RU2456116C2 - Способ формовки литейных форм - Google Patents
Способ формовки литейных форм Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456116C2 RU2456116C2 RU2007124269/02A RU2007124269A RU2456116C2 RU 2456116 C2 RU2456116 C2 RU 2456116C2 RU 2007124269/02 A RU2007124269/02 A RU 2007124269/02A RU 2007124269 A RU2007124269 A RU 2007124269A RU 2456116 C2 RU2456116 C2 RU 2456116C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- mixture
- casting
- cavity
- ceramic
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 44
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 12
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 5
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 5
- -1 rare earth silicates Chemical class 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 208000015943 Coeliac disease Diseases 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 4
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007528 sand casting Methods 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 3
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 2
- 239000002304 perfume Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000009760 electrical discharge machining Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005328 electron beam physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 239000006082 mold release agent Substances 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 1
- 238000011042 selective layering Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литейному производству. Способ содержит формовку металлической матрицы, отливку в матрице формы (10) из керамического состава, нагрев формы (10), экструзию смеси (26) на поверхность (24) полости формы (10) и термообработку смеси (26). Экструдируемая смесь состоит из металла, керамики или их комбинаций. Смесь (26) экструдируют через сопло (28) устройства (20) нанесения смеси. Отливку керамической формы (10) осуществляют процессом литья, выбранного из группы, включающей в себя шликерное литье, литье под давлением, литьевое формование или их комбинации. Обеспечивается получение воспроизведения в деталях сложных поверхностных элементов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к литью и, более конкретно, к изготовлению форм, применяемых в литейном производстве.
Предпосылки создания изобретения
Процессы литья находят широкое применение при формировании изделий. В целом процессы литья могут быть представлены как любой процесс, в котором текучий материал вводят в форму, позволяют ему затвердеть в ней и затем извлекают его в твердой форме. В качестве примеров процессов литья можно указать литье по выплавляемым моделям, шликерное литье, формование геля, литье в песчаные формы, литье по гипсовым моделям, литье под давлением, литьевое формование, нагнетание цементного раствора, формовка порошков (уплотнение), реактивная формовка, коллоидная формовка, холодное изостатическое прессование, горячее изостатическое прессование и так далее. Однако особенно активно применяется литье по выплавляемым моделям, поскольку выплавляемый сердечник допускает формирование отливок с более высокой точностью чем та, которая достижима при использовании других процессов литья, и обеспечивается эффективным производством литейных форм.
Процесс литья по выплавляемым моделям начинается с изготовления расходуемой восковой модели, имеющей такую же геометрическую форму, как и получаемая отливка. Обычно модели делают из воска для литья по выплавляемым моделям, который впрыскивают в металлическую форму в ходе инжекции воскового состава. После получения восковой модели ее собирают вместе с другими восковыми компонентами для формирования системы питателей и литников для подачи литейного материала. Весь восковой узел погружают затем в керамическую пульпу, покрывают песчаной штукатуркой и дают высохнуть. Процесс погружения и оштукатуривания повторяют до тех пор, пока не будет получена оболочка нужной толщины (т.е. около 6-10 мм (0,25-0,675 дюйма)). Сразу после того, как керамика высохнет, весь узел помещают в паровой автоклав для удаления большей части воска. После обработки в автоклаве, в случае, если в оболочке остался дополнительный воск, ее обжигают в печи (например, при температуре около 400°С). После этого в керамической форме остается оттиск модели и системы из питателей и литников. Затем форму предварительно нагревают до определенной температуры и заполняют расплавленным металлом, который затвердевает в ней, образуя металлическую отливку. После того как отливка в достаточной степени затвердеет, оболочку формы отбивают от отливки. Затем с отливки срезают питатели и литники и отливку в заключение подвергают окончательной обработке (например, пескоструйной обработке, обтачиванию и подобному).
В альтернативном процессе керамическую форму можно формировать по секциям, таким как половины формы, или даже по большему числу секций, которые могут быть собраны вместе для образования готовой формы. Это является предпочтительным, поскольку форму можно разобрать для извлечения из нее отливок, что позволяет использовать форму много раз.
Хотя литье по выплавляемым моделям позволяет получить изделия улучшенной формы и позволяет формовать литейные формы с использованием процесса погружения, процессы литья по выплавляемым моделям, так же как другие процессы формовки керамических форм, остаются неудовлетворительными при воспроизведении мелких поверхностных элементов. Так, например, выплавляемые сердечники, имеющие поверхностные элементы и/или структуры, такие как узоры, выступы и/или рисунки, которые содержат сложные детали и/или относительно мелкие детали (например, рисунки, содержащие линии, высота которых меньше или равна приблизительно 0,010 дюйма), обычно плохо воспроизводятся (например, воспроизводятся неравномерно и/или коробятся) после термообработки формы.
В результате возникает потребность в способах формовки литейных форм, воспроизводящих в деталях поверхностные элементы.
Краткое описание изобретения
Описаны способы формовки литейных форм и способы литья изделий.
В одном варианте реализации способ формовки формы содержит отливку формы, имеющей поверхность полости, формирование на поверхности полости поверхностных структур, причем поверхностные структуры содержат смесь, и термообработку смеси. В другом варианте реализации описано изделие.
В другом варианте реализации способ формовки содержит формовку матрицы, формовку внутри матрицы формы с использованием керамического состава и литейного процесса, выбранного из группы, включающей в себя литье по выплавляемым моделям, шликерное литье, формование геля, литье в песчаные формы, литье по гипсовым моделям, литье под давлением, литьевое формование, нагнетание цементного раствора, формовка порошков (уплотнение), реактивная формовка, коллоидная формовка, холодное изостатическое прессование, горячее изостатическое прессование и комбинации, включающие в себя по меньшей мере один из перечисленных процессов, нагревание формы, экструзию смеси на поверхность полости формы для образования на ней поверхностных структур, причем смесь экструдируют через сопло устройства, и последующую термообработку смеси.
В других вариантах реализации изготавливают изделия с использованием описанных способов формовки форм.
Описанные выше и иные признаки проиллюстрированы следующими фигурами и подробным описанием.
Краткое описание чертежей
На фигурах представлены примеры вариантов реализации, при этом одинаковые детали обозначены одинаковыми цифровыми позициями.
