專利名稱：用于優(yōu)化芯模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化芯模的方法。
背景技術(shù)：
芯模用于在陶瓷鑄模中制造用于澆注金屬澆注部件的陶瓷芯體。在澆注時(shí)使用陶瓷芯體之后有時(shí)確定在澆注部件的內(nèi)部出現(xiàn)一定的偏差，使得必須修改芯模。例如在內(nèi)部空心的渦輪葉片中是這種情況，其中內(nèi)部空腔具有冷卻結(jié)構(gòu)。在此，冷卻介質(zhì)還從渦輪葉片中流出。在芯模中并且因此在陶瓷芯體中的偏差會(huì)導(dǎo)致提高的冷卻空氣消耗，這是不希望的。偏差的問題通過新的、變化的芯模來解決，然而是昂貴的，尤其是當(dāng)必須經(jīng)過多次反復(fù)時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種方法，可以簡(jiǎn)化該問題并且可以低成本地執(zhí)行。該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求列出了其他有利措施，其可以任意組合以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。


其中圖1-5示出了方法的示意性流程，圖6示出了具有附加的隆起部或凹處的陶瓷芯模，圖7示出了渦輪葉片，圖8示出了燃?xì)廨啓C(jī)，圖9示出了超合金列表。附圖的描述僅代表本發(fā)明實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出陶瓷芯體10，，其以芯模1，制造。芯模1 ’尤其具有兩個(gè)殼或半殼3 ’、7 ’。在借助這種陶瓷芯體10’進(jìn)行的第一澆注(圖2)之后例如可以確定，存在偏差， 即通過澆注部件13’的內(nèi)部25’的冷卻劑流(流量率)偏差，也就是說過大或過小。然而，再次借助芯模1’、3’、7’制造芯體10’，該芯模之前并未得到規(guī)定的芯體 10’。然后，陶瓷芯體10’設(shè)有修改部16 (圖3)，尤其均勻地，完全尤其設(shè)有隆起部19 (圖 6)，尤其在過高的流量率中。隆起部19(圖6)可以在沿著徑向或其他的方向、均勻地或僅在芯體10’的部分區(qū)域22(圖6)中施加在不同的位置上。借助這樣修改過的芯體10”重新執(zhí)行澆注方法并且重新檢查澆注部件13”是否滿足用于流量測(cè)量的規(guī)格(圖4)。如果是這種情況，則可以借助具有隆起部16、19的修改過的陶瓷芯體10”的結(jié)果來修改芯模1’，其中然后確保，該芯模1”也提供滿足希望的規(guī)格的芯體(圖5)。此外，如果確定偏差，則借助在芯體10’、10”上較高或較低或者較寬或較窄的隆起部或其他修改部進(jìn)行芯體10’、10”的下一修改。在陶瓷芯體10’上的隆起部19或修改部16可以快速地并且有利地制造，而無需在一次或多次反復(fù)中完全地修改昂貴的芯模1’。借助優(yōu)化的芯體10’可以制造新的芯模1”，其然后可以用于批量生產(chǎn)(圖5)。圖7在立體圖中示出渦輪機(jī)的沿著縱軸線121延伸的轉(zhuǎn)子葉片120或?qū)蛉~片 130。渦輪機(jī)可以是飛機(jī)的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有固定區(qū)域400、鄰接于其的葉片平臺(tái)403 以及葉身406和葉梢415。作為導(dǎo)向葉片130，葉片130可以在其葉梢415處具有另外的平臺(tái)(未示出)。在固定區(qū)域400中形成有用于將轉(zhuǎn)子葉片120、130固定在軸或盤(未示出)上的葉根183。葉根183例如構(gòu)建為錘頭。例如揪樹根(Tannenbaumfu β)或燕尾根 (Schwalbenschwanzfu β )的其他構(gòu)形是可能的。葉片120、130對(duì)于流經(jīng)葉身406的介質(zhì)具有迎流棱邊409和流出棱邊412。在傳統(tǒng)葉片120、130的情況下，例如將實(shí)心金屬材料、尤其是超合金用于葉片 120、130 的所有區(qū)域 400、403、406。例如從EP 1 204 776 Bi、EP 1 306 454、EP 1 319 729 Al、WO 99/67435 或 WO 00/44949中已知這種超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過澆注工藝、借助定向凝固技術(shù)、通過鍛造工藝、通過銑削工藝或其組合來制造。將具有單晶結(jié)構(gòu)或多個(gè)單晶結(jié)構(gòu)的工件用作在工作時(shí)經(jīng)受高的機(jī)械的、熱學(xué)的和 /或化學(xué)的負(fù)荷的機(jī)器部件。這種單晶工件的制造例如通過熔融物的定向凝固進(jìn)行。這在此涉及一種澆注工藝，其中液態(tài)金屬合金凝固為單晶構(gòu)造物、即單晶工件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿?zé)崃鞫ㄏ?，并形成柱狀晶體的顆粒結(jié)構(gòu)(柱狀地，這就是說在工件的整個(gè)長(zhǎng)度上分布的顆粒，根據(jù)語言習(xí)慣稱為定向凝固)或單晶結(jié)構(gòu)，這就是說整個(gè)工件由單個(gè)的晶體構(gòu)成。