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CN106964758B - 用于利用带护套芯形成具有内部通路的构件的方法和组件 - Google Patents

用于利用带护套芯形成具有内部通路的构件的方法和组件 Download PDF

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CN106964758B
CN106964758B CN201611176860.6A CN201611176860A CN106964758B CN 106964758 B CN106964758 B CN 106964758B CN 201611176860 A CN201611176860 A CN 201611176860A CN 106964758 B CN106964758 B CN 106964758B
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M.D.阿内特
T.M.摩尔斯
A.S.佩克
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Abstract

一种形成具有限定于其中的内部通路(82)的构件(80)的方法(700)包括相对于模具(300)定位(702)带护套芯(310)。带护套芯包括由第一材料(322)形成的中空结构(320)、设置在该中空结构内的内芯(324)、和至少从内芯的第一端(311)延伸通过内芯的至少一部分的芯通道(360)。该方法还包括将熔融状态下的构件材料(78)引入(704)模具的腔(304)中，使得熔融状态下的构件材料从腔内的带护套芯至少部分地吸收第一材料。该方法还包括在腔中冷却该构件材料(706)以形成构件。内芯限定构件内的内部通路。

Description

用于利用带护套芯形成具有内部通路的构件的方法和组件
技术领域
本公开的领域大体上涉及具有限定在其中的内部通路的构件，且更具体而言，涉及利用带护套芯形成此种构件。
背景技术
一些构件需要限定在其中的内部通路，例如，以便执行预期的功能。例如但不作为限制，一些构件如燃气涡轮的热气体路径构件经历高温。至少一些构件具有限定在其中的内部通路，以接收冷却流体流，使得构件能够更好地经受高温。另外举例来说，但不作为限制，一些构件在与另一个构件的界面处经历摩擦。至少一些此类构件具有限定在其中的内部通路，以接收润滑剂流来便于减小摩擦。
在模具中形成具有限定在其中的内部通路的至少一些已知的构件，其中陶瓷材料的芯在模具腔内在针对内部通路选择的位置处延伸。在熔化的金属合金被引入陶瓷芯周围的模具腔中且被冷却来形成构件之后，诸如通过化学浸出移除陶瓷芯，以形成内部通路。然而，至少一些已知的陶瓷芯是易碎的，从而导致在无破坏的情况下生产和处理起来难且昂贵的芯。此外，用于形成此种构件的一些模具是通过熔模铸造形成的，且至少一些已知的陶瓷芯缺乏足够的强度以可靠地耐受用于形成用于熔模铸造过程的模型(pattern)的材料的注射，材料诸如但不限于蜡。而且，从铸件构件有效地移除至少一些陶瓷芯是困难且耗时的，尤其对于但不限于，芯的长度与直径比大并且/或者芯基本上非线性的构件。
备选地或此外，具有限定在其中的内部通路的至少一些已知的构件首先形成为没有内部通路，且在随后的过程中形成内部通路。例如，至少一些已知的内部通路是通过将通路钻到构件中而形成的，诸如但不限于电化学钻孔过程。然而，至少一些此类钻孔过程相对耗时且昂贵。而且，至少一些此种钻孔过程不可形成某些构件设计需要的内部通路曲率。
发明内容
在一个方面中，提供了一种形成构件的方法，该构件具有限定在其中的内部通路。该方法包括相对于模具定位带护套芯。带护套芯包括由第一材料形成的中空结构、设置在该中空结构内的内芯、和至少从内芯的第一端延伸通过内芯的至少一部分的芯通道。该方法还包括将熔融状态下的构件材料引入模具的腔中，使得熔融状态下的构件材料从腔内的带护套芯至少部分地吸收第一材料。该方法还包括在腔中冷却该构件材料以形成构件。内芯限定构件内的内部通路。
在另一方面中，提供了一种用于形成构件的模具组件，该构件具有限定在其中的内部通路。构件由构件材料形成。模具组件包括在其中限定模具腔的模具，和相对于模具定位的带护套芯。带护套芯包括由第一材料形成的中空结构、设置在该中空结构内的内芯、和至少从内芯的第一端延伸通过内芯的至少一部分的芯通道。第一材料能够由熔融状态下的构件材料至少部分地吸收。带护套芯的一部分定位在模具腔内，使得带护套芯的该部分的内芯限定构件内的内部通路的位置。
实施方案1. 一种形成具有限定在其中的内部通路的构件的方法，所述方法包括：
相对于模具定位带护套芯，其中，所述带护套芯包括：
中空结构，其由第一材料形成；
内芯，其配置在所述中空结构内；和
芯通道，其至少从所述内芯的第一端延伸通过内芯的至少一部分；
将熔融状态下的构件材料引入所述模具的腔中，使得熔融状态下的所述构件材料从所述腔内的所述带护套芯至少部分地吸收所述第一材料；和
在所述腔中冷却所述构件材料以形成所述构件，其中，所述内芯限定所述构件内的所述内部通路。
实施方案2. 根据实施方案1所述的方法，还包括从所述构件移除所述内芯以形成所述内部通路。
实施方案3. 根据实施方案2所述的方法，其中，移除所述内芯包括使流体流动到所述芯通道中。
实施方案4. 根据实施方案3所述的方法，其中，所述内芯由陶瓷材料形成，且其中，使所述流体流动到所述芯通道中包括使构造成与所述陶瓷材料相互作用的所述流体流动，使得所述内芯通过与所述流体的接触而被从所述构件浸出。
实施方案5. 根据实施方案4所述的方法，其中，所述芯通道从所述第一端延伸至所述内芯的相反的第二端，且使所述流体流动到所述芯通道中包括使所述流体在所述芯通道内的压力下从所述第一端流动到所述第二端。
实施方案6. 根据实施方案1所述的方法，其中，定位所述带护套芯包括定位所述带护套芯，所述带护套芯还包括定位在所述中空结构内的多个间隔件，使得所述芯通道延伸通过所述间隔件中的各个。
实施方案7. 根据实施方案6所述的方法，其中，定位所述带护套芯包括定位所述带护套芯，所述带护套芯还包括由以下材料形成的所述多个间隔件，该材料能够与所述内芯一起且以与所述内芯相同的方式从所述构件选择性地移除。
