使用利用短效镶件形成的陶瓷型芯铸造的多壁燃气涡轮翼型件和制造该翼型件的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种使用整体式铸造型芯(monolithic casting core)通过铸造操作形成的多壁的燃气涡轮发动机的翼型件。
【背景技术】
[0002]按照惯例，燃气祸轮发动机的翼型件通常在恪模铸造(investmentcasting)过程期间绕铸造型芯形成。为了形成具有多个壁的翼型件，两个或更多个铸造型芯被分别地形成并且随后被固定，所以它们形成适于用在熔模铸造过程中的两件式的型芯组件。然而，由于在铸造型芯的组装期间的不匹配，由于铸造型芯在铸造过程期间的相对运动以及由于所述两件式的型芯组件在铸造过程期间就地移位，此过程可导致不满足尺寸公差的翼型件的壁。因此，在本领域中仍存在改进的空间。
【附图说明】
[0003]根据附图在下面的描述中解释本发明，附图示出了:
图1为三壁、七通的蛇形(serpentine)冷却的翼型件的示例性实施例的等分线剖视图。
[0004]图2为图1的翼型件的冷却回路的示意图。
[0005]图3为用于形成图1的翼型件的铸造型芯的示例性实施例的查看吸力侧的透视图。
[0006]图4为查看压力侧的图3的铸造型芯的透视图。
[0007]图5为柔性镶嵌模的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0008]图6为在图5的柔性镶嵌模中形成的短效(fugitive)型芯镶件的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0009]图7为从柔性镶嵌模移除的图6的短效型芯镶件的示意性等分线剖视图。
[0010]图8为如在翼型件型芯模的示例性实施例中定位的图7的短效型芯镶件的示意性等分线剖视图。
[0011]图9为绕短效型芯镶件并且在图8的翼型件型芯模中形成的整体式铸造型芯的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0012]图10为从翼型件型芯模移除的图9的整体式铸造型芯和短效型芯镶件的示意性等分线剖视图。
[0013]图11为图10的整体式铸造型芯的示意性等分线剖视图。
[0014]图12为定位在蜡模(waxmold)的示例性实施例中的图11的整体式铸造型芯的示意性等分线剖视图。
[0015]图13为图12的整体式铸造型芯和蜡模的其间具有蜡型(wax pattern)的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0016]图14为从蜡模移除的图13的蜡型和整体式铸造型芯的示意性等分线剖视图。
[0017]图15为图14的蜡型和整体式铸造型芯的具有绕其形成的壳体的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0018]图16为移除了蜡型的图15的整体式铸造型芯和壳体的示意性等分线剖视图。
[0019]图17为图15的整体式铸造型芯和壳体的具有浇铸在其间的翼型件的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0020]图18为移除了壳体的图17的整体式铸造型芯和翼型件的示意性等分线剖视图。
[0021]图19为移除了整体式铸造型芯的图18的翼型件的示意性等分线剖视图。
[0022]图20为可形成在图19的翼型件的肋上的表面特征的示例性实施例。
[0023]图21为构造成在图11的整体式铸造型芯中形成定位特征的短效型芯镶件的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0024]图22为整体式铸造型芯的一个替代性的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0025]图23为扭曲的短效型芯镶件的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0026]图24为能够使用多个短效型芯镶件形成的四壁翼型件的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
[0027]图25为用于形成图24的四壁翼型件的整体式铸造型芯和多个短效型芯镶件的示例性实施例的示意性等分线剖视图。
【具体实施方式】
[0028]本发明人已开发了一种新的铸造过程，其允许对铸造的多壁翼型件的更好的公差控制，并且因此允许更大的产量。此外，创造性的过程允许表面冷却特征定位在先前无法形成表面冷却特征的内部冷却通道表面上。
[0029]图1为现有技术的三壁、七通蛇形冷却的翼型件10的剖视图，所述翼型件10具有压力侧壁12、吸力侧壁14、第三(中间)壁16、前缘18以及后缘20。在该示例性实施例中，第三壁16宽松地依循翼型件10的等分线(mean line)22。内部冷却通道30、32、34、36、38、40和42形成冷却回路44，冷却介质通过所述冷却回路44在燃气涡轮发动机的操作期间流动。肋50、
52、54、56、58、60帮助限定冷却通道30、32、34、36、38、40、42。冷却回路44的示意图能够在图2中看到。
[0030]图3和图4为用于形成图1的翼型件的铸造型芯组件60的示例性实施例的查看吸力侧的透视图。铸造型芯组件60由固定在一起的吸力侧铸造型芯62和压力侧铸造型芯64形成。它们可以按照对于本领域技术人员而言已知的方式固定在一起，包括使用粘合剂，或通过与型芯模协调以实现适合的定位的合适的定位特征。由于铸造型芯62、64相对彼此的相对位置限定了壁和肋的厚度，所以在组装期间或在后续处理期间铸造型芯62、64与彼此的任何错位(misalignment)都可转化成翼型件10的一个或多个壁或肋的厚度的变化。通常，这种厚度的变化超过尺寸公差，并且产生不可接受的零部件。因此，本发明人已认识到因为使用两个铸造型芯62、64而使产量变差。
[0031]吸力侧铸造型芯62在其自己的吸力侧型芯模(未示出)中形成，并且压力侧铸造型芯64在其自己的压力侧型芯模(未示出)中形成。每个铸造型芯模包括至少两部分，所述至少两部分被放在一起以形成腔，型芯材料被浇铸到所述腔中。部分的铸造型芯模延伸到所述腔中，以在铸造型芯62、64中形成间隙66。如在本领域中已知的，为了使铸造型芯62、64与其相应的铸造型芯模分离，铸造型芯部分的形成间隙66的部分必须从间隙66拉出(撤回)。这种拉出导致型芯模部分在间隙66中沿铸造型芯的表面滑动。因此，该表面不能具有阻止这种拉开型芯部分的表面特征。
[0032]即使使用柔性模具/衬里，这种相同的状况也存在。之所以如此是因为柔性模具需要一些空间以允许柔性模具绕表面特征弯曲。在所述间隙中没有空间供柔性模具绕表面特征移动。由于在间隙66内也不可能有效地压缩柔性模具，使得能够在位于间隙66中的表面特征之上抬出柔性模具，所以在从间隙66拉出柔性模具时，间隙66中的任何表面特征都将被毁坏。作为结果，这种潜在的干涉使得大多数冷却特征的几何构型不可能被设置在间隙66中。由于间隙66随后形成肋50、52、54、56、58、60，所以这意味着肋50、52、54、56、58、60继而无法具有大多数的冷却特征。这种限制限制了冷却效率。因此，本发明人已认识到，使用常规的实践限制了冷却效率。
[0033]响应于两种限制，本发明人已开发了一种独特的方法，其将使得能够产生整体式的铸造型芯。通过使用整体式铸造型芯，错位问题消失，并且相关联的产量损失也随着它们一起消失。此外，所述独特的方法使得发明人能够在翼型件的先前不可能的位置形成各种各样的冷却特征，从而提高冷却效率。该过程包括使用柔性模具来形成短效镶件(fugitiveinsert)。所述短效镶件被放置到型芯模中，型芯材料被浇铸到模中和短效镶件周围。所述短效镶件呈翼型件的第三壁的形状。因此，当型芯材料固化成整体式铸件并且短效镶件被移除时，剩下的是整体式铸件，