本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，且更具體地涉及用于失模鑄造的鑄造樹，且還涉及制造外殼模具的方法和使用這種模的鑄造方法。

背景技術(shù)：

在以下的描述中，諸如“頂部”、“底部”、“水平”和“垂直”由當(dāng)金屬鑄入其內(nèi)部時這種模具的普通定向限定。

自古以來，已知有所謂的失蠟或失模鑄造法。它們特別適合于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的金屬部件。因而，失模鑄造特別用于生產(chǎn)渦輪發(fā)動機(jī)葉片。

在失模鑄造中，第一步驟通常包括用具有相對低的熔化溫度的材料制作模，例如使用蠟或樹脂。接著，將模包含于鑄造樹中，接著，為了形成模具，鑄造樹被涂覆耐火材料。在可用于失模鑄造的各種類型的模具中，所謂的外殼模具是特別已知的，外殼模具通過將?；蛞唤M模浸入砂漿，并接著將耐火沙撒在涂覆有砂漿的?；蚪M上，從而形成圍繞?；蚪M的外殼，隨后焙燒外殼以將其燒結(jié)，從而加固組件。為了獲得在被焙燒前的厚度足夠的外殼，可想到多個連續(xù)的浸濕和撒砂操作。本文中所用的術(shù)語“耐火沙”表示具有用于符合期望的生產(chǎn)公差的足夠精細(xì)的顆粒尺寸的任何粒狀材料，這種材料能夠在固態(tài)下忍受熔融金屬的溫度，且在焙燒外殼時這種材料可被加固成單件。

在從模具的內(nèi)部將模的材料排空或消除后(這種方法的名稱“失?！庇纱硕鴣?，熔融金屬被鑄入模具，從而充填在模具已被排空或消除后由模留在模具內(nèi)部的模具空腔。一旦金屬已經(jīng)冷卻和凝固，模具可被打開或被破壞，從而恢復(fù)具有模的形狀的金屬部件。在本文中，術(shù)語“金屬”覆蓋了純金屬，還尤其覆蓋了金屬合金。

除了至少一個模外，鑄造樹通常包括部件支承件，部件支承件包括分配器，分配器是要在模具中形成至少一個鑄造通道，鑄造通道用于在鑄造期間將熔融金屬輸送入鑄?？涨?。為了能夠同時生產(chǎn)多個部件，可能的是將多個模作為組包含在單個鑄造樹中。

為了增加生產(chǎn)率，可能的是通過注模不僅制作模，而且制作部件支承件的各種元件。然而，由于鑄造樹中的模組和單獨的模增加了復(fù)雜度，從多個分離元件組裝鑄造樹的能力同時變得更必要且更難實現(xiàn)。典型地，鑄造樹的各種元件被手工地組裝在一起并粘合地膠接在一起。然而，在樹的增加的復(fù)雜度和越來越嚴(yán)格的定位和對齊公差的情況下，特別是在進(jìn)行單晶鑄造時，這導(dǎo)致了不斷增加的組裝成本和時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明力求補(bǔ)救這些缺點。具體地，本公開力求提出一種用于失模鑄造的鑄造樹，該鑄造樹包括至少一個部件支承件和至少一個模，且鑄造樹的組裝被簡化且更易于自動化。

該目的通過以下事實來實現(xiàn)：鑄造樹還至少包括第一公母連接，第一公母連接將所述模與部件支承件連接，且包括孔、至少部分插入孔的內(nèi)部的銷釘以及插設(shè)在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的可熔化材料膜。銷釘可特別地緊固至模，且孔可形成于部件支承件中，或相反。

由于公母連接，鑄造樹的組裝可被簡化并自動化，且同時仍確保各種元件精確定位。同時，插設(shè)在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的可熔化材料膜用于將它們相互緊固并保持該第一公母連接。

為了確保該第一公母連接中銷釘與孔之間沿基本正交于用于將銷釘插入孔中的軸線的至少一個方向的相對定位的精確度，第一公母連接具有在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的至少兩個直接接觸點，這些點在基本正交于用于將銷釘插入孔的軸線的方向上相互偏置。本文中，術(shù)語“基本正交”用于表示在制造和測量的公差限度內(nèi)接近直角的定向。例如，該定向可對應(yīng)于90°±5°的角。至少一個所述接觸點可通過與所述插入軸線徑向相對的突起形成于銷釘?shù)耐獗砻嫔虾?或孔的內(nèi)表面上，從而還使得可能保持銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的徑向間隔，該徑向間隔包含所述可熔化材料膜。