实施方案8. 根据实施方案1所述的方法，还包括通过以下步骤形成所述带护套芯：
将线定位在所述中空结构内，所述线由第二材料形成；和
在定位所述线之后在所述中空结构内添加内芯材料，使得所述内芯材料填充在所述线周围，其中，所述内芯材料形成所述内芯且所述线限定所述内芯内的所述芯通道。
实施方案9. 根据实施方案8所述的方法，还包括熔化所述线，以便于从所述芯通道移除所述线。
实施方案10. 根据实施方案9所述的方法，其中，熔化所述线包括加热模具材料的壳以熔化定位在所述壳内的模型材料，其中，所述带护套芯在所述模型材料内延伸，使得所述线被加热到高于所述第二材料的熔点。
实施方案11. 根据实施方案9所述的方法，其中，熔化所述线包括烧制模具材料的壳以形成所述模具，其中，所述带护套芯在所述壳内延伸，使得所述线被加热到高于所述第二材料的熔点。
实施方案12. 根据实施方案8所述的方法，其中，将所述线定位在所述中空结构内包括：
通过多个间隔件穿过所述线；和
将穿有所述线的所述间隔件定位在所述中空结构内。
实施方案13. 一种用于形成构件的模具组件，所述构件具有限定在其中的内部通路，所述构件由构件材料形成，所述模具组件包括：
模具，其在其中限定模具腔；和
带护套芯，其相对于所述模具定位，所述带护套芯包括：
中空结构，其由第一材料形成；
内芯，其配置在所述中空结构内；和
芯通道，其至少从所述内芯的第一端延伸通过所述内芯的至少一部分，其中；
所述第一材料能够由熔融状态下的所述构件材料至少部分地吸收，且
所述带护套芯的一部分定位在所述模具腔内，使得所述带护套芯的所述部分的所述内芯限定所述构件内的所述内部通路的位置。
实施方案14. 根据实施方案13所述的模具组件，其中，所述内芯由内芯材料形成，所述内芯材料能够通过流动到所述芯通道中的流体而从所述构件移除。
实施方案15. 根据实施方案14所述的模具组件，其中，所述内芯材料为能够通过所述流体而从所述构件浸出的陶瓷材料。
实施方案16. 根据实施方案13所述的模具组件，其中，所述芯通道从所述第一端延伸至所述内芯的相反的第二端。
实施方案17. 根据实施方案13所述的模具组件，其中，所述芯通道从所述中空结构的内表面偏移非零的偏移距离。
实施方案18. 根据实施方案13所述的模具组件，其中，所述带护套芯还包括定位在所述中空结构内的多个间隔件，使得所述芯通道延伸通过所述间隔件中的各个。
实施方案19. 根据实施方案18所述的模具组件，其中，所述间隔件基本上被包围在所述内芯内。
实施方案20. 根据实施方案13所述的模具组件，其中，所述间隔件中的各个由以下材料形成，该材料能够与所述内芯一起且以与所述内芯相同的方式从所述构件选择性地移除。
附图说明
图1是示范旋转机器的示意图；
图2为用于与图1中所示的旋转机器一起使用的示范构件的示意性透视图；
图3为用于制作图2中所示的构件的示范模具组件的示意性透视图，该模具组件包括相对于模具定位的带护套芯；
图4为沿图3中所示的4-4线截取的用于与图3中所示的模具组件一起使用的示范带护套芯的示意截面图；
图5为沿图3中所示的5-5线截取的图3的示范带护套芯的示意截面图；
图6为可用于形成图3-5中所示的带护套芯的示范前体(precursor)带护套芯的示意截面图；且
图7为形成具有限定在其中的内部通路的构件(如图2中所示的构件)的示范方法的流程图。
部件列表
10 旋转机器
12 进气区段
14 压缩机区段
16 燃烧器区段
18 涡轮区段
20 排气区段
22 转子轴
24 燃烧器
36 壳体
40 压缩机叶片
42 压缩机定子导叶
70 转子叶片
72 涡轮定子导叶
74 压力侧
76 吸引侧
78 构件材料
80 构件
82 内部通路
84 前缘
86 后缘
88 根部端部
89 轴线
90 末梢端部
92 距离
94 距离
96 叶片长度
300 模具
301 模具组件
302 内部壁
304 模具腔
306 模具材料
310 带护套芯
311 第一端
312 末梢部分
313 第二端
314 末梢部分
315 部分
316 根部部分
318 根部部分
320 中空结构
322 第一材料
323 内表面
324 内芯
326 内芯材料
328 壁厚
330 特征宽度
340 线(wire)
342 线材料
350 间隔件
352 间隔件材料
354 间隔件开口
356 偏移距离
358 偏移距离
360 芯通道
362 流体
370 前体带护套芯
700 方法
702 定位
704 引入
706 冷却
708 移除
710 流动
712 流动
714 流动
716 定位
718 定位
720 定位
722 添加
724 熔化
726 加热
728 烧制
730 穿过
732 定位。
具体实施方式
在以下说明和权利要求中，将参照多个用语，这些用语应被限定为具有以下含义。
单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数个指示物，除非上下文另外清楚地规定。
“可选的”或“可选地”意思是指随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且该描述包括发生该事件的实例和不发生该事件的实例。
在本文中贯穿说明书和权利要求书使用的近似语言可用于修饰任何量的表现，其可以可容许地变化，而不导致其涉及的基本功能中的变化。因此，由一个或多个用语如“大约”、“近似”和“大致”修饰的值不限于指定的准确值。在至少某些实例中，近似语言可对应用于测量该值的工具的精度。在此且贯穿说明书和权利要求，可确定范围限制。此种范围可组合并且/或者互换，且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
本文所述的示范构件和方法克服了与用于形成具有限定在其中的内部通路的已知组件和方法相关的至少一些缺点。本文所述的实施例提供了相对于模具定位的带护套芯。带护套芯包括(i)由第一材料形成的中空结构、(ii)设置在该中空结构内的内芯、和(iii)在内芯内延伸的芯通道。内芯在模具腔内延伸，以限定待在模具中形成的构件内的内部通路的位置。第一材料被选择成基本上能够由被引入模具腔中的构件材料吸收，来形成构件。在形成构件之后，芯通道提供用于流体接触内芯的路径，以便于从所形成的构件移除内芯。在某些实施例中，带护套芯首先形成为具有嵌在内芯中的线，该线限定芯通道。该线能够在铸造构件之前或之后从带护套芯移除。
