使用储热器铸造零件的方法、此类方法所使用的浇口以及由此制作出的铸件的制作方法
【专利说明】使用储热器铸造零件的方法、此类方法所使用的浇口以及由此制作出的铸件
[0001]相关申请交叉引用
本申请是要求2012年10月I日提交的美国临时专利申请号61/708，565的35 USC§ 119(e)权益的非临时申请。
技术领域
[0002]本公开总体上涉及零件铸造，并且更具体地涉及一种利用通过使用牺牲材料而改进的传热的方法、模具和铸件。
【背景技术】
[0003]铸造零件具有许多工业应用。例如，许多航空航天部件诸如燃气涡轮发动机中使用的那些使用填充有熔融金属的模具形成。模具是以零件所需形状来形成以使得当熔融金属冷却和硬化、并且模具移除时，形成了所需形状的零件。通常，当所需形状通过其它方法形成起来复杂、或尤其难以形成时，则将铸造用作为形成零件的主要方法。
[0004]虽然是有效的，但是铸造零件常常具有小热质量区域(诸如相对薄的区段)和大热质量区域(诸如相对厚的区段)。因此，此类铸件可在冷却工艺期间由于可存在于小热质量区域与大热质量区域之间的大温差而经受撕裂。这必然地导致铸件废弃、生产率的损失、和盈利率的损失。因此，需要更好工艺。
【发明内容】
[0005]根据本公开的一个方面，公开了一种铸造工作产品的方法。所述方法包括:生产铸件，所述铸件具有工作产品以及从工作产品延伸并悬挂在所述工作产品上方的牺牲附件；以及使用牺牲附件可控制地冷却工作产品。
[0006]在另一改进中，所述方法还包括在工作产品冷却之后，将牺牲附件从工作产品移除。
[0007]在另一改进中，工作产品包括小热质量区域和大热质量区域，并且所述方法还包括将牺牲附件定位在小热质量区域与大热质量区域之间。
[0008]在另一改进中，小热质量区域是燃烧器面板的中跨，并且大热质量区域是燃烧器面板的螺柱，并且所述方法包括将附件悬挂在中跨上方。
[0009]在另一改进中，所述方法还包括:形成模具，所述模具包括呈工作产品的形状的空腔和呈牺牲附件的形状的空腔；以及将熔融金属倒入模具空腔中。
[0010]在另一改进中，所述方法还包括由陶瓷形成模具。
[0011]根据本公开的另一方面，所述方法还包括:形成呈铸件的形状的模子(pattern)；利用熔模材料来涂覆模子；以及将模子从熔模材料中移除。
[0012]在一个改进中，所述方法还包括形成蜡模。
[0013]根据本公开的另一方面，公开一种模具，所述模具可包括:工作产品模具，所述工作产品模具限定小热质量空腔和大热质量空腔；以及牺牲材料模具，所述牺牲材料模具限定附件空腔，所述附件空腔被定位在工作产品空腔上方、在小热质量空腔与大热质量空腔之间。
[0014]在一个改进中，牺牲模具还包括浇口空腔。
[0015]在另一改进中，模具是陶瓷的。
[0016]在另一改进中，工作产品是用于燃气涡轮发动机的燃烧器面板。
[0017]在又一改进中，小热质量空腔形成燃烧器面板的中跨，并且大热质量空腔形成燃烧器面板的螺柱。
[0018]根据本公开的另一方面，一种铸件具有大热质量区域和小热质量区域，并且所述铸件通过包括以下项的方法形成:形成具有工作产品空腔和牺牲空腔的模具，牺牲空腔在工作产品空腔上方、在小热质量区域与大热质量区域之间延伸；利用熔融金属填充模具；以及使用牺牲空腔中的熔融金属可控制地冷却工作产品空腔中的熔融金属。
[0019]在一个改进中，铸件是燃气涡轮发动机的燃烧器面板。
[0020]在另一改进中，小热质量区域是燃烧器面板的中跨，并且大热质量区域是燃烧器面板的螺柱。
[0021]在另一改进中，形成铸件的方法还包括一旦熔融金属冷却就从工作产品移除牺牲材料。
[0022]在一个改进中，牺牲材料包括悬挂在工作产品上方的附件。
[0023]在另一改进中，牺牲材料还包括浇口，并且所述方法还包括从工作产品移除浇口。
[0024]在又一改进中，所述方法还可包括对牺牲材料空腔设定尺寸，以便使小热质量区域与大热质量区域之间的热质量平衡。
[0025]结合附图阅读以下详细描述将更好地理解本公开的这些和其它方面和特征。
【附图说明】
[0026]图1是根据本公开生产的示例性工作产品的透视图；
图2是根据本公开的用于制作图1的工作产品的示例性模具的透视图；
图3是用于制作图1的工作产品的示例性铸件的透视图，但是其中仍附接牺牲的铸造材料；
图4是沿图3中的线4-4截得的图2的模具的剖面图；以及图5是描绘可根据本公开实践的步骤的样本序列的流程图。
【具体实施方式】
[0027]现在参考附图并且特定参考图1，可根据本公开制作的示例性铸件称为参考数字
20。更确切地，所描绘的铸件20是在燃气涡轮发动机中使用的燃烧器面板，但应理解，本公开的教示可以相同效率用来形成许多其它复杂形状，包括但不限于许多其它航空航天部件和燃气涡轮发动机部件。