為了確保模相對于部件支承件在多個軸線上的精確定位和定向，鑄造樹還可包括第二公母連接，第二公母連接將所述模與部件支承件連接，且還包括孔和至少部分地插入孔的內(nèi)部的銷釘，且具有插設(shè)于銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的可熔化材料膜，所述第一和第二公母連接具有用于將銷釘插入基本平行且沿正交于所述插入軸線的方向相互偏置的相應(yīng)的孔內(nèi)的插入軸線。本文中，術(shù)語“基本平行”表示在制造和測量公差的限度內(nèi)平行或幾乎平行的定向。例如，該定向可因而對應(yīng)于0°±5°的角。特別地，所述第一公母連接可具有在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的至少兩個直接接觸點，這些直接接觸點至少沿基本正交于用于將銷釘插入孔內(nèi)的插入軸線的第一方向相互偏置，且所述第二公母連接具有在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的外表面之間的至少一個直接接觸點，第二公母連接的所述接觸點相對于第一公母連接的所述接觸點至少沿基本正交于第一方向和用于將銷釘插入孔內(nèi)的插入軸線的第二方向偏置。因而，由于不對齊的至少三個接觸點，可能獲得模相對于部件支承件沿所有三個軸線的精確的定位和定向。

為了進(jìn)一步便于組裝，所述第一公母連接可具有在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的至少三個直接接觸點，從而相對于部件支承件固定模的位置，且所述第二公母連接可具有在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的兩個直接接觸點，第二公母連接的所述兩個接觸點沿基本正交于包含各所述插入軸線的平面的至少一個方向相互偏置，從而相對于部件支承件固定模的定向。

為了更好地相對于部件支承件阻塞模，鑄造樹可包括模與部件支承件的另一連接，該另一連接與沿用于將銷釘插入所述第一公母連接的孔內(nèi)的插入軸線的方向的第一公母連接相對。該另一連接可為簡單的粘合膠接連接，但還可包括用于確保模相對于部件支承件的定位和定向的物理標(biāo)記。

所述部件支承件可包括用于在模具中形成至少一個鑄造通道的分配器，所述第一公母連接將所述模與所述分配器連接。此外，鑄造樹可具有成組地與部件支承件連接的多個模。

本公開還提供了用于失模鑄造的鑄造樹的組裝方法，方法至少包括以下步驟：將至少一個銷釘至少部分地插入至少一個對應(yīng)的孔內(nèi)，從而至少產(chǎn)生至少一個模與部件支承件之間的第一公母連接，所述公母連接在銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間具有至少兩個直接接觸點，各接觸點沿基本正交于用于將銷釘插入孔內(nèi)的插入軸線的方向相互偏置；將液態(tài)的可熔材料滲入第一公母連接中的所述銷釘?shù)闹辽僖粋€外表面與所述孔的內(nèi)表面之間；并使?jié)B入銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的可熔材料凝固，從而形成至少插設(shè)于銷釘?shù)耐獗砻媾c孔的內(nèi)表面之間的可熔材料膜，以加固第一公母連接。特別地，可通過至少將第一公母連接浸入呈液態(tài)的所述可熔材料的浴中來執(zhí)行滲透步驟。該“浸漬密封”方法使公母連接以易于自動化的方式快速加固。

本公開還涉及生產(chǎn)鑄造模具的方法，包括使用上述組裝方法組裝鑄造樹、用耐火材料涂覆所述鑄造樹以形成模具以及將鑄造樹從模具的內(nèi)部排空。特別地，鑄造樹可由某種材料制成，該種材料在低于所述耐火材料的溫度下熔化，且可呈液態(tài)從模具中排空。此外，可通過將所述鑄造樹浸在砂漿中、將耐火沙撒在鑄造樹上以形成圍繞鑄造樹的外殼并將外殼燒結(jié)以將其加固來進(jìn)行涂覆?？赡芟氲绞褂枚鄠€連續(xù)的浸漬和撒砂操作以在燒結(jié)之前獲得足夠的厚度的外殼。

