專利名稱：雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法，特別適用 于固體物料輸送的高耐磨、輕量化彎管的耐磨層鑄造。
背景技術：
在冶金、煤炭、化工、水利、環(huán)保、石油化工、礦山、電力和地熱能源等行業(yè)中，物料
主要是利用壓力通過輸送管道來進行運輸?shù)?，如氣壓、液壓和重力慣性等。輸送管道在工作 中承受著相當大的壓力，并經(jīng)受著嚴重的腐蝕和磨損，尤其是在固體或混合物料的輸送中， 彎管的磨損情況更為嚴重。物料在通過時由于離心力的作用，彎管外壁的磨損遠大于直管。 因此使用耐磨性能好的彎管對降低磨損，延長設備使用壽命、減少更換部件次數(shù)以及節(jié)能 減排、保護環(huán)境方面都具有重要價值。當前生產(chǎn)上應用較多的管道材料有雙金屬復合管、陶瓷內(nèi)襯管及鑄石管。其中，鑄 石管隨雙金屬復合管和陶瓷內(nèi)襯管的大量應用，已逐漸被淘汰。陶瓷內(nèi)襯管主要分自蔓延 燃燒陶瓷內(nèi)襯管和陶瓷貼片兩種。自蔓延方法制得的內(nèi)襯管存在組織疏松、孔洞率高的問 題，輸送固體物料時，仍然解決不了磨損量大的問題；而對于陶瓷貼片工藝，盡管已在結構 上設計出相互嵌套結構，并使用強力粘接劑襯貼，卻仍然避免不了貼片崩潰式剝落，從而導 致管道磨穿的嚴重問題。而且對于小口徑管道，陶瓷貼片法工藝施工難度很大，甚至無法實 現(xiàn)。因此，雙金屬復合管道的使用量日趨增大。該工藝主要采用真空消失模鑄造方法制造， 管道的外層采用普通碳鋼或低合金鋼鋼管，內(nèi)層采用高耐磨合金材料，通過真空消失模鑄 造工藝使在外層鋼管內(nèi)側鑄造一層高耐磨合金材料。這種工藝目前存在的主要問題有二 第一，耐磨復合層厚度一般大于16mm以上；第二，耐磨合金與鋼不能實現(xiàn)冶金和機械結合， 兩層材料間縫隙最大可達到5mm。中國專利200910065370. 2公開了一種雙金屬耐磨復合 管，該專利中的復合彎管是采用消失模鑄造工藝進行制造的，但其中對于聚苯乙烯泡沫塑 料模樣的制造方法并未公開；另外泡沫塑料模樣在管內(nèi)壁隨形貼附時，會造成兩層材料直 接存在較大的縫隙。目前國內(nèi)外消失模的制作方法通常分為發(fā)泡成型和加工成型兩大類。 對于大量生產(chǎn)的成批中小模樣的制造多采用發(fā)泡成型機或發(fā)泡裝置制得，這種方法除需要 在專用設備中成型外，還需要價格昂貴的金屬模具。而對于單件或小批量生產(chǎn)的模樣則采 用與制造木模相似的方法，用機械或手工從泡沫塑料板材中加工制成，手工制造的加工效 率低，精度及表面光潔度差；而傳統(tǒng)機械加工需要多種機床和刀具配合完成，投入較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方 法，該方法可以制作出復合層厚小于IOmm的高耐磨、輕量化雙金屬復合彎管。該彎管的耐 磨層和外層金屬貼合緊密，鑄造精度高，可廣泛用于礦漿、煤漿、泥砂、石灰石、固體廢料等 的輸送。可以減少固體物料輸送中的材料消耗并提高管道使用壽命。本發(fā)明是以如下技術方案實現(xiàn)的一種雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣
