專利名稱：一種螺旋制造新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種鑄造螺旋的新工藝。
背景技術(shù)：
螺旋是傳輸、擠出和鉆探設(shè)備中的關(guān)鍵部件。螺旋的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其構(gòu)成主要有心軸1-1和纏繞在其上的螺旋片1-2。螺旋一般可分為傳輸螺旋、擠出螺旋和鉆探用螺旋。傳輸螺旋一般螺旋葉片厚度t≤6mm，擠出螺旋螺旋葉片厚度一般t≥6mm，對(duì)于鉆探用螺旋，葉片厚度尺寸分布較廣。螺旋根據(jù)使用要求旋向可左旋、右旋。螺旋可為等螺距，變螺距；又可分為圓柱螺旋，圓錐螺旋。螺旋的一般制造方法是焊接法——即將螺旋葉片1-2焊接在心軸1-1上并經(jīng)機(jī)械加工而成。螺旋制造的難點(diǎn)是螺旋葉片的成形。
目前螺旋葉片的成形工藝主要有單片成型工藝和連續(xù)成型工藝兩種。單片成形工藝又包括單片拉形法、手工仿形法、模具壓形法。連續(xù)成形工藝又包括組合拉形法、卷繞成形法、擠壓成形法、輾軋成形法。
連續(xù)成形工藝是一種高效螺旋葉片成形工藝，特別是輾軋成形法是當(dāng)今世界上的一種先進(jìn)工藝。但查閱有關(guān)文獻(xiàn)連續(xù)成形工藝只能成形厚度t≤5mm的螺旋葉片。對(duì)于厚度t≥6mm螺旋葉片均采用單片成形工藝。現(xiàn)將單片成形工藝介紹如下
根據(jù)螺旋的要求在相應(yīng)的材質(zhì)和厚度的鋼板上割出如圖3和圖4所示的螺旋葉片毛坯，并將內(nèi)孔車光。然后使用單片拉形模具將毛坯拉成螺旋形并邊拉邊校。手工仿形法和此法類似。模具成形法是使用專用壓模在壓機(jī)上將葉片毛坯壓制成螺旋形。成形后的螺旋根據(jù)螺旋的使用工況可在螺旋外緣涂敷耐磨層(WC等)。
當(dāng)螺旋較長時(shí)需多個(gè)螺旋葉片毛坯拉成螺旋形焊接在心軸上，每兩個(gè)螺旋葉片接頭需對(duì)焊在一起。為易于葉片成形和保證焊接強(qiáng)度各生產(chǎn)廠家均使用低碳鋼板制造螺旋葉片。這種焊接工藝其缺陷是鋼板在焊接過程中容易變形，而且螺旋的強(qiáng)度較低，耐磨性差，制作成本也較高。
盡管使用通用的鑄造法可以整體鑄出螺旋不需另制葉片，并可使用符合螺旋工況要求的材質(zhì)。但使用普通砂型鑄造，模型不易從型砂中取出，砂型損壞后砂型修復(fù)極其困難，有時(shí)甚至不可能。另外鑄件的尺寸和粗糙度也無法保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種大尺寸螺旋制造新工藝，以克服現(xiàn)有大尺寸螺旋制造工藝中存在的焊接容易變形和耐磨性差的問題。
具體的說，一種螺旋制造新工藝，其包含以下步驟(1)制造消失模用遇到高溫的熔融態(tài)金屬可以熔化消失的模型材料制作出與欲制作螺旋形狀近似或一樣的模型；(2)鑄造螺旋將模型放入專用砂箱，充填適當(dāng)粒度的干砂，經(jīng)振實(shí)覆蓋塑料薄膜后可進(jìn)行澆注；澆注時(shí)抽取負(fù)壓，把模型遇熾熱金屬而氣化所產(chǎn)生的氣體抽出；待金屬液完全占據(jù)泡沫型的空間即鑄出所要求的螺旋；澆注后冷卻一段時(shí)間，翻箱取出鑄件。
本發(fā)明所述的新工藝中消失模制造的方法可以分為1、使用發(fā)泡模制造螺旋泡沫模型使用予發(fā)機(jī)將EPS、STMMA或EPMMA塑料珠粒發(fā)成一定粒度的小球，小球經(jīng)熟化后，吸入螺旋泡沫模樣金屬型，閉合成型機(jī)，通帶有壓力的熱水蒸汽，保壓一段時(shí)間，通水冷卻，開啟成型機(jī)從金屬型中取出泡沫模樣，模樣經(jīng)干燥后涂專用涂料。
