單晶熔煉模具的制作方法
【專利說明】單晶熔煉模具
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，并且更特別地涉及用于鑄造的模具，也涉及制造殼模的方 法，以及涉及使用這種模型的鑄造方法。
[0002] 在下面的描述中，術(shù)語"高"、"低"、"水平的"和"垂直的"由金屬正被鑄造成模具 時，這種模具的正常定向所定義。
[0003] 自從古代就已經(jīng)知道所謂的"失蠟"或"失模型"鑄造方法。它們特別地適于生產(chǎn) 復雜形狀的金屬部件。因此，使用失模型鑄造特別地用于生產(chǎn)渦輪發(fā)動機葉片。
[0004] 在失模型鑄造中，第一步驟正常地包括由具有相對低的熔化溫度的材料諸如，例 如由蠟或樹脂制造模型。用耐火材料涂覆模型本身，以形成模具，并且特別地殼模類型的模 具。從模具內(nèi)部移除或排除模型的材料后，這是為什么這種方法稱為失模型鑄造方法，將 熔化金屬鑄造到模具中，以用材料填充被從其移除或排除的模型已經(jīng)在模具內(nèi)部形成的模 腔。一旦金屬已經(jīng)冷卻和固化，可以打開或毀掉模具，以回收具有模型形狀的金屬部件。在 本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"金屬"應該理解為不僅包括純金屬，還包括尤其是金屬合金。
[0005] 為了能夠同時制造多個部件，可以將多個模型聯(lián)合在單個組件中，在單個組件中 通過樹形將多個模型連接在一起，該樹形在模具中形成用于熔化金屬的鑄造通道。
[0006] 在失模型鑄造中可以使用的各種類型模具中，所謂的"殼"模是已知的，通過將模 型或模型組件浸在崩料中，然后將耐火砂噴粉到涂覆有崩料的模型或模型組件上，以在模 型或組件周圍形成殼，然后，烘烤殼以燒結(jié)它和由此固結(jié)崩料和砂?？梢栽O想浸入和噴粉的 幾次連續(xù)操作以在烘烤殼之前獲得足夠厚度的殼。術(shù)語"耐火砂"用在本發(fā)明上下文中指 任何顆粒材料，該顆粒材料的粒徑足夠小以滿足期望的生產(chǎn)公差，該顆粒材料當在固體狀 態(tài)時能夠經(jīng)受熔化金屬的溫度，并且在殼的烘烤期間能夠固結(jié)為單件。
[0007] 為了在通過鑄造所生產(chǎn)的部件中獲得特別地有利的熱機械特性，可以期望確保金 屬在模具中經(jīng)歷定向固化。術(shù)語"定向固化"用在本發(fā)明的上下文中意指當熔化金屬從液 體通過到固態(tài)時，對熔化金屬中固態(tài)晶體的成核和生長施加控制。這種定向固化的目的是 為了避免部件內(nèi)顆粒邊界的不利影響。因此，定向固化可以是柱狀的或單晶的。柱狀定向 固化包括在相同方向上定向所有顆粒邊界，以致于它們不能促進傳播裂縫。單晶定向固化 包括確保部件固化為單晶，以排除所有顆粒邊界。
[0008] 為了獲得這種單晶定向固化，模具通常具有在模腔下方通過選擇通道連接模腔的 起始腔，如法國專利FR2 734 189和US專利4 548 255中通過實施例所公開的。當金屬正 在模具中固化時，模具從起始腔開始逐漸地冷卻，以引起其中晶體成核。選擇通道的作用首 先是有利于單個顆粒，其次是能夠使單個顆粒從在起始腔中成核的該顆粒的結(jié)晶前面朝向 模腔前進。
[0009] 然而，特別地當模具具有所謂的"殼模"類型時，該"殼模"由將要接收熔化金屬的 腔和通道周圍的相對薄的壁組成，這種構(gòu)造的缺點是確保模具具有機械強度，因為模腔占 據(jù)了正常地更小的起始腔之上的高位置。為此目的，如專利US4 940 073中所示，通常的 實踐是在模具中包括支撐桿。
[0010] 然而，穿入到起始腔和模腔中的這種支撐桿可以干擾顆粒成核和擴展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此，本發(fā)明通過提出帶有模腔、支撐桿、形狀能夠使得顆粒成核的起始腔的用于 單晶腔的模具，以及提供適于支撐桿的支撐件，以及連接起始腔頂部用于擴展單個顆粒到 模腔的選擇通道，尋求修正這些缺點。
[0012] 在至少一個實施方式中，通過下列事實而達到該目的：起始腔包括倒置漏斗形式 的至少第一體積和形成底座的不同的第二體積，該第二體積位于第一體積的底部和在至少 一個水平方向上相對于所述第一體積明顯地突出，其中支撐桿相對于選擇通道側(cè)向地偏移 以及連接起始腔的第二體積和模腔。術(shù)語"倒置漏斗形式"用于意指具有會聚輪廓的形狀， 以致于第一體積的最大截面位于鄰接第二體積，并且第一體積的最小截面位于位于遠離第 二體積。該形狀不一定是錐形，也不一定是軸對稱的。術(shù)語"明顯地突出"用于意指第一體 積的底部邊緣和第二體積的頂部邊緣之間的水平差異容易被常規(guī)測量裝置檢測到。因此， 盡管支撐桿被側(cè)向地偏移，第二體積的該水平突出可以給支撐桿提供穩(wěn)定基座，因此可以 避免干涉經(jīng)由漏斗形第一體積在起始腔和選擇通道之間過渡中所選擇的顆粒。
