本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在金屬構(gòu)件上加裝復(fù)合耐磨蝕層的隨形模具和方法。

背景技術(shù)：

磨蝕是磨損與腐蝕或氣蝕同時作用而形成的一種較為特殊的腐蝕失效類型。相應(yīng)的，耐磨蝕性是衡量材料使用性能的眾多指標中非常重要的一項，特別是對于應(yīng)用在帶有高速流動的固體顆粒或腐蝕性流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)部件而言，其耐磨蝕性能的好壞關(guān)乎到整個設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性以及使用壽命。

為了降低材料磨蝕對設(shè)備運行的影響，最直接的方法是使用結(jié)構(gòu)陶瓷(例如碳化硅陶瓷)或者耐磨蝕性能好的復(fù)合材料(例如耐磨蝕顆粒與熱固性樹脂澆注的復(fù)合材料)制作設(shè)備部件。但是，不管是燒結(jié)還是澆注，其加工工藝和條件都十分苛刻，特別是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體型較大的設(shè)備，不僅模具制造困難，其成型難度也更大，制品成品率較低。因此，行業(yè)內(nèi)更多地是采用金屬材料加工成型，然后再為金屬成型構(gòu)件加裝耐磨蝕層的方法來提高設(shè)備的耐磨蝕性能。

公布于2013年2月13日的中國發(fā)明專利申請cn102927032a提出了一種碳化硅陶瓷內(nèi)襯的離心泵，該離心泵是在泵體的殼體內(nèi)部設(shè)置由碳化硅陶瓷材料構(gòu)成的內(nèi)襯流體腔，其葉輪則直接由碳化硅陶瓷燒結(jié)成型，從而提高泵體過流部分的耐磨蝕性能。

公布于2014年8月13日的中國發(fā)明專利申請cn103982442a提出了一種內(nèi)襯碳化硅陶瓷的脫硫泵，該脫硫泵是通過先在金屬外殼內(nèi)設(shè)置拼裝式泵體芯模，澆注碳化硅陶瓷后再將泵體芯模拆除的方法形成耐磨蝕內(nèi)腔，其葉輪也是由碳化硅陶瓷整體澆注成型的。

公布于2015年3月25日的中國發(fā)明專利申請cn104449211a提出了一種基于熱固性樹脂以及碳化硅顆粒的耐磨蝕層的制備工藝，該制備工藝主要是通過制作多級組合裝配式模具，安裝到金屬基材或者金屬構(gòu)件上以后再充填耐磨蝕材料進而形成耐磨蝕層。

公布于2015年5月20日的中國發(fā)明專利申請cn104626622a提出了一種在金屬構(gòu)件上加裝復(fù)合耐磨蝕層的制備工藝，該制備工藝主要是針對形狀復(fù)雜、體型小的工件設(shè)計了兩級模具以便耐磨蝕材料在工件的翻邊、翹角、曲縫、死角等處進行均勻填充。

公布于2015年9月2日的中國發(fā)明專利申請cn104875362a提出了一種在管道內(nèi)側(cè)加裝復(fù)合耐磨蝕層的制備工藝及制備工裝，該制備工藝是先用模具制作抗磨蝕復(fù)合管，然后再將抗磨蝕復(fù)合管安裝到管道內(nèi)側(cè)。

公布于2015年7月29日的中國發(fā)明專利申請cn104802105a提出了一種在電磨磨輥套和/或泵芯的金屬基材上加裝復(fù)合耐磨蝕層的工藝及制備工裝，該工藝及制備工裝主要是在磨輥套和/或泵芯的金屬基材上利用整體模具和分體模具的配合加裝結(jié)構(gòu)陶瓷柱和耐磨蝕充填料以形成耐磨蝕層。

公布于2016年10月26日的中國發(fā)明專利申請cn106050724a提出了一種內(nèi)襯樹脂碳化硅的脫硫泵及其制備方法，該脫硫泵主要是通過在泵殼以及葉輪上分別加裝樹脂碳化硅材質(zhì)的泵殼內(nèi)襯以及葉輪襯的方式以達到增強耐磨蝕性的目的。

