(gòu)包括主壓力側(cè)壁或吸入側(cè)壁，其與作為主通道18邊界的薄平行內(nèi)壁結(jié)合。內(nèi)壁緊密地靠近外壁，其間形成狹窄的第二通道22，內(nèi)壁包括成排的沖擊冷卻孔，通道之間流體連通，操作時(shí)向外壁的內(nèi)表面提供沖擊冷卻。
如上所述，傳統(tǒng)的溶模鑄造要求制造陶瓷芯部，其對(duì)應(yīng)于圖2顯示的各個(gè)通道。主通道18的尺寸比較大，產(chǎn)生比較結(jié)實(shí)的陶瓷突出部。
但是，第二通道22比較窄，導(dǎo)致比較薄的陶瓷突出部，因此強(qiáng)度弱于主突出部。圖2顯示的多個(gè)主通道和示例性的兩個(gè)第二通道的復(fù)雜性要求特殊制造多件的陶瓷芯部和其多個(gè)突出部，這些件后來(lái)要適當(dāng)?shù)剡B接到一起，以用于傳統(tǒng)的溶模鑄造。
下面介紹改進(jìn)的鑄造方法，該方法可容易和精確地形成如圖2所示的多個(gè)通道，包括窄的第二通道22，所要求的陶瓷芯部，無(wú)關(guān)其結(jié)構(gòu)和相對(duì)尺寸。
更具體地，圖1顯示的渦輪葉片10可以任何傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)和形成，包括在傳統(tǒng)的數(shù)字計(jì)算機(jī)24使用適當(dāng)?shù)某绦蚧浖M(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD?，F(xiàn)在工業(yè)部門對(duì)于高度復(fù)雜的部件，如渦輪葉片，通常采用3-D定義或模型，用三維坐標(biāo)表示部件的整個(gè)結(jié)構(gòu)，包括其外表面和內(nèi)表面。
因此，圖1所顯示的渦輪葉片10可以用3-D數(shù)字模型26來(lái)表示，數(shù)字模型包括精確定義的其整個(gè)外表面，包括翼片12，平臺(tái)14和鳩尾榫16，以及用各個(gè)通道18，22表示的內(nèi)表面，如圖2所示。
在普通的操作中，渦輪葉片10的3-D模型26用于形成普通的陶瓷芯部和互補(bǔ)的外部模具(未顯示)，用于溶模鑄造。但是，如上所述，翼片內(nèi)引入雙壁結(jié)構(gòu)和窄的第二通道22增加了葉片進(jìn)行傳統(tǒng)溶模鑄造的復(fù)雜性和成本，同時(shí)還由于形成第二通道22所要求的薄陶瓷突出部的脆性，減少了產(chǎn)量。
在改進(jìn)的鑄造工藝和方法中，形成的渦輪葉片10的3-D模型26用于形成中空葉片10的3-D合成模型28。
例如，圖1示意性地顯示了形成合成模型28的立體光刻裝置(SLA)或設(shè)備30，合成模型可完全相同地符合進(jìn)行制造的實(shí)際或真正的渦輪葉片10。SLA裝置30具有傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，一般包括設(shè)置在機(jī)器人臂端部的激光器32，其可通過(guò)裝置的數(shù)字控制器適當(dāng)?shù)乜刂坪投ㄎ挥?-D空間，數(shù)字控制器具有數(shù)字化程序，可控制其各種功能。
適當(dāng)?shù)牧Ⅲw光刻材料36，如液體樹脂，容納于容器中，從激光器32發(fā)出的激光束34對(duì)容器中的樹脂進(jìn)行局部固化，以建立或形成合成模型28。合成模型支承于容器中適當(dāng)?shù)墓潭?，激光束根?jù)儲(chǔ)存在裝置30中的3-D模型26精確地引導(dǎo)到模型的整個(gè)結(jié)構(gòu)上，一層一層地形成模型。
