专利名称：用于增强芯撑熔合的系统和方法
技术领域：
本文公开的主题的实施例大体上涉及用于增加芯撑(chaplet)和铸造材料之间的熔合的方法和系统，并且更特定地涉及用于增加芯撑和铸造材料之间的熔合的机构和技术。
背景技术：
随着油气工业正发展并寻求用于产生和生产能量的各种方式，压缩机、燃气涡轮、 电动马达的角色在增加。例如，为了将天然气从生产场所运输至消费者，天然气被液化以减小其体积。液化天然气的过程严重依赖于压缩机的使用。其它示例是CO2的运输、油和/或气从井中的抽取、增碳剂(carburant)通过管道的运输、原油在精炼厂中的加工。因此，在过去数年中，更加关注以更有效率的方式生产这些机器(压缩机、燃气涡轮、马达等)。用于制造具有大型(从数吨至数十或数百吨)壳体、定子、转子和其它构件的这些机器的一种方案是铸造这些构件。铸造是一种制造工艺，通过该制造工艺，液体材料通常被注入模具中，且然后允许铸造材料固化，模具可包含期望形状的型芯(core)。固化的部分也已知为铸件。铸件被推出或打破模具取出而结束该过程。铸造材料通常为金属。铸造最经常用于制造由其它方法将难以制造或不经济的复杂形状。这样的复杂形状可包括孔洞、空腔、通道等。例如，压缩机包括这些复杂形状。因此，为了实现这样的复杂形状，在模具内提供型芯，用于确定孔洞、空腔、通道等。然而，这样的型芯可能很重，特别是当要铸造的机器很大时。因此，在模具内使用支撑元件来保持型芯。这样的支撑元件称为芯撑。芯撑可用于从底部支撑型芯，或者从顶部锚固它，以防止在铸造材料被注入模具中时型芯的漂浮。在组装期间和浇注期间，可使用很多芯撑，以防止型芯移动。然而，芯撑可能不好地粘附至铸入模具中的材料。因此，当成型部分(例如机器的壳体)被试验泄漏时，它可能会失败，因为泄漏可能存在于芯撑(其现在为壳体的一部分)和相邻的壳体部分之间。如果是这种情况，那么未与壳体熔合的芯撑必须在机械厂被钻出壳体并被堵塞或焊接。该过程减慢了机器的制造过程并增加了成本，这是不期望的。在将泄漏的芯撑固定后，在机器的最终组装之前再次检查壳体泄漏。可进行水压试验以确定泄漏。因此，将期望提供确保芯撑完全粘附至铸造材料使得在芯撑和壳体之间没有泄漏的系统和方法。
发明内容
根据一个示例性实施例，存在着一种将芯撑熔合至铸件的方法。该方法包括将芯撑放置在模具的上表面上；围绕芯撑分布加热器，使得加热器不暴露于铸件；将型芯放置在芯撑上，使得模具和型芯限定机器的构件；利用加热器将芯撑加热至预定温度；当芯撑处于预定温度时，围绕型芯和芯撑将铸造材料注入模具中。根据另一示例性实施例，存在着一种用于铸造机器的构件的系统。该系统包括模具，其具有反映构件外表面的上表面；型芯，其将被放置在模具中并在构件中形成空腔；至少一个芯撑，其被放置在模具上且配置成相对于模具支撑型芯；以及加热器，其被放置在芯撑附近且配置成向芯撑提供热。
并入说明书中并构成该说明书的一部分的附图示出了一个或更多实施例，并且与 描述一起解释这些实施例。在附图中图I是具有由芯撑支撑的型芯的模具的示意图；图2是芯撑的示意图；图3是另一芯撑的示意图；图4是熔合至铸件的芯撑的示意图；图5是根据一示例性实施例的设有加热器并由支撑层支撑的芯撑的示意图；图6是根据一示例性实施例的设有加热器的芯撑的示意图；图7是根据一示例性实施例的控制加热器的控制逻辑的示意图；以及图8是根据一示例性实施例的用于将芯撑熔合至壳体的方法的流程图。
具体实施例方式
示例性实施例的下列描述参考了附图。不同附图中相同的标号标识相同或类似的元件。以下的详细描述并不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。为简单起见，关于干砂型的术语和结构来讨论下面的实施例。然而，接下来将讨论的实施例并不限于这些模具，而是可应用于其它模具。在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及意味着结合一实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各个位置出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必涉及相同实施例。另外，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合在一个或更多实施例中。为了新颖实施例的更好理解，图I示出了具有由芯撑支撑的型芯的模具的示例。这种系统10包括模具12和型芯14。例如，型芯14需要放置在模具12内以在最终产品内形成空腔。型芯14需要不接触模具12的任一侧。因此，一个或更多芯撑16a设置在型芯14下方。芯撑16a由模具12支撑。当铸造材料注入到型芯14周围时，型芯14可向上移动，除非一个或更多芯撑16b设置在型芯14上方。利用这种配置，型芯14相对于模具12沿着竖直方向Z被固定。然而，型芯14还可沿水平方向X移动。为了防止这种移动，可使用更多的芯撑(未示出)以相对于模具12的侧部固定型芯14。在图2和3中更详细地示出了芯撑16。芯撑可具有如图2所示分开两个板状元件20的中央区域18或者如图3所示连接至仅仅一个板状元件20的中央区域18。板状元件20可被布置成支撑型芯14。在已进行铸造之后，将壳体从模具12和型芯14移除。