以上幾種方案都可以在一定程度上提高應(yīng)用于不同場合、不同環(huán)境下的金屬構(gòu)件的耐磨蝕性，但是由于設(shè)備種類繁多、大小不一，針對每一種設(shè)備都需要單獨制作對應(yīng)的模具。尤其是在制造礦山、冶煉、火電、環(huán)保、化工等行業(yè)使用的渣漿泵、抽沙泵、脫硫泵、稀酸泵時，泵體結(jié)構(gòu)通常復(fù)雜多變，模具制造更加困難，不僅造價昂貴，而且成型困難、成品率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種在金屬構(gòu)件上加裝復(fù)合耐磨蝕層的隨形模具和方法，解決了不同設(shè)備的耐磨蝕層需要單獨制作模具，加工成本高而且成型困難、成品率低的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種在金屬構(gòu)件上加裝復(fù)合耐磨蝕層的隨形模具，其特殊之處在于：包括剛性成型腔、一個或多個柔性模具袋以及多個預(yù)制耐磨蝕塊，所述預(yù)制耐磨蝕塊固定于金屬構(gòu)件的耐磨蝕層安裝面上，所述柔性模具袋用于填充剛性成型腔與預(yù)制耐磨蝕塊之間的空間以及剛性成型腔與金屬構(gòu)件之間的空間；所述剛性成型腔上設(shè)置有耐磨蝕充填料注入通道，所述柔性模具袋上設(shè)置有液體注入通道。

進一步地，上述液體注入通道用于向柔性模具袋內(nèi)注入液態(tài)流體，所述液態(tài)流體為常溫液體(例如水、油等)或者固液相變材料(例如蠟、松香等)；所述固液相變材料的相變溫度低于柔性模具袋的最高使用溫度。

進一步地，上述耐磨蝕充填料注入通道用于向金屬構(gòu)件與預(yù)制耐磨蝕塊之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊之間注入耐磨蝕充填料，所述耐磨蝕充填料的組分包括耐磨蝕顆粒和熱固性樹脂。

進一步地，上述預(yù)制耐磨蝕塊與金屬構(gòu)件之間通過螺栓固定或者粘接固定。

進一步地，上述預(yù)制耐磨蝕塊的材質(zhì)為結(jié)構(gòu)陶瓷或者耐磨蝕顆粒和熱固性樹脂的復(fù)合材料。

進一步地，上述柔性模具袋的材質(zhì)為橡膠或彈性塑料。

本發(fā)明還提供一種在金屬構(gòu)件上加裝復(fù)合耐磨蝕層的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)制作預(yù)制耐磨蝕塊；

2)將多個預(yù)制耐磨蝕塊固定在金屬構(gòu)件的耐磨蝕層安裝面上；

3)將固定有預(yù)制耐磨蝕塊的金屬構(gòu)件放置在剛性成型腔內(nèi)，并在預(yù)制耐磨蝕塊與剛性成型腔之間以及金屬構(gòu)件與剛性成型腔之間放置一個或者多個柔性模具袋；

4)通過液體注入通道向柔性模具袋內(nèi)注入液態(tài)流體并排出空氣，使柔性模具袋填滿預(yù)制耐磨蝕塊與剛性成型腔之間的空間；

5)通過耐磨蝕充填料注入通道向剛性成型腔內(nèi)注入耐磨蝕充填料，使耐磨蝕充填料填滿金屬構(gòu)件與預(yù)制耐磨蝕塊之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊之間的空間；耐磨蝕充填料的填充壓力小于柔性模具袋內(nèi)的液體壓力；

6)對耐磨蝕充填料進行固化成型；

7)拆除剛性成型腔和柔性模具袋。

優(yōu)選地，步驟5)可以采用以下步驟：

5.1.1)通過耐磨蝕充填料注入通道向剛性成型腔內(nèi)注入耐磨蝕顆粒，使耐磨蝕顆粒填滿金屬構(gòu)件與預(yù)制耐磨蝕塊之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊之間的空間；

5.1.2)通過耐磨蝕充填料注入通道向剛性成型腔內(nèi)注入混合有固化劑的熱固性樹脂，使熱固性樹脂填滿耐磨蝕顆粒之間的空隙。

另外，步驟5)也可以采用以下步驟：

5.2.1)將耐磨蝕顆粒與熱固性樹脂以及固化劑充分混合均勻，形成耐磨蝕充填料；

5.2.2)將步驟5.2.1)制備得到的耐磨蝕充填料通過耐磨蝕充填料注入通道注入至剛性成型腔內(nèi)，使耐磨蝕充填料填滿金屬構(gòu)件與預(yù)制耐磨蝕塊之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊之間的空間。

