专利名称：用于优化芯模的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于优化芯模的方法。
背景技术：
芯模用于在陶瓷铸模中制造用于浇注金属浇注部件的陶瓷芯体。在浇注时使用陶瓷芯体之后有时确定在浇注部件的内部出现一定的偏差，使得必须修改芯模。例如在内部空心的涡轮叶片中是这种情况，其中内部空腔具有冷却结构。在此，冷却介质还从涡轮叶片中流出。在芯模中并且因此在陶瓷芯体中的偏差会导致提高的冷却空气消耗，这是不希望的。偏差的问题通过新的、变化的芯模来解决，然而是昂贵的，尤其是当必须经过多次反复时。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种方法，可以简化该问题并且可以低成本地执行。该任务通过根据权利要求1所述的方法实现。从属权利要求列出了其他有利措施，其可以任意组合以实现进一步的优点。
其中图1-5示出了方法的示意性流程，图6示出了具有附加的隆起部或凹处的陶瓷芯模，图7示出了涡轮叶片，图8示出了燃气轮机，图9示出了超合金列表。附图的描述仅代表本发明实施例。
具体实施例方式在图1中示出陶瓷芯体10，，其以芯模1，制造。芯模1 ’尤其具有两个壳或半壳3 ’、7 ’。在借助这种陶瓷芯体10’进行的第一浇注(图2)之后例如可以确定，存在偏差， 即通过浇注部件13’的内部25’的冷却剂流(流量率)偏差，也就是说过大或过小。然而，再次借助芯模1’、3’、7’制造芯体10’，该芯模之前并未得到规定的芯体 10’。然后，陶瓷芯体10’设有修改部16 (图3)，尤其均勻地，完全尤其设有隆起部19 (图 6)，尤其在过高的流量率中。隆起部19(图6)可以在沿着径向或其他的方向、均勻地或仅在芯体10’的部分区域22(图6)中施加在不同的位置上。借助这样修改过的芯体10”重新执行浇注方法并且重新检查浇注部件13”是否满足用于流量测量的规格(图4)。如果是这种情况，则可以借助具有隆起部16、19的修改过的陶瓷芯体10”的结果来修改芯模1’，其中然后确保，该芯模1”也提供满足希望的规格的芯体(图5)。此外，如果确定偏差，则借助在芯体10’、10”上较高或较低或者较宽或较窄的隆起部或其他修改部进行芯体10’、10”的下一修改。在陶瓷芯体10’上的隆起部19或修改部16可以快速地并且有利地制造，而无需在一次或多次反复中完全地修改昂贵的芯模1’。借助优化的芯体10’可以制造新的芯模1”，其然后可以用于批量生产(图5)。图7在立体图中示出涡轮机的沿着纵轴线121延伸的转子叶片120或导向叶片 130。涡轮机可以是飞机的或用于发电的发电厂的燃气轮机、蒸汽轮机或压缩机。叶片120、130沿着纵轴线121相继具有固定区域400、邻接于其的叶片平台403 以及叶身406和叶梢415。作为导向叶片130，叶片130可以在其叶梢415处具有另外的平台(未示出)。在固定区域400中形成有用于将转子叶片120、130固定在轴或盘(未示出)上的叶根183。叶根183例如构建为锤头。例如揪树根(Tannenbaumfu β)或燕尾根 (Schwalbenschwanzfu β )的其他构形是可能的。叶片120、130对于流经叶身406的介质具有迎流棱边409和流出棱边412。在传统叶片120、130的情况下，例如将实心金属材料、尤其是超合金用于叶片 120、130 的所有区域 400、403、406。例如从EP 1 204 776 Bi、EP 1 306 454、EP 1 319 729 Al、WO 99/67435 或 WO 00/44949中已知这种超合金。在这种情况下，叶片120、130可以通过浇注工艺、借助定向凝固技术、通过锻造工艺、通过铣削工艺或其组合来制造。将具有单晶结构或多个单晶结构的工件用作在工作时经受高的机械的、热学的和 /或化学的负荷的机器部件。这种单晶工件的制造例如通过熔融物的定向凝固进行。这在此涉及一种浇注工艺，其中液态金属合金凝固为单晶构造物、即单晶工件，或者定向凝固。在这种情况下，枝状晶体沿热流定向，并形成柱状晶体的颗粒结构(柱状地，这就是说在工件的整个长度上分布的颗粒，根据语言习惯称为定向凝固)或单晶结构，这就是说整个工件由单个的晶体构成。