本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，更具體地涉及制造用于鑄件的陶瓷芯的領(lǐng)域，該芯將被容納在鑄模中，用于在此模具中制造的鑄件中形成內(nèi)腔。

背景技術(shù)：

此芯可具體用于損失模型鑄造方法或失蠟鑄造方法中。所稱的“損失模型”鑄造方法或“失蠟”鑄造方法自古以來(lái)就已知。它們特別適于制造形狀復(fù)雜的金屬零件。因此，失蠟鑄造特別用于制造渦輪機(jī)葉片。在本文中，術(shù)語(yǔ)“渦輪機(jī)”用于表示其中可以在流體流和至少一個(gè)轉(zhuǎn)子之間傳遞能量的任何機(jī)器，例如壓氣機(jī)、泵、渦輪機(jī)、螺旋槳或多個(gè)這些元件的組合。術(shù)語(yǔ)“葉片”用于覆蓋有助于渦輪機(jī)中的此能量傳遞的任何翼型元件，無(wú)論是靜止的還是旋轉(zhuǎn)的。失蠟鑄造對(duì)于制造特別有用。

在失蠟鑄造中，第一步驟通常是由具有相對(duì)低的熔化溫度的可熔材料，例如蠟或樹脂，制成一模型。然后將該模型與將要用耐火材料覆蓋的鑄造樹結(jié)合以形成一模具。在模具的可熔性材料已經(jīng)從模具的內(nèi)部移除或去除之后(因此術(shù)語(yǔ)“損失”在這些方法中得名)，熔融金屬被澆注到模具中，以便填充模具中的腔，該腔通過從模具中移除或去除模型而形成。一旦金屬冷卻和固化，可打開或破壞模具，以回收具有模型形狀的金屬零件。在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“金屬”不僅包括純金屬，而且尤其包括金屬合金。

為了在通過此鑄造方法獲得的金屬零件內(nèi)形成復(fù)雜的內(nèi)腔，可以在各模型中結(jié)合一個(gè)或多個(gè)耐火芯。這些耐火芯在可熔材料已被移除之后保留在每個(gè)模具內(nèi)的適當(dāng)位置，從而能夠在模具中制造的鑄件內(nèi)部形成復(fù)雜的形狀。它們隨后可在將該零件從模具中取出時(shí)與模具的其余部分一起去除。

通常，此耐火芯由陶瓷材料制成并在鑄造方法中構(gòu)成消耗品。為了制造它們，已經(jīng)開發(fā)了注塑成型方法，其中將包含陶瓷顆粒和聚合物粘合劑的漿料在壓力下注入模具腔中以形成芯，然后對(duì)芯進(jìn)行燒制以使其固結(jié)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)芯在鑄造過程中經(jīng)受的力的能力，該芯在其初始燒制之后在再次第二次燒制之前也可以用樹脂浸漬。

然而，制造此芯時(shí)的廢品率可相對(duì)高，特別是當(dāng)它們的形狀復(fù)雜時(shí)。這是由于在芯的燒制和隨后的冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，該內(nèi)應(yīng)力可在芯的某些臨界點(diǎn)中引起開裂。特別是，尤其當(dāng)其將在渦輪機(jī)葉片中形成冷卻回路時(shí)，芯可以具有側(cè)向突起，該側(cè)向突起可然后用于形成通向葉片的外表面的出口通道，尤其形成在葉片的后邊緣中的出口槽。在這種情況下，可在至少一個(gè)側(cè)向突起的根部處形成裂紋。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明尋求彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。特別地，本公開試圖提出一種制造用于鑄件的陶瓷芯的方法，使得可避免在芯的至少一個(gè)第一側(cè)向突起的根部處形成裂紋。

在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，該目的通過如下事實(shí)實(shí)現(xiàn)：該方法至少包括以下步驟：將包含陶瓷顆粒和聚合物粘合劑的漿料注入模腔中以與至少一個(gè)鄰近于所述第一側(cè)向突起的附加的側(cè)向突起一起形成其形狀對(duì)應(yīng)于芯的形狀的零件的步驟；對(duì)該零件進(jìn)行燒制的步驟；以及在所述燒制步驟之后從該零件中去除所述附加的側(cè)向突起的步驟。