進一步地，步驟6)中的固化成型是通過加熱柔性模具袋內(nèi)的液態(tài)流體使剛性成型腔內(nèi)的熱固性樹脂固化成型。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明通過在金屬構(gòu)件上預(yù)先固定預(yù)制耐磨蝕塊并采用剛性成型腔與柔性模具袋相配合的方法，向柔性模具袋內(nèi)注入液態(tài)流體后，可以在不同結(jié)構(gòu)的金屬構(gòu)件以及金屬構(gòu)件的不同部位跟隨其結(jié)構(gòu)變化而使柔性模具袋發(fā)生適應(yīng)性彈性形變，成為耐磨蝕充填料的成型模板。該方法僅使用一套隨形模具便可以完成各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的耐磨蝕層安裝，而不需要再單獨生產(chǎn)制造配套模具，降低了耐磨蝕層安裝成本的同時，也簡化了耐磨蝕層的安裝工序，提高了耐磨蝕層安裝效率。

(2)本發(fā)明通過制作預(yù)制耐磨蝕塊，在成型時已經(jīng)消除了熱固性樹脂固化時的固化收縮，因此在一定程度上降低了耐磨蝕層因熱固性樹脂固化收縮而產(chǎn)生暗裂紋的幾率，有效地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)本發(fā)明在向剛性成型腔內(nèi)注入耐磨蝕充填料時，可以采用先充填耐磨蝕顆粒再進行真空加注熱固性樹脂的方式，既保證了相鄰耐磨蝕顆粒之間的剛性高強度接觸，同時又可以確保熱固性樹脂可以充分填滿耐磨蝕顆粒之間形成的空隙，極大地提高了抵抗大顆粒物撞擊的能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一在磨輥上加裝復(fù)合耐磨蝕層的原理示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例二在葉輪上加裝復(fù)合耐磨蝕層的原理示意圖。

其中，附圖標記為：1-預(yù)制耐磨蝕塊，2-磨輥，3-剛性成型腔，4-柔性模具袋，5-液態(tài)流體，6-耐磨蝕充填料，7-葉輪。

具體實施方式

實施例一

本實施例是在磨輥上加裝復(fù)合耐磨蝕層的方法，該方法包括以下步驟：

1)采用結(jié)構(gòu)陶瓷制作預(yù)制耐磨蝕塊1；結(jié)構(gòu)陶瓷可以選用氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷中的一種或多種的復(fù)合。

2)將多個預(yù)制耐磨蝕塊1通過螺栓固定在磨輥2的耐磨蝕層安裝面上；

3)將固定有預(yù)制耐磨蝕塊1的磨輥2放置在剛性成型腔3內(nèi)，并在預(yù)制耐磨蝕塊1與剛性成型腔3之間以及磨輥2與剛性成型腔3之間放置多個橡膠材質(zhì)的柔性模具袋4；

4)通過液體注入通道向柔性模具袋4內(nèi)注入液態(tài)流體5并排出空氣，使柔性模具袋4填滿預(yù)制耐磨蝕塊1與剛性成型腔3之間的空間；

5)通過耐磨蝕充填料注入通道向剛性成型腔3內(nèi)注入耐磨蝕充填料6，使耐磨蝕充填料6填滿磨輥2與預(yù)制耐磨蝕塊1之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊1之間的空間；耐磨蝕充填料6的填充壓力小于柔性模具袋4內(nèi)的液體壓力。

步驟5)具體包括以下步驟：

5.1.1)通過耐磨蝕充填料注入通道向剛性成型腔3內(nèi)注入耐磨蝕顆粒，使耐磨蝕顆粒填滿磨輥2與預(yù)制耐磨蝕塊1之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊1之間的空間；

5.1.2)通過耐磨蝕充填料注入通道向剛性成型腔3內(nèi)注入混合有固化劑的熱固性樹脂，使熱固性樹脂填滿耐磨蝕顆粒之間的空隙。

耐磨蝕充填料6是由耐磨蝕顆粒和熱固性樹脂混合構(gòu)成的，其中耐磨蝕顆粒為碳化硅顆粒、氧化鋁顆?；蛘叩桀w粒中的一種或幾種的混合；熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂或改性環(huán)氧樹脂、聚氨酯或改性聚氨酯、聚酰亞胺樹脂、乙烯基樹脂、改性乙烯基樹脂或者酚醛樹脂中的一種或幾種的混合。較為優(yōu)選地，耐磨蝕顆粒由三種不同粒徑大小的顆?；旌隙?，大顆粒的粒徑大于700微米小于或等于2000微米，中顆粒的粒徑大于150微米小于或等于700微米，小顆粒的粒徑大于50微米小于或等于150微米；其中，大顆粒的質(zhì)量分數(shù)為25％～40％，中顆粒的質(zhì)量分數(shù)為35～55％，小顆粒的質(zhì)量分數(shù)為5～40％。