在這些工藝中，需要避免向球形(多晶的)凝固的轉(zhuǎn)變，因?yàn)橥ㄟ^非定向的生長(zhǎng)不可避免地產(chǎn)生橫向和縱向晶界，而橫向和縱向晶界使定向凝固的或單晶的部件的有利特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固的結(jié)構(gòu)時(shí)，由此既指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶，又指確實(shí)具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱狀晶體結(jié)構(gòu)。第二種晶體結(jié)構(gòu)也被稱為定向凝固結(jié)構(gòu)(directionally solidified structures)。
從US-PS 6，024，792 和 EP 0 892 090 Al 中已知這種工藝。葉片120、130同樣可以具有抗腐蝕或抗氧化保護(hù)涂層，例如(MCrAlX ；M是從包括鐵0 )、鈷(Co)、鎳(Ni)的組中選出的至少一種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少一種稀土元素，或鉿(Hf))?？蓮腅P 0 486 489 Bi、EP 0 786 017 Bi、EP 0 412 397 Bl或EP 1 306 454 Al中已知這種合金。 密度優(yōu)選地是理論密度的95 %。在MCrAlX層上形成有保護(hù)性氧化鋁層(TGO = thermal grown oxide layer (熱生長(zhǎng)氧化層))(作為中間層或最外層)。層成分具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0. 6Y-0. 7Si 或 Co-28Ni-24Cr-10Al_0· 6Y。除這些鈷基保護(hù)涂層外，也優(yōu)選地使用鎳基保護(hù)層，例如Ni-10Cr-12Al-0. 6Y_3Re或 Ni-12Co-21Cr-llAl-0. 4Y_2Re 或 Ni-25Co-17Cr-10Al_0. 4Y-1. 5Re。MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層優(yōu)選地是最外層并例如由4 - 構(gòu)成， 艮口，隔熱涂層通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。隔熱涂層覆蓋整個(gè)MCrAlX層。通過例如電子束氣相沉淀(EB-PVD)的適當(dāng)?shù)耐繉庸に囋诟魺嵬繉又挟a(chǎn)生柱狀顆粒。其他涂覆工藝，例如氣相等離子噴涂(APS)、LPPS、VPS或CVD也是可行的。隔熱涂層可以具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的顆粒，以更好的耐熱沖擊性。因此隔熱涂層優(yōu)選地比MCrAlX層更為多孔。再處理(Refurbishment (整修))意味著在部件120、130被使用之后，必須將保護(hù)層從部件120、130上去除(例如通過噴砂)。接著，進(jìn)行腐蝕和/或氧化層或產(chǎn)物的移除。 必要時(shí)，還修復(fù)部件120、130中的裂縫。這個(gè)過程之后是對(duì)部件120、130進(jìn)行再涂覆，以及部件120、130的重新使用。葉片120、130可以空心或?qū)嵭牡貙?shí)施。如果要冷卻葉片120、130，則其為空心的并且必要時(shí)還可以具有膜冷卻孔418(由虛線表示)。圖8以示例的方式示出燃?xì)廨啓C(jī)100的局部縱向剖面圖。燃?xì)廨啓C(jī)100在內(nèi)部具有帶有軸101的、圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線102樞轉(zhuǎn)的 (drehgelagerten)轉(zhuǎn)子103，其也被稱為渦輪轉(zhuǎn)子。沿著轉(zhuǎn)子103依次有進(jìn)氣殼體104、壓縮機(jī)105、具有多個(gè)同軸設(shè)置的燃燒器107 的尤其為環(huán)形燃燒室的例如環(huán)面狀的燃燒室110、渦輪108以和排氣殼體109。環(huán)形燃燒室110與例如環(huán)型高溫氣體通道111連通，在環(huán)型高溫氣體通道111中， 舉例來說，四個(gè)相繼連接的渦輪級(jí)112形成渦輪108。每個(gè)渦輪級(jí)112均由例如兩個(gè)葉片環(huán)形成。沿工質(zhì)113的流動(dòng)方向來看，在高溫氣體通道111中，由轉(zhuǎn)子葉片120形成的排125跟隨導(dǎo)向葉片排115。在此，導(dǎo)向葉片130固定在定子143的內(nèi)殼體138上，而該排125的轉(zhuǎn)子葉片120 例如借助渦輪盤133安裝在轉(zhuǎn)子103上。發(fā)電機(jī)或者工作機(jī)器(未示出)耦接于轉(zhuǎn)子103。在燃?xì)廨啓C(jī)100工作期間，壓縮機(jī)105通過進(jìn)氣殼體104將空氣135吸入并且壓縮。在壓縮機(jī)105的渦輪側(cè)端部處提供的壓縮空氣引至燃燒器107并且在那里與燃料混合。 接著混合物在燃燒室110中燃燒，從而形成工質(zhì)113。工質(zhì)113從那里起沿著高溫氣體通道111流過導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120。