通過這些措施，在燒制過程中趨向于產(chǎn)生裂紋的內(nèi)應(yīng)力可集中在零件的附加的側(cè)向突起上，該附加的側(cè)向突起隨后可執(zhí)行犧牲作用，因?yàn)槠潆S后被去除并且不再在成品陶瓷芯上被發(fā)現(xiàn)。該芯的第一側(cè)向突起與任何其他相鄰的側(cè)向突起一起可隨后避免此裂紋的形成，從而降低廢品率。

為了更好地固結(jié)該零件，該方法還可包括在所述燒制步驟之后用樹脂浸漬零件的步驟。該浸漬步驟可以在去除附加的側(cè)向突起之前或之后進(jìn)行。

為了更好地將零件的內(nèi)應(yīng)力集中在附加的側(cè)向突起上，該附加的側(cè)向突起可具有一橫截面，該橫截面的面積對(duì)應(yīng)于在相同平面內(nèi)的第一側(cè)向突起的橫截面的面積的75％至125％。特別地，該附加的側(cè)向突起可具有平行于該零件的橫向軸線的一厚度和/或平行于該零件的縱向軸線的一寬度，該厚度對(duì)應(yīng)于平行于同一橫向軸線的第一側(cè)向突起的厚度的90％至110％，該寬度對(duì)應(yīng)于平行于同一縱向軸線的第一側(cè)向突起的寬度的90％至110％。

芯的形狀不僅可具有第一側(cè)向突起，而且還可具有平行于零件的縱向軸線相互間隔開的多個(gè)側(cè)向突起，特別是具有隨著遠(yuǎn)離第一側(cè)向突起而減小的橫截面。該零件的附加的側(cè)向突起可沿著相同的軸線并且沿著與所述多個(gè)側(cè)向突起的其他側(cè)向突起相反的方向與所述第一側(cè)向突起間隔開。在這種情況下，為了更好地將內(nèi)應(yīng)力集中在附加的側(cè)向突起上，在零件的附加的側(cè)向突起與第一側(cè)向突起之間的最小距離可是第一側(cè)向突起與所述多個(gè)側(cè)向突起中的最靠近的所述側(cè)向突起之間的最小距離的0.7倍至2.5倍，特別是1倍至1.5倍。

特別是，芯可用于接收在用于制造渦輪機(jī)葉片的鑄模中，以便在葉片中形成冷卻回路，所述第一側(cè)向突起在后邊緣中形成出口槽。

附圖說明

通過閱讀通過非限制性例子給出的實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，可很好地理解本發(fā)明并且其優(yōu)點(diǎn)將更顯而易見。該描述指的是附圖，其中：

圖1是通過本發(fā)明的方法制造的陶瓷芯的視圖；

圖2A是在去除附加的側(cè)向突起之前形成芯的零件的側(cè)視圖；以及

圖2B是在平面IIB-IIB上的截面中的相同零件的視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了使用構(gòu)成本發(fā)明的特定實(shí)施例的方法制造的陶瓷芯1。陶瓷芯1用于通過失蠟鑄造來(lái)制造渦輪機(jī)葉片2(以虛線繪制)。如圖所示，芯1具有四個(gè)側(cè)向突起11，12，13和14，側(cè)向突起11，12，13和14平行于芯1的橫向軸線X，并且平行于芯1的縱向軸線Z相互偏移。這四個(gè)側(cè)向突起11，12，13和14是齒的形式，并且用于在葉片2中形成用于葉片2的冷卻回路的后邊緣出口槽。

在制造芯1的第一步驟中，將含有例如由微米尺寸的二氧化硅顆粒構(gòu)成的陶瓷顆粒的漿料，和用于賦予該漿料所需粘度的聚合物粘合劑的漿料在例如位于5兆帕(MPa)至70MPa的范圍5內(nèi)的高壓下注入其形狀對(duì)應(yīng)于芯1形狀，但加上附加的側(cè)向突起的模腔中。這制造出一中間零件，該中間零件通過在燒制步驟過程中燒結(jié)陶瓷顆粒而固結(jié)。例如，該燒制步驟可具有在30小時(shí)至45小時(shí)的范圍內(nèi)的總持續(xù)時(shí)間，其中一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)在80℃，另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)在1200℃，以便不僅確保陶瓷顆粒被燒結(jié)，而且聚合物粘合劑也被去除。