图1为具有可利用本公开实施例的构件的示范旋转机器10的示意图。在示范实施例中，旋转机器10为燃气涡轮，其包括进气区段12、联接在进气区段12下游的压缩机区段14、联接在压缩机区段14下游的燃烧器区段16、联接在燃烧器区段16下游的涡轮区段18，和联接在涡轮区段18下游的排气区段20。大体上管状的壳体36至少部分地包围进气区段12、压缩机区段14、燃烧器区段16、涡轮区段18和排气区段20中的一个或更多个。在备选实施例中，旋转机器10为如本文所述的形成有内部通路的构件所适用的任何旋转机器。此外，尽管出于图示目的，在旋转机器的背景下描述了本公开的实施例，但应当理解的是，本文所述的实施例适用于涉及如下构件的任何背景下，该构件适当地形成有限定在其中的内部通路。
在示范实施例中，涡轮区段18经由转子轴22联接到压缩机区段14。应当注意的是，如本文使用的用语“联接”不限于构件之间的直接机械、电气和/或通信连接，而且还可包括多个构件之间的间接机械、电气和/或通信连接。
在旋转机器10的操作期间，进气区段12将空气朝压缩机区段14导送。压缩机区段14将空气压缩至高压和高温。更具体而言，转子轴22将旋转能量给予在压缩机区段14内联接到转子轴22的压缩机叶片40的至少一个周向排。在示范实施中，各排压缩机叶片40前面是从壳体36径向向内延伸的压缩机定子导叶42的周向排，其将空气流引导到压缩机叶片40中。压缩机叶片40的旋转能量增大空气的压力和温度。压缩机区段14朝燃烧器区段16排放压缩空气。
在燃烧器区段16中，压缩空气与燃料混合，且被点燃来生成燃烧气体，该燃烧气体被朝涡轮区段18导送。更具体而言，燃烧器区段16包括至少一个燃烧器24，其中燃料(例如，天然气和/或燃料油)被喷射到空气流中，且燃料-空气混合物被点燃来生成高温燃烧气体，该高温燃烧气体被朝涡轮区段18导送。
涡轮区段18将来自燃烧气流的热能转换成机械旋转能量。更具体而言，燃烧气体将旋转能量给予在涡轮区段18内联接到转子轴22的转子叶片70的至少一个周向排。在示范实施例中，各排转子叶片70前面是从壳体36径向向内延伸的涡轮定子导叶72的周向排，其将燃烧气体引导到转子叶片70中。转子轴22可联接到负载(未示出)，诸如但不限于发电机和/或机械驱动应用。排出的燃烧气体从涡轮区段18向下游流入排气区段20中。旋转机器10的构件示为构件80。邻近燃烧气体路径的构件80在旋转机器10的操作期间经历高温。此外或作为备选，构件80包括适当地形成有具有限定在其中的内部通路的任何构件。
图2为例示为用于与(图1中所示的)旋转机器10一起使用的示范构件80的示意性透视图。构件80包括限定在其中的至少一个内部通路82。例如，冷却流体在旋转机器10的操作期间被提供至内部通路82，以便于将构件80维持为低于热燃烧气体的温度。尽管仅示出了一个内部通路82，但应当理解的是，构件80包括如本文所述地形成的任何适当数目的内部通路82。
构件80由构件材料78形成。在示范实施例中，构件材料78为适当的镍基超级合金。在备选实施例中，构件材料78为钴基超级合金、铁基合金和钛基合金中的至少一者。在其他备选实施例中，构件材料78为允许构件80如本文所述那样形成的任何适当材料。
在示范实施例中，构件80为转子叶片70或定子导叶72中的一者。在备选实施例中，构件80为旋转机器10的能够形成有如本文所述的内部通路的另一适当构件。在另外其他实施例中，构件80为适当地形成有限定在其中的内部通路的用于任何适当应用的任何构件。
在示范实施例中，转子叶片70或作为备选，定子导叶72，包括压力侧74和相反的吸力侧76。压力侧74和吸力侧76中的各个从前缘84延伸至相反的后缘86。此外，转子叶片70或作为备选，定子导叶72，从根部端部88延伸至相反的末梢端部90，从而限定叶片长度96。在备选实施例中，转子叶片70或作为备选，定子导叶72，具有能够形成有如本文所述的内部通路的任何适当构造。
在某些实施例中，叶片长度96为至少大约25.4厘米(cm)(10英寸)。此外，在一些实施例中，叶片长度96为至少大约50.8 cm(20英寸)。在特定实施例中，叶片长度96在从大约61 cm(24英寸)到大约101.6 cm(40英寸)的范围中。在备选实施例中，叶片长度96小于大约25.4 cm(10英寸)。例如，在一些实施例中，叶片长度96在从大约2.54 cm(1英寸)到大约25.4 cm(10英寸)的范围中。在其他备选实施例中，叶片长度96大于大约101.6 cm(40英寸)。
在示范实施例中，内部通路82从根部端部88延伸至末梢端部90。在备选实施例中，内部通路82以任何适当的方式在构件80内延伸，且延伸至允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适当程度。在某些实施例中，内部通路82是非线性的。例如，构件80形成有沿着轴线89(其限定在根部端部88与末梢端部90之间)的预先限定的扭转，且内部通路82具有与该轴向扭转互补的弯曲形状。在一些实施例中，内部通路82沿内部通路82的长度定位在离压力侧74基本上恒定的距离94处。作为备选或此外，构件80的翼弦在根部端部88与末梢端部90之间成锥形，且内部通路82与该锥形互补地非线性延伸，使得内部通路82沿内部通路82的长度定位在离后缘86基本上恒定的距离92处。在备选实施例中，内部通路82具有与构件80的任何适当轮廓互补的非线性形状。在其他备选实施例中，内部通路82是非线性的，且并非与构件80的轮廓互补。在一些实施例中，具有非线性形状的内部通路82便于满足构件80的预先选择的冷却标准。在备选实施例中，内部通路82线性地延伸。
在一些实施例中，内部通路82具有基本上圆形的截面。在备选实施例中，内部通路82具有基本上卵形的截面。在其他备选实施例中，内部通路82具有允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适当形状的截面。此外，在某些实施例中，内部通路82的截面的形状沿内部通路82的长度基本上恒定。在备选实施例中，内部通路82的截面的形状以允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适当方式沿内部通路82的长度变化。