图4中不出了这种壳体26的一部分。注意到芯撑16现在为壳体26的一部分,并且芯撑16将停留在壳体26中持续壳体安装于其中的机器的寿命。然而，如果壳体26和芯撑16之间的界面28包括裂纹或气穴，则当在壳体内提供流体时可能出现泄漏。在这种情况下，必须将芯撑16从壳体26移除，并且应当插入插塞以密封通过芯撑16的移除而留下的孔。这种行为是不期望的。由于各种已知和未知的状况，在壳体26和芯撑16之间可能出现裂纹或气穴。铸造件的制造者已付出大量的努力来防止这些现象发生。当芯撑由可支撑型芯的重量且当铸造材料(熔融金属或其它化合物)被注入模具中时也不熔化的材料制成而铸件包括不同材料时，问题进一步复杂化。换而言之，必须熔化的材料(芯撑的材料和铸件的材料)是不同的，具有不同的物理性质，并且具有彼此可能不匹配的不同晶体结构。例如，芯撑可由钢制成，而铸件可为铁基的。
发明人已发现，当铸造材料被注入模具中时，如果芯撑被加热至预定温度，则可增强这些不同材料之间的熔合。在一示例性实施例中，如果铸造材料在1000 °F左右被注入，则芯撑在浇注之前被加热至150至300 0F。在一个应用中，芯撑被加热至大约200至250 0F。观察到，通过具有芯撑和铸造材料彼此更接近但不非常接近的温度，熔合过程更好且更少的裂纹和气穴出现在芯撑和壳体之间的界面处。根据图5所示的一示例性实施例，为了将芯撑加热至期望温度，可在芯撑16的端部附近提供加热器30。加热器30可具有将加热器连接至电源(未示出)的引线31。图5示出了形成于模具12中以容纳芯撑16的一部分的空腔(凹坑)32。更具体而言，具有低热导率的材料层34可设置在空腔32的壁上，以防止来自加热器30的热进入模具12。层34可包括高维纸(Kaowool Paper)(由ThermalCeramics,Georgia,USA生产)，其是具有热储存性质和低热导率的柔性材料。支撑芯撑层36可设在空腔32中，在层34上方。支撑芯撑层36被配置成在模具12的较大面积上分布芯撑16和型芯14的重量，因为模具12可由已知不具有高强度的干沙制成。支撑芯撑层36可包括石墨。而且，支撑芯撑层36具有高热导率，因为期望来自加热器30的热快速且高效地传递至芯撑16。根据一示例性实施例，支撑芯撑层36具有比芯撑16的最大面积更大的最大面积，使得芯撑16的重量被分布至模具12的较大面积。支撑芯撑层36和层34可为可选的。加热器30可设置在支撑芯撑层36的周围，在其下方，或者既在支撑芯撑层36周围又在其下方。在这种布置中，加热器30不与芯撑16直接接触。然而，根据另一示例性实施例，加热器30可设置成与芯撑16直接接触。如图5所示，芯撑16设置在支撑芯撑层36上方。芯撑16的底侧表面Al可设置成与模具12的顶表面A2齐平。然而，在一个应用中，芯撑16的底侧表面Al可如图6所示设置在空腔32内。图6还示出了设置在没有支撑芯撑层36的空腔32内的芯撑16。根据该示例性实施例，加热器30缠绕在芯撑16周围。可选地，当存在时，加热器30可缠绕在支撑芯撑层36周围。为了确定芯撑16的温度，一个或更多传感器40可设在不同位置，例如，在空腔(凹坑)32中、与支撑芯撑层36接触、与芯撑16接触等。另外，在一个应用中，如图7所示，控制逻辑元件42可连接至传感器40和加热器30的电源44，用于调整芯撑16的加热。控制逻辑元件42可为微处理器。微处理器可被规划成加热芯撑16，直至达到期望的温度。期望的温度可由用户输入。控制逻辑元件42可为具有已知的输入/输出能力的计算机。根据图8所示的一示例性实施例，存在着一种用于将芯撑熔合至铸件的方法。该方法包括步骤800，将芯撑放置在模具的上表面上；步骤802，围绕芯撑分布加热器，使得加热器不暴露于铸件；步骤804，将型芯放置在芯撑上，使得模具和型芯限定机器的构件；步骤806，利用加热器将芯撑加热至预定温度；以及步骤808，当芯撑处于预定温度时，围绕型芯和芯撑将铸造材料注入模具中。
所公开的示例性实施例提供了用于在铸造过程中增加芯撑与铸件熔合的可能性的系统和方法。应当理解，该说明书并不意图限制本发明。相反，示例性实施例意图覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的变更、修改和等同方案。另外，在示例性实施例的详细描述中，为了提供所要求保护的发明的全面理解，阐述了众多具体细节。然而，本领域技术人员将会理解，可在没有这样的具体细节的情况下实施各种实施例。虽然当前示例性实施例的特征和元件在实施例中以特定组合进行描述，但是每个特征和元件可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或者在有或没有本文公开的其它特征和元件的情况下在各种组合中使用。该书面描述使用所公开主题的示例来使本领域任何技术人员能够实施相同示例，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。该主题的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。