在这些工艺中，需要避免向球形(多晶的)凝固的转变，因为通过非定向的生长不可避免地产生横向和纵向晶界，而横向和纵向晶界使定向凝固的或单晶的部件的有利特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固的结构时，由此既指不具有晶界或最多具有小角度晶界的单晶，又指确实具有沿纵向方向分布的晶界但不具有横向晶界的柱状晶体结构。第二种晶体结构也被称为定向凝固结构(directionally solidified structures)。
从US-PS 6，024，792 和 EP 0 892 090 Al 中已知这种工艺。叶片120、130同样可以具有抗腐蚀或抗氧化保护涂层，例如(MCrAlX ；M是从包括铁0 )、钴(Co)、镍(Ni)的组中选出的至少一种元素，X是活性元素并代表钇(Y)和/或硅和/或至少一种稀土元素，或铪(Hf))。可从EP 0 486 489 Bi、EP 0 786 017 Bi、EP 0 412 397 Bl或EP 1 306 454 Al中已知这种合金。 密度优选地是理论密度的95 %。在MCrAlX层上形成有保护性氧化铝层(TGO = thermal grown oxide layer (热生长氧化层))(作为中间层或最外层)。层成分具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0. 6Y-0. 7Si 或 Co-28Ni-24Cr-10Al_0· 6Y。除这些钴基保护涂层外，也优选地使用镍基保护层，例如Ni-10Cr-12Al-0. 6Y_3Re或 Ni-12Co-21Cr-llAl-0. 4Y_2Re 或 Ni-25Co-17Cr-10Al_0. 4Y-1. 5Re。MCrAlX上还可以有隔热层，隔热层优选地是最外层并例如由4 - 构成， 艮口，隔热涂层通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁非稳定、部分稳定或完全稳定。隔热涂层覆盖整个MCrAlX层。通过例如电子束气相沉淀(EB-PVD)的适当的涂层工艺在隔热涂层中产生柱状颗粒。其他涂覆工艺，例如气相等离子喷涂(APS)、LPPS、VPS或CVD也是可行的。隔热涂层可以具有多孔的、有微观裂缝或宏观裂缝的颗粒，以更好的耐热冲击性。因此隔热涂层优选地比MCrAlX层更为多孔。再处理(Refurbishment (整修))意味着在部件120、130被使用之后，必须将保护层从部件120、130上去除(例如通过喷砂)。接着，进行腐蚀和/或氧化层或产物的移除。 必要时，还修复部件120、130中的裂缝。这个过程之后是对部件120、130进行再涂覆，以及部件120、130的重新使用。叶片120、130可以空心或实心地实施。如果要冷却叶片120、130，则其为空心的并且必要时还可以具有膜冷却孔418(由虚线表示)。图8以示例的方式示出燃气轮机100的局部纵向剖面图。燃气轮机100在内部具有带有轴101的、围绕转动轴线102枢转的 (drehgelagerten)转子103，其也被称为涡轮转子。沿着转子103依次有进气壳体104、压缩机105、具有多个同轴设置的燃烧器107 的尤其为环形燃烧室的例如环面状的燃烧室110、涡轮108以和排气壳体109。环形燃烧室110与例如环型高温气体通道111连通，在环型高温气体通道111中， 举例来说，四个相继连接的涡轮级112形成涡轮108。每个涡轮级112均由例如两个叶片环形成。沿工质113的流动方向来看，在高温气体通道111中，由转子叶片120形成的排125跟随导向叶片排115。在此，导向叶片130固定在定子143的内壳体138上，而该排125的转子叶片120 例如借助涡轮盘133安装在转子103上。发电机或者工作机器(未示出)耦接于转子103。在燃气轮机100工作期间，压缩机105通过进气壳体104将空气135吸入并且压缩。在压缩机105的涡轮侧端部处提供的压缩空气引至燃烧器107并且在那里与燃料混合。 