图3为用于制作构件80(图2中所示)的模具组件301的示意性透视图。模具组件301包括相对于模具300定位的带护套芯310。图4为沿图3中所示的4-4线截取的带护套芯310的示意性截面图。图5为沿图3中所示的5-5线截取的带护套芯310的示意性截面图。参看图2-5，模具300的内部壁302限定模具腔304。内部壁302限定与构件的外部形状对应的形状。应当记得的是，尽管在示范实施例中，构件80为转子叶片70，或作为备选为定子导叶72，但在备选实施例中，构件80为能够适当地形成有如本文所述的限定在其中的内部通路的任何构件。
带护套芯310相对于模具300定位，使得带护套芯310的一部分315在模具腔304内延伸。带护套芯310包括由第一材料322形成的中空结构320，和设置在中空结构320内且由内芯材料326形成的内芯324。内芯324定形为限定内部通路82的形状，且定位在模具腔304内的带护套芯310的部分315的内芯324在形成构件80时限定构件80内的内部通路82。
内芯324从第一端311延伸至相反的第二端313。在示出的实施例中，第一端311定位为接近模具腔304的开放端，且第二端313与第一端311相反地从模具300向外延伸。然而，第一端311和第二端313的标示不意图限制本公开。例如，在备选实施例中，第二端313定位为接近模具腔304的开放端，且第一端311与第一端311相反地延伸到模具300外。而且，第一端311和第二端313的例示位置不意图限制本公开。例如，在备选实施例中，第一端311和第二端313中的各个定位为接近模具腔304的开放端，使得内芯324在模具腔304内形成U形。例如，在其他备选实施例中，第一端311和第二端313中的至少一个定位在模具腔304内。另外举例来说，在其他备选实施例中，第一端311和第二端313中的至少一个嵌在模具腔300的壁内。另外举例来说，在其他备选实施例中，第一端311和第二端313中的至少一个从模具300上的任何适当位置向外延伸。
在某些实施例中，构件80是通过对模具腔304添加熔融状态下的构件材料78来形成的，使得中空结构320由熔融的构件材料78至少部分地吸收。构件材料78在模具腔304内被冷却以形成构件80，且部分315的内芯324限定构件80内的内部通路82的位置。
模具300由模具材料306形成。在示范实施例中，模具材料306为耐火陶瓷材料，其被选择成耐受与用于形成构件80的构件材料78的熔融状态相关的高温环境。在备选实施例中，模具材料306为允许构件80如本文所述地形成的任何适当材料。此外，在示范实施例中，模具300由适当的熔模铸造过程形成。例如，但不作为限制，适当模型的材料如蜡被注入适当模型的硬模中来形成构件80的模型(未示出)，该模型被重复地浸入模具材料306的浆料中，该浆料允许硬化来形成模具材料306的壳，且壳被脱蜡且烧制来形成模具300。在备选实施例中，模具300由允许模具300如本文所述地起作用的任何适当方法形成。
中空结构320定形为沿内芯324的长度基本上包围内芯324。在某些实施例中，中空结构320限定大体上管状的形状。例如，但不作为限制，中空结构320首先由基本上直的金属管形成，该金属管根据需要而被适当地操纵成非线性形状，诸如弯曲或成角度的形状，以限定内芯324的且因此内部通路82的选定非线性形状。在备选实施例中，中空结构320限定允许内芯324限定如本文描述的内部通路82的形状的任何适当形状。
在示范实施例中，中空结构320具有比内芯324的特征宽度330小的壁厚328。特征宽度330在本文中限定为具有与内芯324相同的截面面积的圆的直径。在备选实施例中，中空结构320具有并非小于特征宽度330的壁厚328。内芯324的截面的形状在图3和4中示出的示范实施例中为圆形。作为备选，内芯324的截面的形状对应于允许内部通路82如本文所述地起作用的内部通路82的任何适当截面形状。
在示范实施例中，内芯材料326为耐火陶瓷材料，其被选择成耐受与用于形成构件80的构件材料78的熔融状态相关的高温环境。例如，但不限于，内芯材料326包括二氧化硅、氧化铝、和莫来石(mullite)中的至少一者。此外，在示范实施例中，内芯材料326能够被从构件80选择地移除来形成内部通路82。例如但不作为限制，内芯材料326能够通过基本上不使构件材料78退化的适当过程来从构件80移除，诸如但不限于适当的化学浸出过程。在某些实施例中，内芯材料326是基于与构件材料78的相容性和/或从构件材料78的可移除性来选择的。在备选实施例中，内芯材料326为允许构件80如本文所述地形成的任何适当材料。
在某些实施例中，带护套芯310还包括定位在中空结构320内的多个间隔件350。各间隔件350由间隔件材料352形成。在某些实施例中，各间隔件350限定基本上环形的盘形状。在备选实施例中，各间隔件350限定允许间隔件350如本文中将描述的那样起作用任何适当的形状。
间隔件350基本上被包围在内芯324内。例如，在所示的实施例中，各间隔件350定位在距离中空结构320内表面323的偏移距离356处。在一些实施例中，偏压距离356沿至少一个间隔件350轴向地和/或周向地变化，并且/或者偏移距离356在间隔件350之间变化。在备选实施例中，偏压距离356沿各间隔件350或在间隔件350之间轴向地和/或周向地基本上恒定。在其他备选实施例中，至少一个间隔件350与中空结构320的内表面323接触。应理解的是，与中空结构320的内表面323接触的各间隔件350被认为基本上被包围在内芯324内以用于被公开的目的。
在示范实施例中，间隔件材料352也是耐火陶瓷材料，其被选择成耐受与用于形成构件80的构件材料78的熔融状态相关的高温环境。在某些实施例中，间隔材料352是基于与内芯材料326和/或构件材料78的相容性、和/或从构件材料78的可移除性来选择的。更具体而言，间隔件材料352能够与内芯材料326一起且以与内芯材料326一样的方式从构件80选择性地移除，以形成内部通路82。例如，间隔件材料352包括二氧化硅、氧化铝、和莫来石中的至少一者。在一些实施例中，间隔件材料352被选择为与内芯材料326基本上相同。在备选实施例中，间隔件材料352为允许构件80如本文所述地形成的任何适当材料。