这种其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于将芯撑熔合至铸件的方法，所述方法包括 将所述芯撑放置在模具的上表面上； 围绕所述芯撑分布加热器，使得所述加热器不暴露于所述铸件； 将型芯放置在所述芯撑上，使得所述模具和所述型芯限定机器的构件； 利用所述加热器将所述芯撑加热至预定温度；以及 当所述芯撑处于所述预定温度时，围绕所述型芯和所述芯撑将铸造材料注入模具中。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括 > 在所述模具的上表面中形成凹坑，以容纳所述芯撑；以及 将所述芯撑放置在所述凹坑中，使得所述芯撑的最低表面不与所述模具的上表面齐平。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括 在所述凹坑和所述芯撑之间放置支撑芯撑层，使得所述支撑芯撑层的最大面积比所述芯撑的最大面积更大，用于在所述模具的上表面上分布所述芯撑和所述型芯的重量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括 将所述加热器缠绕在所述支撑芯撑层周围，使得所述加热器完全分布在所述凹坑内，低于所述模具的上表面。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括 利用低热导率层将所述凹坑与所述加热器、所述支撑芯撑层以及所述芯撑隔离，以防止来自所述加热器的热扩散到所述模具中。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括 将所述加热器缠绕在所述芯撑的侧表面周围，其中，所述加热器为电加热器。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括 在注入所述铸造材料之后关闭所述加热器。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述预定温度为250T左右。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述芯撑由钢制成，并且所述铸件是铁基的。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括 在两种材料均被冷却之后，从所述模具移除与所述芯撑熔合的铸件；以及 应用水压试验来检查所述芯撑和所述铸件之间的界面是否泄漏。
11.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括 使用多个芯撑来支撑所述型芯，每个芯撑由相应的加热器加热。
12.一种用于铸造机器的构件的系统，所述系统包括 模具，其具有上表面，所述上表面反映所述构件的外表面； 型芯，其将被放置在所述模具中并在所述构件中提供空腔； 至少一个芯撑，其被放置在所述模具上且配置成相对于所述模具支撑所述型芯；以及 加热器，其被放置在所述芯撑附近且配置成向所述芯撑提供热。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述模具和所述型芯包括砂。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述模具被配置成具有凹坑，所述芯撑的一部分设置在所述凹坑中。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括 支撑芯撑层，其设置在所述凹坑的底部和所述芯撑之间。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述加热器缠绕在所述支撑芯撑层周围。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述加热器缠绕在所述芯撑周围。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括 低热导率材料，其被配置成将所述凹坑与所述芯撑和所述加热器隔离，以防止热流至所述模具。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括 一个或更多温度传感器，其被配置成测量所述芯撑的温度；以及 控制逻辑电路，其被配置成控制所述加热器，用于将所述芯撑加热至预定温度。
20.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述芯撑由钢制成，所述铸件是铁基的，所述芯撑支撑层包括石墨，所述型芯和所述模具包括砂，并且所述机器为压缩机。
全文摘要
用于将芯撑熔合至铸件的系统和方法。该方法包括将芯撑放置在模具的上表面上；围绕所述芯撑分布加热器，使得加热器不暴露于铸件；将型芯放置在芯撑上，使得模具和型芯限定机器的构件；利用加热器将芯撑加热至预定温度；以及，当芯撑处于预定温度时，围绕型芯和芯撑将铸造材料注入模具中。
文档编号B22C21/14GK102811828SQ201180010189
公开日2012年12月5日 申请日期2011年2月15日 优先权日2010年2月19日
发明者S·劳 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司