本公開還提供了鑄造方法，包括通過使用上述生產(chǎn)方法生產(chǎn)鑄造模具、將熔融金屬材料鑄入所述模具的內(nèi)部、使金屬材料在模具中凝固以及將模具移除。

附圖說明

在閱讀以下對作為非限制性示例給出的實施例的詳細(xì)描述后，可更好地理解本發(fā)明，且其優(yōu)點更明顯。描述參考附圖，附圖中：

·圖1是實施例中的鑄造樹的示意性立體圖；

·圖2是兩個相鄰的公母連接的剖視圖，該公母連接將模連接至圖1的鑄造樹中的分配器；

·圖3是示意圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第一步驟；

·圖4是示意性立體圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第二步驟；

·圖5示出了圖1的鑄造樹的分配器，該分配器具有對應(yīng)于所述公母連接的孔；

·圖6是包含于圖1的鑄造樹中的模之一的細(xì)節(jié)圖，特別示出了對應(yīng)于所述公母連接的兩個銷釘；

·圖7是示意性立體圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第三步驟；

·圖8示出了銷釘被插入對應(yīng)的孔中以形成所述公母連接；

·圖9A和9B示出了用于每個模與部件支承件之間的公母連接的兩個替代布置；

·圖10示出了模的底端被插入部件支承件的基座中的凹處內(nèi)；

·圖11是示意性立體圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第四步驟；

·圖12是示意圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第五步驟；

·圖13是示意圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第六步驟；

·圖14是示意性立體圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第七步驟；

·圖15是示意性立體圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第七步驟；

·圖16是示意圖，示出了液膜滲入公母連接之一的空隙中；

·圖17是示意性立體圖，示出了組裝圖1的鑄造樹的第八步驟；以及

·圖18示出了圍繞圖1的鑄造樹形成的外殼模具。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的鑄造樹1。鑄造樹1由具有相對低的熔點的材料制成，特別是蠟或樹脂，且設(shè)計為通過失蠟或失模方法獲得形成鑄造模具的內(nèi)腔，其中，為了形成模具，鑄造樹初始涂覆有耐火材料，且接著，鑄造樹呈液態(tài)從模具的內(nèi)部排空。因而，所示的鑄造樹1包括多個模2，多個模2圍繞下降件(descendant)3成組地布置，下降件3由基座4和抬升件(rehausse)5支承，且頂上裝有呈環(huán)形式的分配器6以及杯7。抬升件5、基座4、下降件3、分配器6和杯7一起形成用于模2的部件支承件8，每個模2復(fù)制所生產(chǎn)的鑄件的形狀。在所示的示例中，模2因而復(fù)制了渦輪發(fā)動機(jī)葉片的形狀，但其它應(yīng)用同樣是可行的。分配器6用于在模具中成形鑄造通道，以將熔融金屬從由杯7構(gòu)成的漏斗帶至由模2成形的鑄?？涨弧?/p>

鑄造樹1的每個元件可例如通過注模分離地生產(chǎn)。為了生產(chǎn)這些元件，且特別是部件支承件8的那些元件，還可能想到使用通過排空之前生產(chǎn)的模具而得到的回收的材料。然而，重要的是特別是當(dāng)進(jìn)行諸如單晶鑄造之類的困難的鑄造方法時，確保各元件精確地定位在鑄造樹1中。

因而，在圖1中所示的鑄造樹1中，每個模2通過一對公母連接9、10連接至分配器6。如圖2中所示，這些公母連接9、10中的每一個包括銷釘11、12和所述銷釘11、12被接收于其中的孔13、14。在該實施例中，為了使銷釘11、12更輕易地插入對應(yīng)的孔13、14，每個銷釘11、12具有外表面11a、12a，外表面11a、12a為截頭圓錐形且沿銷釘插入的方向收縮，且每個孔13、14同樣具有內(nèi)表面13a、14a，內(nèi)表面13a、14a為類似的截頭圓錐形且沿銷釘插入的方向收縮。特別取決于用于制造這些元件的選擇，可考慮其它收縮形狀、例如階梯狀作為這些截頭圓錐形的替代或額外選擇。

