具有热罩的壳体模具 |
|||||||
| 申请号 | CN201380049069.7 | 申请日 | 2013-09-16 | 公开(公告)号 | CN104661775B | 公开(公告)日 | 2017-03-08 |
| 申请人 | 斯奈克玛; | 发明人 | 瑟奇·法格斯; 多米尼克·科耶兹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 铸造 领域，更具体说是涉及一种壳 体模 具(1)，以及用于制造和使用这种壳体模具(1)的方法。此壳体模具(1)具有中央圆柱体的浇铸腔(7)以及至少一个大致垂直于 主轴 线(X)的热罩(13)。该中央圆柱体(4)在铸造杯(5)与基底(6)之间沿着所述主轴线(X)延伸。每个浇铸腔均通过至少一个输送通道(8)与铸造杯(5)相连，以及通过弯道型选择器(9)与在基底(6)中的起动器(10)连接。至少一个热罩(13)在大致垂直于所述主轴线(X)的平面中完全包围各所述浇铸腔(7)。(4)、多个设置在该中央圆柱体(4)周围的束件中 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种壳体模具(1)，其包括： |
||||||
| 说明书全文 | 具有热罩的壳体模具技术领域背景技术[0003] 在失模铸造中，第一步骤通常包括从例如蜡或树脂等具有相对低的熔化温度的材料中形成图案，然后将该模具二次成型到该图案上。在将图案的材料从模具的内侧移除后，熔化的金属被浇铸到模具中，以填充该腔，其中图案通过从中移除而在模具内形成，这种方法因此得名。一旦该金属冷却和固化，模具就可以被张开或被摧毁，以恢复具有该图案的形状的金属零件。 [0004] 为了能够同时制造多个零件，可以将在单个组件中的多个图案结合，其中它们通过树状物连接在一起，所述树状物在用于熔化的金属的该模具中形成铸造通道。 [0005] 在可使用在失模铸造中的不同类型的模具中，已知的是，通过将图案或图案的组件浸入到泥浆中，然后通过在泥浆中涂层的图案或图案的组件上使耐火沙除尘以在图案或组件周围形成壳体，以及然后通过烘干壳体以固化泥浆并因此加固泥浆和沙而形成所称的“壳体”模具。可以设想浸入和除尘的几个连续的操作，以在烘干其之前获得足够厚度的壳体。在此上下文中所使用的术语“耐火砂”指的是任何颗粒尺寸的颗粒材料，所述颗粒材料足够小以满足所期望的制造公差，当在固体状态下时，所述颗粒材料能够承受熔化的金属的温度，并能够在壳体烘干的过程中由泥浆固定到单一固体件中。 [0006] 在此上下文中所使用的术语“金属”指的是纯金属和金属合金，具体已知为例如自从20世纪70年代末就开发的那些单晶合金的金属合金。传统的金属合金是各向等大的多结晶体：在它们的固体状态下，它们形成多个通常大约为1mm的基本相同尺寸的颗粒，但所述颗粒差不多随机定向。在颗粒之间的界线构成了由这种合金所造的金属零件的弱点。然而，使用添加剂来加强这些颗粒间的界线具有降低熔点温度的缺陷，其尤其当以这种方式制造的零件在高温下使用时是缺点。通常，单晶合金是具有浓度低于10摩尔百分比(％mol)的钛和/或铝的镍合金。这样，在固化后，这些合金就形成具有第一相位和第二相位的二相位固体。该相位具有面心立方晶格，其中镍、铝和/或钛原子可以位于任何位置。相比之下，在r’相位中，铝和/或钛金属形成立方构造，位于立方体的八个角落，同时镍原子位于立方体的表面。 [0007] 这些合金中的一个是镍合金“AM1”，其由SNECMA和ONERA实验室、巴黎的Ecole des Mines以及IMPHY SA联合开发。由这种合金制成的零件不仅可获得沿着所有应力轴均特别高的机械强度，而且可获得改进的热阻抗，因为可以省略用于将晶粒更强地结合在一起的添加剂。