На фиг.1 показан в качестве иллюстрации пример первой половины матрицы;
на фиг.2 показан в качестве иллюстрации пример второй половины матрицы;
на фиг.3 показан в качестве иллюстрации пример первой половины матрицы, заполненной керамическим составом;
на фиг.4 показан в качестве иллюстрации пример второй половины матрицы, заполненной керамическим составом;
на фиг.5 показан в качестве иллюстрации пример второй половины формы, извлеченной из первой половины матрицы;
на фиг.6 показан в качестве иллюстрации пример первой половины формы, извлеченной из второй половины матрицы;
на фиг.7 показан в качестве иллюстрации пример первой и второй половин формы в сборе;
на фиг.8 показан в качестве иллюстрации пример пера, наносящего смесь на поверхность полости второй матрицы, формируя на ней выступы;
на фиг.9 показан в качестве иллюстрации пример заливки расплавленного металла в вертикальный литник собранной матрицы с целью формовки лопасти турбины;
на фиг.10 показан в качестве иллюстрации пример литой лопасти турбины, которая содержит сетку впадин.
Подробное описание изобретения
Описан способ формовки поверхностных структур на литейных формах, при котором, после изготовления формы, предусмотрено нанесение керамических и/или металлических материалов на поверхность литейной формы для формирования на ней нужных поверхностных структур. Затем материал может быть подвергнут термообработке для упрочнения и скрепления его с литейной формой. Такая форма затем может применяться для литья изделий, причем поверхностные структуры, выполненные в литейной форме, образуют на отливке структуры с "отрицательной геометрией".
Способ формовки поверхностных структур на керамической литейной форме предусматривает изготовление формы. Форма может быть выполнена с помощью методов формовки керамики, таких как литье по выплавляемым моделям, шликерное литье, формование геля, литье в песчаные формы, литье по гипсовым моделям, литье под давлением, литьевое формование, нагнетание цементного раствора, формовка порошков (уплотнение), реактивная формовка, коллоидная формовка, изостатическое прессование (например, горячее изостатическое прессование или холодное изостатическое прессование) и так далее, так же как комбинации, включающие в себя по меньшей мере один из перечисленных методов. Форму изготавливают таким образом, что внутренние поверхности формы являются достижимыми для того, чтобы впоследствии формировать на них поверхностные структуры. Поэтому форма может формоваться по секциям (например, половинам формы), которые могут быть собраны вместе для образования готовой формы и разниматься для извлечения отливок.
Материалы, применяемые для изготовления формы, могут содержать материалы, способные противостоять температурам, возникающим при литье нужных отливок, таких как металлические детали, в частности, жаропрочные суперсплавы. В качестве примеров подобных материалов можно указать глинозем, кремнезем и т.п.
Один из способов, применяемых для формовки литейной формы, предусматривает применение литейного процесса, при котором изготавливают металлические матрицы для формовки половин литейной формы. Матрицы формуют с внутренним строением, воспроизводящим требующиеся наружные поверхности отливаемой детали и содержащим основные очертания формы. Например, на фиг. 1 и 2 показаны в качестве примера первая половина 2 матрицы и вторая половина 4 матрицы. Геометрическая форма первой половины 2 матрицы и второй половины 4 матрицы будет использована для формирования керамической формы, которая должна применяться для отливки лопасти турбины. Матрицы могут изготавливаться из металлов, таких как инструментальные стали (например, сталь для литейных форм Р-20, которая содержит 0,28-0,40 мас.% углерода, 0,60-1,00 мас.% марганца, 0,20-0,80 мас.% кремния, 1,40-2,00 мас.% хрома, 0,30-0,55 мас.% молибдена, 0,25 мас.% меди, 0,03 мас.% фосфора и 0,03 мас.% серы, согласно Американскому Институту чугуна и стали (AISI)), ударостойкие стали (например, сталь для литейных форм S2, которая содержит 0,40-0,55 мас.% углерода, 0,30-0,50 мас.% марганца, 0,90-1,20 мас.% кремния, 0,30 мас.% никеля, 0,30-0,50 мас.% молибдена, 0,50 мас.% ванадия, 0,25 мас.% меди, 0,03 мас.% фосфора и 0,03 мас.% серы, согласно AISI) и так далее. Более широко можно отметить, что возможно применение любых металлов, которые выдержат воздействие (т.е. не будут плавиться или деформироваться) температур, при которых будет происходить обработка материалов, применяемых для формовки литейной формы, например, обычно при температуре около 700°С. Матрицы могут быть изготовлены с использованием процессов металлообработки (таких как электроэрозионная обработка, обтачивание и шлифование), быстрых методов производства (таких как технологии избирательного лазерного спекания и послойного наложения) и так далее, так же как комбинаций, содержащих по меньшей мере один из перечисленных процессов.
После завершения изготовления матриц их, как показано на фиг.3 и 4, заполняют керамическим составом 6. Дополнительно керамический состав 6 может быть спрессован внутри матриц с использованием, например, техники механического прессования (например, пуансона), изостатического прессования и так далее. В одном примере комплект матриц (например, первая половина 2 матрицы и вторая половина 4 матрицы) заполняют керамическим составом и затем подвергают изостатическому прессованию, при котором керамический состав 6 подвергается воздействию давления около 15000 фунтов/кв. дюйм в находящейся под давлением воздушной камере.
В керамическом составе 6 могут применяться керамические порошки, такие как глинозем, кремнезем, двуокись циркония, силикат циркония (циркон), силикат алюминия (муллит), оксид иттрия, силикат иттрия, алюминат иттрия (гарнит), алюминат иттрия (перовскит), оксиды редкоземельных элементов, силикаты редкоземельных элементов, алюминаты редкоземельных элементов и так далее, а также комбинации, содержащие по меньшей мере один из перечисленных материалов. Выбор конкретного керамического порошка (порошков) будет основываться на требующихся свойствах формы, таких как теплопроводность, износостойкость и так далее. Средний размер частиц применяемых порошков также зависит от желательных конкретных свойств, таких как шероховатость поверхности. Средний размер частиц обычно меньше или равняется примерно 100 микронам (мкм), и, конкретнее, он меньше или равняется примерно 70 мкм, и, еще конкретнее, он меньше или равняется примерно 30 мкм. Размер частиц влияет на размеры определенных поверхностных структур, которые могут быть отображены, и на полученное качество поверхности формы. Например, в определенных вариантах реализации применяемый порошок может содержать частицы со средними размерами от приблизительно 0,001 мкм до приблизительно 10 мкм.