以這種方式固結(jié)的中間零件10在圖2A和2B中示出。如圖2A中所示，用于形成芯1的中間零件10具有至少一個(gè)附加的側(cè)向突起15，側(cè)向突起15適于在燒制中間零件10之后且在使用芯1之前被去除。因此，在所示的實(shí)施例中，除了芯1的四個(gè)側(cè)向突起11，12，13和14之外，該中間零件還具有與第一側(cè)向突起11相鄰的附加的側(cè)向突起15，在所示的實(shí)施例中，第一側(cè)向突起11是該四個(gè)側(cè)向突起11，12，13和14中的最靠近葉片2的根部的一個(gè)側(cè)向突起。更具體說，附加的側(cè)向突起15與遠(yuǎn)離其他側(cè)向突起12，13和14的第一側(cè)向突起11間隔開。在零件10上，附加的側(cè)向突起15與第一側(cè)向突起11之間沿著平行于縱向軸線Z的方向的最小距離d₀為在第一側(cè)向突起11與隨后的側(cè)向突起12之間的最小距離d₁的0.7倍至2.5倍的范圍內(nèi)。特別是，距離d₀可在距離d₁的1倍至1.5倍的范圍內(nèi)。

圖2B示出了在圖2A的截面IIB-IIB中的側(cè)向突起15，11，12，13和14的橫截面。如該圖示意性所示，附加的側(cè)向突起15的橫截面的面積s₀類似于第一側(cè)向突起11的橫截面的面積s₁。特別是，面積s₀可位于面積s₁的75％至125％的范圍內(nèi)。特別是，兩個(gè)面積s₀和s₁可大致相等。其他側(cè)突起12，13和14的橫截面的面積s₂，s₃和s₄可從第一側(cè)突起11的橫截面的面積s₁減小，其方式為：s₁>s₂>s₃>s₄，或者至少它們?nèi)啃∮诿娣es₀和s₁。

在所示的實(shí)施例中，每個(gè)側(cè)向突起15，11，12，13和14均具有大致為矩形的截面。附加的側(cè)向突起15沿著分別與縱向軸線Z平行和與垂直于第一橫向軸線X的第二橫向軸線Y平行的方向的寬度l₀和厚度e₀可各自具有一值，該值在第一側(cè)向突起11的相應(yīng)尺寸l₁和e₁的90％至110％的范圍內(nèi)。

由于零件10被燒制和燒結(jié)，其收縮，從而在零件10中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。這些內(nèi)應(yīng)力可在附加的側(cè)向突起15的根部處產(chǎn)生裂紋，這因此起到犧牲作用，以避免在第一側(cè)向突起11中或在隨后的側(cè)向突起12，13和14中形成裂紋。然而，在隨后的步驟中，附加的側(cè)向突起15通過例如機(jī)械加工而被去除，以便為零件10提供芯1的最終形狀。因此，裂紋與附加的側(cè)向突起15一起被去除。

在另一個(gè)步驟中，這可以在去除附加的側(cè)向突起15之前或優(yōu)選在其之后進(jìn)行，可用熱固性樹脂浸漬零件10，以使其具有更好的機(jī)械性能。

在這些步驟之后，從陶瓷顆粒和聚合物粘合劑的漿料開始，經(jīng)過具有附加的側(cè)向突起的零件10，由此獲得為其最終形狀的陶瓷芯1。

然后可將所得到的芯1結(jié)合到一鑄模中，以便在模具中制成的鑄件中形成復(fù)雜的內(nèi)部輪廓。

因此，在失蠟鑄造方法中，以這種方式獲得的芯1可結(jié)合在待制造的金屬零件的模型中，該模型使用在相對(duì)較低熔化溫度下熔融的材料制成。此種材料可以是例如蠟或樹脂。然后，該模型可結(jié)合在設(shè)計(jì)成用耐火材料涂覆的鑄造樹中，以形成鑄模。在從鑄模內(nèi)部移除或去除模型的可熔材料之后，將熔融金屬澆鑄到模具中，以便在模型已經(jīng)被移除或去除之后填充在鑄模中由模型形成的模腔。一旦金屬冷卻和固化，就打開或破壞模具，以回收具有模型形狀的金屬零件。

雖然本發(fā)明參考具體實(shí)施例來(lái)描述，但是清楚的是，均可對(duì)其實(shí)施不同的修正和改變，而不超越由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的一般范圍。因此，說明書和附圖在某種意義上應(yīng)被視為圖示性的而不是限制性的。