使用儲熱器鑄造零件的方法、此類方法所使用的澆口以及由此制作出的鑄件的制作方法
【專利說明】使用儲熱器鑄造零件的方法、此類方法所使用的澆口以及由此制作出的鑄件
[0001]相關(guān)申請交叉引用
本申請是要求2012年10月I日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/708，565的35 USC§ 119(e)權(quán)益的非臨時申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開總體上涉及零件鑄造，并且更具體地涉及一種利用通過使用犧牲材料而改進(jìn)的傳熱的方法、模具和鑄件。
【背景技術(shù)】
[0003]鑄造零件具有許多工業(yè)應(yīng)用。例如，許多航空航天部件諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機中使用的那些使用填充有熔融金屬的模具形成。模具是以零件所需形狀來形成以使得當(dāng)熔融金屬冷卻和硬化、并且模具移除時，形成了所需形狀的零件。通常，當(dāng)所需形狀通過其它方法形成起來復(fù)雜、或尤其難以形成時，則將鑄造用作為形成零件的主要方法。
[0004]雖然是有效的，但是鑄造零件常常具有小熱質(zhì)量區(qū)域(諸如相對薄的區(qū)段)和大熱質(zhì)量區(qū)域(諸如相對厚的區(qū)段)。因此，此類鑄件可在冷卻工藝期間由于可存在于小熱質(zhì)量區(qū)域與大熱質(zhì)量區(qū)域之間的大溫差而經(jīng)受撕裂。這必然地導(dǎo)致鑄件廢棄、生產(chǎn)率的損失、和盈利率的損失。因此，需要更好工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本公開的一個方面，公開了一種鑄造工作產(chǎn)品的方法。所述方法包括:生產(chǎn)鑄件，所述鑄件具有工作產(chǎn)品以及從工作產(chǎn)品延伸并懸掛在所述工作產(chǎn)品上方的犧牲附件；以及使用犧牲附件可控制地冷卻工作產(chǎn)品。
[0006]在另一改進(jìn)中，所述方法還包括在工作產(chǎn)品冷卻之后，將犧牲附件從工作產(chǎn)品移除。
[0007]在另一改進(jìn)中，工作產(chǎn)品包括小熱質(zhì)量區(qū)域和大熱質(zhì)量區(qū)域，并且所述方法還包括將犧牲附件定位在小熱質(zhì)量區(qū)域與大熱質(zhì)量區(qū)域之間。
[0008]在另一改進(jìn)中，小熱質(zhì)量區(qū)域是燃燒器面板的中跨，并且大熱質(zhì)量區(qū)域是燃燒器面板的螺柱，并且所述方法包括將附件懸掛在中跨上方。
[0009]在另一改進(jìn)中，所述方法還包括:形成模具，所述模具包括呈工作產(chǎn)品的形狀的空腔和呈犧牲附件的形狀的空腔；以及將熔融金屬倒入模具空腔中。
[0010]在另一改進(jìn)中，所述方法還包括由陶瓷形成模具。
[0011]根據(jù)本公開的另一方面，所述方法還包括:形成呈鑄件的形狀的模子(pattern)；利用熔模材料來涂覆模子；以及將模子從熔模材料中移除。
[0012]在一個改進(jìn)中，所述方法還包括形成蠟?zāi)！?br>[0013]根據(jù)本公開的另一方面，公開一種模具，所述模具可包括:工作產(chǎn)品模具，所述工作產(chǎn)品模具限定小熱質(zhì)量空腔和大熱質(zhì)量空腔；以及犧牲材料模具，所述犧牲材料模具限定附件空腔，所述附件空腔被定位在工作產(chǎn)品空腔上方、在小熱質(zhì)量空腔與大熱質(zhì)量空腔之間。
[0014]在一個改進(jìn)中，犧牲模具還包括澆口空腔。
[0015]在另一改進(jìn)中，模具是陶瓷的。
[0016]在另一改進(jìn)中，工作產(chǎn)品是用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的燃燒器面板。
[0017]在又一改進(jìn)中，小熱質(zhì)量空腔形成燃燒器面板的中跨，并且大熱質(zhì)量空腔形成燃燒器面板的螺柱。