2、使用泡沫塑料板材手工制螺旋模型(1)螺旋模型心軸的制作用泡沫板材割心軸泡沫毛坯，將兩金屬樣板固定在毛坯的兩端面，然后電熱絲通電從樣板兩端繞樣板旋轉(zhuǎn)一周；若心軸為中空結(jié)構(gòu)，可將樣板制成環(huán)形，用長錐將泡沫毛坯穿透，后穿入電熱絲，電熱絲通電后繞樣板內(nèi)孔一周即可；然后在外圓柱面上，使用樣板畫出螺旋線；(2)螺旋葉片的制作用泡沫板型材割切出預(yù)定厚度的薄板，然后使用樣板割制出和樣板形狀一樣的達(dá)到厚度要求的泡沫塑料環(huán)，整環(huán)需切開一口，所需數(shù)量據(jù)螺旋長度定；使用專用粘結(jié)膠，沿心軸螺旋線扭曲泡沫塑料環(huán)，并將泡沫螺旋葉片和心軸模型固定，粘結(jié)膠粘牢后模樣干燥涂涂料。
3、使用專用工裝整體制螺旋模型
也先制出一定直徑，長度由螺旋長度確定的泡沫圓柱體；將圓柱體一端夾在車床卡盤上用電熱絲制出割刀，割刀裝在刀臺(tái)上，調(diào)整好車頭轉(zhuǎn)速和刀臺(tái)移動(dòng)速度，開動(dòng)車床，電熱絲通電就可制出螺旋泡沫模型。
還可以使用樣板在泡沫板材上制出半圓環(huán)柱狀坯料，然后使用內(nèi)靠模和外靠模，電熱絲沿靠模螺旋面滑動(dòng)割出一個(gè)螺旋面，上移坯料到一定高度，重復(fù)以上過程，就可制出半個(gè)螺距高的螺旋葉片，數(shù)個(gè)螺旋葉片粘結(jié)在心軸上，就形成一個(gè)螺旋泡沫模型。
本發(fā)明所述的螺旋制造新工藝的制造方法，其優(yōu)點(diǎn)為1、工藝簡單。
制備消失模的材料聚苯乙烯、STMMA泡沫塑料強(qiáng)度低，熔點(diǎn)低，重量輕，可以很容易地制出螺旋模型，螺旋可以整體鑄出。螺旋葉片不需要另行制作并且省略了焊接工序。
2、可以制作出結(jié)構(gòu)更加合理的螺旋。
根據(jù)螺旋受力情況葉片的根部應(yīng)厚于外緣。但是單片成型時(shí)因?yàn)殇摪搴穸纫粯铀灾瞥龅穆菪~片厚度也一樣，顯然結(jié)構(gòu)不合理。若使結(jié)構(gòu)合理必須增大鋼板厚度并增加機(jī)加工序。
3、消失模鑄造法可以使用符合螺旋使用工況的材質(zhì)制造螺旋。
一般焊接法制造螺旋時(shí)，為保證螺旋的焊接強(qiáng)度并使螺旋葉片易于成型，螺旋葉片和心軸大都使用低碳鋼。螺旋在工作時(shí)受到摩擦，特別是擠出螺旋及鉆探用螺旋摩擦劇烈，往往很快磨損而失效。雖有生產(chǎn)廠家在螺旋葉片外緣涂覆耐磨涂層，但涂層較薄，耐磨涂層磨去后將裸露出不耐磨的基體材料使磨損加快，消失模法可以使用抗磨材料并且仍然可以涂覆耐磨涂層。
4、消失模法制做螺旋可以做到近凈形加工。
消失模法生產(chǎn)的鑄件粗糙度可以達(dá)到Ra3.2-12.5μm，尺寸精度可達(dá)到CT7-9級(jí)。消失模法鑄造螺旋外緣及兩側(cè)面可不再機(jī)械加工。消失模法制造的螺旋材料利用率大大高于單片成形焊接螺旋。
5、焊接法制造螺旋，螺旋葉片兩側(cè)需要連續(xù)焊接在心軸上，焊縫長，變形大，焊接應(yīng)力大。而消失模鑄造的螺旋就克服了以上弊端。
6、工序減少，使得產(chǎn)品成本降低20-30％。


圖1為常用螺旋結(jié)示意圖。
圖2為螺旋線畫線用樣板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為螺旋葉片毛坯結(jié)構(gòu)示意圖(整個(gè)螺旋)。
圖4為螺旋葉片毛坯結(jié)構(gòu)示意圖(部分螺旋)。
圖5為整體制螺旋泡沫模型和電熱絲割刀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6螺旋坯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為圖6的A-A向示意圖。
圖8圖7的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