此外，在每個公母連接9、10中，可熔化材料的膜15插設(shè)在銷釘11、12的外表面11a、12a與孔13、14的內(nèi)表面13a、14a之間。粘附至銷釘11、12的外表面和孔13、14的內(nèi)表面的該膜15用于加固每個公母連接9、10。

圖3示出了組裝鑄造樹1的第一步驟，其中，下降件3連接至基座4。如可從該圖中所見的，基座4包括對于每個模2的單獨的提升的支承件16，這些支承件16中的每一個在其頂部具有凹處17，凹處17的外形與每個模2的底端的外形互補(bǔ)。因而，凹處17設(shè)計成便于將模2適當(dāng)?shù)囟ㄎ徊⒍ㄏ蛟阼T造樹1中。

圖4示出了組裝鑄造樹1的第二步驟，其中，分配器6置于下降件3上。從下降件3垂向地突出的中心桿18用于將分配器6相對于下降件3水平地緊固，同時繼續(xù)允許垂向運(yùn)動的某些自由度。

如圖5中所示，在該實施例中，公母連接9、10的孔13、14為形成于分配器6中且垂向穿過分配器6的孔。因而，如圖6中所示，互補(bǔ)的銷釘11、12形成于模2上。然而，同樣可能想到對于僅公母連接中的一個或?qū)τ诠高B接中的兩個將該布置倒置。

如圖6中特別可見的，在該實施例中，模2用于生產(chǎn)渦輪發(fā)動機(jī)的葉片，且因而它們復(fù)制了這種葉片的形狀。然而，還可能想到使用鑄造樹和本發(fā)明的組裝方法用于生產(chǎn)其它部件，且模的形狀則將相應(yīng)地適應(yīng)。在該實施例中，每個模2指向下，因而具有呈葉片端部形式的底端2a和呈葉片根部形式的頂端2b，銷釘11、12包含于其上并沿插入軸線Z1、Z2指向，插入軸線Z1、Z2基本平行且沿正交方向X相互偏置。第一公母連接9的銷釘11的外表面11a具有布置在相對于插入軸線Z1呈徑向的不同軸線上的四個突起11b、11c、11d和11e。這些突起11b至11e中的每一個為球蓋形，但也可能想到其它形狀。此外，第二公母連接10的銷釘12的外表面12a具有沿與插入軸線Z2正交、且與兩插入軸線Z1和Z2沿其偏置的方向X正交的軸線Y2的相對方向面對的兩個突起12b、12c。

圖7是示意圖，示出了第一模2在基座4與分配器6之間放置在位。如圖8中所示，當(dāng)?shù)谝荒?被放置在位時，通過將模初始地稍微傾斜，銷釘11、12沿插入軸線Z1、Z2插入孔13、14。在該插入期間，突起11b、11c、11d和11e還有12b和12c形成銷釘11、12的外表面11a、12a與孔13、14的內(nèi)表面13a、14a之間的直接接觸點，從而在別處保持銷釘11、12的外表面11a、12a與孔13、14的內(nèi)表面13a、14a之間的徑向間隔，同時保持每個模2相對于分配器6精確地在位和定向。在隨后的步驟期間，該徑向間隔接著是要通過呈液態(tài)的可熔化材料的滲透而被至少部分地充填，從而形成膜15。雖然在所示的實施例中，所有這些突起形成于銷釘?shù)耐獗砻嫔?，但作為替代的或附加的方式，也可能用徑向突起將接觸點形成于孔13、14的內(nèi)表面13a、14a上。此外，還可改變突起的數(shù)量：因而，如圖9A中所示，已經(jīng)可能通過僅三個徑向突起11b、11c、11d獲得第一銷釘11的精確定位，或如圖9B中所示，甚至通過第一銷釘11上的僅兩個徑向突起11b、11c和第二銷釘12上的僅一個徑向突起12b將模2相對于分配器6精確定位和定向，只要各接觸點不在包含插入軸線Z1、Z2的平面或與之平行的平面上對齊即可。

