單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼及該陶瓷模殼的成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密熔鑄的模殼成型技術(shù)，具體是一種單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼，以及該陶瓷模殼的成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶葉片因其具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能而得到了工業(yè)設(shè)備的普遍青睞，例如，以單晶渦輪葉片來(lái)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的高溫性能等等。
[0003]葉片為輪廓異形的細(xì)長(zhǎng)零件，其在單晶熔鑄的精密鑄造中，需要將單晶葉片成型用的陶瓷模殼進(jìn)行豎立布置，這尤其以大型單晶葉片的成型更為明顯；在豎立布置的陶瓷模殼中，可以有效實(shí)現(xiàn)陶瓷模殼內(nèi)合金熔液的單晶順序生長(zhǎng)，并減少、甚至避免雜晶產(chǎn)生。
[0004]基于上述成型工藝要求，細(xì)長(zhǎng)的陶瓷模殼通過(guò)選晶器豎立在底盤(pán)上方，而選晶器為直徑細(xì)小的螺旋結(jié)構(gòu)，其很難將結(jié)構(gòu)體積、重量遠(yuǎn)大于其本身的陶瓷模殼進(jìn)行可靠支撐，況且陶瓷模殼還需要盛裝合金熔液，這些重量都會(huì)直接施加在選晶器上。因而，需要對(duì)底盤(pán)上方的陶瓷模殼另行設(shè)置支撐架進(jìn)行“扶持”，以對(duì)相對(duì)脆弱的選晶器“卸載”。
[0005]參見(jiàn)圖1所示，目前常見(jiàn)的單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼結(jié)構(gòu)如下:陶瓷模殼3具有匹配設(shè)計(jì)葉片形狀的葉片型腔31 ;陶瓷模殼3以豎立方式通過(guò)選晶器2設(shè)置在底盤(pán)I上方，該底盤(pán)I的面積大于陶瓷模殼3徑向最大輪廓處的面積；在陶瓷模殼3正投影外圍的底盤(pán)I上設(shè)置有多根立柱42 (通常是四根；通過(guò)金屬芯蠟?zāi)Ｒ哉碀{淋砂的方式成型，圖中43為金屬芯蠟?zāi)Ｋ纬煽涨?，這些立柱42的高度基本與陶瓷模殼3的頂部持平；在陶瓷模殼3的頂部和各立柱42之間設(shè)有一體成型的橫梁41 ；以此由橫梁41和立柱42組成陶瓷模殼3在底盤(pán)I上的支撐架4。
[0006]上述陶瓷模殼結(jié)構(gòu)雖能使其形成可靠、穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，但底盤(pán)和支撐架在陶瓷模殼的外圍形成粗大的陶瓷支撐框，其具有以下技術(shù)不足:1.結(jié)構(gòu)臃腫而復(fù)雜，成型過(guò)程費(fèi)時(shí)、且費(fèi)料；2.粗大的支撐架在整個(gè)陶瓷模殼的外圍影響了定向凝固過(guò)程中的輻射傳熱，從而容易使陶瓷模殼內(nèi)的合金熔液的單晶生長(zhǎng)條件變差，影響單晶葉片的成品質(zhì)量，合格率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)定向凝固工藝的特殊性以及上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊、能夠?qū)μ沾赡ぴ诘妆P(pán)上形成可靠且穩(wěn)定支撐、不影響定向凝固中單晶生長(zhǎng)條件的單晶葉片成型用陶瓷模殼，以及該陶瓷模殼的成型方法。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼，所述陶瓷模殼豎立在底盤(pán)上方，該底盤(pán)與陶瓷模殼之間設(shè)有選晶器，所述底盤(pán)與陶瓷模殼之間還設(shè)有多根支撐柱，這些支撐柱環(huán)繞布置在選晶器外圍，且這些支撐柱與陶瓷模殼一體成型。
[0009]所述支撐柱以上端向心傾斜的方式成型。
[0010]一種上述單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼的成型方法，包括下列步驟: 1).根據(jù)設(shè)計(jì)的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)?，并制作承托葉片蠟?zāi)５牡妆P(pán)蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)＃?br> 2).將葉片蠟?zāi)＝M合在選晶蠟?zāi)Ｉ?，將選晶蠟?zāi)＝M合在底盤(pán)蠟?zāi)Ｉ?；在底盤(pán)蠟?zāi)Ｅc葉片蠟?zāi)Ｖg設(shè)置多根支撐棒，這些支撐棒環(huán)繞布置在選晶蠟?zāi)５耐鈬源诵纬上灅?shù)；