在备选实施例中，带护套芯310不包括间隔件350。
带护套芯310还包括芯通道360，芯通道360从内芯324的至少第一端311延伸通过内芯324的至少一部分。在示范实施例中，芯通道360从第一端311延伸通过内芯324的第二端313。在备选实施例中，芯通道360终止于内芯324内的在第一端311和第二端313之间的部位处。芯通道360从中空结构320的内表面323偏移非零的偏移距离358。在一些实施例中，偏移距离358沿芯通道360轴向地和/或周向地变化。在备选实施例中，偏移距离358沿芯通道360轴向地和/或周向地基本上恒定。在间隔件350嵌在内芯324中的某些实施例中，芯通道350在内芯324内延伸通过间隔件350。例如，在示范实施例中，各间隔件350限定间隔件开口354，间隔件开口354延伸通过间隔件350，且芯通道360限定为通过间隔件350中的各个的间隔件开口354。
在一些实施例中，芯通道360便于从构件80移除内芯324以形成内部通路82。例如，内芯324能够通过对内芯材料326应用流体362而从构件80移除。更具体而言，流体362流入限定在内芯324中的芯通道360中。例如但不作为限制，内芯材料326为陶瓷材料，且流体362构造成与内芯材料326相互作用，使得内芯324通过与流体362接触而被从构件80浸出。芯通道360允许流体362沿内芯324的长度直接应用于内芯材料326。与此不同，对于不包括芯通道360的内芯(未示出)，流体362一般仅可在任意时刻应用到由特征宽度330限定的内芯的截面区域。因此，芯通道360极大地提高了内芯325的同时暴露于流体362的表面面积，从而减少了内芯324的移除所需的时间且提高了其效率。此外或备选地，在内芯324具有大的长度与直径比(L/d)并且/或者基本上非线性的某些实施例中，在内芯324内延伸的芯通道360便于将流体362应用于内芯324的对于不包括芯通道360的内芯而言难以达到的部分。作为一个示例，芯通道360从第一端311延伸到内芯324的第二端313，且流体362在芯通道360内的压力下从第一端311流动到第二端313，以便于沿内芯324的整个长度移除内芯324。
此外，在间隔件350被包围在内芯324中的某些实施例中，芯通道360还便于以与以上对内芯材料326的移除描述的基本上相同的方式从构件80移除间隔件材料352。
在某些实施例中，带护套芯310相对于模具300固连，使得带护套芯310在形成构件80的过程期间相对于模具300保持固定。例如，带护套芯310被固连，使得带护套芯310的位置在将熔融构件材料78引入带护套芯310周围的模具腔304中期间不移位。在一些实施例中，带护套芯310直接地联接到模具300。例如，在示范实施例中，带护套芯310的末梢部分312被刚性地包围在模具300的末梢部分314中。而且在备选实施例中，带护套芯310的根部部分316被刚性地包围在模具300的与末梢部分314相反的根部部分318中。例如，但不作为限制，模具300通过上文所述的熔模铸造来形成，且带护套芯310被牢固地联接到适当的模型硬模，使得末梢部分312和根部部分316延伸出模型硬模，同时部分315在硬模的腔内延伸。模型材料被注射到带护套芯310周围的硬模中，使得部分315在该模型内延伸。熔模铸造导致模具300包围末梢部分312和/或根部部分316。此外或作为备选，带护套芯310以允许带护套芯310相对于模具300的位置在形成构件80的过程期间保持固定的任何其他适当方式相对于模具300固连。
第一材料322被选择成由熔融的构件材料78至少部分地吸收。在某些实施例中，构件材料78为合金，且第一材料322为该合金的至少一种构成材料。例如，在示范实施例中，构件材料78为镍基超级合金，且第一材料322基本上为镍，使得当熔融状态下的构件材料78被引入模具腔304中时，第一材料322基本上由构件材料78吸收。在备选实施例中，构件材料78为任何适当的合金，且第一材料322为由熔融合金至少部分地吸收的至少一种材料。例如，构件材料78为钴基超级合金，且第一材料322基本上为钴。另外举例来说，构件材料78为铁基合金，且第一材料322基本上为铁。另外举例来说，构件材料78为钛基合金，且第一材料322基本上为钛。
第一材料322被选择成由熔融的构件材料78至少部分地吸收。在某些实施例中，构件材料78为合金，且第一材料322为该合金的至少一种构成材料。例如，在示范实施例中，构件材料78为镍基超级合金，且第一材料322基本上为镍，使得当熔融状态下的构件材料78被引入模具腔304中时，第一材料322基本上由构件材料78吸收。在备选实施例中，构件材料78为任何适当的合金，且第一材料322为由熔融合金至少部分地吸收的至少一种材料。例如，构件材料78为钴基超级合金，且第一材料322基本上为钴。另外举例来说，构件材料78为铁基合金，且第一材料322基本上为铁。另外举例来说，构件材料78为钛基合金，且第一材料322基本上为钛。
在某些实施例中，壁厚328足够薄，使得当熔融状态下的构件材料78被引入模具腔304中时，带护套芯310的部分315(即在模具腔304内延伸的部分)的第一材料322基本上由构件材料78吸收。例如，在一些此类实施例中，第一材料322基本上由构件材料78吸收，使得在构件材料78被冷却之后，没有离散的边界从构件材料78划出中空结构320。此外，在一些此类实施例中，第一材料322基本上被吸收，使得在构件材料78被冷却之后，第一材料322在构件材料78内基本上均匀地分布。例如，接近内芯324的第一材料322的浓度并非可检测地高于构件80内其他位置处的第一材料322的浓度。例如且不进行限制，第一材料322为镍，且构件材料78为镍基超级合金，且在构件材料78被冷却之后，无可检测的较高镍浓度留在内芯324附近，从而导致在所形成构件80的镍基超级合金各处基本上均匀的镍分布。
