[發明專利]增材制造的帶有陶瓷殼體的互鎖鑄造芯結構

有效

• 申請號: 201810687190.7
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN109128048B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 楊熙;M.科爾;M.布朗;G.T.加雷;龐廷范;B.D.普熱斯拉夫斯基;D.G.科尼策爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B22C9/10
• 分類號: B22C9/10;B22C9/04;B22C9/24;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;劉林華

本申請涉及一種形成鑄造部件的方法和一種形成鑄模的方法。所述方法通過將至少一個蠟澆口部件連接到陶瓷芯?殼模具而執行。所述陶瓷芯?殼模具包括至少一第一芯部分、第一殼體部分和第二殼體部分，其中所述第一殼體部分適于與至少所述第二殼體部分連接以在所述芯部分與所述第一和第二殼體部分之間形成至少一個第一腔體。所述芯?殼模具能夠在連接所述蠟澆口部件之前進行檢查和組裝。所述陶瓷芯?殼模具和所述蠟澆口部件的至少一部分涂布有第二陶瓷材料。接著移除所述蠟澆口部件以形成與所述第一腔體流體連通的第二腔體。本申請還提供一種部分陶瓷鑄模。

技術領域

本申請總體上涉及熔模鑄造芯-殼模具部件以及利用這些部件的工藝。根據本申請制造的芯-殼模具在模具的芯與殼體之間具有一體化陶瓷絲，這些一體化陶瓷絲可以用于在由這些模具制成的鑄造部件中形成通道和/或孔。一體化芯-殼模具在鑄造操作中，如在鑄造用于制造噴氣式航空發動機或發電渦輪部件的渦輪葉片和定子葉輪的超合金時，提供適用的特性。本申請還涉及使一體化芯-殼模具涂覆有陶瓷外部層，所述陶瓷外部層可以提供以下示例性益處中的任一益處或其組合：提高芯-殼模具的結構完整性；結合或連接模具的部分；提供與模具流體連通的通路或腔體；控制模具的結構特性；和/或控制模具的熱特性。

背景技術

燃氣渦輪發動機大體上包括至少一個壓縮機，所述壓縮機用于對空氣進行加壓以便通道傳輸到燃燒室中。發動機可以包括至少一個燃燒室，經通道傳輸的加壓空氣在所述燃燒室中與燃料混合并被點燃。來自壓縮機的熱氣體向下游流過至少一個渦輪區段。每個渦輪區段都具有繞軸線旋轉且包括在發動機殼體內的旋轉葉片。一個或多個渦輪區段可以對壓縮機、風扇或軸中的任一者提供動力和/或可以通過例如噴嘴的膨脹來提供推力。

渦輪部分中的渦輪葉片和/或定子葉輪必須能夠承受由于高溫和大溫度波動而引起的熱應力以及由于在渦輪的正常操作期間經歷的高轉速而引起的力。由于渦輪的增壓比和效率已經增大，所以高壓和低壓渦輪部分接觸的熱應力也已經增大。因此，結合由耐高溫材料制造渦輪的部件(例如，渦輪葉片和定子葉輪)，對渦輪葉片、定子葉輪以及其它部件的有效冷卻已經變得越來越重要并且具有挑戰性。過去，為了抵消渦輪區段的熱輻射和對流，已經采用了多種熱移除技術；通常采用流體冷卻來延長渦輪部件的壽命。進一步地，小型冷卻孔以優化角度鉆穿葉片以移除熱且在渦輪葉片和定子輪葉的每個翼型件表面的表面上提供熱障。還在渦輪和/或定子葉輪內形成了通道以提供每個翼型件的表面的對流冷卻。

期望增大渦輪發動機內的冷卻效率已使得渦輪部件內內部冷卻通道復雜化。用于制造發動機零部件的常規技術涉及熔模鑄造或脫蠟鑄造工藝。熔模鑄造的一個實例涉及制造用在燃氣渦輪發動機中的典型葉片。渦輪葉片和/或定子葉輪通常包括空心翼型件，這些空心翼型件具有沿著葉片的跨度延伸的放射狀通道，這些放射狀通道具有用于在發動機的操作期間接納加壓冷卻空氣的至少一個或多個入口。葉片中的各種冷卻通路通常包括布置在翼型件中間、在前緣與后緣之間的蜿蜒通道。翼型件通常包括用于接納加壓冷卻空氣的延伸穿過葉片的入口，這些入口包括如用于增加翼型件的加熱側壁與內部冷卻空氣之間的熱傳遞的短湍流器肋或銷等局部特征。

通常由高強度的超合金金屬材料制造這些渦輪葉片涉及如圖1至圖4所示的許多步驟。如圖1所示，使用傳統的熔模鑄造來形成鑄造部件包括以下步驟：對用于外部蠟結構和陶瓷芯的模具進行機加工101、模制和焙燒陶瓷芯102、使用陶瓷芯來模制蠟模103、制備蠟組件104、將蠟組件浸入陶瓷漿料中105、使陶瓷漿料干燥以提供殼體106、對殼體進行脫蠟107、鑄造和浸出108、以及鉆取冷卻孔109。