这样，由这种单晶合金制成的金属零件可以在例如涡轮的热零件中有利地使用。 [0008] 然而，为了充分获益于单晶合金的优点以使通过铸造制成的零件获得有利的热机械性能，期望确保金属在模具中发生定向凝固。在本上下文中所使用的术语“定向凝固”指的是当熔化的金属从液态变成固态时，对在该熔化的金属中的固体晶体的成核现象和成长施加控制。此定向凝固的目的是为了避免在零件内的颗粒界线的负面效应。这样，定向凝固可以是柱状的或单晶的。柱状的定向凝固在于沿着相同的方向定向所有的颗粒界线，以使它们无法有利于扩大裂缝。单晶体的定向凝固在于确保零件作为单一晶体固化，以消除所有的颗粒界线。 [0009] 已公开的法国专利申请FR 2 874 340的说明书描述了特别适于实施使用定向凝固的铸造方法的壳体模具。现有技术的壳体模具包括在铸造杯与基底之间沿着主轴线延伸的中央圆柱体以及设置为在中央圆柱体周围的组件的多个浇铸腔，每个所述浇铸腔均通过输送通道与铸造杯相连。为了使在浇铸腔里的熔化的金属能够定向凝固，每个浇铸腔还均经由挡板选择器与邻近于基底的起动器相连。而且，壳体模具还包括至少一个基本垂直于所述主轴线的热罩。 [0010] 在使用所述壳体模具的一铸造方法中，在通过铸造杯浇铸熔化的金属后，熔化的金属从基底朝向铸造杯沿着所述轴线逐渐冷却。在此例中，这可以通过朝向基底沿着主轴线从加热器室中逐渐拉出壳体模具来执行，同时冷却该基底。 [0011] 由于熔化的金属远离板逐渐地冷却，因此第一固体颗粒在邻近于板的起动器中成核。然后，挡板选择器的构造阻止超过一个的单一颗粒朝向每个浇铸腔延伸。 [0012] 使用至少一个热罩的目的是尽量确保每个浇铸腔结晶的延伸前端保持基本垂直于主轴线。倾斜的延伸前端很可能导致不想要的颗粒在浇铸腔中成核。然而，发现阻止这种倾斜是困难的，尤其在形状复杂的浇铸腔中。 发明内容[0013] 本发明寻求克服那些缺陷，并尤其是提供一种壳体模具，所述壳体模具使得可确保在壳体模具的浇铸腔中的熔化的金属的定向凝固，以及使得可以一般的方式这么实施。 [0014] 在至少一个实施例中，此目的利用至少一个热罩完全地围绕在基本垂直于所述主轴线的平面中的每个浇铸腔的事实来达到。 [0015] 利用这些规定，可以在垂直于主轴线的各平面中的各铸模的周围获得基本相同的温度，从而有利于在浇铸腔的内侧维持结晶的延伸前端的定向，以避免不想要的颗粒的形成。 [0016] 为了维持在每个浇铸腔中的延伸前端的定向，尤其当它们相对较长时，壳体模具可以包括至少两个基本垂直于所述第一方向的热罩，沿着所述第一方向在它们之间具有偏移，每个热罩均完全地围绕在基本垂直于所述主轴线的平面内的每个所述浇铸腔。特别是，为了有利于壳体模具的制造，这些热罩可基本相同，即充分类似，以可互换。 [0017] 至少一个热罩可包括加强肋，以沿着壳体模具的主轴线的方向对其进行支撑。为了适应浇铸腔，该至少一个热罩在每个浇铸腔的周围可具有浇铸腔通孔。 [0018] 壳体模具的基底可以形成用于支撑其和还用于提供金属的板，所述金属浇铸到与在壳体模具下的冷却的底板具有良好热接触的壳体模具中。然后，这使金属从下方冷却，同时壳体模具被从加热器室拉出，以确保在壳体模具内的熔化的金属的定向凝固。而且，壳体模具还可以包括额外的加强肋，所述加强肋将模具腔与铸造杯的尖端相连。 [0019] 本发明还提供一种制造这种壳体模具的方法，该方法尤其包括：制造包括多个由树状物连接在一起的模型的非永久性组件；将该组件浸入到泥浆中；使用耐火砂来将涂敷泥浆的组件除尘，以形成在该组件周围的壳体；移除该组件；以及烘干壳体。浸入和除尘的步骤可以重复几次，以获得壳体的期望厚度。非永久性组件可以以传统的方式通过熔化该组件的材料来移除，所述材料具有相对低的熔点。 [0020] 特别是，为了有利于形成每个热罩，每个热罩均还可以在非永久性非永久盘周围形成，所述非永久性非永久盘例如由具有低熔点的材料制成，与该组件类似。 [0021] 本发明还涉及一种使用这种壳体模具的铸造方法，该方法包括：通过铸造杯将熔化的金属浇铸到壳体模具中；以及从基底朝向铸造杯沿着所述主轴线逐渐地冷切熔化的金属。特别是，逐渐地冷却熔化的金属的步骤通过沿着板的方向，沿着主轴线将壳体模具从加热器室中逐渐拉出而执行，同时冷却基底。附图说明 [0022] 通过阅读由非限制性例子给出的实施例的以下详细描述，本发明可以更好地理解并且其优点更好地显示。该描述指的是附图，其中： [0023] 图1是显示以定向凝固铸造方法逐渐冷却熔化的金属的步骤的示意图； [0024] 图2A和2B分别显示在图1的逐渐冷却过程中，浇铸腔中的金属的结晶的延伸前端的期望的前进和不期望的前进； [0025] 图3是在本发明的一实施例中的壳体模具的纵向截面图； [0026] 图4是图3的壳体模具的侧视图； [0027] 图5是用于形成图3和4的壳体模具的热罩的非永久性核心的立体图；以及[0028] 图6是用于形成图3和4的壳体模具的非永久性组件的立体图。 具体实施方式[0029] 图1显示熔化的金属逐渐冷却以获得定向的凝固如何在一铸造方法中执行。在此逐渐冷却的步骤中，在将熔化的金属浇铸到壳体模具1中后，由冷却的和可移动的支撑件2所支撑的所述壳体模具1向下沿着主轴线X从加热器室3中被拔出。 [0030] 该壳体模具1在铸造杯5与板形的基底6之间包括一沿着主轴线X延伸的中央圆柱体4。在将壳体模具1从加热器室3中移除的过程中，此基底6与支撑件2直接接触。壳体模具1还包括设置为围绕中央圆柱体4的一组件的多个浇铸腔7。每个浇铸腔7通过输送通道8与铸造杯5相连，在铸造过程中，熔化的金属通过所述输送通道而被引入。每个浇铸腔7均在底部经由一挡板选择器9与由在基底6中的更小腔所形成的起动器10相连。 [0031] 由于壳体模具1通过支撑件2经由其基底6冷却，因此导致熔化的金属在起动器10中凝固，其在将壳体模具1从加热器室3中向下逐渐拉出的过程中向上延伸。然而，由每个选择器9所形成的压缩，以及还有其挡板的形状，用于确保首先在每个起动器10中成核的颗粒中的仅仅一个能够继续，以向对应的浇铸腔7延伸。 [0032] 图2A显示在具有涡轮引擎风扇叶片形状的浇铸腔7中的熔化金属的结晶的延伸前端11的所期望的前进。为了获得单晶体涡轮引擎叶片，希望所述结晶以规则的方式沿着浇铸腔7的主轴线前进。相比之下，如果在延伸前端前进到浇铸腔7中时延伸前端11倾斜，如作为对比在图2B中所示的那样，则在浇铸腔7的特定区域中生成不想要的颗粒12的风险就极大地增加。不幸的是，垂直于浇铸腔7的主轴线的温度梯度可容易地导致延伸前端11以这种方式倾斜。因此希望控制热从壳体模具1的不同元件辐射的方式。 [0033] 图3和4显示在本发明的一实施例中的壳体模具1。此壳体模具1包括两个热罩13，所述热罩13垂直于主轴线X，从中央圆柱体4开始延伸。两个热罩13位于沿着主轴线X具有纵向偏移d的浇铸腔7的高度处。两个热罩13中的每个的直径均使得它们沿着径向延伸过每个浇铸腔7的壁。这样，每个热罩13均完全地包围垂直于主轴线X的横向平面中的每个浇铸腔7。然而，为了阻止热在浇铸腔7和热罩13的壁之间直接地传导，一横向间隙可将所述壁与各浇铸腔周围的所述横向平面中的每个热罩13分离。 [0034] 在所表示的实施例中，每个热罩13均在由蜡制成的盘14周围形成，例如图5所显示的。两个盘14可以基本相同。