В дополнение к различным порошкам керамический состав 6 может также содержать жидкую среду (такую как спирт (спирты), вода и/или масло (масла)) для образования шликера. Шликер может быть предпочтительным, если он способен затекать в имеющие сложную геометрическую форму детали формы (например, поднутрения, каналы и подобное). Возможно также внесение в керамический состав 6 добавок. Примерами добавок могут служить армирующие волокна (например, кварцевые волокна), технологические добавки (такие как смазки для пресс-формы, например, твердый парафин), связующие (например, полиоксиметилен, крахмал, целлюлозы и так далее), а также комбинации, содержащие по меньшей мере один из перечисленных материалов. Ясно, что материалы, используемые для формы (например, керамика), геометрические очертания формы (например, толщина) и другие переменные характеристики будут влиять на долговечность, стоимость и рабочие характеристики формы. Например, в одном из вариантов реализации к порошку кремнезема может быть добавлен спирт для получения шликера, способного затекать в матрицу с нужной интенсивностью. Кварцевое волокно также добавляют к керамическому составу 6 для повышения прочности формы, а толщину формы (например, стенок формы, не показаны) устанавливают таким образом, чтобы в ней материал при литье остывал с нужной скоростью для получения в отливке нужной микроструктуры. Примеры материалов перечислены также в патенте США № 4989664 (Roth), включенном сюда в качестве ссылки.
После заполнения половины матрицы/половины формы (т.е. половины матрицы, которые содержат в себе половины формы в виде керамического состава 6) подвергают нагреву. Это позволяет связующему в керамическом составе 6 осуществить сцепление, образуя слабо связанную литейную форму. Половины матрицы/половины формы могут нагреваться в печи в течение времени, достаточного для образования связи в керамическом составе 6. Для того чтобы обеспечить возможность преобразования формы, температура на этом этапе процесса ниже температуры спекания. При некоторых обстоятельствах, в зависимости от применяемой добавки (добавок) и/или жидкой среды, половины матрицы/половины формы могут нагреваться в течение дополнительного периода времени для удаления любой влаги или летучих жидкостей. При таких обстоятельствах применяемая печь может быть оборудована осушающим устройством, способным в ходе процесса осушать воздух внутри печи.
Во время нагрева керамический состав 6 может в определенной степени подвергнуться усадке (например, в объеме). Если усадка является прогнозируемой, матрицам могут быть приданы избыточные размеры, так что полученные формы подвергнутся усадке до нужных технических значений. Прогнозируемость усадки керамического состава может быть повышена за счет контроля состава (например, размера частиц, чистоты и так далее) и свойств керамической формы (например, плотности). Например, однородность размеров частиц керамики, чистота керамики, включение добавок и другие переменные характеристики могут улучшить прогнозируемость усадки. В одном варианте реализации для прессования керамического состава 6 при его нагреве может быть использован процесс горячего изостатического прессования. Применение такого процесса может также повысить плотность керамических порошков, что способствует уменьшению усадки при спекании формы.
После нагревания матриц в течение заданного периода времени (например, в течение около четырех часов при температуре 700°С в случае не являющегося шликером керамического состава 6) первую половину формы 8 и вторую половину формы 10 охлаждают (активно и/или пассивно) и затем извлекают из половин матрицы, как показано на фиг.5.
Первая половина формы 8 и вторая половина формы 10 (которые обозначаются также как полуформы и формы) могут подвергнуться повреждению при извлечении из половин матрицы, поскольку связующее обеспечивает только слабую связь частиц керамического порошка. Однако при осторожном обращении формы могут быть подвергнуты осмотру и/или дополнительно модифицированы, оставаясь в не спеченном состоянии. Например, как показано на фиг.7, первую половину 8 формы и вторую половину 10 формы собирают вместе так, чтобы можно было оценить их сопрягаемость, в особенности на участках по разделительной линии 14 и полости 16. Если требуется модификация форм, она может быть осуществлена с помощью механической обработки и/или использования других способов модификации. Например, в половинах формы путем сверления или обтачивания может быть выточена отдушина (отдушины) и вертикальный литник (литники), которые должны облегчить поступление в полость 16 литейного материала. Кроме того, любую неровность по разделительной линии 14 можно удалить, используя для этого операцию шлифования, после чего половины формы могут быть снабжены установочными деталями и/или направляющими, так что формы будут должным образом совмещены в процессе литья.
После осмотра и возможного внесения изменений формы могут быть подвергнуты спеканию при температуре, достаточной для скрепления керамического порошка (порошков). Типичные температуры, которые обычно применяют для этого, составляют от приблизительно 1000°С до приблизительно 2200°С. Длительность процесса спекания может варьироваться в зависимости от керамического состава 6, массы и геометрических очертаний форм, а также других переменных; однако обычно она составляет от приблизительно 8 часов до приблизительно 30 часов. Процесс спекания может содержать различные этапы (например, этапы поддержания температуры, постепенного понижения температуры, постепенного охлаждения и так далее), что может обеспечить получение формы с нужной микроструктурой, уменьшить деформацию, уменьшить усадку и так далее.
После спекания половин формы им позволяют остыть, после чего подвергают некоторым дополнительным операциям обработки. Примерами таких операций являются осмотр, процессы нанесения покрытий (например покрытий, предназначенных для уменьшения шероховатости, износостойких покрытий и так далее), процессы механической обработки (например, добавление отдушин, добавление вертикальных литников, удаление неровностей и так далее), процессы маркировки, процессы закрепления (например, внутри несущей опоры формы), процессы модификации (например, добавление направляющих и добавление элементов, скрепляющих формы между собой) и так далее. Например, в одном из вариантов реализации полость 16 (фиг.7) полируют.
Полировка полости 16 может быть выполнена или путем полировки самой внутренней поверхности полости 16, например, с использованием ультразвукового полировального устройства с алмазной пастой, и/или путем нанесения на нужную поверхность покрытия, полировки покрытия, термообработки покрытия и его повторной полировки. Эти процессы могут повторяться столько раз, сколько потребуется для получения нужного качества отделки. Например, в одном варианте реализации на поверхность полости 16 может быть нанесен шликер, который содержит керамический порошок с частицами, средний диаметр которых равен или меньше приблизительно 100 мкм. После этого пульпу могут переработать на поверхности полости (например, отполировать) и поверхность полости может быть подвергнута спеканию. Затем поверхность может быть отполирована дополнительно и/или могут быть применены дополнительные покрытия, а процесс может быть повторен.
Конкретнее, внутренняя поверхность полости 16 может быть или отшлифована, или отполирована. Поверхности, которые были подвергнуты шлифованию (например, сформированы с помощью процессов шлифовки), обычно обладают средней шероховатостью поверхности (Ra), значения которой равны или меньше примерно 50 микродюймов (или 1,27 мкм). Примеры шлифованных поверхностей могут быть представлены с помощью системы описания отделки поверхности согласно Society for the Plastic Industry's, в частности отделка поверхности SPI#6, представляющая поверхности, полученные с использованием шлифовальной бумаги с зернистостью 320 и обладающие Ra в пределах от приблизительно 38 до приблизительно 42 микродюймов (от 0,97 мкм до 1,07 мкм), или отделка поверхности SPI#4, представляющая поверхности, полученные с использованием шлифовальной бумаги с зернистостью 600 и обладающие Ra в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 3 микродюймов (от 0,051 мкм до 0,075 мкм). Типичные полированные поверхности (например, глянцевые или высокоглянцевые поверхности) обычно имеют значения Ra, которые равны или меньше приблизительно 5 микродюймов (0,127 мкм), такие как отделка поверхности SPI#3, представляющая поверхности, полученные путем полировки алмазным кругом № 15 и обладающие Ra в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 3 микродюймов (от 0,051 мкм до 0,075 мкм), или отделка поверхности SPI#3, представляющая поверхности, полученные путем полировки алмазным кругом № 3 и обладающие Ra, равным приблизительно 1 микродюйму (0,025 мкм).