在备选实施例中，壁厚328选择成使得第一材料322并非基本上由构件材料78吸收。例如，在一些实施例中，在构件材料78被冷却之后，第一材料322并非在构件材料78内基本上均匀地分布。例如，内芯324附近的第一材料322的浓度可检测地高于构件80内其他位置处的第一材料322的浓度。在一些此类实施例中，第一材料322部分地由构件材料78吸收，使得在构件材料78被冷却之后，离散的边界从构件材料78划出中空结构320。此外，在一些此类实施例中，第一材料322部分地由构件材料78吸收，使得中空结构320的在内芯324附近的至少一部分在构件材料78被冷却之后保持完好。
此外，在某些实施例中，中空结构320显著地在结构上增强内芯324，因此减少了在一些实施例中的将与形成构件80的未被增强的内芯324的生产、处理和使用相关的潜在问题。例如，在某些实施例中，内芯324是经历相对高的破裂、开裂和/或其他破坏的风险的相对脆的陶瓷材料。因此，在一些此类实施例中，相比于使用无护套内芯324，形成和输送带护套芯310呈现出低得多的对内芯324的破坏风险。类似地，在一些此类实施例中，围绕将用于模具300的熔模铸造的带护套芯310形成适当的模型，如，通过将蜡模型材料围绕带护套芯310注入模型硬模中，相比于使用无护套内芯324，呈现出低得多的对内芯324的破坏风险。因此，在某些实施例中，相比于在使用无护套内芯324而非带护套芯310的情况下执行的相同步骤，使用带护套芯310呈现出低得多的故障风险，以产生具有限定在其中的内部通路82的可接受的构件80。因此，带护套芯310便于获得与使内芯324相对于模具300定位以限定内部通路82相关的优点，同时减少或消除与内芯324相关的易碎性问题。
例如，在某些实施例中，诸如但不限于构件80为转子叶片70的实施例，内芯324的特征宽度330在从大约0.050 cm(0.020英寸)到大约1.016 cm(0.400英寸)的范围中，且中空结构320的壁厚328被选择成在从大约0.013 cm(0.005英寸)到大约0.254 cm(0.100英寸)的范围内。更具体而言，在一些此类实施例中，特征宽度330在从大约0.102 cm(0.040英寸)到大约0.508 cm(0.200英寸)的范围内，且壁厚328被选择成在从大约0.013 cm(0.005英寸)到大约0.038 cm(0.015英寸)的范围内。另外举例来说，在一些实施例中，诸如但不限于构件80为静止构件(诸如但不限于定子导叶72)的实施例，内芯324的特征宽度330大于大约1.016 cm(0.400英寸)，并且/或者壁厚328被选择成大于大约0.254 cm(0.100英寸)。在备选实施例中，特征宽度330为允许所得的内部通路82执行其预期功能的任何适当值，且壁厚328被选择成允许带护套芯310如本文所述地起作用的任何适当值。
此外，在某些实施例中，在将内芯材料326引入中空结构320内以形成带护套芯310之前，预成型中空结构320以对应于内部通路82的选定非线性形状。例如，第一材料322为在用内芯材料326填充之前相对容易定形的金属材料，因此减少或消除了将内芯324单独地形成并且/或者加工成非线性形状的需要。此外，在一些此类实施例中，由中空结构320提供的结构增强允许随后形成和处理处于难以作为无护套内芯324形成和处理的非线性形状的内芯324。因此，带护套芯310便于具有增大复杂性的弯曲和/或其他非线性形状，和/或在减少的时间和成本下的内部通路82的形成。在某些实施例中，预成型中空结构320以对应于与构件80的轮廓互补的内部通路82的非线性形状。例如，但不作为限制，如上所述，构件80为转子叶片70和定子导叶72中的一者，且中空结构320以与构件80的轴向扭转和锥形中的至少一者互补的形状预成型。
图6为可用于形成图3-5中所示的带护套芯310的示范前体带护套芯370的示意截面图。在示范实施例中，前体带护套芯370包括线340，线340从内芯324的至少第一端311延伸通过内芯324的至少一部分，且限定芯通道360。在示范实施例中，线340至少从第一端311延伸通过内芯324的第二端313。在备选实施例中，线340终止于内芯324内的在第一端311和第二端313之间的部位处。线340由第二材料342形成。
在某些实施例中，第二材料342被选择为具有显著小于第一材料322的熔点的熔点。例如，但不作为限制，第二材料342是聚合物，该聚合物具有显著小于第一材料322的熔点的熔点。另外举例来说，但不作为限制，第二材料342是金属材料(诸如但不限于锡)，该金属材料具有显著小于第一材料322的熔点的熔点。在一些此种实施例中，具有显著小于第一材料322的熔点的熔点的第二材料342便于通过在铸造构件80之前使第二材料342熔融来移除线340，如本文中将描述的。在备选实施例中，第二材料342被选择为具有允许在形成内芯324之后从芯通道360物理地抽出线340的结构强度，如本文中将描述的。在其他备选实施例中，第二材料342为允许芯通道360如本文所述那样形成的任何适当材料。
在一些实施例中，前体带护套芯370是通过在将内芯324形成在中空结构320之前将线340定位在中空结构320内来形成的。在某些实施例中，间隔件350用于将线340定位在中空结构320内，使得限定芯通道偏移距离358。更具体而言，间隔件350构造成限定偏移距离358以在将内芯材料326引入中空结构320内之前和/或期间，抑制在线340和中空结构320的内表面323之间的接触。例如，在示范实施例中，各间隔件350限定间隔件开口354，间隔件开口354如上所述地延伸通过间隔件350，且构造成接收穿过其的线340。线340被通过间隔件350穿过，且穿有线340的间隔件350在形成内芯324之前定位在中空结构320内。在备选实施例中，间隔件350以允许间隔件350如本文所述地起作用的任何适当的方式构造。在其他备选实施例中，前体带护套芯370不包括间隔件350。
在定位线340之后，将内芯材料326添加到中空结构320内，使得内芯材料326填充在线340和间隔件350周围，包括在间隔件开口354内，从而导致线340和间隔件350变得被基本上包围在内芯324内，如上所述。例如，但不作为限制，内芯材料326被作为浆料注入中空结构320中，且使内芯材料326在中空结构320内干燥，以形成前体带护套芯370。在形成内芯324之后，线340限定芯通道360内且定位在其内。