實(shí)際渦輪葉片20的相同數(shù)字模型26用于SLA裝置30形成基本相同的合成模型28，結(jié)果是兩個(gè)葉片互相基本一致，只是材料成分不同。圖1顯示的實(shí)際葉片10用適當(dāng)?shù)某辖鸾饘傩纬桑糜谄胀ǖ娜細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，而葉片的合成模型28用適當(dāng)?shù)腟LA材料36形成，通過(guò)激光器32固化成固體形式。
圖2顯示了圖1顯示的實(shí)際葉片10以及圖1顯示的合成模型葉片28的相同的徑向截面圖，葉片10用超合金金屬形成，葉片28用合成SLA材料形成。
圖1所示的合成模型28由固體的SLA材料形成，包括整個(gè)葉片的精確外部結(jié)構(gòu)和表面，并包括精確的內(nèi)部冷卻回路，回路包括主通道和第二通道18，22，如圖2所示。合成模型28的精確位置可根據(jù)需要而變化，以便以適當(dāng)?shù)木戎噩F(xiàn)實(shí)際葉片的各種結(jié)構(gòu)特征。
更精確的合成模型28要求數(shù)字模型26有更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這方面只是受到控制SLA裝置30的模型的實(shí)際應(yīng)用的限制。各個(gè)合成模型28應(yīng)當(dāng)盡可能快地形成，以提高整個(gè)鑄造過(guò)程的生產(chǎn)率，各個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的多種發(fā)動(dòng)機(jī)要求生產(chǎn)相當(dāng)多的渦輪葉片。
圖3顯示了SLA裝置制作出的3-D合成模型28。由于SLA材料30是低強(qiáng)度的非金屬材料，沒(méi)有金屬那樣高的強(qiáng)度，最好對(duì)合成模型進(jìn)行支承或包圍，圍繞其外表面提供支承結(jié)構(gòu)。
例如，合成模型28可受到一對(duì)互補(bǔ)的支承件38的支承，其沿縱向分模面40包圍合成模型，如圖4所示。兩個(gè)支承件38最好基本上完全地沿模型外表面包圍合成模型28，除了后面鑄造工藝要用到的小入口或出口。
兩個(gè)支承件38圍繞合成模型用螺栓或卡接件適當(dāng)?shù)剡B接到一起，然后在中空的合成模型內(nèi)鑄造出陶瓷芯部42，以形成原來(lái)設(shè)置的各個(gè)空腔。
芯部可通過(guò)壓力下注入適當(dāng)芯部材料44到支承的合成模型28中進(jìn)行鑄造，注射成型的芯部然后通過(guò)干燥和加熱進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓袒?br> 圖5示意性地顯示了芯部42形成后從合成模型28取下兩個(gè)支承件。如上所述，兩個(gè)支承件提供了對(duì)較薄弱的合成模型28的結(jié)構(gòu)支承，使得形成內(nèi)部芯部的注射過(guò)程中，薄弱的SLA材料不會(huì)變形或突起，使得所要求的尺寸變形。
但是在可選擇的實(shí)施例中，硬化或固化的SLA材料具有的足夠強(qiáng)度，可抵抗芯部材料的注入壓力，在該實(shí)施例中不必設(shè)置支承件。
如圖5所示，當(dāng)鑄造出內(nèi)部芯部42后，模型的外表面不受支承件阻擋地暴露在外，可圍繞合成模型28形成模制外殼。
例如，圖5所示的合成模型28可浸入容納涂層材料48的容器中進(jìn)行多層的模型涂復(fù)，固化后形成后來(lái)的外殼46。整個(gè)合成模型28可一層一層地涂復(fù)，直到外殼46具有足夠的厚度。
在圖5所示的優(yōu)選實(shí)施例中，芯部材料44是適合注射到合成模型28形成陶瓷芯部42的陶瓷漿。外殼材料48也是陶瓷漿，用于涂復(fù)合成模型28以形成單個(gè)結(jié)構(gòu)的周圍外殼46。用于芯部42和外殼46的陶瓷材料然后通過(guò)干燥和加熱進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓袒固沾刹牧瞎袒谶m當(dāng)位置。
