CN108788019B - 用于制造涡轮机叶片的芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过失蜡铸造来制造涡轮机叶片的芯(10)，该芯包括主元件(12)和至少一个第一次元件(14)，每个元件均包括功能部件和非功能部件。根据本发明，主元件(12)的非功能部件和所述至少一个第一次元件(14)的非功能部件被组装和成形，以便通过沿在叶片的基部和顶部之间延伸的纵向方向(L)的滑动并且通过围绕该纵向方向(L)旋转来相互配合。

Description

用于制造涡轮机叶片的芯

技术领域

本发明涉及涡轮机叶片领域，更具体地涉及通过根据失蜡铸造技术将一熔融合金浇注到一模具中而获得的叶片。

背景技术

通常，失蜡铸造技术在于首先要创建待制造的部件的一由蜡或任何其他材料制成的的模型，这些材料可以在稍后阶段容易地被取消。该模型包括形成一陶瓷芯的内部部件，其表示人们想要看到的出现在叶片内部的腔。然后，通过进行所称的粉刷和干燥程序，将蜡模型浸渍在由陶瓷颗粒悬浮液组成的浆料中几次，以形成壳体模具。

然后将壳体模具脱蜡，这是将蜡或制造原始模型的材料从壳体中除去的程序。一旦蜡已被去除，就得到一陶瓷模具，其腔重现所有叶片的形状，其仍然包括陶瓷芯，所述陶瓷芯用于生成叶片的内腔。然后对模具进行高温热处理或“烧制”，这为其提供所需的机械性能。

然后壳体模具准备通过铸造来制造金属部件。在检查了壳体模具的内部和外部完整性之后，下面的步骤包括浇注一熔融金属，该熔融金属填充壳体模具的内壁和芯之间的间隙，然后固化它。在失蜡铸造领域，目前有几种固化技术，因此根据合金的性质以及由铸造产生的部件的预期性能而具有多种浇注技术。这可以是柱状结构(DS)的定向凝固、单晶的定向凝固(SX) 或等轴凝固(EX)。

在铸造该合金之后，使用减薄程序破碎该壳体。在另一步骤中，保留地被包括在所获得的叶片中的陶瓷芯被化学地去除。然后对获得的金属叶片使用精加工，以获得最终部件。

在申请人的专利申请FR2875425和FR2874186中提供了如何使用失蜡铸造技术生产涡轮叶片的例子。

为了形成叶片的蜡模型，使用其中放置芯的工具装备或蜡注塑模具，然后通过为此目的提供的一通道注入流体蜡。

对改进的发动机性能的探索其中意味着位于燃烧室下游的涡轮机叶片的更有效的冷却。为了满足这个要求，有必要在叶片内部形成更精细的内部腔，以循环该冷却流体。这些叶片的显著特点是它们具有几个金属壁，因此需要生产日益复杂的陶瓷芯。

由于要用它们的分隔壁和它们的布局来形成冷却腔的复杂性，因此该芯由多个组装和粘合的部件制成。基本芯通常在底部和顶部相互连接。目标的确是要控制浇铸时形成的墙壁和隔板的厚度。该组件必须使芯能够支撑其在蜡注入、脱蜡和铸造步骤期间所承受的应力。

因此，芯的各个部件必须相对于另一个以非常精确的方式放置在注蜡模具内部，必须保证模具各部件的相对位置得以保持。如现有技术中提出的，保持芯的各个部件在于实现这些芯部件或元件与陶瓷壳体之间的牢固连接。尽管理论上可以使用这种保持来保证各种芯元件的精确相对定位，但已经观察到，浇注熔融金属导致芯元件的显著热膨胀，这又导致一些这些元件由于组成芯的元件的相互的静态连接而变形，这有助于增加叶片的废料率。在严重的情况下，其中一个芯元件甚至可能会破裂，这显然会导致所获得的叶片的报废，但也会导致制造新的芯，这既昂贵又耗时。