3).在步驟2)形成的蠟樹(shù)上以粘漿淋砂的方式制作陶瓷模殼，經(jīng)脫蠟和焙燒成型陶瓷模殼，成型的陶瓷模殼與底盤(pán)之間的支撐柱為一體成型結(jié)構(gòu)。
[0011]作為優(yōu)選方案，所述支撐棒的截面直徑為2?20mm。
[0012]所述支撐棒為陶瓷棒和/或蠟棒；所述陶瓷棒的支撐棒以間隔開(kāi)、直接抵接或插入的方式與葉片蠟?zāi)５牡撞拷M合；所述蠟棒的支撐棒以間隔開(kāi)的方式與葉片蠟?zāi)５牡撞拷M合；所述間隙隔開(kāi)的距離為2?1mm0
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)在豎立陶瓷模殼的底部與底盤(pán)之間設(shè)置多根支撐柱，對(duì)豎立的陶瓷模殼在底盤(pán)上形成可靠、穩(wěn)定的支撐，該支撐結(jié)構(gòu)能夠承受合金熔體澆注的沖擊力及靜壓力，有效防止了模殼的斷裂及熔體的漏出，進(jìn)而保證了單晶葉片在制殼、澆注和凝固過(guò)程中的順利進(jìn)行；整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，成型過(guò)程方便、省時(shí)省料；此夕卜，此支撐結(jié)構(gòu)的支撐柱細(xì)而短，又處在陶瓷模殼的底部，從而有效避免了對(duì)模殼中上部輻射傳熱的阻礙，使得其不影響定向凝固中葉片部分的單晶生長(zhǎng)條件，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015]圖1是現(xiàn)有單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明陶瓷模殼的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是圖2所示陶瓷模殼在成型前的蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是圖3所不錯(cuò)樹(shù)進(jìn)彳丁粘楽淋砂后的不意圖。
[0019]圖中代號(hào)含義:1 一底盤(pán)；2—選晶器；3—陶瓷模殼；31—葉片型腔；4一支撐架；41一橫梁；42—立柱；43—金屬芯錯(cuò)模所形成空腔；5—支撐柱；51—支撐棒(51a—陶瓷棒；51b—蠟棒)；6—葉片蠟?zāi)＃?—選晶蠟?zāi)＃?—底盤(pán)蠟?zāi)！?br>【具體實(shí)施方式】
[0020]參見(jiàn)圖2:—種單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼，其中所述葉片主要為重型燃機(jī)用的大型葉片。所述陶瓷模殼3具有對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)葉片形狀的葉片型腔31，該陶瓷模殼3豎立在底盤(pán)I的上方，該底盤(pán)I與陶瓷模殼3的底部之間設(shè)有選晶器2，它們都是一體成型的。前述底盤(pán)I與陶瓷模殼3的底部之間還設(shè)有多根支撐柱5 (通常為三至六根，例如四根；可以是實(shí)心支撐柱，也可以是空心支撐柱，還可以是實(shí)心和空心混搭的支撐柱)，這些支撐柱5較為均勻的環(huán)繞布置在選晶器2外圍，每根支撐柱5以上端向心(指陶瓷模殼3豎立的軸心)傾斜的方式成型，每根支撐柱5在底盤(pán)I上的傾斜角度通常為40?90°，例如50°等，這些支撐柱5與陶瓷模殼3、底盤(pán)1、選晶器2為一體成型的。
[0021]上述底盤(pán)I的厚度通常為5?10mm。
[0022]參見(jiàn)圖3和圖4:上述單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼的成型方法，主要包括下列步驟: I).根據(jù)設(shè)計(jì)的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)?，并制作承托葉片蠟?zāi)?的底盤(pán)蠟?zāi)?和選晶蠟?zāi)? ;同時(shí)準(zhǔn)備多根支撐棒51，這些支撐棒51分別選取陶瓷棒51a和蠟棒51b (當(dāng)然，這些支撐棒51可以全部選取陶瓷棒51a，或者，全部選取錯(cuò)棒51b);每根支撐棒51的截面直徑為2?20mm，例如5mm、1mm或15mm等等，此值的選取以提供足夠支撐強(qiáng)度和不影響定向凝固工藝中的輻射傳熱為宜。
[0023]2).將葉片蠟?zāi)?豎立組合在選晶蠟?zāi)?上，使葉片蠟?zāi)?的底部最低點(diǎn)與選晶蠟?zāi)?的頂部銜接；將選晶蠟?zāi)?組合在底盤(pán)蠟?zāi)?上，將多根陶瓷棒51a和蠟棒51b圍繞選晶蠟?zāi)?以傾斜方式安裝在底盤(pán)蠟?zāi)?與葉片蠟?zāi)?之間，每根陶瓷棒51a的上端以插入的方式(也可以是直接抵接或者間隔開(kāi)的方式)與葉片蠟?zāi)?的底部組合，而每根蠟棒51b的上端以間隙隔開(kāi)的方式與葉片蠟?zāi)?的底部組合，前述間隙隔開(kāi)的距離為2?10mm，例如2mm或5_等等，具體視陶瓷層厚度而定；以此形成錯(cuò)樹(shù)；
