铸造树和组装方法与流程

本发明涉及铸造领域，且更具体地涉及用于失模铸造的铸造树，且还涉及制造外壳模具的方法和使用这种模的铸造方法。

背景技术：

在以下的描述中，诸如“顶部”、“底部”、“水平”和“垂直”由当金属铸入其内部时这种模具的普通定向限定。

自古以来，已知有所谓的失蜡或失模铸造法。它们特别适合于生产具有复杂形状的金属部件。因而，失模铸造特别用于生产涡轮发动机叶片。

在失模铸造中，第一步骤通常包括用具有相对低的熔化温度的材料制作模，例如使用蜡或树脂。接着，将模包含于铸造树中，接着，为了形成模具，铸造树被涂覆耐火材料。在可用于失模铸造的各种类型的模具中，所谓的外壳模具是特别已知的，外壳模具通过将模或一组模浸入砂浆，并接着将耐火沙撒在涂覆有砂浆的模或组上，从而形成围绕模或组的外壳，随后焙烧外壳以将其烧结，从而加固组件。为了获得在被焙烧前的厚度足够的外壳，可想到多个连续的浸湿和撒砂操作。本文中所用的术语“耐火沙”表示具有用于符合期望的生产公差的足够精细的颗粒尺寸的任何粒状材料，这种材料能够在固态下忍受熔融金属的温度，且在焙烧外壳时这种材料可被加固成单件。

在从模具的内部将模的材料排空或消除后(这种方法的名称“失模”由此而来)，熔融金属被铸入模具，从而充填在模具已被排空或消除后由模留在模具内部的模具空腔。一旦金属已经冷却和凝固，模具可被打开或被破坏，从而恢复具有模的形状的金属部件。在本文中，术语“金属”覆盖了纯金属，还尤其覆盖了金属合金。

除了至少一个模外，铸造树通常包括部件支承件，部件支承件包括分配器，分配器是要在模具中形成至少一个铸造通道，铸造通道用于在铸造期间将熔融金属输送入铸模空腔。为了能够同时生产多个部件，可能的是将多个模作为组包含在单个铸造树中。

为了增加生产率，可能的是通过注模不仅制作模，而且制作部件支承件的各种元件。然而，由于铸造树中的模组和单独的模增加了复杂度，从多个分离元件组装铸造树的能力同时变得更必要且更难实现。典型地，铸造树的各种元件被手工地组装在一起并粘合地胶接在一起。然而，在树的增加的复杂度和越来越严格的定位和对齐公差的情况下，特别是在进行单晶铸造时，这导致了不断增加的组装成本和时间。

技术实现要素：

本发明力求补救这些缺点。具体地，本公开力求提出一种用于失模铸造的铸造树，该铸造树包括至少一个部件支承件和至少一个模，且铸造树的组装被简化且更易于自动化。

该目的通过以下事实来实现：铸造树还至少包括第一公母连接，第一公母连接将所述模与部件支承件连接，且包括孔、至少部分插入孔的内部的销钉以及插设在销钉的外表面与孔的内表面之间的可熔化材料膜。销钉可特别地紧固至模，且孔可形成于部件支承件中，或相反。

由于公母连接，铸造树的组装可被简化并自动化，且同时仍确保各种元件精确定位。同时，插设在销钉的外表面与孔的内表面之间的可熔化材料膜用于将它们相互紧固并保持该第一公母连接。

为了确保该第一公母连接中销钉与孔之间沿基本正交于用于将销钉插入孔中的轴线的至少一个方向的相对定位的精确度，第一公母连接具有在销钉的外表面与孔的内表面之间的至少两个直接接触点，这些点在基本正交于用于将销钉插入孔的轴线的方向上相互偏置。本文中，术语“基本正交”用于表示在制造和测量的公差限度内接近直角的定向。例如，该定向可对应于90°±5°的角。至少一个所述接触点可通过与所述插入轴线径向相对的突起形成于销钉的外表面上和/或孔的内表面上，从而还使得可能保持销钉的外表面与孔的内表面之间的径向间隔，该径向间隔包含所述可熔化材料膜。