所示出的盘14具有多个通孔15，每个通孔15均对应于浇铸腔7；具有定位和固定花键17的中央圆柱体，以及沿径向延伸，并垂直于横向平面，以形成用于确保每个热罩13沿着主轴线X刚硬的加强肋的连结板18。 [0035] 壳体模具1的基底6是板状的。而且，斜柱形的加强肋20将每个浇铸腔7的顶部与铸造杯5的顶部相连。 [0036] 壳体模具1可以通过所称的“脱蜡”方法或“失模”方法来制造。此方法的第一步骤是创建包括多个由树23连接在一起的图案22的非永久性组件21，如图6中所示。用于在壳体模具1中形成中空体积的树23的零件，尤其例如铸造杯5、输送通道8、加强肋20、选择器9、热罩13以及起动器10，均由具有低熔点的材料制成，例如塑造用蜡或树脂。用来形成浇铸腔7的模型22由具有低熔点的材料制成。当欲制造大量的零件时，尤其可以通过将图形树脂或蜡喷射到一永久性铸模中来制造这些元件。利用定位和固定花键17，每个盘14均可正确地定位，其孔15与模型22对齐。 [0037] 在此实施方式中，为了从该非永久性组件21制造壳体模具1，该组件21浸入到一泥浆中，然后)撒上耐火沙。这些浸入和撒的步骤可以重复几次，直到具有期望厚度的泥浆灌注沙的壳体在组件21周围形成。 [0038] 随后，覆盖此壳体的组件21可被加热，以熔化组件21的低熔化温度材料，并将其从壳体的内侧移除。此后，在高温烘干步骤中，泥浆固化，以加固耐火沙，并形成图3和4中的壳体模具1。 [0039] 随后，壳体模具1可应用于一铸造方法中，其中熔化的金属最初通过铸造杯5在壳体模具1中铸造，以随后以图1中所示的方式进行定向凝固。适合在此方法中使用的金属合金尤其包括单晶镍合金，尤其例如：来自Snecma的AM1和AM3，以及其他合金，例如来自C-M集团的 和 来自通用电气的 N5和N6，来自罗尔斯·罗伊斯的RR2000和SRR99，来自Pratt&Whitney的PWA 1480、1484和1487，等等。表1总结了这些合金的成分。 [0040]合金 Cr Co Mo W Al Ti Ta Nb Re Hf C B Ni CMSX-2 8.0 5.0 0.6 8.0 5.6 1.0 6.0 - - - - - Bal CMSX-4 6.5 9.6 0.6 6.4 5.6 1.0 6.5 - 3.0 0.1 - - Bal CMSX-6 10.0 5.0 3.0 - 4.8 4.7 6.0 - - 0.1 - - Bal CMSX-10 2.0 3.0 0.4 5.0 5.7 0.2 8.0 - 6.0 0.03 - - Bal RenéN5 7.0 8.0 2.0 5.0 6.2 - 7.0 - 3.0 0.2 - - Bal RenéN6 4.2 12.5 1.4 6.0 5.75 - 7.2 - 5.4 0.15 0.05 0.004 Bal RR2000 10.0 15.0 3.0 - 5.5 4.0 - - - - - - Bal SRR99 8.0 5.0 - 10.0 5.5 2.2 12.0 - - - - - Bal PWA1480 10.0 5.0 - 4.0 5.0 1.5 12.0 - - - 0.07 - Bal PWA1484 5.0 10.0 2.0 6.0 5.6 - 9.0 - 3.0 0.1 - - Bal PWA1487 5.0 10.0 1.9 5.9 5.6 - 8.4 - 3.0 0.25 - - Bal AM1 7.0 8.0 2.0 5.0 5.0 1.8 8.0 1.0 - - - - Bal AM3 8.0 5.5 2.25 5.0 6.0 2.0 3.5 - - - - - Bal [0041] 表1：单晶镍合金的重量百分比 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