单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳及该陶瓷模壳的成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密熔铸的模壳成型技术，具体是一种单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳，以及该陶瓷模壳的成型方法。
【背景技术】
[0002]单晶叶片因其具有优异的结构性能而得到了工业设备的普遍青睐，例如，以单晶涡轮叶片来提高航空发动机、工业燃气轮机的高温性能等等。
[0003]叶片为轮廓异形的细长零件，其在单晶熔铸的精密铸造中，需要将单晶叶片成型用的陶瓷模壳进行竖立布置，这尤其以大型单晶叶片的成型更为明显；在竖立布置的陶瓷模壳中，可以有效实现陶瓷模壳内合金熔液的单晶顺序生长，并减少、甚至避免杂晶产生。
[0004]基于上述成型工艺要求，细长的陶瓷模壳通过选晶器竖立在底盘上方，而选晶器为直径细小的螺旋结构，其很难将结构体积、重量远大于其本身的陶瓷模壳进行可靠支撑，况且陶瓷模壳还需要盛装合金熔液，这些重量都会直接施加在选晶器上。因而，需要对底盘上方的陶瓷模壳另行设置支撑架进行“扶持”，以对相对脆弱的选晶器“卸载”。
[0005]参见图1所示，目前常见的单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳结构如下:陶瓷模壳3具有匹配设计叶片形状的叶片型腔31 ;陶瓷模壳3以竖立方式通过选晶器2设置在底盘I上方，该底盘I的面积大于陶瓷模壳3径向最大轮廓处的面积；在陶瓷模壳3正投影外围的底盘I上设置有多根立柱42 (通常是四根；通过金属芯蜡模以粘浆淋砂的方式成型，图中43为金属芯蜡模所形成空腔)，这些立柱42的高度基本与陶瓷模壳3的顶部持平；在陶瓷模壳3的顶部和各立柱42之间设有一体成型的横梁41 ；以此由横梁41和立柱42组成陶瓷模壳3在底盘I上的支撑架4。
[0006]上述陶瓷模壳结构虽能使其形成可靠、稳定的支撑结构，但底盘和支撑架在陶瓷模壳的外围形成粗大的陶瓷支撑框，其具有以下技术不足:1.结构臃肿而复杂，成型过程费时、且费料；2.粗大的支撑架在整个陶瓷模壳的外围影响了定向凝固过程中的辐射传热，从而容易使陶瓷模壳内的合金熔液的单晶生长条件变差，影响单晶叶片的成品质量，合格率低。
【发明内容】
[0007]本发明的发明目的在于:针对定向凝固工艺的特殊性以及上述现有技术的不足，提供一种结构简单而紧凑、能够对陶瓷模壳在底盘上形成可靠且稳定支撑、不影响定向凝固中单晶生长条件的单晶叶片成型用陶瓷模壳，以及该陶瓷模壳的成型方法。
[0008]本发明所采用的技术方案是:一种单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳，所述陶瓷模壳竖立在底盘上方，该底盘与陶瓷模壳之间设有选晶器，所述底盘与陶瓷模壳之间还设有多根支撑柱，这些支撑柱环绕布置在选晶器外围，且这些支撑柱与陶瓷模壳一体成型。
[0009]所述支撑柱以上端向心倾斜的方式成型。
[0010]一种上述单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳的成型方法，包括下列步骤: 1).根据设计的叶片形状制作叶片蜡模，并制作承托叶片蜡模的底盘蜡模和选晶蜡模；
2).将叶片蜡模组合在选晶蜡模上，将选晶蜡模组合在底盘蜡模上；在底盘蜡模与叶片蜡模之间设置多根支撑棒，这些支撑棒环绕布置在选晶蜡模的外围，以此形成蜡树；
3).在步骤2)形成的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷模壳，经脱蜡和焙烧成型陶瓷模壳，成型的陶瓷模壳与底盘之间的支撑柱为一体成型结构。