圖6示意性地顯示了通過(guò)熔化、燃燒、溶解或其他任何適當(dāng)方式將特定形式的形成合成模型的SLA材料取出，合成模型28可適當(dāng)?shù)貜奶沾尚静?2周圍和從周圍的陶瓷外殼46內(nèi)側(cè)取出?？赏ㄟ^(guò)在包圍的模型28的底部設(shè)置接近孔可方便地實(shí)現(xiàn)，孔對(duì)準(zhǔn)陶瓷芯部的相應(yīng)的入口突出部。
當(dāng)如圖6所示從外殼46取出合成模型后，其中留出相應(yīng)的空腔，圍繞外殼內(nèi)的陶瓷芯部42。該空腔對(duì)應(yīng)于由形成實(shí)際葉片10的金屬部分的精確形狀。
因此，實(shí)際葉片10在取出模型蠟后可方便地通過(guò)與傳統(tǒng)的溶模鑄造相同的工藝步驟圍繞芯部42在外殼46內(nèi)鑄造出。例如，可通過(guò)位于外殼46的鳩尾榫端的進(jìn)入孔注入熔化的金屬，利用重力充填外殼46內(nèi)的空腔，外殼適當(dāng)?shù)卦O(shè)置成位于顛倒的位置。外殼46的頂端可設(shè)置適當(dāng)?shù)某隹诳?，以便?dāng)熔化的材料充填空腔時(shí)從外殼排出空氣。
然后使熔化的金屬在陶瓷外殼46內(nèi)圍繞陶瓷芯部42冷卻和固化，形成實(shí)際的葉片10。外殼46然后通過(guò)打碎或溶解脆性的陶瓷材料從鑄造的葉片10周圍適當(dāng)?shù)厝〕?。因此，陶瓷芯?2可通過(guò)傳統(tǒng)的方式，如化學(xué)浸出，從鑄造的葉片10適當(dāng)?shù)厝〕?。通過(guò)這種方式，從包圍的外殼46釋放鑄造葉片10，取出芯部42形成內(nèi)部冷卻回路。
這樣鑄造出的葉片然后進(jìn)行鑄造后處理，如在側(cè)壁上鉆出成排的薄膜冷卻孔。
使用圖4所示的合成模型28的特別優(yōu)點(diǎn)是，互相連接的主通道18和第二通道22可在固化后通過(guò)注入陶瓷材料44進(jìn)行充填，形成整體的或單一的陶瓷芯部42。整個(gè)合成模型28內(nèi)的所有空腔可用陶瓷材料充滿，形成精確的最終芯部，其精確地位于合成模型28內(nèi)。
因此，如圖6所示，從周圍的陶瓷外殼46內(nèi)取出合成模型28后，圍繞芯部形成的空腔精確地代表最終金屬渦輪葉片結(jié)構(gòu)的實(shí)際或真正形式。在外殼46內(nèi)注入熔化材料可相同地復(fù)制前面容納其中的合成模型，實(shí)際葉片可用希望的最終材料形成，而合成模型可包括不同的SLA材料。
因此，圖6顯示的最終實(shí)際渦輪葉片10精確地復(fù)制了合成模型28，以及圖1顯示的原始數(shù)字模型26，誤差未超出原始數(shù)字模型的誤差。圖6顯示的渦輪葉片10的外部結(jié)構(gòu)包括翼片12，平臺(tái)14和整體形成的鳩尾榫16，精確重現(xiàn)了數(shù)字模型。此外，鑄造的渦輪葉片10內(nèi)的內(nèi)部冷卻回路也精確地重現(xiàn)了數(shù)字模型表示的對(duì)應(yīng)回路。
由于陶瓷芯部42本身在合成模型28中模制，其相對(duì)位置通過(guò)固化SLA材料精確地保持。此外，合成模型28的外部結(jié)構(gòu)在包圍的外殼46內(nèi)精確的模制。通過(guò)這種方式，陶瓷芯部42精確地定位于陶瓷外殼46內(nèi)，可精確地復(fù)制最后鑄造葉片的內(nèi)表面和外表面之間的對(duì)應(yīng)壁厚。
注意到圖6顯示的實(shí)際葉片10利用陶瓷外殼46內(nèi)的陶瓷芯部42進(jìn)行鑄造，無(wú)需傳統(tǒng)的通常用于失蠟鑄造法的模具。圖3顯示了使用的可選擇的支承件38，其進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)以支承或支持較薄弱的合成模型28，支承件通常具有常規(guī)的模具形式，但不具有模具的功能。