发明内容

本发明更具体地旨在为上面公开的现有技术的问题提供简单、有效且成本有效的解决方案。

为此，其提出了一种用于通过失蜡铸造制造涡轮机叶片的芯，所述芯沿基部和头部之间的一纵向方向延伸，并且包括主元件和至少一个第一次元件，每个元件均包括功能部件和非功能部件，该主元件的非功能部件和该至少一个第一次元件的非功能部件被组装和成形，以便通过沿着纵向滑动并围绕该纵向旋转来相互配合。

根据本发明，芯的主体元件与第一次元件之间的连接使芯元件通过纵向滑动和旋转而相互相对运动。更具体地说，当主元件固定在陶瓷壳体上时，第一次要芯可以在其非功能部件中纵向旋转地膨胀。因此可以限制芯的变形和破损，这减少了在失蜡铸造程序结束时叶片的废料率。

而且，使用芯元件的非功能部件避免了必须修改其功能部件。确定这些功能部件的尺寸可能实际上难以实现，并且由于除了与叶片的最终形状有关的原因之外的任何其他原因而改变它们的形状是不期望的。非功能部件在芯的一个纵向端部处，优选地在其基部处成形。

关于芯所使用的术语“功能”表示如此限定的部件是否可以制造叶片的最终几何形状的面。因此，非功能部件是指芯元件的对该部件的最终几何形状没有影响的区域。

纵向方向对应于一从叶片基部延伸到叶片顶部的方向，该纵向方向大致垂直于涡轮机的旋转轴线。

根据本发明的另一特征，滑动运动是线性滑动运动，即沿着一条线，更具体地是一条直线，该滑动运动因此是线性的。因此，芯的主元件和第一次元件沿着第一次元件的沿着主元件的平面滑动的直线在基部处放置和相互引导它们的运动。这也使得可在主元件上具有第一次元件的等静压和非静态的不确定的定位。

线性的，更具体地说是直线的滑动模式与另一表面上的一表面的滑动的不同之处在于，其阻止过多的机械应力施加在第一次元件和主元件上，这会使芯元件产生屈曲、变形甚至破坏。

为了使芯的第一次元件与壳体之间的不同膨胀以及芯的所述两个部件相对于壳体模具的绝对膨胀，可以在壳体模具与第一次元件之间设置一膨胀间隙件。该膨胀间隙件可通过在第一次元件和壳体模具的凸台之间***清漆膜来实现。可以理解的是，在壳体模具脱蜡和烧制过程期间，清漆膜将被去除，导致在第一次元件与壳体模具之间形成一间隙的一自由空间。

有利的是，膨胀间隙和前述线性导向件的组合有利地限制了芯破裂的风险，从而使叶片制造方法被优化。

所述至少一个次元件的所述非功能部件可包括第一杆，该第一杆通过滑动接合至主元件的非功能部件的第一槽中。然后可在第一杆与第一槽的底部的接触区域中实现线性直线引导。然后将清漆膜沉积在第一杆的与第一槽的底部相对布置的表面的一部分上。

第一槽可以包括两个横向的第一侧壁，所述两个第一侧壁沿着第一槽的出口的方向相互越来越远地间隔开。使用这种第一侧壁有利于第一杆在第一槽中的居中。当第一杆的横截面为圆形时，线性支撑可以通过第一槽的平的第一底壁实现。