为了确保模相对于部件支承件在多个轴线上的精确定位和定向，铸造树还可包括第二公母连接，第二公母连接将所述模与部件支承件连接，且还包括孔和至少部分地插入孔的内部的销钉，且具有插设于销钉的外表面与孔的内表面之间的可熔化材料膜，所述第一和第二公母连接具有用于将销钉插入基本平行且沿正交于所述插入轴线的方向相互偏置的相应的孔内的插入轴线。本文中，术语“基本平行”表示在制造和测量公差的限度内平行或几乎平行的定向。例如，该定向可因而对应于0°±5°的角。特别地，所述第一公母连接可具有在销钉的外表面与孔的内表面之间的至少两个直接接触点，这些直接接触点至少沿基本正交于用于将销钉插入孔内的插入轴线的第一方向相互偏置，且所述第二公母连接具有在销钉的外表面与孔的外表面之间的至少一个直接接触点，第二公母连接的所述接触点相对于第一公母连接的所述接触点至少沿基本正交于第一方向和用于将销钉插入孔内的插入轴线的第二方向偏置。因而，由于不对齐的至少三个接触点，可能获得模相对于部件支承件沿所有三个轴线的精确的定位和定向。

为了进一步便于组装，所述第一公母连接可具有在销钉的外表面与孔的内表面之间的至少三个直接接触点，从而相对于部件支承件固定模的位置，且所述第二公母连接可具有在销钉的外表面与孔的内表面之间的两个直接接触点，第二公母连接的所述两个接触点沿基本正交于包含各所述插入轴线的平面的至少一个方向相互偏置，从而相对于部件支承件固定模的定向。

为了更好地相对于部件支承件阻塞模，铸造树可包括模与部件支承件的另一连接，该另一连接与沿用于将销钉插入所述第一公母连接的孔内的插入轴线的方向的第一公母连接相对。该另一连接可为简单的粘合胶接连接，但还可包括用于确保模相对于部件支承件的定位和定向的物理标记。

所述部件支承件可包括用于在模具中形成至少一个铸造通道的分配器，所述第一公母连接将所述模与所述分配器连接。此外，铸造树可具有成组地与部件支承件连接的多个模。

本公开还提供了用于失模铸造的铸造树的组装方法，方法至少包括以下步骤：将至少一个销钉至少部分地插入至少一个对应的孔内，从而至少产生至少一个模与部件支承件之间的第一公母连接，所述公母连接在销钉的外表面与孔的内表面之间具有至少两个直接接触点，各接触点沿基本正交于用于将销钉插入孔内的插入轴线的方向相互偏置；将液态的可熔材料渗入第一公母连接中的所述销钉的至少一个外表面与所述孔的内表面之间；并使渗入销钉的外表面与孔的内表面之间的可熔材料凝固，从而形成至少插设于销钉的外表面与孔的内表面之间的可熔材料膜，以加固第一公母连接。特别地，可通过至少将第一公母连接浸入呈液态的所述可熔材料的浴中来执行渗透步骤。该“浸渍密封”方法使公母连接以易于自动化的方式快速加固。

本公开还涉及生产铸造模具的方法，包括使用上述组装方法组装铸造树、用耐火材料涂覆所述铸造树以形成模具以及将铸造树从模具的内部排空。特别地，铸造树可由某种材料制成，该种材料在低于所述耐火材料的温度下熔化，且可呈液态从模具中排空。此外，可通过将所述铸造树浸在砂浆中、将耐火沙撒在铸造树上以形成围绕铸造树的外壳并将外壳烧结以将其加固来进行涂覆。可能想到使用多个连续的浸渍和撒砂操作以在烧结之前获得足够的厚度的外壳。