6)通過加熱柔性模具袋4內(nèi)的液態(tài)流體5使剛性成型腔3內(nèi)的熱固性樹脂固化成型；當(dāng)熱固性樹脂固化溫度要求低時，液態(tài)流體5優(yōu)選水；當(dāng)熱固性樹脂固化溫度要求高時，液態(tài)流體5優(yōu)選耐高溫油(例如變壓器油)。

7)拆除剛性成型腔3和柔性模具袋4，完成磨輥上耐磨蝕層的安裝。

實施例二

本實施例是在泵體葉輪上加裝復(fù)合耐磨蝕層的方法，該方法包括以下步驟：

1)采用耐磨蝕顆粒和熱固性樹脂的復(fù)合材料制作預(yù)制耐磨蝕塊1；

2)使用粘接劑將多個預(yù)制耐磨蝕塊1固定在葉輪7的耐磨蝕層安裝面上；

3)將固定有預(yù)制耐磨蝕塊1的葉輪7放置在剛性成型腔3內(nèi)，并在預(yù)制耐磨蝕塊1與剛性成型腔3之間以及葉輪7與剛性成型腔3之間放置一個或者多個彈性塑料材質(zhì)的柔性模具袋4；

4)通過液體注入通道向柔性模具袋4內(nèi)注入液態(tài)流體5并排出空氣，使柔性模具袋4填滿預(yù)制耐磨蝕塊1與剛性成型腔3之間的空間；

5)通過耐磨蝕充填料注入通道向剛性成型腔3內(nèi)注入耐磨蝕充填料6，使耐磨蝕充填料6填滿葉輪7與預(yù)制耐磨蝕塊1之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊1之間的空間；耐磨蝕充填料6的填充壓力小于柔性模具袋4內(nèi)的液體壓力。

步驟5)具體包括以下步驟：

5.2.1)將耐磨蝕顆粒與熱固性樹脂以及固化劑充分混合均勻，形成耐磨蝕充填料；

5.2.2)將步驟5.2.1)制備得到的耐磨蝕充填料通過耐磨蝕充填料注入通道注入至剛性成型腔3內(nèi)，使耐磨蝕充填料6填滿葉輪7與預(yù)制耐磨蝕塊1之間以及相鄰預(yù)制耐磨蝕塊1之間的空間。

耐磨蝕充填料6是由耐磨蝕顆粒和熱固性樹脂混合構(gòu)成的，其中耐磨蝕顆粒為碳化硅顆粒、氧化鋁顆?；蛘叩桀w粒中的一種或幾種的混合；熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂或改性環(huán)氧樹脂、聚氨酯或改性聚氨酯、聚酰亞胺樹脂、乙烯基樹脂、改性乙烯基樹脂或者酚醛樹脂中的一種或幾種的混合。較為優(yōu)選地，耐磨蝕顆粒由三種不同粒徑大小的顆?；旌隙桑箢w粒的粒徑大于700微米小于或等于2000微米，中顆粒的粒徑大于150微米小于或等于700微米，小顆粒的粒徑大于50微米小于或等于150微米；其中，大顆粒的質(zhì)量分數(shù)為25％～40％，中顆粒的質(zhì)量分數(shù)為35～55％，小顆粒的質(zhì)量分數(shù)為5～40％。

6)通過加熱柔性模具袋4內(nèi)的液態(tài)流體5使剛性成型腔3內(nèi)的熱固性樹脂固化成型；當(dāng)熱固性樹脂固化溫度要求低時，液態(tài)流體5優(yōu)選水；當(dāng)熱固性樹脂固化溫度要求高時，液態(tài)流體5優(yōu)選耐高溫油(例如變壓器油)。

7)拆除剛性成型腔3和柔性模具袋4，完成葉輪上耐磨蝕層的安裝。