Перед спеканием или после него в формы могут быть внесены изменения в виде поверхностных структур с использованием подходящего процесса нанесения. Типичные процессы нанесения включают в себя химическое напыление в вакууме, ионно-плазменное осаждение, электронно-лучевое физическое осаждение из пара и электроосаждение. Конкретный процесс осаждения позволяет наносить керамический материал на поверхность формы с нужной точностью. Одним типичным процессом осаждения является процесс непосредственного формирования рисунка (Direkt Write, DW), который называют также процессом нанесения «перьевого типа» или «посредством сопла». Типичные процессы непосредственного формирования рисунка (например, перьевой, посредством сопла, лазерный, тепловым напылением и т.д.) описаны в находящихся в свободной собственности патентной заявке США № 11/170579 (Хардвик и др.) и в опубликованной заявке США № 2005-0013926 (Рутковски и др.), которые включены в данное описание посредством ссылки.
На фиг.8 показано, что перо 20 наносит смесь 26 на поверхность 24 полости второй половины формы 10, формируя на ней выступы 22. Смесь 26 протекает через перо 20 под давлением и выходит через сопло 28. Применяемое давление зависит от нужного расхода, а также других переменных, таких как внутренний диаметр сопла 28, вязкость смеси 26 и так далее. Размеры сопла 28 обычно составляют от приблизительно 0,010 мм до приблизительно 1,0 мм, и подбираются таким образом, чтобы получить нужный диаметр экструдата.
Перо 20 перемещается относительно поверхности 24 полости и может переноситься вдоль поверхности 24 полости для формирования на ней поверхностных структур. Удобным является то, что поверхностные структуры (например, прослойки) могут наноситься автоматически быстро и точно на имеющую сложную форму поверхность 24 полости. Движение пера 20 в сочетании с регулированием расхода смесей, проходящих через перо, позволяет формировать пером 20 прослойки, капли, пятна и их комбинации. Кроме того, много проходов пера 20 над участком может создавать слои смеси 26 и/или возможно применение нескольких перьев с целью ускорения процесса нанесения или одновременного изменения многих поверхностей форм. Поэтому перо 20 может сформировать большое количество поверхностных структур, причем термин «поверхностные структуры» должен интерпретироваться как любая форма, созданная путем наложения смеси 26 на поверхность, такая как узоры (например штриховка или волнистые узоры), капли, пятна, прослойки, линии, фигуры (например круги, волнистые линии, рыбья чешуя, соты или многоугольники) и так далее.
С пером 20 с помощью операционной связи соединяется блок управления 30. Блок управления 30 может управлять движением пера 20, расходом, с которым смесь 26 экструдируют из пера 20, и другими процессами и/или операциями, выполняемыми устройством в процессе работы. Например, поверхность 24 полости и требующаяся поверхностная структура (выступы 22) могут быть разработаны и храниться в компьютере в виде файла CAD/CAM, к которому может обратиться блок управления 30 и выполнить его с целью формирования требующихся поверхностных структур на поверхности 24 полости. Поэтому эти способы могут быть воплощены в форме выполняемых компьютером или блоком управления процессов и устройств для практического выполнения этих процессов. Эти способы могут также быть реализованы в форме компьютерного программного продукта, содержащего команды, помещенные на материальных носителях, таких как дискеты, диски CD-ROM, жесткие диски или иные носители данных, которые могут считываться компьютером, причем при загрузке кода компьютерной программы и ее выполнении компьютером или блоком управления компьютер становится устройством, предназначенным для практической реализации способа. Способы могут также воплощаться в форме кода или сигнала компьютерной программы, хранящегося на носителе данных, загруженного и/или выполняемого компьютером или блоком управления, или передающегося по какой-либо передающей среде, такой как электрический провод или кабель, волоконная оптика, или с помощью электромагнитного излучения, причем тогда, когда код компьютерной программы загружен в компьютер и выполняется им, компьютер становится устройством для практической реализации способа. При выполнении на микропроцессоре общего назначения сегменты кода компьютерной программы конфигурируют микропроцессор с целью создания специальных логических схем.
Смесь 26, которая применяется в пере 20, может содержать шликер с наполнением твердым материалом от приблизительно 50 до приблизительно 98 мас.% и жидкость. Твердым материалом может быть металл (например медь, золото, платина, никель, кобальт, титан или железо), керамика (например глинозем, двуокись циркония, силикат циркония (циркон), силикат алюминия (муллит), оксид иттрия, силикат иттрия, алюминат иттрия (гарнит), алюминат иттрия (перовскит), оксиды редкоземельных элементов, силикаты редкоземельных элементов, алюминаты редкоземельных элементов, кремнезем, карбид кремния и так далее) и комбинации, содержащие по меньшей мере один из перечисленных материалов, например сверхпрочные сплавы на основе кобальта, никель-титановые сплавы и так далее. Конкретный применяемый порошок будет выбираться исходя из его совместимости с поверхностью 24 полости (то есть способности создания связи с ней), а также из других переменных, таких как полученные в результате характеристики смеси (например, износостойкость или теплопроводность).
Жидкостью, применяемой в шликере, может быть любая жидкость, которая может смешиваться с твердыми материалами и позволяет твердым материалам течь в форму, в частности вода, масла, спирты, эфиры и так далее.
Смесь 26 может содержать добавки, такие как поверхностно-активные вещества, связующие (например, этилсиликат и коллоидный кремнезем), технологические добавки (например, твердый парафин), модификаторы вязкости, порообразователи и так далее. В одном варианте реализации смесь содержит около 82 мас.% глинозема, около 8 мас.% крахмала и около 10 мас.% изопропилового спирта.
Смесь 26 можно составлять порциями. Например, порция весом 100 фунтов может быть получена путем добавления в галтовочный барабан сначала кремнеземного керамического порошка со средним размером частиц около 10 микрон. В барабан добавляют крахмальное связующее и носитель спирта. Затем смесь 26 перемешивают с использованием для этого вращающегося контейнера, скоростного смесителя, ленточного смесителя или сдвигового смесителя (например, роликовой машины).