本公开还提供了铸造方法，包括通过使用上述生产方法生产铸造模具、将熔融金属材料铸入所述模具的内部、使金属材料在模具中凝固以及将模具移除。

附图说明

在阅读以下对作为非限制性示例给出的实施例的详细描述后，可更好地理解本发明，且其优点更明显。描述参考附图，附图中：

·图1是实施例中的铸造树的示意性立体图；

·图2是两个相邻的公母连接的剖视图，该公母连接将模连接至图1的铸造树中的分配器；

·图3是示意图，示出了组装图1的铸造树的第一步骤；

·图4是示意性立体图，示出了组装图1的铸造树的第二步骤；

·图5示出了图1的铸造树的分配器，该分配器具有对应于所述公母连接的孔；

·图6是包含于图1的铸造树中的模之一的细节图，特别示出了对应于所述公母连接的两个销钉；

·图7是示意性立体图，示出了组装图1的铸造树的第三步骤；

·图8示出了销钉被插入对应的孔中以形成所述公母连接；

·图9A和9B示出了用于每个模与部件支承件之间的公母连接的两个替代布置；

·图10示出了模的底端被插入部件支承件的基座中的凹处内；

·图11是示意性立体图，示出了组装图1的铸造树的第四步骤；

·图12是示意图，示出了组装图1的铸造树的第五步骤；

·图13是示意图，示出了组装图1的铸造树的第六步骤；

·图14是示意性立体图，示出了组装图1的铸造树的第七步骤；

·图15是示意性立体图，示出了组装图1的铸造树的第七步骤；

·图16是示意图，示出了液膜渗入公母连接之一的空隙中；

·图17是示意性立体图，示出了组装图1的铸造树的第八步骤；以及

·图18示出了围绕图1的铸造树形成的外壳模具。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的铸造树1。铸造树1由具有相对低的熔点的材料制成，特别是蜡或树脂，且设计为通过失蜡或失模方法获得形成铸造模具的内腔，其中，为了形成模具，铸造树初始涂覆有耐火材料，且接着，铸造树呈液态从模具的内部排空。因而，所示的铸造树1包括多个模2，多个模2围绕下降件(descendant)3成组地布置，下降件3由基座4和抬升件(rehausse)5支承，且顶上装有呈环形式的分配器6以及杯7。抬升件5、基座4、下降件3、分配器6和杯7一起形成用于模2的部件支承件8，每个模2复制所生产的铸件的形状。在所示的示例中，模2因而复制了涡轮发动机叶片的形状，但其它应用同样是可行的。分配器6用于在模具中成形铸造通道，以将熔融金属从由杯7构成的漏斗带至由模2成形的铸模空腔。

铸造树1的每个元件可例如通过注模分离地生产。为了生产这些元件，且特别是部件支承件8的那些元件，还可能想到使用通过排空之前生产的模具而得到的回收的材料。然而，重要的是特别是当进行诸如单晶铸造之类的困难的铸造方法时，确保各元件精确地定位在铸造树1中。

因而，在图1中所示的铸造树1中，每个模2通过一对公母连接9、10连接至分配器6。如图2中所示，这些公母连接9、10中的每一个包括销钉11、12和所述销钉11、12被接收于其中的孔13、14。在该实施例中，为了使销钉11、12更轻易地插入对应的孔13、14，每个销钉11、12具有外表面11a、12a，外表面11a、12a为截头圆锥形且沿销钉插入的方向收缩，且每个孔13、14同样具有内表面13a、14a，内表面13a、14a为类似的截头圆锥形且沿销钉插入的方向收缩。特别取决于用于制造这些元件的选择，可考虑其它收缩形状、例如阶梯状作为这些截头圆锥形的替代或额外选择。

此外，在每个公母连接9、10中，可熔化材料的膜15插设在销钉11、12的外表面11a、12a与孔13、14的内表面13a、14a之间。粘附至销钉11、12的外表面和孔13、14的内表面的该膜15用于加固每个公母连接9、10。

图3示出了组装铸造树1的第一步骤，其中，下降件3连接至基座4。如可从该图中所见的，基座4包括对于每个模2的单独的提升的支承件16，这些支承件16中的每一个在其顶部具有凹处17，凹处17的外形与每个模2的底端的外形互补。因而，凹处17设计成便于将模2适当地定位并定向在铸造树1中。

图4示出了组装铸造树1的第二步骤，其中，分配器6置于下降件3上。从下降件3垂向地突出的中心杆18用于将分配器6相对于下降件3水平地紧固，同时继续允许垂向运动的某些自由度。

如图5中所示，在该实施例中，公母连接9、10的孔13、14为形成于分配器6中且垂向穿过分配器6的孔。因而，如图6中所示，互补的销钉11、12形成于模2上。然而，同样可能想到对于仅公母连接中的一个或对于公母连接中的两个将该布置倒置。

如图6中特别可见的，在该实施例中，模2用于生产涡轮发动机的叶片，且因而它们复制了这种叶片的形状。然而，还可能想到使用铸造树和本发明的组装方法用于生产其它部件，且模的形状则将相应地适应。在该实施例中，每个模2指向下，因而具有呈叶片端部形式的底端2a和呈叶片根部形式的顶端2b，销钉11、12包含于其上并沿插入轴线Z1、Z2指向，插入轴线Z1、Z2基本平行且沿正交方向X相互偏置。第一公母连接9的销钉11的外表面11a具有布置在相对于插入轴线Z1呈径向的不同轴线上的四个突起11b、11c、11d和11e。这些突起11b至11e中的每一个为球盖形，但也可能想到其它形状。此外，第二公母连接10的销钉12的外表面12a具有沿与插入轴线Z2正交、且与两插入轴线Z1和Z2沿其偏置的方向X正交的轴线Y2的相对方向面对的两个突起12b、12c。