[0028]如图所示，铸件20可包括中跨22，中跨22两侧设有侧向区段24。多个螺柱26可从每个侧向区段24延伸。本领域的普通技术人员将认识到，当以圆周方式来与其它燃烧器面板一起布置时，铸件20作为燃烧器面板用于形成燃气涡轮发动机燃烧器的环形内衬。随后，螺柱26可用于以均匀间隔方式来将环形燃烧器壳(未示出)附接至所述螺柱。然而，本公开的教示又可用于形成任何数目的其它复杂地设计的零件、尤其是航空航天零件。
[0029]此类零件可以通过熔模铸造技术制作，其中具有所需形状的模子是由诸如蜡的可溶解的、可熔融的或以其它方式可破坏的材料形成。那个蜡模随后由诸如陶瓷的熔模材料涂覆、喷涂或以其它方式覆盖。一旦熔模材料硬化，蜡模就可被熔融以形成呈所需零件的形状的中空模具。随后，将熔融材料倒入模具中形成所述零件。
[0030]虽然是有效的，但是对某些形状的零件而言，熔融材料可能在零件的不同位置以不同的速率冷却。例如，相对薄或以其它方式具有小热质量的区域可比厚区域或以其它方式具有大热质量的区域更快冷却，因此导致金属的热撕裂。当这种情况发生时，不得不将所述零件废弃，从而造成生产率和盈利损失。
[0031]在这方面，本公开大大改进先前技术。这是通过除其它外在模具中采用牺牲材料使零件上的热质量平衡并且因此可控制地冷却零件而不热撕裂来实现。
[0032]现在参考图2，描绘可制造铸件的模具30。如图所示，模具包括用于形成中跨22的中跨空腔32，所述中跨空腔两侧设有用于形成侧向区段24的侧向区段空腔34。另外，每个侧向区段34包括用于形成多个螺柱26的螺柱空腔36。然而，还应注意，模具30包括形成仅仅用于促进模制工艺的牺牲部分40的多个其它空腔。
[0033]如图3中最佳示出，这些牺牲部分40包括浇口 42和附件44。浇口 42提供用于将熔融金属传送至中跨空腔32、侧向区段空腔34和螺柱空腔36的通道。一旦熔融金属冷却，浇口 42就通过如切割、研磨、机加工等方式移除。
[0034]类似地，附件44是牺牲材料40并且最终并不形成成品工作产品45的可用部分。相反，通过将附件悬挂在紧密靠近其的中跨空腔32上方，当附件44以及中跨空腔32、侧向区段空腔34和螺柱空腔36被倒入并填充熔融金属时，在模具30上形成更均匀的热质量，从而允许模具30和铸件20上的更可控且更均匀的温度梯度。当铸件20更均匀地冷却时，金属的热撕裂的可能性相对于先前技术而大大减少。一旦附件冷却并且硬化，就将附件42连同浇口一起移除，以便形成图1的工作产品20。
[0035]铸件20的每个区段的相对尺寸在使铸件上的热质量平衡和调节熔融金属的适当冷却速率的过程中也很重要。更确切地,在示例性铸件20中，中跨22被配置为延伸铸件长度L。的壁，如图1中所示。中跨22具有厚度TM。可从中跨22的前侧50至后侧52测量Tm。在实施方案中，中跨22的厚度Tm在中跨22上可大体上均匀。
[0036]如图3中示出的示例性实施方案中最佳看出，壁状中跨22在每侧与铸件侧向区段24毗接。多个螺柱26从每个铸件侧向区段24向上延伸。每个螺柱26具有厚度Ts。在这个实施方案中，Ts可大于T M。出于本公开的目的，可从螺柱26的远端54 (远离侧向区段24)至近端56 (邻近侧翼部分24)测量Ts。
[0037]牺牲材料40相对于工作产品45的尺寸和位置也很重要。更确切地，如上指示，牺牲材料40可包括浇口 42和附件44。浇口 42还可包括栅格部分60。在一个实施方案中，栅格部分60可与铸件20的一侧或多侧相邻。在图1中不出的实施方案中，栅格部分60存在于铸件20的三侧。浇口 42和附件44最终从图3的初始铸件移除，以便产生图1中看到的铸件20。
[0038]附件44可从栅格部分60延伸并悬挂在栅格部分60上方。更确切地，附件44可在中跨22上方延伸。在其它实施方案中，附件44可与栅格部分60分开，但是可被设置成在中跨22上方延伸。附件44被配置以使得其基本上不在侧向区段24上方延伸。在一个实施方案中，附件44可在中跨22上方延伸，但是不在侧向区段24上方延伸。附件44具有厚度TA。
[0039]附件44和中跨22可限定设置在其间的间隙64，如图4中所示。在一个实施方案中，间隙64可基本上沿中跨22的长度L。和沿附件44的宽度Wa延伸。在一个实施方案中，间隙64高度He可在约3毫米至约56毫米的范围内。在另一实施方案中，He可在约13毫米至约46毫米的范围内。其它范围也可设想用于间隙64高度Hg,并且间隙64高度He并不限于上文所公开的具体范围。在实施方案中，Ts可约为T M和T JP WaW总和。在一个实施方案中，铸件20可由钢、铝等制作。
[0040]模具30的零件的尺寸和相对位置大体上反映