После нанесения на поверхность 24 полости выступов 22 вторую половину формы 10 нагревают. В процессе нагрева выступы 22 (например, выпуклости, линии и так далее) затвердевают и привариваются к поверхности 24 полости. Кроме того, испаряются все жидкости, так же как все летучие добавки. Время и температура, которые применяются для спекания состава, будут зависеть, среди других переменных, от состава смеси 26, размеров выступов 22 и применяемого источника тепла. Типичные примеры приемов термообработки включают сфокусированные источники энергии (например, в которых применяется плазма, микроволновое излучение, лазерный луч, электронный луч и/или иной локальный источник тепла). С другой стороны, или в дополнение, термообработка может включать в себя нагрев второй половины формы 10 в печи при условии, что температура спекания смеси 26 ниже температуры, при которой вторая половина формы 10 может быть повреждена.
Дополнительно возможно применение перед процессом осаждения процесса маскирования с целью маскировки тех участков поверхности 24 полости, которые не будут содержать поверхностных структур. Конкретной применяемой маскировкой может служить материал, который может прилипать к поверхности 24 полости и который будет легко с нее удалить. В одном типичном варианте реализации может применяться полимерный лист с клейким покрытием.
После спекания поверхностных структур (например, выступов 22) их охлаждают (активно и/или пассивно). В дополнение к этому форма может быть затем подвергнута последующей обработке с использованием различных операций, таких как описанные выше. Иными словами, поверхностные структуры могут быть сформированы на поверхности (поверхностях) половины (половин) формы до и/или после дополнительной обработки формы (например, полирования, нанесения покрытий и других процессов, описанных выше).
После спекания форм их можно собрать и применить для литья. Материалы, которые можно отливать в них, могут содержать любой материал (материалы) для изделий, который плавится при температуре ниже той, которая может вызвать повреждение формы. Кроме того, желательно, чтобы материал тек с такой скоростью, при которой полость формы 16 могла заполниться до затвердевания, или же форма может быть предварительно нагрета для того, чтобы задержать затвердевание. В одном типичном варианте реализации, показанном на фиг.9, литейный материал 34 (например, сверхпрочный сплав на основе никеля) нагревают выше его температуры плавления и заливают в вертикальный литник 32 собранной формы для формирования лопасти турбины (например, в полости 16). В полости 16 имеются выступы 22, выполненные в ходе процесса нанесения, которые будут формировать выемки на литой лопатке турбины. Пример литой лопатки турбины 40 показан на фиг.10. Лопатка турбины 40 содержит поверхностные детали 42 (например, ямки), которые были сформированы во время литья на выступах 22 на второй половине формы 10.
После затвердевания материала (материалов) изделия форму разнимают и из нее извлекают отливку. В это время могут быть применены любые операции последующей или вторичной обработки (например, механическая обработка, полировка, нанесение покрытий, сборка и так далее).
В другом варианте реализации формы после спекания могут быть подвергнуты вторичной обработке. Примерами таких операций являются осмотр, процессы нанесения покрытий (например, покрытий, предназначенных для уменьшения шероховатости, износостойких покрытий и так далее), процессы механической обработки (например, добавление отдушин, добавление вертикальных литников, удаление неровностей и так далее), процессы маркировки, процессы закрепления (например, внутри несущей опоры формы), процессы модификации (например, добавление направляющих и добавление элементов, скрепляющих формы между собой) и так далее. Например, в одном из вариантов реализации в полости на поверхность 24 полости может быть нанесено покрытие, создающее термический барьер, и выступы 22 размещают на нем для придания поверхности однородной поверхностной отделки.
Поверхностные структуры могут быть выполнены на любых керамических и/или металлических матрицах и/или формах, применяемых для литья, так же как на литых деталях. В одном варианте реализации может быть получен керамический инструмент для литьевого формования полимеров, когда выплавляемый сердечник нужной детали может быть применен в процессе литья по выплавляемым моделям с целью формовки керамической формы. Затем форма может быть подвергнута процессу нанесения с целью формовки детальных рисунков на поверхности формы, которые будут служить украшением на полученных формах литьевым формованием изделиях. Эти поверхностные структуры могут иметь размеры, равные или меньше приблизительно 2000 мкм или, конкретнее, меньше чем приблизительно 1000 мкм или, даже конкретнее, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 500 мкм.
Описанные здесь процессы особенно полезны для формовки поверхностных структур на поверхностях форм, которые будут применяться для формирования компонентов газотурбинного двигателя. В то время как формирование лопатки турбины рассмотрено здесь в связи с высокими рабочими температурами турбины, многие применяемые в ней компоненты изготавливают с помощью процессов литья, в которых могут использоваться способы, описанные здесь, например детали, которые применяются на стадии сильного сжатия в газотурбинном двигателе, такие как стационарные аэродинамические поверхности (например, сопла или направляющие устройства) и вращающиеся аэродинамические поверхности (например, лопасти или лопатки). Другие компоненты, которые применяются на участках газотурбинного двигателя вне пределов стадии сильного сжатия, включают в себя участки контроля зазора бандажа, которые включают в себя фланцы, оболочки и кольца, так же как футеровку камеры сгорания и колпаки камеры сгорания. Кроме того, применение описанных способов является полезным при производстве компонентов ракет, таких как конусы стартовых двигателей, стабилизаторы и так далее. Однако очевидно, что описанные здесь способы не ограничиваются этими сферами применения. К другим сферам применения относятся автомобильная промышленность (например, инжекторы топлива, турбины и рабочие колеса турбокомпрессоров, реформеры топлива и так далее), промышленное применение (например, компоненты разливочной машины), компьютеры (например, компоненты привода запоминающего устройства или охлаждения) и так далее, а также производство изделий из пластмассы.
Описанные здесь способы формирования поверхностных структур на литейных формах относятся к неудовлетворенной потребности в технике. Процесс допускает формирование поверхности, представленной на поверхности полости литейной формы, причем поверхностные структуры могут содержать сложные профили, рисунки и тому подобное. Этот способ производства отливок с поверхностными структурами особенно полезен при моделировании отливок. В частности, это позволяет изготовителям отливок начинать с производства стандартной матрицы, которая используется для формовки такого же количества комплектов стандартных литейных форм (то есть форм без поверхностных структур). Стандартные литейные формы могут быть затем модифицированы с помощью описанного здесь способа нанесения материала с целью формовки на них различающихся поверхностных структур. После спекания поверхностных структур формы могут быть использованы для литья изделий, имеющих поверхностные детали, сформированные поверхностными структурами формы. Например, возможно литье ряда лопаток турбин с меняющимися поверхностными структурами в формах, которые все получены в одной матрице. Это дает возможность ускоренно проводить исследования и разработки в области влияния различных поверхностей при снижении затрат и в течение сокращенного периода времени.