工質(zhì)113在轉(zhuǎn)子葉片120處以傳遞動(dòng)量的方式膨脹，使得轉(zhuǎn)子葉片120驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子103而轉(zhuǎn)子103又驅(qū)動(dòng)耦接到其的工作機(jī)器。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)100運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，暴露于高溫工質(zhì)113的部件在渦輪100工作期間承受熱負(fù)荷。除了內(nèi)襯于渦流燃燒室110的隔熱元件之外，沿工質(zhì)113的流動(dòng)方向來看的第一渦輪級(jí)112的導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120經(jīng)受最高的熱負(fù)荷。為了經(jīng)受住那里存在的溫度，其可借助冷卻劑來冷卻。同樣，部件的基質(zhì)可以具有定向結(jié)構(gòu)，這就是說它們是單晶的(SX結(jié)構(gòu))或僅具有縱向定向的顆粒(DS結(jié)構(gòu))。例如，鐵基、鎳基或鈷基超合金用作部件的材料，特別是用作渦輪葉片120、130和燃燒室110的材料。從例如EP 1 204 776 Bi、EP 1 306 454、EP 1 319 729 Al、WO 99/67435 或 WO 00/44949中已知這種超合金。類似地，葉片120、130可以具有抗腐蝕涂層(MCrAlX ；M是從包括鐵(Fe)、鈷(Co)、 鎳(Ni)的組中選出的至少一種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅、鈧(Sc)和/或至少一種稀土元素，或鉿)。從 EP 0 486 489 Bi、EP 0 786 017 Bi、EP 0 412 397 Bl 或 EP 1 306 454 Al中已知這種合金。MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層由例如&02、Y2O3-ZrO2構(gòu)成，即，隔熱層通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。通過例如電子束氣相沉積(EB-PVD)的適當(dāng)?shù)耐扛补に囋诟魺釋又挟a(chǎn)生柱狀顆粒。導(dǎo)向葉片130具有朝向渦輪108的內(nèi)殼體138的導(dǎo)向葉片根部(這里未示出)，以及與導(dǎo)向葉片根部對(duì)置的導(dǎo)向葉片頭部。導(dǎo)向葉片頭部朝向轉(zhuǎn)子103并固定于定子143的固定環(huán)140。
權(quán)利要求
1.一種制造用于陶瓷鑄芯的芯模(1”，3”，7”)的以滿足規(guī)格的方法，其中在第一步驟中以初始芯模(1’，3’，7’ )制造陶瓷芯體(10’)，然后以芯體(10’ )執(zhí)行澆注方法并且在這樣得到的澆注部件(13’ )的情況下執(zhí)行規(guī)格測(cè)量并且在澆注部件(13’ )偏差于其期望值時(shí)不修改芯模(1’)，而是又以相同的芯模(1’ )制造芯體(10’ )并且將陶瓷芯體(10’ ) 加工成修改過的芯體(10”)，使得這樣修改的芯體(10”)使用于澆注，直到通過芯體(10’， 10”)的一次或多次修改實(shí)現(xiàn)澆注部件(13”)滿足必需的規(guī)格，并且然后借助修改過的芯體(10”)產(chǎn)生新的芯模(1”，3”，7”)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中隆起部(19)產(chǎn)生或修改為修改部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，修改部?jī)H分布在芯體(10”)的部分區(qū)域0 中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中為了確定與規(guī)格的偏差而確定通過澆注部件(13’，13”)的內(nèi)部05’，25”)的流量率。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例公開了一種制造用于陶瓷鑄芯的芯模以滿足規(guī)格方法，其中在第一步驟中以初始芯模制造陶瓷芯體，然后以芯體執(zhí)行澆注方法并且在這樣得到的澆注部件的情況下執(zhí)行規(guī)格測(cè)量并且在澆注部件偏差于其期望值時(shí)不修改芯模，而是又以相同的芯模制造芯體并且將陶瓷芯體加工成修改過的芯體，使得這樣修改的芯體使用于澆注，直到通過芯體的一次或多次修改實(shí)現(xiàn)澆注部件滿足必需的規(guī)格，并且然后借助修改過的芯體產(chǎn)生新的芯模。由此，通過在不改變芯模的情況下反復(fù)修改陶瓷芯體可以確定最優(yōu)芯體而無需每次修改芯模。在最后的步驟中，借助最優(yōu)芯體制造最優(yōu)芯模。
文檔編號(hào)B22C9/10GK102451887SQ20111033945
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者烏韋·保羅, 法蒂·艾哈邁德 申請(qǐng)人:西門子公司