在某些实施例中，在将构件80形成在模具组件301中之前将线340从前体带护套芯370移除，以形成带护套芯310。例如，将前体带护套芯370单独地加热至第二材料342的熔化温度处或高于其，且通过内芯324的第一端311从芯通道360排泄和/或抽吸流体化第二材料342。此外或备选地，在芯通道360延伸至内芯324的第二端313的实施例中，通过第二端313从芯通道360排泄和/或抽吸流体化第二材料342。
另外举例来说，相对于构造成形成构件80的模型(未示出)的模型硬模(未示出)定位前体带护套芯370。该模型由模型材料诸如蜡形成在模型硬模中，且前体带护套芯370在该模型中延伸。在该模型被熔模铸造以形成模具材料306的壳之后，将该壳加热到高于模型材料的熔化温度，适于从壳移除模型材料。前体带护套芯370在模型材料内延伸且因此还被加热。第二材料342被选择为具有小于或等于模型材料的熔化温度的熔化温度，使得线340也熔化。例如，第二材料342为聚合物。通过内芯324的第一端311从芯通道360排泄和/或抽吸流体化第二材料342。此外或备选地，在芯通道360延伸至内芯324的第二端313的实施例中，通过第二端313从芯通道360排泄和/或抽吸流体化第二材料342。
另外举例来说，前体带护套芯370嵌在用于形成模具组件301的模型中，如上所述，且第二材料342被选择为具有相对低的熔化温度的金属，诸如但不限于锡。在模具材料306的壳被脱蜡之后，烧制壳以形成模具300。前体带护套芯370在壳内延伸且因此还被加热。壳烧制温度被选择为大于第二材料342的熔化温度，使得第二材料342熔化。通过内芯324的第一端311从芯通道360排泄和/或抽吸流体化第二材料342。此外或备选地，在芯通道360延伸至内芯324的第二端313的实施例中，通过第二端313从芯通道360排泄和/或抽吸流体化第二材料342。
备选地，在一些实施例中，从前体带护套芯370机械地移除线340以形成带护套芯310。例如，在线340的接近第一端311或第二端313的端部上施加足以沿芯通道360从内芯324分离线340的拉紧力。另外举例来说，使机械拔根器装置曲折移动到内芯360中，以分解和/或移走内芯324和/或间隔件350，以便于线340的物理抽出。在一些此种实施例中，在将构件80形成在模具组件301中之前从前体带护套芯370机械地移除线340。在其他此种实施例中，在将构件80形成在模具组件301中之后从前体带护套芯370机械地移除线340。
在备选实施例中，以任何适合的方式从前体带护套芯370移除线340以形成带护套芯310。
在一些此种实施例中，在将构件80形成在模具组件301中之前从前体带护套芯370移除线340便于移除线340和/或形成具有选定特性的构件80。例如，在一些此种实施例中，如果第二材料342经历与在模具300中铸造构件80相关的热量，则第二材料342将倾向于与内芯材料326粘结，从而提高在将构件80形成在模具组件301之后从前体带护套芯370移除线340的难度。另外举例来说，在一些此种实施例中，在构件铸造过程期间从内芯324的第一端311和/或第二端313排泄流体化第二材料342将倾向于导致第二材料342与构件材料78一起存在于模具304内，从而潜在不利地影响构件80的材料特性。然而，在备选实施例中，如上所述，在将构件80形成在模具组件301中之后从前体带护套芯370移除线340。
在某些实施例中，使用间隔件350以抑制线340和中空结构320的内表面323之间的接触使得如上所述地在芯通道360和内表面323之间限定偏移距离358便于在构件80的铸造期间维持内芯324的整体性。例如，如果前体带护套芯形成为使得芯通道360不从内表面323偏移，且中空结构320的邻近部分在构件80的铸造期间基本上由熔融的构件材料78吸收，则芯通道360将因而与熔融的构件材料78流动连通。更具体而言，熔融材料78可流入内芯324内的芯通道360中，从而可能在构件材料78凝固且内芯324被移除之后在内部通路82内形成障碍。使用间隔件350限定偏移距离358降低了此种风险。备选地，前体带护套芯370形成为不具有间隔件350。
在图7中的流程图中示出了形成具有限定在其中的内部通路(如内部通路82)的构件(如构件80)的示范方法700。还参看图1-6，示范方法700包括相对于模具(如模具300)定位702带护套芯(如带护套芯310)。带护套芯包括由第一材料(如第一材料322)形成的中空结构(如中空结构320)。带护套芯还包括内芯和芯通道，内芯诸如设置在该中空结构内的内芯324，芯通道诸如至少从内芯的第一端(诸如第一端311)延伸通过内芯的至少一部分的芯通道360。
方法700还包括将熔融状态下的构件材料如构件材料78引入704模具的腔如模具腔304中，使得熔融状态下的构件材料从腔内的带护套芯至少部分地吸收第一材料。方法700还包括在腔中冷却706该构件材料以形成构件。内芯限定构件内的内部通路的位置。
在某些实施例中，方法700还包括从构件移除708内芯以形成内部通路。在一些此种实施例中，移除708内芯的步骤包括使流体如流体362流动710到芯通道中。而且，在一些此种实施例中，内芯由陶瓷材料形成，且使流体流动710到芯通道中的步骤包括使构造成与陶瓷材料相互作用的流体流动712，使得内芯通过与流体的接触而被从构件浸出。此外或备选地，在一些此种实施例中，芯通道从第一端延伸至内芯的相反的第二端，诸如第二端313，且使流体流动710到芯通道中的步骤包括使流体在芯通道内的压力下从第一端流动714到第二端。
在一些实施例中，定位702带护套芯的步骤包括定位716带护套芯，该带护套芯还包括多个间隔件如间隔件350，该多个间隔件定位在中空结构内，使得芯通道延伸通过间隔件中的各个。在一些此种实施例中，定位702带护套芯的步骤包括定位718带护套芯，该带护套芯还包括由诸如间隔件材料352的材料形成的多个间隔件，间隔件材料352能够与内芯一起且以与内芯相同的方式从构件选择性地移除。
在某些实施例中，方法700还包括通过将线(诸如线340)定位720在中空结构内，且在定位线之后在中空结构内添加722内芯材料(诸如内芯材料326)，使得内芯材料填充在线周围来形成带护套芯。线由第二材料如第二材料342形成。内芯材料形成内芯，且线限定内芯内的芯通道。在一些此种实施例中，方法700还包括熔化724线以便于从芯通道移除线。而且，在一些此种实施例中，熔化724线的步骤包括加热726模具材料(诸如模具材料306)的壳，以熔化定位在壳内的模型材料。带护套芯在模型材料内延伸，使得线被加热到高于第二材料的熔点。备选地，在其他此种实施例中，熔化724线的步骤包括烧制728模具材料的壳以形成模具。带护套芯在壳内延伸，使得线被加热到高于第二材料的熔点。