簡單的說，本發(fā)明采用用聚苯乙烯(EPS)、EPMMA或STMMA發(fā)泡珠粒使用專用模型或用聚苯乙烯EPMM或STMMA板材手法制出和螺旋相似的塑料泡沫型(和實(shí)際尺寸差一個(gè)鑄造縮率)再根據(jù)螺旋所用材質(zhì)涂刷相應(yīng)涂料，干燥放入專用砂箱，充填一定粒度的干砂，經(jīng)振實(shí)覆蓋塑料薄膜后可進(jìn)行澆注，澆注時(shí)抽取負(fù)壓，把塑料型遇熾熱金屬而氣化所產(chǎn)生的氣體抽出。金屬液占據(jù)泡沫型的空間即鑄出所要求的螺旋。澆注后冷卻一定時(shí)間，翻箱取出鑄件。
消失模鑄造用螺旋泡沫模樣的制作有以下幾種方式1、使用發(fā)泡模制造螺旋泡沫模型使用此法其通用設(shè)備有蒸汽鍋爐，予發(fā)機(jī)，成型機(jī)，及成形螺旋泡沫模樣的金屬型。此工藝過程如下EPS、STMMA或EPMMA使用予發(fā)機(jī)將塑料珠粒發(fā)成一定粒度的小球，小球經(jīng)熟化后，吸入螺旋泡沫模樣金屬型，閉合成型機(jī)，通一定壓力的熱水蒸汽，保壓一定時(shí)間，通水冷卻，開啟成型機(jī)從金屬型中取出泡沫模樣，模樣經(jīng)干燥后，就可涂專用涂料，此法的優(yōu)點(diǎn)是泡沫模樣的精度高，生產(chǎn)效率高，缺點(diǎn)是投資大。也可將金屬型提供給一些專業(yè)包裝材料廠由其發(fā)制塑料模樣，適用范圍螺旋規(guī)格品種少，生產(chǎn)量(3000件/年)大。
2、使用泡沫塑料板材手工制螺旋泡沫樣使用包裝材料廠供應(yīng)的泡沫板材(可據(jù)需要提出材質(zhì)、厚度、長短、密度要求)，根據(jù)螺旋的幾何尺寸，使用金屬樣板(馬口鐵皮或薄鋁皮制作)使用電熱絲割取單個(gè)幾何要素后，用專用粘結(jié)膠粘合，后經(jīng)打磨。
螺旋心軸的制作
在泡沫板材割心軸泡沫毛坯將兩金屬樣板固定在毛坯的兩端面(正方形中心與樣板中心重合)，然后電熱絲通電從樣板兩端繞樣板旋轉(zhuǎn)一周。電熱絲電壓在5-10V。若心軸為中空結(jié)構(gòu)，可將樣板制成環(huán)形，用長錐將泡沫毛坯穿透，后穿入電熱絲，電熱絲通電后繞樣板內(nèi)孔一周即可。然后在外圓柱面上，使用樣板畫出螺旋線。螺旋線畫線樣板如圖2。畫線樣板可用厚紙制作。
螺旋葉片的制作先制作如圖3和4金屬樣板，圖2樣板用于螺旋部分長于一個(gè)螺距，圖4用于螺旋部分短于一個(gè)螺距時(shí)，樣板的內(nèi)孔外徑由螺旋的內(nèi)外徑?jīng)Q定。制作整個(gè)螺旋的樣板圓環(huán)上開有一個(gè)切縫2-1，制作部分螺旋圓環(huán)上開有一個(gè)缺口2-2。
在泡沫塑料型材(一般1m×1m×2～6m)，割切出預(yù)定厚度的薄板，(仍使用通電電熱絲)然后使用螺旋葉片樣板(圖6或圖7)割制出和樣板形狀一樣的預(yù)定厚度泡沫塑料環(huán)，整環(huán)需切開一口。數(shù)量根據(jù)螺旋葉片長度定。使用專用粘結(jié)膠，沿心軸螺旋線扭曲泡沫塑料環(huán)，并用小釘子將泡沫螺旋葉片和心軸模型固定，粘結(jié)膠粘牢后，可取出釘子。(也可不取出，鑄入鑄件)模樣干燥涂涂料。
也可以使用靠模法制出半個(gè)螺距高的螺旋泡沫模型，數(shù)量由螺旋長度決定，多個(gè)螺旋泡沫模型粘合在泡沫心軸上即可。如附圖6、圖7、圖8所示。首先使用樣板在泡沫板材上制出半圓環(huán)柱狀坯料7-1，然后使用內(nèi)靠模7-2和外靠模7-3，電熱絲沿靠模螺旋面滑動(dòng)割出一個(gè)螺旋面，上移坯料到一定高度，重復(fù)以上過程，就可制出半個(gè)螺距高的螺旋葉片，數(shù)個(gè)螺旋葉片粘結(jié)在心軸上，就形成一個(gè)螺旋泡沫模型。
3、螺旋模樣也可用下法整體制出。先制出一定直徑并且長度由螺旋長度定的泡沫圓柱體，圓柱體一端夾在車床卡盤上。用電熱絲5-2根據(jù)螺旋形狀彎制出割刀，割刀裝在刀臺(tái)上是可以前后左右移位的，調(diào)整好車頭轉(zhuǎn)速和刀臺(tái)移動(dòng)速度，開動(dòng)車床，電熱絲通電就將坯料5-1割制出螺旋泡沫模型(用此法可使用舊車床進(jìn)行改裝)。
權(quán)利要求
