[发明专利]用于制作铸造部件的一体化铸造芯壳结构和过滤器

说明书

本公开大体涉及一体化芯壳熔模铸造模具，其设置一体化陶瓷过滤器。这些一体化芯壳熔模铸造模具还设置对应于涡轮叶片或定子轮叶表面上的冷却孔图案的长丝结构，在金属铸造之后为芯部分提供浸出路径。本发明还涉及可以用于例如在模具的芯顶部分中补充浸出路径的芯长丝。

技术领域

本公开大体涉及熔模铸造一体化芯壳模具和运用这些一体化模具的处理。根据本发明制作的芯壳模具包括一体化陶瓷过滤器，用于在增添到模具中时过滤熔化的金属。这些芯壳模具还可以包括在模具的芯和壳之间的一体化陶瓷长丝，可以运用陶瓷长丝在由这些模具制作的铸造部件中形成孔，即，隙透冷却孔。一体化芯壳模具在铸造操作中提供有用的性质，诸如在制作用于喷气飞行器发动机或发电涡轮部件的涡轮叶片和定子轮叶的超合金的制造中。

背景技术

许多现代发动机和下一代涡轮发动机要求具有曲折和复杂几何形状的部件和零件，这要求新型材料和制造技术。用于制造发动机零件和部件的常规技术涉及到费力的熔模或失蜡铸造处理。熔模铸造的一个示例涉及到用在燃气涡轮发动机中的典型转子叶片的制造。涡轮叶片一般包括具有径向通道的中空翼型件，径向通道沿着具有至少一个或多个入口的叶片的跨度延伸，用于在发动机操作期间接收加压冷却空气。叶片中的各种冷却通路一般包括蛇形通道，蛇形通道安置在翼型件在前缘和尾缘之间的中部。翼型件一般包括延伸通过叶片的入口，用于接收加压冷却空气，入口包括局部特征，诸如短的紊流肋或销，用于增加翼型件的受热侧壁和内部冷却空气之间的热传递。

一般由高强度、超合金金属材料制造这些涡轮叶片涉及到图1中示出的诸多步骤。首先，制造精密陶瓷芯以符合涡轮叶片内侧所需的曲折冷却通路。还创建精密压模或模具，其限定涡轮叶片的精确3D外部表面，涡轮叶片包括其翼型件、平台和一体式楔形榫。这种模具结构的示意图在图2A至图2C中示出。陶瓷芯200组装在两个压模半部内侧，两个压模半部在其间形成限定涡轮叶片的所得金属部分的空间或空隙。将蜡注入组装的压模中以填充空隙并围绕封装其中的陶瓷芯。将两个压模半部分开并从模制蜡中去除。模制蜡具有所需涡轮叶片的精确构造。然后将具有封装陶瓷芯200的模制蜡叶片201附接到蜡树结构202，蜡树结构202末了将限定熔化的金属到陶瓷模具中的流路。蜡叶片包括销205，用于将芯保持就位。树结构202可以包括漏斗形部分204，用于将熔化的金属增添到模具。如图2A所示，树结构202包括陶瓷过滤器203，用于在铸造操作中过滤熔化的金属。

本领域中已知的陶瓷过滤器包括陶瓷泡沫过滤器(CFF)，如图2D所示。通过利用陶瓷浆料浸透网状聚氨酯泡沫，通过挤压泡沫去除多余浆料，然后干燥并烧制形成CFF的本体，从而形成这些过滤器。其他已知的陶瓷过滤器包括对称过滤器，诸如图2E中示出的标准扁平初级过滤器。更加近前地，陶瓷过滤器已使用各种增材技术制作。例如，名称为“陶瓷过滤器(ceramic filters)”的美国专利申请公开No.2016/0038866A1描述了一种增材制造的陶瓷过滤器。另一示例是在国家能源技术实验室(NETL)网站可得的“提高单晶铸造产量的先进过滤技术——米克罗系统(Advanced Filtration to Improve Single CrystalCastingYield—Mikro Systems)”。这些过滤器作为独立的过滤器出售，可以并入图2A中示出的蜡树中，然后并入图2B中示出的陶瓷模具中。

在蜡注入之后，然后整个蜡树结构202、陶瓷过滤器203和蜡涡轮叶片201涂覆有陶瓷材料，以形成陶瓷壳206，如图2B所示。然后，将蜡熔化并从壳206去除，在陶瓷壳206和内部陶瓷芯200之间留出对应的空隙或空间207。在通过销205去除蜡之后将陶瓷芯保持就位。如图2C所示，然后将熔化的超合金金属208倒入壳中以填充其中的空隙207，并再次封装含有在壳206中的陶瓷芯202。熔化的金属冷却并凝固，然后适当地去除外部壳206和内部芯202，留下所需金属涡轮叶片。