Применяемые здесь технические и научные термины имеют то же значение, которое обычно известно специалисту в той области техники, к которой относится изобретение, если только не оговорено иное. Термины «первый», «второй» и тому подобное, применяемые здесь, не означают какой-либо порядок, количество или важность, но, скорее, используются для того, чтобы отличать один элемент от другого. Кроме того, термины, приведенные в единственном числе, не означают ограничения количества, но, скорее, означают присутствие по меньшей мере одного из упоминаемых предметов, а термины «передний», «задний», «нижний» и/или «верхний», если только не оговорено иное, используются просто для удобства описания, и не ограничиваются любой единственной позицией или пространственной ориентацией. При сообщении диапазонов конечные точки всех диапазонов, отнесенных к одному компоненту или характеристике, являются включающими и независимо соединяющимися (например, диапазоны «до приблизительно 25 мас.% или, конкретнее, от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 20 мас.%» включают в себя конечные точки и все промежуточные значения диапазонов «от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 20 мас.%», и так далее). Определение «приблизительно», применяемое в связи с количеством, является включающим заявленную величину и имеет значение, которое определяется контекстом (например, включает степень погрешности, связанной с измерением определенного количества). Применяемое здесь множественное число термина предназначено для того, чтобы включать и единственное, и множественное число термина, которое оно модифицирует, включая таким образом одну или несколько единиц согласно этому термину (например, краситель (красители) включает один или несколько красителей). Кроме того, применяемый здесь термин «комбинация» включает в себя усредненные продукты, смеси, продукты реакции и тому подобное. И, наконец, при использовании термина «например» последующие значения или термины являются примерами и не являются ограничительными.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на типичные варианты реализации, специалистам в данной области техники должна быть понятна возможность внесения различных изменений и эквивалентов элементов без отступления от объема изобретения. Кроме того, возможно внесение многих изменений с целью приспособления определенной ситуации или материала к положениям изобретения без отступления от его сущности. Поэтому предполагается, что изобретение не ограничивается конкретным вариантом реализации, описанным как наилучший, предполагаемый для осуществления этого изобретения, но что изобретение будет включать все варианты реализации, отвечающие объему прилагаемой формулы изобретения.
Claims (8)
1. Способ изготовления формы, содержащий отливку из керамического состава формы (8, 10), имеющей поверхность (24) полости, формирование на поверхности (24) полости поверхностных структур, причем поверхностные структуры содержат смесь (26), состоящую из металла, керамики или их комбинаций, и термообработку смеси (26).
2. Способ по п.1, в котором формирование на поверхности (24) полости поверхностных структур осуществляют экструзией смеси (26) через сопло (28) устройства (20) нанесения смеси.
3. Способ по п.2, в котором осуществляют управление движением сопла (28) и расходом экструдируемой смеси (26) через сопло (28).
4. Способ по п.1, в котором поверхностные структуры выбирают из группы, состоящей из рисунков, капель, мазков, слоев, линий, профилей и комбинаций, включающих в себя, по меньшей мере, одну из перечисленных структур.
5. Способ изготовления формы, содержащий формовку металлической матрицы (2, 4), отливку из керамического состава формы (8, 10) в упомянутой матрице (2, 4) с использованием процесса литья, выбранного из группы, включающей в себя шликерное литье, литье под давлением, литьевое формование или их комбинации, нагрев формы (8, 10), экструзию смеси (26), состоящей из металла, керамики или их комбинаций, на поверхность (24) полости формы (8, 10) для формовки на ней поверхностных структур, причем смесь (26) экструдируют через сопло (28) устройства (20) нанесения смеси, и термообработку смеси (26).
6. Способ по п.5, в котором осуществляют управление движением сопла (28) и расходом экструдируемой смеси (26) через сопло (28).
7. Способ по п.5, в котором поверхностные структуры выбирают из группы, состоящей из рисунков, капель, мазков, слоев, линий, профилей и комбинаций, включающих в себя, по меньшей мере, одну из перечисленных структур.
8. Способ по п.7, включающий изготовление керамической литейной формы, предназначенной для заполнения металлическим литейным материалом полости литейной формы, имеющей поверхностные структуры, для получения металлической отливки, имеющей поверхностные структуры, соответствующие поверхностным структурам на внутренней поверхности полости литейной формы.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/427,105 | 2006-06-28 | ||
| US11/427,105 US20080000611A1 (en) | 2006-06-28 | 2006-06-28 | Method for Forming Casting Molds |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007124269A RU2007124269A (ru) | 2009-01-10 |
| RU2456116C2 true RU2456116C2 (ru) | 2012-07-20 |
Family
ID=38777202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007124269/02A RU2456116C2 (ru) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | Способ формовки литейных форм |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080000611A1 (ru) |
| JP (1) | JP2008006502A (ru) |
| CN (1) | CN101096048B (ru) |
| DE (1) | DE102007030096A1 (ru) |
| RU (1) | RU2456116C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2841324C1 (ru) * | 2024-11-12 | 2025-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Способ подготовки металлической литейной формы к заливке металлом |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020110649A1 (en) * | 2000-05-09 | 2002-08-15 | Skszek Timothy W. | Fabrication of alloy variant structures using direct metal deposition |
| US8991695B2 (en) * | 2007-12-28 | 2015-03-31 | Mastercard International Incorporated | Methods and apparatus for use in docking |
| US8286862B2 (en) * | 2007-12-28 | 2012-10-16 | Mastercard International, Inc. | Methods and apparatus for use in association with security parameter |
| US20090183850A1 (en) * | 2008-01-23 | 2009-07-23 | Siemens Power Generation, Inc. | Method of Making a Combustion Turbine Component from Metallic Combustion Turbine Subcomponent Greenbodies |
