用于制造燃气涡轮发动机零件的增材制造的铸造制品的制作方法
【专利说明】用于制造燃气涡轮发动机零件的増材制造的铸造制品
[0001]相关申请的交叉引用
[0002 ]本申请要求2014年10月31日提交的美国临时申请号62/07 3，200的优先权。
[0003]发明背景
[0004]本公开总体上涉及增材制造的铸造制品及其制备方法。所述铸造制品可用来铸造具有所需的内部冷却回路的燃气涡轮发动机零件。
[0005]燃气涡轮发动机通常包括压缩机部分、燃烧室部分和涡轮部分。通常，在运行期间，空气在压缩机部分中被增压，并且在燃烧室部分中与燃料混合并且燃烧，以产生热燃烧气体。所述热燃烧气体流过涡轮部分，所述涡轮部分从热燃烧气体提取能量，以便为压缩机部分和其他发动机负载提供动力。
[0006]由于燃气涡轮发动机零件暴露至热燃烧气体，因此多个燃气涡轮发动机零件可包括内部冷却特征结构。可从压缩机部分提取专用的冷却空气并且通过内部冷却特征结构分布在整个零件中，从而冷却所述零件。通常这些零件是使用熔模铸造过程铸造的。具有固定到彼此的两个或更多个部分的模具限定零件的外表面，并且定位在模具内的模芯形成零件的内部冷却特征结构，包括但不限于冷却通道、冲击孔、肋、微回路或其他结构。所述模芯是必须从铸造后的零件浸出的固体结构。
发明概要
[0007]根据本公开的另一个示例性方面的铸造制品尤其包括回路形成部分，所述回路形成部分包括内部通道和围绕所述内部通道的外部壳体。设计失效特征结构形成在外部壳体中并且被构造成增加铸造制品在铸造过程期间的可压缩性。
[0008]在前述铸造制品的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括形成在外部壳体中的变薄部分。变薄部分具有与外部壳体的第二部分相比减小的厚度。
[0009]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括内部支撑件，所述内部支撑件在外部壳体的吸力侧形成壁与压力侧形成壁之间延伸。
[0010]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括形成在外部壳体中的至少一个多孔区域。所述至少一个多孔区域具有小于外部壳体的第二部分的第二密度的第一密度。
[0011]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，内部通道建立穿过回路形成部分的浸出路径。
[0012]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，多个设计失效特征结构形成在外部壳体中。
[0013]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括形成在外部壳体的肋形成壁中的变薄部分。
[0014]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括形成在外部壳体的肋形成壁中的至少一个多孔区域。
[0015]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，所述至少一个多孔区域被构造成向内部通道失效。
[0016]在前述铸造制品中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构被构造成向内部通道的中心偏斜。
[0017]根据本公开的另一个示例性方面的制备用于制造燃气涡轮发动机零件的铸造制品的方法尤其包括将粉末状材料传递到增材制造系统。所述粉末状材料包括二氧化硅材料、氧化铝材料和耐熔金属材料中的至少一种。增材制造系统用来逐层制造铸造制品。铸造制品包括多个回路形成部分，所述回路形成部分中的至少一个包括由外部壳体围绕的内部通道。设计失效特征结构形成在外部壳体中。
[0018]在前述方法中的任一者的另一个非限制性实施方案中，内部通道建立穿过回路形成部分的中空开口。
[0019]在前述方法中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括形成在外部壳体中的变薄部分；内部支撑件，所述内部支撑件在外部壳体的吸力侧形成壁与压力侧形成壁之间延伸;或形成在外部壳体中的多孔区域。
[0020]在前述方法中的任一者的另一个非限制性实施方案中，使用增材制造系统的步骤包括:使第一层粉末状材料熔融以便形成铸造制品的第一剖面层，在第一剖面层顶部上撒布第二层粉末状材料，并且使所述第二层熔融以便形成铸造制品的第二剖面层。
[0021]在前述方法中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括内部支撑件，所述内部支撑件在外部壳体的吸力侧形成壁与压力侧形成壁之间延伸。
[0022]在前述方法中的任一者的另一个非限制性实施方案中，设计失效特征结构包括形成在外部壳体中的至少一个多孔区域。
[0023]前述段落、权利要求或下面的说明和附图中的实施方案、实例和替代方案，包括它们的各个方面或各自的个体特征，可被独立地或以任何组合的方式采用。结合一个实施方案描述的特征可应用于所有实施方案，除非此类特征是不兼容的。
[0024]从以下【具体实施方式】中本公开的各种特征和优点将对本领域技术人员是显而易见的。【具体实施方式】所附的附图可简述如下。
[0025]附图简述
[0026]图1示出燃气涡轮发动机的示意性剖视图。
[0027]图2示出燃气涡轮发动机零件。
[0028]图3示出去除模芯之前的图2的燃气涡轮发动机零件。
[0029]图4示出另一个燃气涡轮发动机零件。
[0030]图5示出用于构造铸造制品的增材制造系统。
[0031]图6示出根据本公开的第一实施方案的铸造制品。
[0032]图7示出穿过图6的铸造制品的截面A-A的剖视图。
[0033]图8示出根据本公开的第二实施方案的铸造制品。
[0034]图9示出穿过图8的铸造制品的截面A-A的剖视图。
[0035]图10示出模芯的设计失效特征结构。
[0036]图11示出模芯的另一个设计失效特征结构。
[0037]图12A、图12B和图12C示意性地示出模芯的设计失效特征结构在铸造过程期间的偏斜。
[0038]图13示出可被增材制造的铸造系统。
【具体实施方式】
[0039]本公开描述增材制造的铸造制品，诸如模芯。增材制造系统可用来逐层构建铸造制品。铸造制品包括多个回路形成部分。回路形成部分可被形成具有内部通道。在一些实施方案中，铸造制品建立用于接收浸出流体的浸出路径。浸出路径减少了使模芯从铸造后的燃气涡轮发动机零件溶解所必需的时间量。在另一个实施方案中，铸造制品装配有设计失效区域。所述设计失效区域允许回路形成部分在零件固化期间在非关键位置处偏斜、压损或塌陷，从而避免损坏铸造零件。这些和其他特征结构在本详细说明的以下段落中更加详细地讨论。
[0040]图1示意性示出燃气涡轮发动机20。在一个非限制性实施方案中，示例性燃气涡轮发动机20为双转子涡扇发动机，所述燃气涡轮发动机20大体上并入:风扇部分22、压缩机部分24、燃烧室部分26和涡轮部分28。除了作为特征结构的其他系统之外，替代发动机可包括增压器部分(未示出)。风扇部分22沿旁路流动路径B驱动空气，同时压缩机部分24沿模芯流动路径C驱动空气以便压缩空气并传递到燃烧室部分26中。在燃烧室部分26中所产生的热燃烧气体通过涡轮部分28膨胀。尽管在所公开的非限制性实施方案中描述为涡扇