在一个实施例中，芯包括第二次元件，该第二次元件的非功能部件包括第二杆，所述第二杆通过纵向滑动接合进主元件的非功能部件的第二槽中。

第一次元件的第一杆和第二次元件的第二杆例如关于一纵向延伸的线相互对称地设置，第一槽和第二槽根据垂直于纵向的方向沿着相反的方向张开。

本发明还涉及一种借助于如上所述的芯来制造叶片的方法，其中芯的主元件的非功能部件通过模具壁上的锚固装置保持在蜡注入模具中。

附图说明

通过阅读通过非限制性示例和参考以下附图给出的以下描述，将更好地理解本发明以及本发明的其他细节、特征和优点将显而易见：

-图1是根据本发明的芯的下端的立体示意图；

-图2是根据本发明的芯的主元件的立体示意图；

-图3是沿着在另一个芯元件的槽中的芯元件的杆的组件的切割平面线的示意图。

具体实施方式

首先参考图1，其中显示根据本发明的芯10的下端，芯10包括一个主元件12和两个次元件，即第一次元件14和第二次元件16。图1仅显示构成芯10的元件的非功能部件，这些非功能部件设置在芯10的纵向端部 (双箭头L)。如上所述，芯10的非功能部件是在失蜡铸造过程中不涉及部件的最终几何形状的部件。

芯10沿着两两垂直的三个方向延伸，一个纵向方向L在最终叶片上对应于将基部连接到叶片的顶部的纵向方向L，一个轴向方向A在最终叶片上对应于上游/下游方向(图1)，一个横向方向T横过叶片的压力面和吸力面 (图3)。该芯包括图1上的头部17和在图1中单独示出的基部11。

芯10的主元件12在其功能部件(未示出)中形成叶片的中心腔，第一次元件14和第二次元件16在它们的功能部件(未示出)中形成叶片的压力壁和吸入壁中的腔。

从图1中可以清楚地看出，第一次元件14的非功能部件包括第一杆18，所述第一杆18基本上纵向延伸，并容纳在主元件12的非功能部件的基本上纵向的第一槽20中(图1和2)。同样，第二次元件16在其非功能部件中包括第二杆22，该第二杆22基本上纵向延伸，并且容纳在主元件12的非功能部件的大致纵向的第二槽24中，(图1和图2)。本发明还包括芯10 的主元件12仅包括与芯部的单个次元件相关联的单个槽的实施例。

如图2所示，第一槽20和第二槽24根据与纵向方向L垂直的方向，即沿着横向方向T的方向(双箭头T)，沿相反的方向打开。第一次元件14 的第一杆18和第二次元件16的第二杆22相对于沿着纵向L延伸的线D相互对称。

第一槽20和第二槽24通过芯的主元件12的材料的幕26相互分离，该幕26相对于包含纵向方向L和横向方向T的第一平面和包含纵向方向L和轴向方向A的第二平面倾斜。

根据本发明，第一次元件14的第一杆18可滑动地安装在芯10的主元件12的第一槽20中。同样，第二次元件16的第二杆22可滑动地安装在芯 10的主元件12的第二槽24中。另外，第一槽20、第二槽24分别使第一杆 18、第二杆22具有围绕纵向轴线L旋转的自由度。

第一杆18、第二杆22具有圆形的形状，第一槽20的第一底壁28和第二槽24的第二底壁均是平的，使得第一杆18与第一槽20的第一底壁28、第二杆22与第二槽24的第二底壁之间的接触均是线性直线接触，这使得可在芯的主元件上沿着芯的第一次元件的直线支撑件和芯的第二次元件的直线支撑件实现引导，而没有任何静态不确定的连接。这样，芯的三个部件的相互摩擦非常有限，并且相对膨胀是可能的。

而且，第一杆18、第二杆22的尺寸分别设计成它们的直径保持与它们所接合的第一槽20、第二槽24的出口平面30齐平。因此可以确保壳体32 与第一次元件14的第一杆18和第二次元件16的第二杆22之间的线性接触。

第一槽20包括两个相对的第一侧壁34、36，第二槽24包括两个相对的第二侧壁，两个第一侧壁34、36通过平的第一底壁28相互连接，两个第二侧壁通过平的第二底壁相互连接。第一槽20的两个第一侧壁34，36沿着第一槽20的出口方向相互越远地间隔开，第二槽24的两个第二侧壁沿着第二槽24的出口方向相互越远地间隔开。如图3清楚可见，在第一底壁28、第二底壁的高度处测量的第一槽20、第二槽24的宽度分别小于第一杆18、第二杆22的直径。

