铸造模型的制作方法
【专利说明】铸造模型
【背景技术】
[0001] 本发明涉及铸造领域，并且更特别地涉及一种失模铸造的模型，以及也涉及制造 壳模的方法，以及涉及使用这种模型的铸造方法。
[0002] 所谓的"失蜡"或"失模"铸造方法自古以来就是众所周知的。它们特别地适合于 生产形状复杂的金属部件。因此，失模铸造特别地用于生产涡轮发动机叶片。
[0003] 在失模铸造中，第一步骤通常包括用具有相对较低的熔化温度的材料制造模型， 例如用蜡或树脂制造模型，然后将模具二次成型到该模型上。在从模具内侧移除该模型材 料后，由此这种方法的命名，熔融金属被铸造到模具内，以填补空腔，该模型已经在从此被 移除的模具内侧形成该空腔。一旦金属已经冷却和凝固，模具可被打开或破坏以回收具有 该模型形状的金属部件。在本文的上下文中，术语"金属"应该理解为不仅包括纯金属，而 且首先包括金属合金。
[0004] 为了能够同时制作多个部件，可以在单个组件中联合多个模型，其中它们通过树 状物连接在一起形式，所述树状物在熔融金属的模具中形成铸造通道。
[0005] 在可用于失模铸造中的各种类型的模具中，已知通过将该模型或模型组件浸渍到 粉浆中，然后将耐火砂撒到被粉浆包覆的模型或模型组件上从而形成围绕模型或组件的壳 体，然后烘烤该壳体以使粉浆凝固从而使粉浆和砂土固定，形成了所谓的"壳体"模具（壳 模）。可以设想浸渍和撒布的几个连续操作以在对其烘烤之前获得足够厚度的壳体。在本 文的上下文中使用的术语"耐火砂"是指任何颗粒材料，其颗粒尺寸足够小以满足所需的生 产公差，并且其在处于固态时能够承受熔融金属的温度，以及其在壳体的烘烤过程中通过 粉浆能够被固结成单个固体块。
[0006] 为了在通过铸造生产的部件中获得特别有利的热机械性能，可能需要确保金属在 模具中进行定向凝固。术语"定向凝固"在本文上下文中用于意指随着其从液态变为固态， 控制在熔融金属中晶核形成和固态晶体的增长。这种定向凝固的目的是为了避免在该部件 内晶界的负面效应。因此，定向凝固可以是柱状或单晶体的。柱状的定向凝固包括将所有 的晶界定向为同一方向，使得它们不能导致裂缝传播。单晶体的方向凝固包括确保该部件 凝固为单晶体，以消除所有的晶界。
[0007] 当生产受到高水平热机械应力的部件时，如涡轮发动机叶片，定向凝固是特别需 要的。然而，这种叶片的复杂形状可以干扰定向凝固，引起不必要的颗粒，特别地在叶片中 的尖角附近。特别地，在平台的两侧上带有根部和主体的涡轮发动机叶片中，所述平台与叶 片的主轴线基本垂直地延伸，所述主体存在压力侧、抽力侧、前缘和后缘，在叶片主体和平 台之间的突然过渡能够导致形成不必要的颗粒，特别地在后缘的附近。
[0008] 为了减少涡轮发动机叶片的重量，并且首先为了使它们冷却，通常在非永久模型 中嵌入耐火芯。在模型的材料已被移除后，以及在金属已经铸造并冷却后，这种耐火芯保留 在壳模内侧，从而在金属部件中形成中空体积。特别地，为了提供后缘的良好冷却，考虑到 其小厚度对高温特别脆弱，对于这种芯通常在后缘与模型的表面齐平，以形成后缘的冷却 槽。然而，在该位置内芯的小厚度很脆弱。此外，为了在金属的铸造和冷却过程中将芯保持 在壳模内侧的正确位置，需要引导热膨胀。为此，该模型可包括与后缘相邻的引导条带，该 引导条带使耐火芯的浸渍过的表面与在后缘和伸缩条带之间的模型的每一侧齐平。在这些 表面上的可从壳模上与模型材料一起被移除的粉泥确保了在耐火芯和壳模之间存在少量 间隙（百分之几毫米数量级），以引导芯在这个位置以垂直于其厚度的方向膨胀。在伸缩条 带内侧，芯可以具有更大厚度，从而使其更坚固。