[0011]作为优选方案，所述支撑棒的截面直径为2?20mm。
[0012]所述支撑棒为陶瓷棒和/或蜡棒；所述陶瓷棒的支撑棒以间隔开、直接抵接或插入的方式与叶片蜡模的底部组合；所述蜡棒的支撑棒以间隔开的方式与叶片蜡模的底部组合；所述间隙隔开的距离为2?1mm0
[0013]本发明的有益效果是:本发明通过在竖立陶瓷模壳的底部与底盘之间设置多根支撑柱，对竖立的陶瓷模壳在底盘上形成可靠、稳定的支撑，该支撑结构能够承受合金熔体浇注的冲击力及静压力，有效防止了模壳的断裂及熔体的漏出，进而保证了单晶叶片在制壳、浇注和凝固过程中的顺利进行；整个支撑结构简单而紧凑，成型过程方便、省时省料；此夕卜，此支撑结构的支撑柱细而短，又处在陶瓷模壳的底部，从而有效避免了对模壳中上部辐射传热的阻碍，使得其不影响定向凝固中叶片部分的单晶生长条件，可靠性高，实用性强。
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0015]图1是现有单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳的结构示意图。
[0016]图2是本发明陶瓷模壳的一种结构示意图。
[0017]图3是图2所示陶瓷模壳在成型前的蜡树结构示意图。
[0018]图4是图3所不錯树进彳丁粘楽淋砂后的不意图。
[0019]图中代号含义:1 一底盘；2—选晶器；3—陶瓷模壳；31—叶片型腔；4一支撑架；41一横梁；42—立柱；43—金属芯錯模所形成空腔；5—支撑柱；51—支撑棒(51a—陶瓷棒；51b—蜡棒)；6—叶片蜡模；7—选晶蜡模；8—底盘蜡模。
【具体实施方式】
[0020]参见图2:—种单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳，其中所述叶片主要为重型燃机用的大型叶片。所述陶瓷模壳3具有对应设计叶片形状的叶片型腔31，该陶瓷模壳3竖立在底盘I的上方，该底盘I与陶瓷模壳3的底部之间设有选晶器2，它们都是一体成型的。前述底盘I与陶瓷模壳3的底部之间还设有多根支撑柱5 (通常为三至六根，例如四根；可以是实心支撑柱，也可以是空心支撑柱，还可以是实心和空心混搭的支撑柱)，这些支撑柱5较为均匀的环绕布置在选晶器2外围，每根支撑柱5以上端向心(指陶瓷模壳3竖立的轴心)倾斜的方式成型，每根支撑柱5在底盘I上的倾斜角度通常为40?90°，例如50°等，这些支撑柱5与陶瓷模壳3、底盘1、选晶器2为一体成型的。
[0021]上述底盘I的厚度通常为5?10mm。
[0022]参见图3和图4:上述单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳的成型方法，主要包括下列步骤: I).根据设计的叶片形状制作叶片蜡模6，并制作承托叶片蜡模6的底盘蜡模8和选晶蜡模7 ;同时准备多根支撑棒51，这些支撑棒51分别选取陶瓷棒51a和蜡棒51b (当然，这些支撑棒51可以全部选取陶瓷棒51a，或者，全部选取錯棒51b);每根支撑棒51的截面直径为2?20mm，例如5mm、1mm或15mm等等，此值的选取以提供足够支撑强度和不影响定向凝固工艺中的辐射传热为宜。
[0023]2).将叶片蜡模6竖立组合在选晶蜡模7上，使叶片蜡模6的底部最低点与选晶蜡模7的顶部衔接；将选晶蜡模7组合在底盘蜡模8上，将多根陶瓷棒51a和蜡棒51b围绕选晶蜡模7以倾斜方式安装在底盘蜡模8与叶片蜡模6之间，每根陶瓷棒51a的上端以插入的方式(也可以是直接抵接或者间隔开的方式)与叶片蜡模6的底部组合，而每根蜡棒51b的上端以间隙隔开的方式与叶片蜡模6的底部组合，前述间隙隔开的距离为2?10mm，例如2mm或5_等等，具体视陶瓷层厚度而定；以此形成錯树；