图7是示意图，示出了第一模2在基座4与分配器6之间放置在位。如图8中所示，当第一模2被放置在位时，通过将模初始地稍微倾斜，销钉11、12沿插入轴线Z1、Z2插入孔13、14。在该插入期间，突起11b、11c、11d和11e还有12b和12c形成销钉11、12的外表面11a、12a与孔13、14的内表面13a、14a之间的直接接触点，从而在别处保持销钉11、12的外表面11a、12a与孔13、14的内表面13a、14a之间的径向间隔，同时保持每个模2相对于分配器6精确地在位和定向。在随后的步骤期间，该径向间隔接着是要通过呈液态的可熔化材料的渗透而被至少部分地充填，从而形成膜15。虽然在所示的实施例中，所有这些突起形成于销钉的外表面上，但作为替代的或附加的方式，也可能用径向突起将接触点形成于孔13、14的内表面13a、14a上。此外，还可改变突起的数量：因而，如图9A中所示，已经可能通过仅三个径向突起11b、11c、11d获得第一销钉11的精确定位，或如图9B中所示，甚至通过第一销钉11上的仅两个径向突起11b、11c和第二销钉12上的仅一个径向突起12b将模2相对于分配器6精确定位和定向，只要各接触点不在包含插入轴线Z1、Z2的平面或与之平行的平面上对齐即可。

如图10中所示，在销钉11、12已被插入孔13、14中后，模2在朝向垂向倾斜的同时被略微提升，使得其底端2a与支承件16上的凹处17对齐，从而插入凹处17。

如图11中所示，剩余的模2随后以类似的方式依次插入基座4与分配器6之间。面4上的支承件16的凹处17大体上比销钉11、12和分配器6中的孔13、14更浅，故而可能在模2的销钉11、12已经插入对应的孔13、14后，在将每个模2朝向垂向倾斜的同时限制分配器6的垂向运动，并因而避免已安装的模2的销钉11、12从另一孔13、14中脱出。

如图12中所示，在所有模2已经安装在围绕下降件3的组内后，可能通过使用卡尺19来验证它们被适当地对齐。如图13中所示，一旦已验证了该对齐，分配器6就可通过粘合地胶接至下降件3而阻塞在位，且模2的底端可被类似地粘合地胶接至它们在基座4上的相应的支承件16。此后，如图14中所示，杯7在分配器6上放置在位，且如图15中所示，为了将组件直至模2的位置都浸没于液态的可熔化材料的浴中，组件被上下倒置。该可熔化的材料的熔点低于浸入其中的元件的熔点，且该可熔化的材料可特别地为呈液态的蜡。因而，液体浴可保持在低于暂时浸入其中的元件的熔点的温度，从而防止元件熔化，即使是部分熔化。如图16中所示，当在浴中时，浴的液体材料穿透进入浸没元件之间的空隙，且特别地进入销钉11、12的外表面11a、12a与孔13、14的内表面13a、14a之间的空隙。在被组装的铸造树1已从液体浴中移除后，浴的某些液体材料继续粘附至浸入浴中的暴露的表面，液体在这些表面上冷却并凝固，从而围绕暴露的表面在各被浸入元件之间的空隙中形成包括在销钉11、12的外表面11a、12a与对应的孔13、14的内表面13a、14a之间的固体膜15，从而加固模2与分配器6之间的每个公母连接9、10。分配器6与模2之间、下降件3与杯7之间的空隙也至少部分地被该膜15充填，因而这还以此方式有助于加固被组装的铸造树1。如图17中所示，该组装方法以将抬升件5胶接在基座4下方而结束，从而获得如图1中所示的铸造树1。

如图18中所示，该铸造树1接着可用于生产外壳模具20。为此目的，包括首先将铸造树1浸入砂浆并接着将耐火沙撒在铸造树上的程序重复多次。此后，通过在炉中焙烧，以此方式形成的由耐火沙和砂浆制成的外壳被烧结。形成铸造树1的可熔化的材料在炉内的高温下熔化，且可被轻易地以液态从以此方式产生的外壳模具20移除。

在外壳模具20中，模2已经产生模具空腔21，杯7已经产生铸造漏斗22，且分配器6已经产生将漏斗22连接至空腔21的铸造通道23。因而，模具20可用于包括以下步骤的铸造方法：将熔融金属材料铸入模具20内部，在该步骤中熔融金属材料经由漏斗22和通道23充填空腔21，之后是以下步骤：引起模具20内的金属材料凝固，该凝固可被操控，用以获得例如单晶部件的目的。最后，为了释放已经以此方式在模具空腔21内形成的部件，可移除可自然干燥的模具20，这些部件接着复制模2的形状。

虽然参考特定的实施例来描述本发明，但清楚的是，可对这些实施例进行修改和变化而不超出如权利要求所限定的本发明的总体范围。此外，各实施例中所提及的单独的特点可在额外的实施例中组合。由此，说明书和附图应被认为是说明性而非限制性的。