[0009] 然而，在后缘或伸缩条带与叶片平台的交叉口处的模具腔的形状的复杂性极大地 增加了颗粒产生的风险。
[0010] 发明目的和内容
[0011] 本发明特别地寻求弥补这些缺点。特别地，本发明寻求提供一种可以避免形成不 必要颗粒的模型，所述不必要颗粒在后缘或伸缩条带与涡轮发动机叶片的平台的连接处附 近形成，所述涡轮发动机叶片的平台以失模铸造方法中从模型中生产。
[0012] 在本发明的至少一个实施方式中，通过以下事实实现了该目的，该模型还包括在 平台和所述伸缩条带之间延伸并在它们之间存在自由边缘的连接板。术语"连接板"在本 文的上下文中用于指定非常精细的壁，即具有基本低于其他尺寸的厚度。然而连接板的厚 度不必小于伸缩条带的厚度。
[0013] 通过这些规定，可以确保在后缘和平台之间的过渡更平缓，避免了可能引发不必 要颗粒的尖角。由于通过使用这种模型的铸造方法所导致的粗铸件在任何情况下随后必须 加工以消除伸缩条带，该连接板可在相同的加工步骤中消除，而不引起附加的操作步骤。
[0014] 有利地，连接板的自由边缘可从平台的一个边缘延伸到该伸缩条带，以避免不必 要颗粒不仅在平台和后缘之间，而且在平台的边缘成核。
[0015] 为了更好地避免形成不必要颗粒，该模型在伸缩条带的自由边缘和连接板的自由 边缘之间具有平缓的过渡。此外，连接板的厚度可小于或等于伸缩条带的厚度，以及连接板 的自由边缘在横平面上可以是圆形。
[0016] 该模型也可包括一个从远离叶片根部的端部延伸该主体的部件外（out-of-part) 部分，特别地以提供在选择器通道和叶片主体之间的平稳过渡。在这种情况下，连接板的高 度可以不大于主体与部件外部分的高度的一半。
[0017] 为了限制可能会产生不必要颗粒的角的数量，在连接板与平台之间的连接处可以 从压力侧与平台之间的连接处延伸。
[0018] 为了促进定向凝固，该铸造模型也可具有被连接到与叶片根部相对的叶片主体端 部的选择器通道模型。在使用一种在该铸造模型周围形成的模具的铸造方法中，通过起动 器空腔（starter cavity)逐步冷却在模具内侧的恪融金属，以确保在起动器空腔中已经成 核的仅一个颗粒传递到叶片成形空腔内，所述起动器空腔经由选择器通道，如挡板形通道， 被连接到叶片形空腔。
[0019] 本发明还提供了一种组件，所述组件包括通过树状物连接在一起的多个所述铸造 模型，以能够同时生产多个叶片。
[0020] 本发明还提供了一种制造壳模的方法，所述方法包括以下步骤：将至少一个这种 铸造模型浸渍到粉浆中，向至少一个浸渍有粉浆的模型用耐火砂涂粉以在至少一个模型周 围形成壳体，移除所述至少一个模型，以及烘烤所述壳体。此外，本发明还提供了一种铸造 方法，其中这样制造的壳模随后是将熔融金属铸造到壳模内，用定向凝固冷却该金属，敲除 以回收粗金属铸件，以及精加工该粗铸件。该精加工步骤特别地可包括从该粗铸件加工去 除所述部件外元件。
【附图说明】
[0021] 在阅读通过非限制示例给出的实施方式的以下详细描述后，可以很好地理解本发 明以及其优点更好地显而易见。本说明书参考以下附图，其中：
[0022] ?图1是示出定向凝固铸造方法的实施方式的图；
[0023] ?图2是示出一种铸造模型的组件的图；
[0024] ?图3是在一个实施方式中铸造模型的侧视图；
[0025] ?图4是图3模型的相对侧面的视图；
[0026] ?图5是在图3和图4的模型的线V-V上的剖面图；