1.一種螺旋制造新工藝，其特征是包含以下步驟(1)制造消失模用遇到高溫的熔融態(tài)金屬可以熔化消失的模型材料制作出與所制作螺旋形狀一樣的模型；(2)鑄造螺旋將模型放入專用砂箱，充填適當(dāng)粒度的干砂，經(jīng)振實(shí)覆蓋塑料薄膜后可進(jìn)行澆注；澆注時(shí)抽取負(fù)壓，把模型遇熾熱金屬而氣化所產(chǎn)生的氣體抽出；待金屬液完全占據(jù)泡沫型的空間即鑄出所要求的螺旋；澆注后冷卻一段時(shí)間，翻箱取出鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋制造新工藝，其特征是所述的步驟(1)消失模制造的過程為使用發(fā)泡模制造螺旋泡沫模型使用予發(fā)機(jī)將EPS、STMMA或EPMMA塑料珠粒發(fā)成一定粒度的小球，小球經(jīng)熟化后，吸入螺旋泡沫模樣金屬型，閉合成型機(jī)，通帶有壓力的熱水蒸汽，保壓一段時(shí)間，通水冷卻，開啟成型機(jī)從金屬型中取出泡沫模樣，模樣經(jīng)干燥后涂專用涂料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋制造新工藝，其特征是所述的步驟(1)消失模制造的過程為使用泡沫塑料板材手工制螺旋模型(A)螺旋模型心軸的制作用泡沫板材割心軸泡沫毛坯，將兩金屬樣板固定在毛坯的兩端面，然后電熱絲通電從樣板兩端繞樣板旋轉(zhuǎn)一周；若心軸為中空結(jié)構(gòu)，可將樣板制成環(huán)形，用長錐將泡沫毛坯穿透，后穿入電熱絲，電熱絲通電后繞樣板內(nèi)孔一周即可；然后在外圓柱面上，使用樣板畫出螺旋線；(B)螺旋葉片的制作用泡沫板型材割切出厚度為t的薄板，然后使用螺旋葉片樣板，割制出和樣板形狀一樣的厚度為t的泡沫塑料環(huán)，整環(huán)需切開一口，數(shù)量據(jù)螺旋葉片長度定；使用專用粘結(jié)膠，沿心軸螺旋線扭曲泡沫塑料環(huán)，并將泡沫螺旋葉片和心軸模型固定，粘結(jié)膠粘牢后模樣干燥涂涂料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋制造新工藝，其特征是所述的步驟(1)消失模制造的過程為先制出預(yù)定直徑并且長度由螺旋長度確定的泡沫圓柱體；將圓柱體一端夾在車床卡盤上用電熱絲鋸出螺旋形狀割刀，割刀裝在刀臺(tái)上，調(diào)整好車頭轉(zhuǎn)速和刀臺(tái)移動(dòng)速度，開動(dòng)車床，電熱絲通電就可制出螺旋泡沫模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋制造新工藝，其特征是所述的步驟(1)消失模制造的過程為首先使用樣板在泡沫板材上制出半圓環(huán)柱狀坯料，然后使用內(nèi)靠模和外靠模，電熱絲沿靠模螺旋面滑動(dòng)割出一個(gè)螺旋面，上移坯料到一定高度，重復(fù)以上過程，就可制出半個(gè)螺距高的螺旋葉片，數(shù)個(gè)螺旋葉片粘結(jié)在心軸上，就形成一個(gè)螺旋泡沫模型。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種鑄造新工藝，特別是大尺寸螺旋的制備方法。首先采用塑料泡沫型，再根據(jù)螺旋所用材質(zhì)涂刷相應(yīng)涂料，干燥放入專用砂箱，充填一定粒度的干砂，經(jīng)振實(shí)覆蓋塑料薄膜后可進(jìn)行澆注，澆注時(shí)抽取負(fù)壓，把塑料型遇熾熱金屬而氣化所產(chǎn)生的氣體抽出。金屬液占據(jù)泡沫型的空間即鑄出所要求的螺旋。澆注后冷卻一定時(shí)間，翻箱取出鑄件。同時(shí)本發(fā)明提供幾種特殊的制作消失模型的方法。本發(fā)明螺旋制備方法螺旋葉片不需要另行制作并且省略了焊接工序。利用本發(fā)明可以制作出結(jié)構(gòu)更加合理的螺旋。
文檔編號(hào)B22D25/00GK1810415SQ200510043109
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者高廣九 申請(qǐng)人:高廣九