| US20120000072A9 (en) * | 2008-09-26 | 2012-01-05 | Morrison Jay A | Method of Making a Combustion Turbine Component Having a Plurality of Surface Cooling Features and Associated Components |
| IT1393484B1 (it) * | 2009-03-31 | 2012-04-27 | Sacmi | Stampo per la realizzazione di manufatti ceramici. |
| PL2432916T3 (pl) | 2009-05-20 | 2019-02-28 | Howmet Corporation | Powłoki Pt-Al-Hf/Zr i sposób nakładania |
| US20110094698A1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-04-28 | Howmet Corporation | Fugitive core tooling and method |
| US20110132562A1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-06-09 | Merrill Gary B | Waxless precision casting process |
| CN102909524A (zh) * | 2011-08-03 | 2013-02-06 | 靖江市海源有色金属材料有限公司 | 自动开关开闭曲柄制造工艺 |
| JP5776790B2 (ja) * | 2011-12-07 | 2015-09-09 | トヨタ自動車株式会社 | 鋳造用部材、及びその製造方法 |
| CN104043773A (zh) * | 2013-03-15 | 2014-09-17 | 成霖企业股份有限公司 | 易脱模陶瓷铸型的制备、应用方法及其浇铸的铜合金铸件 |
| US10189186B2 (en) | 2014-05-16 | 2019-01-29 | Ford Global Technologies, Llc | Method for finishing matching surfaces in forming tool components |
| CN105108883B (zh) * | 2015-08-31 | 2018-02-09 | 佛山市佛冠义齿有限公司 | 一种陶瓷产品的注浆成型方法 |
| JP6182802B2 (ja) * | 2015-11-18 | 2017-08-23 | 曽政達 | 重複に使用可能の壁用フック |
| CN106583650B (zh) * | 2015-12-29 | 2018-06-05 | 马鞍山市三峰机械制造有限公司 | 一种消失模工艺铸造侧叶片耐磨件的方法 |
| US11148199B2 (en) * | 2016-07-29 | 2021-10-19 | Tesla, Inc. | Deposition of metal dies for part fabrication |
| DE102017215189A1 (de) | 2017-09-20 | 2019-03-21 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Formwerkzeug zur Herstellung mindestens eines Gussteiles |
| US11033955B2 (en) | 2017-10-03 | 2021-06-15 | Raytheon Technologies Corporation | Printing-enhanced casting cores |
| DE102017122973A1 (de) * | 2017-10-04 | 2019-04-04 | Flc Flowcastings Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Kerns für das Herstellen eines Gussteils mit Hohlraumstrukturen sowie keramischer Kern |
| DE102018118969A1 (de) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | Zollern Gmbh & Co. Kg | Einzelteilrückverfolgung von Feingussbauteilen und das Bereitstellen von maschinenlesbaren Codes auf Feingussbauteilen |
| CN110894617A (zh) * | 2018-09-13 | 2020-03-20 | 深圳市永达锐国际科技有限公司 | 3d铂金电铸工艺方法 |
| US10955815B2 (en) * | 2018-11-09 | 2021-03-23 | Raytheon Technologies Corporation | Method of manufacture using autonomous adaptive machining |
| CN110340286B (zh) * | 2019-07-16 | 2021-07-16 | 北京航空材料研究院有限公司 | 一种高表面光洁度钛合金熔模精密铸件的制备方法 |
| EP4079478A1 (fr) * | 2021-04-20 | 2022-10-26 | Comadur S.A. | Procédé d'injection d'un article décoré |
| CN116732382B (zh) * | 2023-06-16 | 2025-11-28 | 中南大学 | 一种异形金属基复合材料预制体、制备方法及其应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5897592A (en) * | 1994-02-18 | 1999-04-27 | Johnson & Johnson Professional, Inc. | Implantable articles with as-cast macrotextured surface regions and method of manufacturing the same |
| RU2157292C1 (ru) * | 1999-03-24 | 2000-10-10 | Южно-Уральский государственный университет | Способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям |
| US20050013926A1 (en) * | 2003-07-17 | 2005-01-20 | General Electric Company | Robotic pen |
| WO2006044713A2 (en) * | 2004-10-20 | 2006-04-27 | Chipless Metals Llc | Insert cladding technique for precision casting processes |
Family Cites Families (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4097292A (en) * | 1977-03-09 | 1978-06-27 | General Electric Company | Core and mold materials and directional solidification of advanced superalloy materials |
| US4141781A (en) * | 1977-10-06 | 1979-02-27 | General Electric Company | Method for rapid removal of cores made of βAl2 O3 from directionally solidified eutectic and superalloy and superalloy materials |
| JPH0195840A (ja) * | 1987-10-06 | 1989-04-13 | Ngk Insulators Ltd | 鋳造金型の製造方法 |
| US4989664A (en) * | 1988-07-07 | 1991-02-05 | United Technologies Corporation | Core molding composition |
| US5134293A (en) * | 1988-07-12 | 1992-07-28 | Universities Research Association, Inc. | Scintillator material |
| US5014763A (en) * | 1988-11-30 | 1991-05-14 | Howmet Corporation | Method of making ceramic cores |
| US5690472A (en) * | 1992-02-03 | 1997-11-25 | General Electric Company | Internal cooling of turbine airfoil wall using mesh cooling hole arrangement |
| US5213712A (en) * | 1992-02-10 | 1993-05-25 | General Electric Company | Lanthanum lutetium oxide phosphor with cerium luminescence |
| US5337568A (en) * | 1993-04-05 | 1994-08-16 | General Electric Company | Micro-grooved heat transfer wall |
| US5465780A (en) * | 1993-11-23 | 1995-11-14 | Alliedsignal Inc. | Laser machining of ceramic cores |
| JPH07180024A (ja) * | 1993-12-24 | 1995-07-18 | Kobe Steel Ltd | 金型または金型材料 |
| US5609922A (en) * | 1994-12-05 | 1997-03-11 | Mcdonald; Robert R. | Method of manufacturing molds, dies or forming tools having a cavity formed by thermal spraying |
| US5735335A (en) * | 1995-07-11 | 1998-04-07 | Extrude Hone Corporation | Investment casting molds and cores |
| US5882547A (en) * | 1996-08-16 | 1999-03-16 | General Electric Company | X-ray scintillators and devices incorporating them |
| US5869836A (en) * | 1996-09-20 | 1999-02-09 | Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. | Scintillation detector with sleeved crystal boot |
| US5759932A (en) * | 1996-11-08 | 1998-06-02 | General Electric Company | Coating composition for metal-based substrates, and related processes |
| US5890656A (en) * | 1996-12-16 | 1999-04-06 | Abb Flexible Automation Inc. | Integrated gear pump dispenser for robotic dispensing |
| US6093347A (en) * | 1997-05-19 | 2000-07-25 | General Electric Company | Rare earth X-ray scintillator compositions |
| US6025036A (en) * | 1997-05-28 | 2000-02-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of producing a film coating by matrix assisted pulsed laser deposition |
| US6401795B1 (en) * | 1997-10-28 | 2002-06-11 | Sandia Corporation | Method for freeforming objects with low-binder slurry |
| US5993554A (en) * | 1998-01-22 | 1999-11-30 | Optemec Design Company | Multiple beams and nozzles to increase deposition rate |
| US6090207A (en) * | 1998-04-02 | 2000-07-18 | Neocera, Inc. | Translational target assembly for thin film deposition system |
| WO2000044822A2 (en) * | 1999-01-27 | 2000-08-03 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Fabrication of conductive/non-conductive nanocomposites by laser evaporation |