3).在步驟2)形成的蠟樹(shù)上以反復(fù)粘漿淋砂的方式制作陶瓷模殼，經(jīng)脫蠟和焙燒成型陶瓷模殼3，成型的陶瓷模殼3與底盤(pán)I之間的實(shí)心支撐柱5 (以陶瓷棒51a為支撐棒51)和空心支撐柱5 (以蠟棒51b為支撐棒51)為一體成型結(jié)構(gòu)，即支撐柱5、底盤(pán)1、陶瓷模殼3和選晶器2為一體成型結(jié)構(gòu)。
[0024]以上技術(shù)方案僅用以說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)其限制。盡管參照上述具體技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)上述具體技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼，所述陶瓷模殼(3)豎立在底盤(pán)(I)上方，該底盤(pán)(I)與陶瓷模殼(3 )之間設(shè)有選晶器(2 )，其特征在于:所述底盤(pán)(I)與陶瓷模殼(3 )之間還設(shè)有多根支撐柱(5 )，這些支撐柱(5 )環(huán)繞布置在選晶器(2 )外圍，且這些支撐柱(5 )與陶瓷模殼(3) —體成型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼，其特征在于:所述支撐柱(5)以上端向心傾斜的方式成型。3.—種權(quán)利要求1或2所述單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼的成型方法，包括下列步驟: 1).根據(jù)設(shè)計(jì)的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)?6)，并制作承托葉片蠟?zāi)?6)的底盤(pán)蠟?zāi)?8)和選晶錯(cuò)I旲(7)； 2).將葉片蠟?zāi)?6)組合在選晶蠟?zāi)?7)上，將選晶蠟?zāi)?7)組合在底盤(pán)蠟?zāi)?8)上；在底盤(pán)蠟?zāi)?8)與葉片蠟?zāi)?6)之間設(shè)置多根支撐棒(51)，這些支撐棒(51)環(huán)繞布置在選晶蠟?zāi)?7)的外圍，以此形成蠟樹(shù)； 3).在步驟2)形成的蠟樹(shù)上以粘漿淋砂的方式制作陶瓷模殼，經(jīng)脫蠟和焙燒成型陶瓷模殼(3)，成型的陶瓷模殼(3)與底盤(pán)(I)之間的支撐柱(5)為一體成型結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼的成型方法，其特征在于:所述支撐棒(51)的截面直徑為2?20mm。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼的成型方法，其特征在于:所述支撐棒(51)為陶瓷棒(51a)和/或蠟棒(51b);所述陶瓷棒(51a)以間隔開(kāi)、直接抵接或插入的方式與葉片蠟?zāi)?6)的底部組合；所述蠟棒(5Ib)以間隔開(kāi)的方式與葉片蠟?zāi)?6)的底部組合；所述間隙隔開(kāi)的距離為2?10mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種單晶葉片成型用豎式陶瓷模殼及該陶瓷模殼的成型方法。所述陶瓷模殼豎立在底盤(pán)上方，該底盤(pán)與陶瓷模殼之間設(shè)有選晶器和多根支撐柱，這些支撐柱環(huán)繞布置在選晶器外圍，且這些支撐柱與陶瓷模殼一體成型。所述陶瓷模殼的成型方法包括：1）制作葉片蠟?zāi)?、底盤(pán)蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)＃?）將葉片蠟?zāi)＝M合在選晶蠟?zāi)Ｉ希瑢⑦x晶蠟?zāi)＝M合在底盤(pán)蠟?zāi)Ｉ?；在底盤(pán)蠟?zāi)Ｅc葉片蠟?zāi)Ｖg設(shè)置多根支撐棒，這些支撐棒環(huán)繞布置在選晶蠟?zāi)５耐鈬?）以粘漿淋砂方式制作陶瓷模殼。本發(fā)明對(duì)豎立的陶瓷模殼在底盤(pán)上形成可靠、穩(wěn)定的支撐，整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，有效避免了對(duì)輻射傳熱的阻礙，使得其不影響定向凝固中合金熔液的單晶生長(zhǎng)條件。
【IPC分類】B22C9/04
【公開(kāi)號(hào)】CN104923734
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510251777
【發(fā)明人】馬德新, 楊功顯, 張瓊元, 王海洋, 劉艷領(lǐng), 趙代銀, 張松泉, 李林蓄
【申請(qǐng)人】東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日