[0018]根據(jù)本公開的另一方面，一種鑄件具有大熱質(zhì)量區(qū)域和小熱質(zhì)量區(qū)域，并且所述鑄件通過包括以下項的方法形成:形成具有工作產(chǎn)品空腔和犧牲空腔的模具，犧牲空腔在工作產(chǎn)品空腔上方、在小熱質(zhì)量區(qū)域與大熱質(zhì)量區(qū)域之間延伸；利用熔融金屬填充模具；以及使用犧牲空腔中的熔融金屬可控制地冷卻工作產(chǎn)品空腔中的熔融金屬。
[0019]在一個改進(jìn)中，鑄件是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的燃燒器面板。
[0020]在另一改進(jìn)中，小熱質(zhì)量區(qū)域是燃燒器面板的中跨，并且大熱質(zhì)量區(qū)域是燃燒器面板的螺柱。
[0021]在另一改進(jìn)中，形成鑄件的方法還包括一旦熔融金屬冷卻就從工作產(chǎn)品移除犧牲材料。
[0022]在一個改進(jìn)中，犧牲材料包括懸掛在工作產(chǎn)品上方的附件。
[0023]在另一改進(jìn)中，犧牲材料還包括澆口，并且所述方法還包括從工作產(chǎn)品移除澆口。
[0024]在又一改進(jìn)中，所述方法還可包括對犧牲材料空腔設(shè)定尺寸，以便使小熱質(zhì)量區(qū)域與大熱質(zhì)量區(qū)域之間的熱質(zhì)量平衡。
[0025]結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述將更好地理解本公開的這些和其它方面和特征。
【附圖說明】
[0026]圖1是根據(jù)本公開生產(chǎn)的示例性工作產(chǎn)品的透視圖；
圖2是根據(jù)本公開的用于制作圖1的工作產(chǎn)品的示例性模具的透視圖；
圖3是用于制作圖1的工作產(chǎn)品的示例性鑄件的透視圖，但是其中仍附接犧牲的鑄造材料；
圖4是沿圖3中的線4-4截得的圖2的模具的剖面圖；以及圖5是描繪可根據(jù)本公開實踐的步驟的樣本序列的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]現(xiàn)在參考附圖并且特定參考圖1，可根據(jù)本公開制作的示例性鑄件稱為參考數(shù)字
20。更確切地，所描繪的鑄件20是在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機中使用的燃燒器面板，但應(yīng)理解，本公開的教示可以相同效率用來形成許多其它復(fù)雜形狀，包括但不限于許多其它航空航天部件和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機部件。
[0028]如圖所示，鑄件20可包括中跨22，中跨22兩側(cè)設(shè)有側(cè)向區(qū)段24。多個螺柱26可從每個側(cè)向區(qū)段24延伸。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，當(dāng)以圓周方式來與其它燃燒器面板一起布置時，鑄件20作為燃燒器面板用于形成燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃燒器的環(huán)形內(nèi)襯。隨后，螺柱26可用于以均勻間隔方式來將環(huán)形燃燒器殼(未示出)附接至所述螺柱。然而，本公開的教示又可用于形成任何數(shù)目的其它復(fù)雜地設(shè)計的零件、尤其是航空航天零件。
[0029]此類零件可以通過熔模鑄造技術(shù)制作，其中具有所需形狀的模子是由諸如蠟的可溶解的、可熔融的或以其它方式可破壞的材料形成。那個蠟?zāi)ｋS后由諸如陶瓷的熔模材料涂覆、噴涂或以其它方式覆蓋。一旦熔模材料硬化，蠟?zāi)＞涂杀蝗廴谝孕纬沙仕枇慵男螤畹闹锌漳＞?。隨后，將熔融材料倒入模具中形成所述零件。
[0030]雖然是有效的，但是對某些形狀的零件而言，熔融材料可能在零件的不同位置以不同的速率冷卻。例如，相對薄或以其它方式具有小熱質(zhì)量的區(qū)域可比厚區(qū)域或以其它方式具有大熱質(zhì)量的區(qū)域更快冷卻，因此導(dǎo)致金屬的熱撕裂。當(dāng)這種情況發(fā)生時，不得不將所述零件廢棄，從而造成生產(chǎn)率和盈利損失。