更具體地，傳統(tǒng)的模具必須用適當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度的金屬和精確的機(jī)械加工形成，以形成與進(jìn)行鑄造的葉片互補(bǔ)的外表面。在失蠟鑄造法中在中間步驟期間重復(fù)使用傳統(tǒng)的模具，其中蠟注入芯部和模具之間，精確地形成等同于最后部件或葉片的蠟型。
對(duì)比之下，圖3顯示的預(yù)形成的合成模型28精確地顯示實(shí)際葉片的最后形狀，誤差在圖1顯示的數(shù)字模型26的制造誤差的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的鑄造工藝中不使用蠟，因此不需要蠟?zāi)Ｋ玫膫鹘y(tǒng)模具。
圖3顯示的合成模型28包括外表面，具有符合空氣動(dòng)力學(xué)的翼片部分，其連接到支承于整體形成的鳩尾榫的平臺(tái)內(nèi)邊界。合成模型的外表面具有第一尺寸誤差，處于圖1顯示的數(shù)字模型26的希望精度范圍內(nèi)。一般地，合成模型28和后來(lái)的實(shí)際葉片10的外部尺寸具有特定的制造誤差，數(shù)密爾或更小，葉片的翼片部分在尺寸、結(jié)構(gòu)和平滑表面上具有很高的精度。
但是，由于圖3顯示的支承件38只是在陶瓷材料壓力下注入期間提供對(duì)合成模型的支承，不要求具有較高的制造精度，以及較高的成本。圖3顯示的兩個(gè)互補(bǔ)的支承件38具有相應(yīng)的內(nèi)表面50，其與相對(duì)的合成模型28的對(duì)應(yīng)外表面互補(bǔ)。
分模面40可方便地沿著翼面的上彎線從前緣和后緣向外發(fā)展。通過(guò)這種方式，一個(gè)支承件設(shè)置成適合翼面的凹進(jìn)壓力側(cè)和平臺(tái)及鳩尾榫的相應(yīng)側(cè)，另一個(gè)支承件設(shè)置成適合翼面的凸出吸入側(cè)和平臺(tái)及鳩尾榫的相應(yīng)側(cè)。
兩個(gè)支承件38可用適當(dāng)?shù)慕饘傩纬?，以提供足夠的?qiáng)度，內(nèi)部表面50可加工成具有第二尺寸誤差，其可基本上大于合成模型28的第一尺寸誤差。不要求支承件的內(nèi)表面50與合成模型28的相應(yīng)外表面一致地配合，而是只要大概地配合這些表面，以便在芯部鑄造過(guò)程中能夠限制其變形。
通過(guò)這種方式，支承件可用比傳統(tǒng)的金屬模具材料便宜的材料形成，可具有較低的加工精度，以便極大地降低成本，因此，降低了鑄造實(shí)際葉片的成本。
如上所述，可根據(jù)合成模型28的強(qiáng)度、模型的形式和結(jié)構(gòu)以及希望的芯部，和鑄造芯部的注射壓力來(lái)選擇是否使用支承件38。
圖1顯示了形成合成模型28的示例性的SLA工藝。其他的可精確地形成合成模型的傳統(tǒng)工藝也可以使用，其中內(nèi)部空腔和外表面都精確地復(fù)制出，以便用于上面介紹的鑄造工藝。
由于其復(fù)雜性，鑄造的渦輪葉片形式只是特殊的示例，其優(yōu)點(diǎn)在于可以較低的成本提高葉片鑄造精度。其他形式的部件也可以進(jìn)行鑄造，精確地復(fù)制外部結(jié)構(gòu)和表面以及希望的內(nèi)部空腔或表面。
盡管已經(jīng)介紹了本發(fā)明的優(yōu)選和示例性的實(shí)施例，很明顯，所述領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所介紹的本發(fā)明內(nèi)容可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行其他改進(jìn)。