3的制造方法，其特征在于，根據(jù)彎管的彎度半徑和耐磨層內(nèi)外壁直徑設計模樣幾何形狀和 尺寸；利用EPS快速成型機對泡沫塑料坯料進行加工得到彎管耐磨層的消失模模樣組件， 再拼裝粘接在金屬鋼管內(nèi)壁上。所述的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的內(nèi)壁圓心較外壁圓心偏移有距離，使彎管外側耐 磨合金層厚度大于內(nèi)側。所述的耐磨層消失模模樣分成左右對稱的二組子模樣、或分成對稱的四組子模 樣、或分成對稱的六組子模樣分別制作，再切割成型生成裝配結構，將子模樣進行拼接成消 失模模樣。模樣組件內(nèi)外壁的加工弧度增大一定角度α，利用泡沫塑料本身的塑性和模樣組 件之間的相互作用，在管內(nèi)拼裝時自動彎曲緊貼內(nèi)壁。子模樣接合面采用梯形面進行拼接，既保證了模樣在管內(nèi)的安裝精度，又可使模 樣緊貼管壁，有效保證了鑄造精度和鑄造質(zhì)量。泡沫塑料模樣結構在設計時，內(nèi)壁圓心較外壁圓心向彎管內(nèi)側偏移一定距離δ， 通過增大外側的壁厚，適當減小內(nèi)側壁厚，從而在充分節(jié)約耐磨合金用量的前提下，進一步 提高彎管整體的耐磨性能。根據(jù)彎管的內(nèi)徑和耐磨層層厚要求，設計模樣的偏心度，分型線。根據(jù)所選泡沫塑 料板材的塑性和韌性，設計加工弧度2 π /η- α，η為分割組數(shù)，一般情況下，α選取設計弧 度的3% 5%。根據(jù)彎管的彎度半徑和以上參數(shù)，將模樣組件的設計尺寸換算為加工尺寸進行切 割加工。利用泡沫塑料本身的塑性和模樣組件之間的相互作用，將模樣組件拼裝到彎管內(nèi) 壁中，可自動彎曲緊貼內(nèi)壁。本發(fā)明的基本技術原則是工序簡單、快捷，可根據(jù)不同彎管尺寸和耐磨層厚度快 速精確制作消失模模樣，模型在管內(nèi)和外層金屬貼合緊密，整套工藝充分利用原有鑄造工 藝條件，技術改造成本低，便于推廣應用。采用本發(fā)明的有益效果是1.耐磨層的厚度可降低到IOmm以下，精度可達到0. 1mm。2.耐磨層和外層金屬結合緊密，不存在縫隙。3.在不增加材料用量的情況下提高彎管的整體耐磨性能。


圖1是本發(fā)明的雙金屬復合彎管結構示意圖。圖2是圖1的A-A面剖視圖。圖3是左右模樣的直板尺寸轉(zhuǎn)換圖中涉及的符號分別表示1一外層鋼管，2—內(nèi)層耐磨層，3-梯形拼接面，R-耐 磨層外壁半徑，r-耐磨層內(nèi)壁半徑，0E, Of-耐磨層內(nèi)壁圓心和外壁圓心，δ--耐磨層內(nèi) 壁圓心和外壁圓心偏移量，α-加工弧度減少量，R'-耐磨層外壁加工半徑，r'-耐磨 層內(nèi)壁加工半徑，O/，0/ —耐磨層加工內(nèi)壁圓心和外壁圓心。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。實施例本實施例模樣的分割方案η為2，即將消失模模樣分成左右對稱的二組子 模樣分別制作，再切割成型生成裝配結構，將子模樣進行拼接成模樣。具體步驟如下1.如圖1和圖2所示，根據(jù)彎管的內(nèi)徑和耐磨層層厚要求，設計模樣的偏心度δ， 分型線(也可采用四分法或六分法的方案)。根據(jù)所選泡沫塑料板材的塑性和韌性，設計加工 弧度2 π /η- α ( —般情況下，α選取設計弧度的3% 5%。η為分割方案，本實例η為2)。2.將模樣組件的設計尺寸換算為加工尺寸，左組件加工尺寸見圖3。R' = JiR/ ( -α),Γ' = πτ/(π-α), θ ‘ = π - α。梯形尺寸根據(jù)拼接面的尺寸而定，左組件的上 拼接面梯形厚度為0 1+5)/2，長度為1 -1~+5 ；下拼接面梯形厚度為(R_r+S)/2，長度為 R-r-δ。相對應的右組件梯形尺寸也可換算出來。3.在EPS快速成型機中輸入彎管的彎度半徑和各加工尺寸，進行左右模樣的切割 加工。在加工尺寸允許的情況下，選用大尺寸泡沫塑料型材，可在一次切割加工后獲得多件 模樣。4.在模樣外壁和拼接面上涂抹微量粘結劑——聚乙烯醇縮丁醛(BM)，保證模樣在 管內(nèi)拼接和貼合的同時，填補子模樣拼接處、模樣與外側金屬層之間的可能存在的縫隙和 微小瑕疵，從而防止后續(xù)砂型鑄造時因為縫隙滲沙而導致耐磨層夾砂情況的出現(xiàn)。5.在模樣內(nèi)壁刷涂消失模專用涂料后，分別裝入彎管內(nèi)，利用泡沫塑料本身的塑 性和左右模樣的相互拼接作用，使直板模樣自動彎曲緊貼內(nèi)壁，清除兩端溢出的多余粘結 劑。6.然后將彎管放入烘箱或干燥室進行粘結劑和表面涂料的干燥固化。烘干后的彎 管即可使用真空(負壓)消失模鑄造的工藝進行耐磨層的澆注成型。