如圖10中所示，在銷釘11、12已被插入孔13、14中后，模2在朝向垂向傾斜的同時被略微提升，使得其底端2a與支承件16上的凹處17對齊，從而插入凹處17。

如圖11中所示，剩余的模2隨后以類似的方式依次插入基座4與分配器6之間。面4上的支承件16的凹處17大體上比銷釘11、12和分配器6中的孔13、14更淺，故而可能在模2的銷釘11、12已經(jīng)插入對應(yīng)的孔13、14后，在將每個模2朝向垂向傾斜的同時限制分配器6的垂向運(yùn)動，并因而避免已安裝的模2的銷釘11、12從另一孔13、14中脫出。

如圖12中所示，在所有模2已經(jīng)安裝在圍繞下降件3的組內(nèi)后，可能通過使用卡尺19來驗證它們被適當(dāng)?shù)貙R。如圖13中所示，一旦已驗證了該對齊，分配器6就可通過粘合地膠接至下降件3而阻塞在位，且模2的底端可被類似地粘合地膠接至它們在基座4上的相應(yīng)的支承件16。此后，如圖14中所示，杯7在分配器6上放置在位，且如圖15中所示，為了將組件直至模2的位置都浸沒于液態(tài)的可熔化材料的浴中，組件被上下倒置。該可熔化的材料的熔點低于浸入其中的元件的熔點，且該可熔化的材料可特別地為呈液態(tài)的蠟。因而，液體浴可保持在低于暫時浸入其中的元件的熔點的溫度，從而防止元件熔化，即使是部分熔化。如圖16中所示，當(dāng)在浴中時，浴的液體材料穿透進(jìn)入浸沒元件之間的空隙，且特別地進(jìn)入銷釘11、12的外表面11a、12a與孔13、14的內(nèi)表面13a、14a之間的空隙。在被組裝的鑄造樹1已從液體浴中移除后，浴的某些液體材料繼續(xù)粘附至浸入浴中的暴露的表面，液體在這些表面上冷卻并凝固，從而圍繞暴露的表面在各被浸入元件之間的空隙中形成包括在銷釘11、12的外表面11a、12a與對應(yīng)的孔13、14的內(nèi)表面13a、14a之間的固體膜15，從而加固模2與分配器6之間的每個公母連接9、10。分配器6與模2之間、下降件3與杯7之間的空隙也至少部分地被該膜15充填，因而這還以此方式有助于加固被組裝的鑄造樹1。如圖17中所示，該組裝方法以將抬升件5膠接在基座4下方而結(jié)束，從而獲得如圖1中所示的鑄造樹1。

如圖18中所示，該鑄造樹1接著可用于生產(chǎn)外殼模具20。為此目的，包括首先將鑄造樹1浸入砂漿并接著將耐火沙撒在鑄造樹上的程序重復(fù)多次。此后，通過在爐中焙燒，以此方式形成的由耐火沙和砂漿制成的外殼被燒結(jié)。形成鑄造樹1的可熔化的材料在爐內(nèi)的高溫下熔化，且可被輕易地以液態(tài)從以此方式產(chǎn)生的外殼模具20移除。

在外殼模具20中，模2已經(jīng)產(chǎn)生模具空腔21，杯7已經(jīng)產(chǎn)生鑄造漏斗22，且分配器6已經(jīng)產(chǎn)生將漏斗22連接至空腔21的鑄造通道23。因而，模具20可用于包括以下步驟的鑄造方法：將熔融金屬材料鑄入模具20內(nèi)部，在該步驟中熔融金屬材料經(jīng)由漏斗22和通道23充填空腔21，之后是以下步驟：引起模具20內(nèi)的金屬材料凝固，該凝固可被操控，用以獲得例如單晶部件的目的。最后，為了釋放已經(jīng)以此方式在模具空腔21內(nèi)形成的部件，可移除可自然干燥的模具20，這些部件接著復(fù)制模2的形狀。

雖然參考特定的實施例來描述本發(fā)明，但清楚的是，可對這些實施例進(jìn)行修改和變化而不超出如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的總體范圍。此外，各實施例中所提及的單獨的特點可在額外的實施例中組合。由此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性而非限制性的。