[0031]在這方面，本公開大大改進(jìn)先前技術(shù)。這是通過除其它外在模具中采用犧牲材料使零件上的熱質(zhì)量平衡并且因此可控制地冷卻零件而不熱撕裂來實現(xiàn)。
[0032]現(xiàn)在參考圖2，描繪可制造鑄件的模具30。如圖所示，模具包括用于形成中跨22的中跨空腔32，所述中跨空腔兩側(cè)設(shè)有用于形成側(cè)向區(qū)段24的側(cè)向區(qū)段空腔34。另外，每個側(cè)向區(qū)段34包括用于形成多個螺柱26的螺柱空腔36。然而，還應(yīng)注意，模具30包括形成僅僅用于促進(jìn)模制工藝的犧牲部分40的多個其它空腔。
[0033]如圖3中最佳示出，這些犧牲部分40包括澆口 42和附件44。澆口 42提供用于將熔融金屬傳送至中跨空腔32、側(cè)向區(qū)段空腔34和螺柱空腔36的通道。一旦熔融金屬冷卻，澆口 42就通過如切割、研磨、機加工等方式移除。
[0034]類似地，附件44是犧牲材料40并且最終并不形成成品工作產(chǎn)品45的可用部分。相反，通過將附件懸掛在緊密靠近其的中跨空腔32上方，當(dāng)附件44以及中跨空腔32、側(cè)向區(qū)段空腔34和螺柱空腔36被倒入并填充熔融金屬時，在模具30上形成更均勻的熱質(zhì)量，從而允許模具30和鑄件20上的更可控且更均勻的溫度梯度。當(dāng)鑄件20更均勻地冷卻時，金屬的熱撕裂的可能性相對于先前技術(shù)而大大減少。一旦附件冷卻并且硬化，就將附件42連同澆口一起移除，以便形成圖1的工作產(chǎn)品20。
[0035]鑄件20的每個區(qū)段的相對尺寸在使鑄件上的熱質(zhì)量平衡和調(diào)節(jié)熔融金屬的適當(dāng)冷卻速率的過程中也很重要。更確切地,在示例性鑄件20中，中跨22被配置為延伸鑄件長度L。的壁，如圖1中所示。中跨22具有厚度TM?？蓮闹锌?2的前側(cè)50至后側(cè)52測量Tm。在實施方案中，中跨22的厚度Tm在中跨22上可大體上均勻。
[0036]如圖3中示出的示例性實施方案中最佳看出，壁狀中跨22在每側(cè)與鑄件側(cè)向區(qū)段24毗接。多個螺柱26從每個鑄件側(cè)向區(qū)段24向上延伸。每個螺柱26具有厚度Ts。在這個實施方案中，Ts可大于T M。出于本公開的目的，可從螺柱26的遠(yuǎn)端54 (遠(yuǎn)離側(cè)向區(qū)段24)至近端56 (鄰近側(cè)翼部分24)測量Ts。
[0037]犧牲材料40相對于工作產(chǎn)品45的尺寸和位置也很重要。更確切地，如上指示，犧牲材料40可包括澆口 42和附件44。澆口 42還可包括柵格部分60。在一個實施方案中，柵格部分60可與鑄件20的一側(cè)或多側(cè)相鄰。在圖1中不出的實施方案中，柵格部分60存在于鑄件20的三側(cè)。澆口 42和附件44最終從圖3的初始鑄件移除，以便產(chǎn)生圖1中看到的鑄件20。
[0038]附件44可從柵格部分60延伸并懸掛在柵格部分60上方。更確切地，附件44可在中跨22上方延伸。在其它實施方案中，附件44可與柵格部分60分開，但是可被設(shè)置成在中跨22上方延伸。附件44被配置以使得其基本上不在側(cè)向區(qū)段24上方延伸。在一個實施方案中，附件44可在中跨22上方延伸，但是不在側(cè)向區(qū)段24上方延伸。附件44具有厚度TA。
[0039]附件44和中跨22可限定設(shè)置在其間的間隙64，如圖4中所示。在一個實施方案中，間隙64可基本上沿中跨22的長度L。和沿附件44的寬度Wa延伸。在一個實施方案中，間隙64高度He可在約3毫米至約56毫米的范圍內(nèi)。在另一實施方案中，He可在約13毫米至約46毫米的范圍內(nèi)。其它范圍也可設(shè)想用于間隙64高度Hg,并且間隙64高度He并不限于上文所公開的具體范圍。在實施方案中，Ts可約為T M和T JP WaW總和。在一個實施方案中，鑄件20可由鋼、鋁等制作。
[0040]模具30的零件的尺寸和相對位置大體上反映