如图3所示，壳体模具包括在模具40的内表面上形成的第一内部凸台 38，并且被设置成将芯10的第一次元件14的第一杆18夹持在芯10的主元件12的第一槽20中。类似地，模具40包括在模具40的内表面上形成的第二内部凸台(未示出)，并被设置成将芯10的第二次元件16的第二杆22 夹持在芯10的主元件12的第二槽24中。应该注意的是，第一凸台38和第二凸台因此沿横向方向T形成在模具的相对面上，并且覆盖第一槽20和第二槽24的开口。应当理解的是，在将壳体模具40与芯10分离的区域44中存在蜡。

每个凸台38均包括两个相互倾斜的纵向侧壁38a，38b，它们沿着模具 40的内部方向相互会聚，并且通过一壁38c相互连接，用于将芯10的第一次元件14的第一杆18夹持在第一槽20的第一底壁28中，以及将芯10的第二次元件16的第二杆22夹持在第二槽24的第二底壁中。侧壁38a，38b 优选相对于一平面以10°至30°范围内的角度倾斜，所述平面包括纵向方向A和横向于该纵向方向的方向T并且在两个侧壁38a，38b之间穿过。

如在图3中可以清楚地看到的那样，清漆膜42被***到在第一次元件 14的非功能部分的第一杆18和第二次元件16的非功能部件的第二杆22与相对的凸台38的壁38c之间。应当理解的是，在壳体模具脱蜡和烧制过程期间，清漆膜42将被去除，导致在第一次元件14和第二次元件22中的每一个均与壳体模具40之间形成一间隙的自由空间。该自由空间形成可滑动地保持第一次元件14和第二次元件16的非功能部件的设备。

虽然本发明已经关于第一杆18在第一槽20中，第二杆22在第二槽24 中的线性直线和旋转滑动配合进行了描述，但应当理解的是，这些移动可以以包括在保护范围内的其他方式获得。

因此，在本发明的另一个实施例中，第一次元件14的第一杆18和第二次元件16的第二杆22可以具有非圆形的形状，例如椭圆形，更通常为凹形。

Claims (4)

1.一种用于通过失蜡铸造制造涡轮机叶片的芯(10)，所述芯(10)在一基部(11)和一头部之间沿着纵向方向(L)延伸，其特征在于，所述芯(10)包括一个主元件(12)以及第一次元件(14)和第二次元件(16)，所述主元件(12)以及第一次元件(14)和第二次元件(16)分别包括功能部件和非功能部件，其中，“功能”表示如此限定的部件是否可以制造叶片的最终几何形状的面，非功能部件是指在失蜡铸造过程中，所述主元件、第一次元件和第二次元件的对所铸造部件的最终几何形状没有影响的区域，所述主元件(12)的非功能部件包含纵向的第一槽(20)和纵向的第二槽(24)，所述第一槽(20)和第二槽(24)按照垂直于纵向方向(L)的方向(T)通向相对的方向，所述第一次元件(14)的非功能部件包含第一杆(18)，所述第二次元件(16)的非功能部件包含第二杆(22)，所述第一杆(18)和第二杆(22)相对于沿着所述纵向方向(L)延伸的线(D)相互对称，分别容纳于所述第一槽(20)和第二槽(24)中，并且可沿纵向方向(L)滑动并围绕所述纵向方向(L)旋转。

2.根据权利要求1所述的芯，其特征在于，所述第一槽(20)包括两个第一侧壁(34，36)，所述第一侧壁沿着所述第一槽(20)的出口的方向相互更远地间隔开。

3.根据权利要求2所述的芯，其特征在于，所述第一侧壁(34，36)与一平的第一底壁(28)相连。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的芯，其特征在于，所述第一杆(18)具有圆形的横截面。

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