接着混合物在燃烧室110中燃烧，从而形成工质113。工质113从那里起沿着高温气体通道111流过导向叶片130和转子叶片120。工质113在转子叶片120处以传递动量的方式膨胀，使得转子叶片120驱动转子103而转子103又驱动耦接到其的工作机器。当燃气轮机100运转时，暴露于高温工质113的部件在涡轮100工作期间承受热负荷。除了内衬于涡流燃烧室110的隔热元件之外，沿工质113的流动方向来看的第一涡轮级112的导向叶片130和转子叶片120经受最高的热负荷。为了经受住那里存在的温度，其可借助冷却剂来冷却。同样，部件的基质可以具有定向结构，这就是说它们是单晶的(SX结构)或仅具有纵向定向的颗粒(DS结构)。例如，铁基、镍基或钴基超合金用作部件的材料，特别是用作涡轮叶片120、130和燃烧室110的材料。从例如EP 1 204 776 Bi、EP 1 306 454、EP 1 319 729 Al、WO 99/67435 或 WO 00/44949中已知这种超合金。类似地，叶片120、130可以具有抗腐蚀涂层(MCrAlX ；M是从包括铁(Fe)、钴(Co)、 镍(Ni)的组中选出的至少一种元素，X是活性元素并代表钇(Y)和/或硅、钪(Sc)和/或至少一种稀土元素，或铪)。从 EP 0 486 489 Bi、EP 0 786 017 Bi、EP 0 412 397 Bl 或 EP 1 306 454 Al中已知这种合金。MCrAlX上还可以有隔热层，隔热层由例如&02、Y2O3-ZrO2构成，即，隔热层通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁非稳定、部分稳定或完全稳定。通过例如电子束气相沉积(EB-PVD)的适当的涂覆工艺在隔热层中产生柱状颗粒。导向叶片130具有朝向涡轮108的内壳体138的导向叶片根部(这里未示出)，以及与导向叶片根部对置的导向叶片头部。导向叶片头部朝向转子103并固定于定子143的固定环140。
权利要求
1.一种制造用于陶瓷铸芯的芯模(1”，3”，7”)的以满足规格的方法，其中在第一步骤中以初始芯模(1’，3’，7’ )制造陶瓷芯体(10’)，然后以芯体(10’ )执行浇注方法并且在这样得到的浇注部件(13’ )的情况下执行规格测量并且在浇注部件(13’ )偏差于其期望值时不修改芯模(1’)，而是又以相同的芯模(1’ )制造芯体(10’ )并且将陶瓷芯体(10’ ) 加工成修改过的芯体(10”)，使得这样修改的芯体(10”)使用于浇注，直到通过芯体(10’， 10”)的一次或多次修改实现浇注部件(13”)满足必需的规格，并且然后借助修改过的芯体(10”)产生新的芯模(1”，3”，7”)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中隆起部(19)产生或修改为修改部。
3.根据权利要求1所述的方法，修改部仅分布在芯体(10”)的部分区域0 中。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中为了确定与规格的偏差而确定通过浇注部件(13’，13”)的内部05’，25”)的流量率。
全文摘要
本发明的实施例公开了一种制造用于陶瓷铸芯的芯模以满足规格方法，其中在第一步骤中以初始芯模制造陶瓷芯体，然后以芯体执行浇注方法并且在这样得到的浇注部件的情况下执行规格测量并且在浇注部件偏差于其期望值时不修改芯模，而是又以相同的芯模制造芯体并且将陶瓷芯体加工成修改过的芯体，使得这样修改的芯体使用于浇注，直到通过芯体的一次或多次修改实现浇注部件满足必需的规格，并且然后借助修改过的芯体产生新的芯模。由此，通过在不改变芯模的情况下反复修改陶瓷芯体可以确定最优芯体而无需每次修改芯模。在最后的步骤中，借助最优芯体制造最优芯模。
文档编号B22C9/10GK102451887SQ20111033945
公开日2012年5月16日 申请日期2011年11月1日 优先权日2010年11月3日
发明者乌韦·保罗, 法蒂·艾哈迈德 申请人:西门子公司