3).在步骤2)形成的蜡树上以反复粘浆淋砂的方式制作陶瓷模壳，经脱蜡和焙烧成型陶瓷模壳3，成型的陶瓷模壳3与底盘I之间的实心支撑柱5 (以陶瓷棒51a为支撑棒51)和空心支撑柱5 (以蜡棒51b为支撑棒51)为一体成型结构，即支撑柱5、底盘1、陶瓷模壳3和选晶器2为一体成型结构。
[0024]以上技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳，所述陶瓷模壳(3)竖立在底盘(I)上方，该底盘(I)与陶瓷模壳(3 )之间设有选晶器(2 )，其特征在于:所述底盘(I)与陶瓷模壳(3 )之间还设有多根支撑柱(5 )，这些支撑柱(5 )环绕布置在选晶器(2 )外围，且这些支撑柱(5 )与陶瓷模壳(3) —体成型。2.根据权利要求1所述单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳，其特征在于:所述支撑柱(5)以上端向心倾斜的方式成型。3.—种权利要求1或2所述单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳的成型方法，包括下列步骤: 1).根据设计的叶片形状制作叶片蜡模(6)，并制作承托叶片蜡模(6)的底盘蜡模(8)和选晶錯I旲(7)； 2).将叶片蜡模(6)组合在选晶蜡模(7)上，将选晶蜡模(7)组合在底盘蜡模(8)上；在底盘蜡模(8)与叶片蜡模(6)之间设置多根支撑棒(51)，这些支撑棒(51)环绕布置在选晶蜡模(7)的外围，以此形成蜡树； 3).在步骤2)形成的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷模壳，经脱蜡和焙烧成型陶瓷模壳(3)，成型的陶瓷模壳(3)与底盘(I)之间的支撑柱(5)为一体成型结构。4.根据权利要求3所述单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳的成型方法，其特征在于:所述支撑棒(51)的截面直径为2?20mm。5.根据权利要求3所述单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳的成型方法，其特征在于:所述支撑棒(51)为陶瓷棒(51a)和/或蜡棒(51b);所述陶瓷棒(51a)以间隔开、直接抵接或插入的方式与叶片蜡模(6)的底部组合；所述蜡棒(5Ib)以间隔开的方式与叶片蜡模(6)的底部组合；所述间隙隔开的距离为2?10mm。
【专利摘要】本发明公开一种单晶叶片成型用竖式陶瓷模壳及该陶瓷模壳的成型方法。所述陶瓷模壳竖立在底盘上方，该底盘与陶瓷模壳之间设有选晶器和多根支撑柱，这些支撑柱环绕布置在选晶器外围，且这些支撑柱与陶瓷模壳一体成型。所述陶瓷模壳的成型方法包括：1）制作叶片蜡模、底盘蜡模和选晶蜡模；2）将叶片蜡模组合在选晶蜡模上，将选晶蜡模组合在底盘蜡模上；在底盘蜡模与叶片蜡模之间设置多根支撑棒，这些支撑棒环绕布置在选晶蜡模的外围；3）以粘浆淋砂方式制作陶瓷模壳。本发明对竖立的陶瓷模壳在底盘上形成可靠、稳定的支撑，整个支撑结构简单而紧凑，有效避免了对辐射传热的阻碍，使得其不影响定向凝固中合金熔液的单晶生长条件。
【IPC分类】B22C9/04
【公开号】CN104923734
【申请号】CN201510251777
【发明人】马德新, 杨功显, 张琼元, 王海洋, 刘艳领, 赵代银, 张松泉, 李林蓄
【申请人】东方电气集团东方汽轮机有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月18日