| US6624420B1 (en) * | 1999-02-18 | 2003-09-23 | University Of Central Florida | Lutetium yttrium orthosilicate single crystal scintillator detector |
| US6183197B1 (en) * | 1999-02-22 | 2001-02-06 | General Electric Company | Airfoil with reduced heat load |
| AUPP939099A0 (en) * | 1999-03-23 | 1999-04-15 | Cast Centre Pty Ltd | Die coatings for gravity and low pressure diecasting |
| JP2000334543A (ja) * | 1999-05-26 | 2000-12-05 | Matsumoto Seisakusho:Kk | 金型の再生方法 |
| US6505673B1 (en) * | 1999-12-28 | 2003-01-14 | General Electric Company | Method for forming a turbine engine component having enhanced heat transfer characteristics |
| US6786982B2 (en) * | 2000-01-10 | 2004-09-07 | General Electric Company | Casting having an enhanced heat transfer, surface, and mold and pattern for forming same |
| US6437336B1 (en) * | 2000-08-15 | 2002-08-20 | Crismatec | Scintillator crystals and their applications and manufacturing process |
| JP2003010958A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-01-15 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | ダイカスト鋳造用金型、ダイカスト鋳造方法及び鋳造製品 |
| US6585913B2 (en) * | 2001-07-30 | 2003-07-01 | General Electric Company | Scintillator compositions of alkali and rare-earth tungstates |
| US6624422B2 (en) * | 2001-09-25 | 2003-09-23 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | Method for dynamic stabilization of PET detector gains |
| US6644921B2 (en) * | 2001-11-08 | 2003-11-11 | General Electric Company | Cooling passages and methods of fabrication |
| JP4274350B2 (ja) * | 2002-09-24 | 2009-06-03 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 金型の製造方法 |
| US7329471B2 (en) * | 2002-12-10 | 2008-02-12 | General Electric Company | Methods and apparatus for assembling solid oxide fuel cells |
| US6887528B2 (en) * | 2002-12-17 | 2005-05-03 | General Electric Company | High temperature abradable coatings |
| US20040121182A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-06-24 | Hardwicke Canan Uslu | Method and composition to repair and build structures |
| US6735862B1 (en) * | 2003-01-07 | 2004-05-18 | General Electric Company | Method of making electrical cable |
| US6916529B2 (en) * | 2003-01-09 | 2005-07-12 | General Electric Company | High temperature, oxidation-resistant abradable coatings containing microballoons and method for applying same |
| JP4321081B2 (ja) * | 2003-03-05 | 2009-08-26 | 株式会社Ｉｈｉ | 鋳造製品の鋳造方法及び鋳造製品 |
| US6984100B2 (en) * | 2003-06-30 | 2006-01-10 | General Electric Company | Component and turbine assembly with film cooling |
| US20040265488A1 (en) * | 2003-06-30 | 2004-12-30 | General Electric Company | Method for forming a flow director on a hot gas path component |
| US7084403B2 (en) * | 2003-10-17 | 2006-08-01 | General Electric Company | Scintillator compositions, and related processes and articles of manufacture |
| US7302990B2 (en) * | 2004-05-06 | 2007-12-04 | General Electric Company | Method of forming concavities in the surface of a metal component, and related processes and articles |
| FR2878458B1 (fr) * | 2004-11-26 | 2008-07-11 | Snecma Moteurs Sa | Procede de fabrication de noyaux ceramiques de fonderie pour aubes de turbomachines, outil pour la mise en oeuvre du procede |
-
2006
- 2006-06-28 US US11/427,105 patent/US20080000611A1/en not_active Abandoned
-
2007
- 2007-06-21 JP JP2007163248A patent/JP2008006502A/ja active Pending
- 2007-06-27 RU RU2007124269/02A patent/RU2456116C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-06-28 CN CN200710127108.7A patent/CN101096048B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-28 DE DE102007030096A patent/DE102007030096A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5897592A (en) * | 1994-02-18 | 1999-04-27 | Johnson & Johnson Professional, Inc. | Implantable articles with as-cast macrotextured surface regions and method of manufacturing the same |
| RU2157292C1 (ru) * | 1999-03-24 | 2000-10-10 | Южно-Уральский государственный университет | Способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям |
| US20050013926A1 (en) * | 2003-07-17 | 2005-01-20 | General Electric Company | Robotic pen |
| WO2006044713A2 (en) * | 2004-10-20 | 2006-04-27 | Chipless Metals Llc | Insert cladding technique for precision casting processes |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2841324C1 (ru) * | 2024-11-12 | 2025-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Способ подготовки металлической литейной формы к заливке металлом |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007124269A (ru) | 2009-01-10 |
| CN101096048B (zh) | 2014-03-05 |
| JP2008006502A (ja) | 2008-01-17 |
| CN101096048A (zh) | 2008-01-02 |
| DE102007030096A1 (de) | 2008-01-03 |
| US20080000611A1 (en) | 2008-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2456116C2 (ru) | Способ формовки литейных форм | |
| JP5571282B2 (ja) | 使い捨て薄壁コアダイ、その製造方法並びに該コアダイを用いて製造した物品 | |
| JP5973691B2 (ja) | 複合コアダイ、その製造方法並びにそれから製造した物品 | |
| Pattnaik et al. | Developments in investment casting process—A review | |
| CA2611471C (en) | Disposable insert, and use thereof in a method for manufacturing an airfoil | |
| US10035731B2 (en) | Additive manufacturing hybrid core | |
| US6155331A (en) | Method for use in casting technology | |
| RU2311984C2 (ru) | Способ литья и средства для его осуществления | |
| Chua et al. | Rapid tooling in manufacturing | |
| CN108994257A (zh) | 一种3d打印成型大型精细复杂内腔构件的铸造方法 | |
| US20050156361A1 (en) | Methods for producing complex ceramic articles | |
| US12054437B2 (en) | Resin for production of porous ceramic stereolithography and methods of its use | |
| Klocke et al. | Direct laser sintering of ceramics | |
| CN101480701A (zh) | 一种冷热组合型芯成型工艺 | |
| Vidyarthee et al. | A Study of Ceramic Core for Investment Casting | |
| Burkhardt et al. | Lithography-Based Metal Manufacturing of Jewelry and Watch Cases Made from 316L Stainless Steel and Titanium Alloys | |
| RU2753188C2 (ru) | Способ изготовления оболочковой формы | |
| US20030041992A1 (en) | Rapid investment casting or molding method | |
| Huda | Expendable-Pattern Expendable-Mold Casting Processes | |
| Singh et al. | Recent Advancements in Customized Investment Castings Through Additive Manufacturing: Implication of Additive Manufacturing in Investment Casting | |
| CN105499498A (zh) | 一种熔模精密铸造型壳的制造方法 | |
| Wang et al. | Rapid Tooling Processes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200628 |