[0013] 特別地，第二體積可以在所述第一體積的整個周邊的周圍水平地突出，因此在第 一體積和第二體積之間產(chǎn)生不連續(xù)性，該不連續(xù)性促進選擇顆粒。
[0014] 此外，所述第一體積可以關(guān)于垂直軸線是軸對稱的，因此方便朝向圓形部分的選 擇通道的過渡，因此降低了干涉顆粒成核的風險，并且也降低了模具壁中弱點的風險。
[0015] 而且，所述第二體積可以是關(guān)于垂直軸線非軸對稱的，特別地，當組裝用于制造模 具的模型組件時，以方便定位用于起始腔的可熔化的模型。然而，第二體積特別地可以相對 于垂直平面是對稱的，因此方便使用噴射模塑生產(chǎn)可熔化的模型，通過使得模型更易被脫 膜，該可熔化的模型將被用于形成該腔。
[0016] 為了獲得在所述第一體積和在選擇通道中特別地均勻的溫度條件，支撐桿相對于 選擇通道的側(cè)向偏移可以使得支撐桿和第一體積之間的最小距離大于支撐桿周圍模具的 厚度加上第一體積周圍模具的厚度之和。模具特別地可以是通過"失蠟"或"失模型"方法 產(chǎn)生的"殼"模類型的模具，因此可以獲得具有相對薄壁的模具。
[0017] 特別地，所述選擇通道可以是折流板形成的選擇通道，特別地用于可靠地確保選 擇單晶顆粒的目的。此外，所述選擇通道可以具有圓形橫截面，特別地用于確保選擇通道周 圍的模具壁的完整性，并且也為了避免干涉選擇通道的銳角轉(zhuǎn)角中顆粒成核。
[0018] 本發(fā)明也提供了鑄造方法，其包括例如，通過"失蠟"或"失模型"方法，至少制造 這種模具，鑄造熔化金屬到模具中，冷卻金屬，同時從起始腔開始金屬的定向固化，以及拆 除模具，以回收原金屬鑄件。舉例說明，該方法也包括精加工原金屬鑄件的另外的步驟。
【附圖說明】
[0019] 通過閱讀下面以非限制性實施例方式所給出的實施方式的詳細描述，可以更好地 理解本發(fā)明，并且更好地呈現(xiàn)其優(yōu)點。
[0020] 圖1是表示定向固化鑄造方法實施的示意圖。
[0021] 圖2是表示鑄造模型組件的示意圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明實施方式中起始腔的側(cè)視圖，具有相應的選擇通道，以及一部分相 應的模腔和陶瓷支撐桿；以及
[0023] 圖4是用于圖3的起始腔的可熔化的模型的平面圖。
【具體實施方式】
[0024] 圖1表示通過鑄造方法通常進行的熔化金屬如何逐漸冷卻以獲得定向固化。
[0025] 該方法中使用的殼模1包括沿著主軸線X在鑄造杯5和板形基座6之間延伸的中 心下降器4。殼模1正從加熱室3抽出時，基座6直接地接觸底板2。殼模1也有作為組件 布置在中心下降器周圍的多個模腔7。每個模腔7通過供料通道8連接鑄造杯5,經(jīng)由該供 料通道8,當鑄造熔化金屬時，插入熔化金屬。每個模腔7也在底部經(jīng)由折流板選擇通道9 連接到鄰接基座6的更小的起始腔10。
[0026] 通過所謂的"失蠟"或"失模型"方法可以生產(chǎn)殼模1。這種方法的第一步是產(chǎn)生 非永久的組件11，該組件11包括通過樹形13連接在一起的多個模型12,如圖2中所示。模 型12和樹形13用于形成殼模1中中空體積。使用具有低熔化溫度的材料，諸如適合的樹 脂或蠟獲得它們。當它意圖生產(chǎn)大量部件時，特別地可以通過將樹脂和蠟注射到永久模具 中生產(chǎn)這些元件。為了支撐每個模型12,由耐火材料，例如陶瓷制成的支撐桿20將每個模 型12連接到組件11的基底。
[0027] 在這個實施中，為了從非永久性組件11生產(chǎn)殼模1，將組件11浸在崩料中，然后用 耐火砂噴粉。可以重復幾次這些浸入和噴粉的步驟，直到已經(jīng)在組件11周圍形成期望厚度 的崩料浸漬的砂的殼。
[0028] 然后，加熱這種殼中所覆蓋的組件11，以熔化組件11的低熔材料和從殼內(nèi)部移除 該低熔材料。此后，在更高穩(wěn)定的烘烤步驟中，燒結(jié)殼以固結(jié)耐火砂和形成殼模1。
[0029] 當熔化金屬經(jīng)由鑄造杯5進入殼模時，鑄造該鑄造方法中所使用的金屬或金屬合 金，并且經(jīng)由供料通道8,它填充模腔7。在該鑄造期間，如圖1中所示，將殼模1保持在加 熱室3中。此后，為了引起熔化金屬逐漸地冷卻，通過冷卻和可移動的支撐件2所支撐的殼 模1沿著主軸線X向下從加熱室3抽出。因為殼模1經(jīng)由其基座6被支撐件2冷卻，因此， 在起始器10中觸發(fā)熔化金屬的固化，并且在殼模1沿著圖1中所示箭頭從加熱室3逐漸向 下抽出期間，該固