用于確定熔模鑄造中芯生成的構件的位置的方法和設備技術

第二基準方案用于確定空心熔模鑄造金屬部件的芯生成的內部幾何形狀的位置，使用自由浮動的芯設計來制造該金屬部件，從而實現復雜的內部結構構件（５０４）。在芯印相的可去除部分（５０５）上鑄造一套基準片（５０１、５０２、５０３），以提供第二參照系。此第二參照系精確地確定了部件的芯生成的內部幾何形狀的位置，但不包括任何固定的外部主基準結構／系統，由此例如可在隨后操作中在該內部構件上實現精密加工和測量。

【技術實現步驟摘要】

技術介紹
許多燃氣輪機的制造商現在使用先進的熔模鑄造技術來生產鑄造金屬渦輪噴嘴或機翼(如用于燃氣輪機葉片或槳葉)，其包括復雜的空氣冷卻通道，以改善機翼冷卻效率。使用一個或多個放置在陶瓷殼模中的復雜機翼成形的陶瓷芯，在鑄造機翼中形成內部冷卻通道；在殼模內，熔融金屬在芯周圍鑄造。陶瓷芯用于生成機翼內部的結構構件，例如內部空腔和肋。典型的陶瓷芯用可塑陶瓷化合物制成，在芯沖?；蚰Ｗ觾?，在升高的溫度下注?；騻鬟f模制該化合物。隨后通過焙燒或烘烤使芯變硬。完成焙燒的芯隨后放置于模型沖?？涨恢?，其中，將揮發性制模材料(如蠟或塑膠)引入到芯周圍，以形成芯/模型的組件，該組件用于公知的失蠟熔模鑄造過程中。然后，將芯/模型的組件反復浸入陶瓷漿中，排干多余的漿體，涂上粗粒陶瓷灰泥或沙粒并且干燥，從而形成若干陶瓷層，這些陶瓷層共同圍繞組件形成殼模。隨后選擇性地去除模型，留下其中具有陶瓷芯的殼模，并將熔融金屬注入模子中。在熔融金屬凝固后，移開模子和芯，從而給鑄造機翼在原先芯的位置留下一個或多個內部通道。在空心金屬機器部件的生產中，例如燃氣輪機噴嘴和機翼，通常根據自由浮動芯設計來實現以上熔模鑄造過程。至少由于下列原因以及其他原因，由于內部幾何形狀設計很復雜并且包括很多總的3維機翼或噴嘴形狀，所以鑄件必須能夠進行“平衡”，以便允許內部幾何形狀與部件的主基準方案得到最佳配合——因此在設計中要求芯為“自由浮動”元件。然而，在隨后的生產加工部件期間，自由浮動芯設計的使用導致了一些問題。尤其是，相對于部件固定的外部基準結構，自由浮動芯設計的使用導致了鑄造內部構件的某種程度的位置變化。當對這些芯生成的內部構件試圖進行精確測量或精度加工操作時，這樣的變化是非常不理想的。通常，相對于包括主基準方案的固定外部基準，只可能使用壁厚和外部布置部分，以近似特定鑄造機翼/噴嘴部件的內部幾何形狀的位置。為此，即使可行，內部芯生成的構件的自動加工經常也是不精確的。這是至少部分地由以下事實引起的在加工/測量操作期間，常規自動加工方法依靠部件的固定外基準方案/結構來定位和/或保持部件，而由于使用自由浮動芯導致的構件位置變化，此固定的“主”基準方案相對于內部芯生成的鑄造構件是不精確的。(市場上買得到的用來控制大多數自動測量和加工儀器的常規成套應用軟件，通常利用此固定的外部基準方案，并且為特殊部件計算出與所有基準的最佳配合確定。)在如今復雜的機翼設計中，燃氣輪機的機翼形狀必須用這樣的方式允許外部機翼構件的“最佳配合”，以便實現和優化特殊需求的渦輪喉部區域。在鑄造過程期間，通過利用芯來產生機翼的內部構件。在鑄造過程期間，芯能夠相對于外機翼幾何形狀而浮動、扭曲、偏移等等。芯的該運動導致了內部芯生成的構件位于相對于外機翼形狀未知的位置。許多這些內部芯生成的構件要求精密加工，以允許通過焊接或銅焊而安裝和/或接附其他組件。需要非常緊密的加工公差來保持精密配合或允許附加組件的成功銅焊和/或焊接的配合。如果根據外部構件固定來進行加工這些在鑄造過程中相對于外部構件已發生移動的內部芯生成的構件，則加工公差將過大。因此，存在一種需要，即需要用來確定芯生成的幾何形狀的位置的方法和/或裝置，以便相對于芯位置而不是外部機翼構件，對形成的鑄件內部芯生成的構件進行加工。
技術實現思路