因此，這些改進(jìn)未脫離所附權(quán)利要求，所有的改進(jìn)都屬于本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鑄造方法，包括制作渦輪葉片(10)的3-D數(shù)字模型(26)；利用所述數(shù)字模型通過(guò)立體光刻法制造所述葉片的的合成模型(28)，其中激光束(34)引導(dǎo)到3-D空間對(duì)所述數(shù)字模型的邊界上的材料進(jìn)行局部固化；在所述合成模型(28)內(nèi)鑄造出芯部(42)；將所述合成模型(28)從鑄造芯部(42)上取下；圍繞所述芯部(42)鑄造出實(shí)際渦輪葉片(10)；和從所述實(shí)際葉片(10)內(nèi)部取出所述芯部(42)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在鑄造出所述芯部(42)后圍繞所述合成模型(28)形成外殼；從所述芯部(42)周圍和所述外殼(46)的內(nèi)側(cè)取出所述合成模型(28)；圍繞所述芯部(42)和在所述外殼(46)內(nèi)鑄造所述實(shí)際葉片(10)；和從所述鑄造的實(shí)際葉片周圍取下所述外殼(46)和從所述葉片內(nèi)取出所述芯部(42)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在鑄造所述芯部(42)前對(duì)所述合成模型(28)進(jìn)行支承；和注射芯部材料(44)到受到支承的所述合成模型(28)，鑄造出所述芯部(42)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括沿合成模型外表面基本上完全支承所述合成模型(28)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括用涂層材料(48)涂復(fù)所述合成模型(28)，在其周圍形成外殼(46)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述芯部材料(44)是注入所述合成模型(28)的陶瓷漿；和所述外殼材料(48)是涂復(fù)所述合成模型(28)的陶瓷漿。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述合成模型(28)通過(guò)一對(duì)互補(bǔ)的支承件(38)進(jìn)行支承，所述支承件沿縱向的分模面(46)圍繞所述合成模型(28)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述合成模型(28)包括外表面，其具有第一尺寸誤差；和所述支承件(38)包括內(nèi)表面(50)，與所述模型兩側(cè)的外表面互補(bǔ)，所述內(nèi)表面(50)具有第二尺寸誤差，其大于所述第一尺寸誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述合成模型(28)包括中空的翼片(12)，其具有沿跨度延伸的主通道，沿一個(gè)所述主通道的雙層壁(20)，具有與附近的主通道流體連通的第二通道(22)；所述芯部材料(42)注入所述主通道(18)，然后進(jìn)入所述第二通道(22)，形成整體的芯部。
10.用權(quán)利要求9所述方法鑄造出的渦輪葉片(10)。
全文摘要
部件(10)的合成模型(28)用其3－D數(shù)字模型(26)形成。然后在合成模型(28)內(nèi)鑄造出芯部(42)。其后將合成模型(28)從鑄造的芯部(42)取下。鑄造芯部(42)用于鑄造圍繞芯部的實(shí)際部件(10)。再?gòu)膶?shí)際部件(10)的內(nèi)部取出芯部(42)，該實(shí)際部件精確地符合原來(lái)的合成模型(28)。
文檔編號(hào)B22D25/02GK1718326SQ200510081959
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者H·-P·王, C·-P·李 申請(qǐng)人:通用電氣公司