權利要求
1.一種雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法，其特征在于，根據(jù)彎管 的彎度半徑和耐磨層內(nèi)外壁直徑設計模樣幾何形狀和尺寸；利用EPS快速成型機對泡沫塑 料坯料進行加工得到彎管耐磨層的消失模模樣組件，再拼裝粘接在金屬鋼管內(nèi)壁上。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法，其特 征在于聚苯乙烯泡沫塑料模樣的內(nèi)壁圓心較外壁圓心偏移有距離，使彎管外側耐磨合金 層厚度大于內(nèi)側。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法，其特 征在于所述的耐磨層消失模模樣分成左右對稱的二組子模樣分別制作，再切割成型生成 裝配結構，將子模樣進行拼接成模樣。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法，其特 征在于所述的耐磨層消失模模樣分成對稱的四組子模樣分別制作，再切割成型生成裝配 結構，將子模樣進行拼接成模樣。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法，其特 征在于所述的耐磨層消失模模樣分成對稱的六組子模樣分別制作，再切割成型生成裝配 結構，將子模樣進行拼接成模樣。
6.根據(jù)權利要求3或4或5所述的雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方 法，其特征在于所述各子模樣的拼接接合面采用梯形面結構。
7.根據(jù)權利要求1所述的雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法，其特 征在于模樣組件內(nèi)外壁的加工弧度增大一定角度α，利用泡沫塑料本身的塑性和模樣組 件之間的相互作用，在管內(nèi)拼裝時自動彎曲緊貼內(nèi)壁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙金屬復合彎管的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制造方法。該復合彎管外層采用鋼管，內(nèi)層采用高耐磨合金材料，通過真空消失模鑄造工藝使兩層金屬成形。該耐磨層鑄造方法是利用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)快速成型機加工彎管的消失模模樣組件；然后拼裝粘接到彎管內(nèi)層；最后進行真空消失模鑄造。有益效果是聚苯乙烯泡沫塑料模樣的制作工藝簡單可行，尺寸精度高；模樣組件在管內(nèi)的拼裝簡單準確，大大提高了復合彎管的生產(chǎn)效率和鑄造質(zhì)量。通過該方法可制造復合層厚度小于10mm的高耐磨、輕量化彎管，可廣泛地用于礦漿、煤漿、泥砂、石灰石、固體廢料等的輸送，提高耐磨性能的同時又能降低材料成本。
文檔編號B22C7/02GK102145374SQ20101011163
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權日2010年2月9日
發(fā)明者孫琨, 岑啟宏, 方亮, 王治國, 郝敬賓, 齊笑冰 申請人:徐州勝海機械制造科技有限公司, 西安交通大學