為了充分解決前述問題，將獨立的基準結構/設計加入到芯中。布置此附加的(第二)基準結構，從而方便由例如坐標測量機(CMM)這樣的常規現代測量設備接近和檢驗。在測量和加工芯生成的內部構件期間，已知的常規鑄造/制造方法通常僅僅采用單一固定的基于外部的主基準結構來定位和/或保持渦輪機翼或噴嘴部件。因為芯設計是自由浮動的，所以內部結構構件可最終在鑄件的外形限制內和鑄造過程中發生移動/偏移。因此，使用第二套與芯成一整體的基準，從而提供針對芯生成的內部鑄造構件的參照系。此基于芯的參照系提供了一種方法，來確保芯幾何形狀的正確定向和配準，并且能夠對可以是特殊機翼或噴嘴設計的一部分的復雜的內部結構構件進行精確測量和精密加工。本專利技術的一個方面是建立與芯成一整體的第二基準方案，此方案確定了除外熔模殼和/或其他蠟生成的構件以外的芯生成的幾何形狀(如空心熔模鑄造物件的內部結構構件)的位置?；谛镜莫毩⒒鶞氏到y的使用允許校正或補償外鑄造殼和芯之間的位置變化。這也允許設計變化，例如，芯幾何形狀的位置定位的改變，從而獲得芯與外部機翼形狀的“最佳配合”，同時實現特定的理想喉部區域。另一方面是在空心熔模鑄造渦輪部件的內部提供一種芯生成的基準片裝置，常規測量設備很容易到達該片并且通過加工很容易去除此片。再一個方面是提供用來生產空心熔模鑄造物件(例如渦輪機翼、葉片或噴嘴)的裝置，其消除了由于芯生成的構件位置變化而導致的加工/測量錯誤的可能，或至少使該可能減為最小，并且允許相對于任何芯偏移而在芯生成的構件上進行精密加工；這些偏移可發生于鑄造期間，或作為設計變化/改動的結果而需要進行偏移。附圖說明通過結合附圖來閱讀以下現有優選典型實施例的詳細描述，將更好地理解本專利技術的這些和其他特征和優勢，附圖中相同的參考數字代表相同的元件圖1是用來生產空心熔模鑄造金屬物件的示例工藝流程圖的示意圖，金屬物件具有基于芯的基準參照系，以確立內部芯生成的結構構件的位置；圖2是空心機翼渦輪部件的示例熔模鑄件的側視圖；圖3是沿圖2的a’-a’線截取的渦輪機翼鑄件的頂部剖視圖；圖4是渦輪機翼鑄件的透視圖，說明了示例主基準結構和基于芯的示例基準片；以及圖5是圖4的渦輪機翼特寫的剖視頂視圖，說明了示例渦輪機翼的鑄件內部結構，該渦輪機翼具有一套芯生成的示例基準片。具體實施例方式在下列描述中，僅出于解釋而不是限制的目的，對于自由浮動陶瓷芯的特定細節進行闡述，該陶瓷芯用于鑄造燃氣渦輪發動機的部件，其中當芯移走后，芯在鑄造物件內形成冷卻通道。本專利技術不限于在此說明的特定實例，可利用其他熔模鑄造芯來實施本專利技術，從而制成用于多種金屬和合金的其他應用的多種鑄件。本領域的普通技術人員可以理解此后討論的非限定性實例可以應用到偏離這些特定細節的其他實施例中。圖1中說明了熔模鑄造空心金屬物件的示例工藝流程圖，金屬物件如渦輪機翼，其具有基于芯的基準參照系，用于確定內部芯生成的幾何形狀的位置，以便隨后的測量或加工操作。最初，設計陶瓷芯件，其將產生空心渦輪機翼的理想內部結構構件。如在101塊所示，特定基準區域(如具有正或負位移的小的人造物品/結構)包括在芯設計中，從而產生基準片，該基準片與芯生成的鑄件內部結構構件成為一體。芯基準片最好合并入鑄件的芯印相(print-out)或映射(flash)部分，該部分可在隨后的加工階段去除。接下來，如在塊102中所示，將具有整體式基準片區域的芯件放置到機翼的模型模子中，并且將揮發性模型材料(如塑膠或蠟)圍繞芯注入模型模子中。接下來，如在程序塊103-107中所示，執行常規失蠟熔模鑄造工藝來生成空心金屬物件。在去除殼和芯后(塊106和107)，鑄造金屬部件具有基于芯的基準片的裝置，該片可作為精確參照系，用來定位內部幾何形狀和由去除的芯件產生的結構構件的位置，如在塊108所示。圖2和3顯示了燃氣渦輪機翼部件的典型熔模鑄造的各自側視圖和剖視圖。在圖2中，顯示了機翼主體鑄件200以及芯件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于確定如燃氣渦輪機翼或噴嘴部件之類的空心熔模鑄造物件（４００）中芯產生的構件的位置的方法，所述熔模鑄造物件至少部分基于自由浮動芯設計，該方法包括：　　　　提供包括若干基準片（４０４、４０５、４０６）的基于芯的基準結構，基準片由芯產生，并且與芯生成的印相或映射部分（４０３）的一部分成為一體，所述基于芯的基準結構不包括任何與所述鑄造物件（４００）的外部成一整體的固定基準結構（４０１、４０２）；以及　　　　在鑄造所述物件后，使用所述多個基準片（４０４、４０５、４０６）作為內部芯生成的構件的幾何參照系。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：RH迪瓦恩二世，GM伊特澤，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]