此外或备选地，在一些此种实施例中，将线定位720在中空结构内的步骤包括通过多个间隔件(诸如间隔件350)穿过730线，且将穿有线的间隔件定位在中空结构内。
上述带护套芯提供了用于在结构上增强芯的成本有效方法，该芯用于形成具有限定在其中的内部通路的构件，该内部通路尤其是但不限于具有非线性和/或复杂形状的内部通路，从而减少或消除与芯相关的易碎性问题。具体而言，带护套芯包括内芯，该内芯定位在模具腔内来限定构件内的内部通路的位置，且还包括内芯设置在其内的中空结构。中空结构对内芯提供结构增强，从而允许如下芯的可靠处理和使用，该芯例如但不限于比用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的常规芯长、重、薄、和/或更复杂。另外，具体而言，中空结构由能够由被引入模具腔中来形成构件的熔融构件材料至少部分地吸收的材料形成。因此，中空结构的使用不干扰构件的结构或性能特征，且不干扰随后从构件移除内芯材料来形成内部通路。而且，带护套芯形成为具有芯通道，芯通道至少从内芯的第一端延伸通过内芯的至少一部分。芯通道便于通过例如允许沿内芯的长度对内芯的相对大的区域应用浸出流体来从构件移除内芯以形成内部通路。在某些实施例中，带护套芯首先形成为具有嵌在内芯中的线，且该线限定芯通道。在一些此种实施例中，线由具有相对低熔点的材料制成，以便于在形成构件之前从带护套芯移除该线。
本文中描述的方法、系统和设备的示范技术效果包括以下中的至少一者：(a) 减少或消除与在形成具有限定在其中的内部通路的构件时使用的芯的形成、处理、运输和/或储存相关的易碎性问题;(b) 允许使用与用于形成构件的内部通路的常规芯相比长、重、薄、和/或更复杂的芯；和(c) 尤其但不仅仅对于具有大L/d比和或高非线性程度的芯，减少或消除与在形成构件之后从构件移除芯相关的问题。
上文详细描述了带护套芯的示范实施例。带护套芯和使用此种带护套芯的方法和系统不限于本文所述的特定实施例，而相反，系统的构件和/或方法的步骤可与本文所述的其他构件和/或步骤独立地且分开地使用。例如，示范实施例可与目前构造成在模具组件内使用芯的许多其他应用结合地实现和使用。
尽管本公开的各种实施例的具体特征可在一些图中而不在其他图中显示，这仅是为了便利。根据本发明的原理，图的任何特征可结合任何其他图的任何特征来参照和/或要求保护。
本书面描写使用示例以公开本公开，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本公开，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本公开的可取得专利的范围通过权利要求限定，并且可包含其他本领域人员想到的实例。如果这种其他实例具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种形成具有限定在其中的内部通路(82)的构件(80)的方法(700)，所述方法包括：
相对于模具(300)定位带护套芯(310)，其中，所述带护套芯包括：
中空结构(320)，其由第一材料(322)形成；
内芯(324)，其配置在所述中空结构内；和
芯通道(360)，其至少从所述内芯的第一端(311)延伸通过内芯的至少一部分；
将熔融状态下的构件材料(78)引入(704)所述模具的腔(304)中，使得熔融状态下的所述构件材料从所述腔内的所述带护套芯至少部分地吸收所述第一材料；和
在所述腔中冷却(706)所述构件材料以形成所述构件，其中，所述内芯限定所述构件内的所述内部通路，
其特征在于，
所述方法还包括通过以下步骤形成所述带护套芯：
将线(340)定位在所述中空结构内，所述线由第二材料(342)形成；和
在定位所述线之后在所述中空结构内添加(722)内芯材料(326)，使得所述内芯材料填充在所述线周围，其中，所述内芯材料形成所述内芯且所述线限定所述内芯内的所述芯通道，其中，将所述线定位在所述中空结构内包括：
通过多个间隔件(350)穿过(730)所述线；和
将穿有所述线的所述间隔件定位在所述中空结构内。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述构件移除(708)所述内芯以形成所述内部通路。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括熔化(724)所述线，以便于从所述芯通道移除所述线。
4.一种用于形成构件(80)的模具组件(301)，所述构件(80)具有限定在其中的内部通路(82)，所述构件由构件材料(78)形成，所述模具组件包括：
模具(300)，其在其中限定模具腔(304)；和
带护套芯(310)，其相对于所述模具定位，所述带护套芯包括：
中空结构(320)，其由第一材料(322)形成；
内芯(324)，其配置在所述中空结构内；和
芯通道(360)，其至少从所述内芯的第一端(311)延伸通过所述内芯的至少一部分，其中；
所述第一材料能够由熔融状态下的所述构件材料至少部分地吸收，且
所述带护套芯的一部分(315)定位在所述模具腔内，使得所述带护套芯的所述部分的所述内芯限定所述构件内的所述内部通路的位置，
其中，所述带护套芯还包括定位在所述中空结构内的多个间隔件(350)，使得所述芯通道延伸通过所述间隔件中的各个。
5.根据权利要求4所述的模具组件，其中，所述内芯由内芯材料(326)形成，所述内芯材料(326)能够通过流动到所述芯通道中的流体(362)而从所述构件移除。
6.根据权利要求4所述的模具组件，其中，所述芯通道从所述第一端延伸至所述内芯的相反的第二端(313)。
7.根据权利要求4所述的模具组件，其中，所述芯通道从所述中空结构的内表面(323)偏移非零的偏移距离(358)。
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