一种泵壳及其制造方法与流程

本发明涉及泵技术领域，具体涉及一种泵壳及其制造方法。

背景技术：

泵是工业生产中常用的机械设备，可用来输送流体或为流体增压，流体主要包括水、油、酸碱液体、乳液、固体颗粒悬浮液等，这些流体通常具有一定的腐蚀性，并且流动时的流速较快，会腐蚀泵体并对泵体产生较大的冲刷力，损坏泵体，泵壳可用来保护泵体减少损害。

目前市场上泵壳从材料上分两大类，一类是金属铸造件，另一类是非金属材料和金属铸造泵壳复合件。其中非金属材料内衬复合件中的金属泵壳结构设计，仅将金属泵壳需要做非金属内衬的厚度预留出来，然后通过非金属材料内衬填充来达到设计的尺寸；通常金属泵壳骨架结构设计在做非金属材料内衬时抗拉强度不够，客户使用时，非金属内衬层容易发生局部脱落、开裂和边沿脱层，从而缩短该产品的使用寿命。此外，非金属内衬材料跟金属泵壳抗拉强度不够和内衬时金属泵壳骨架结构上排气设计不合理，厂家在做非金属材料内衬时，会经常出现非金属材料内衬表面产生大量气泡，开裂和部分脱层，从而需要二次加工来处理这些异常品质，导致制造成本上升和生产周期延长，从而降低产品的市场竞争力。

中国实用新型专利(cn207761932，一种耐腐耐磨塑料衬里泵泵壳)公开了一种具有塑料衬里的泵壳，包括做塑料衬里泵壳、内槽和泵体，泵体的外表壁套有对称分布的左塑料衬里泵壳和右塑料衬里泵壳，泵壳的表面均固定套有耐腐保护壳，泵壳的内部设置有橡胶垫，可避免塑料衬里与泵体的直接接触，提高泵壳的耐磨性。该发明的泵壳塑料衬里与橡胶垫接触，泵体不会与塑料衬里接触，耐磨性主要依赖橡胶垫实现，泵壳外部的耐腐保护壳则提高了泵壳的耐腐蚀性，而各层之间是通过螺栓、螺母等金属连接方式，金属材质的螺栓螺母不耐腐蚀，一方面会降低泵壳各层之间的连接强度，还会缩短泵壳的使用寿命。

技术实现要素：

本发明欲解决的问题是现有的泵壳耐磨和耐腐蚀性不强，非金属内衬材料与泵壳的金属骨架结构结合不够紧密，易从泵壳金属骨架上脱落，导致泵壳使用寿命短等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种泵壳及其制造方法，其中泵壳包括泵壳金属骨架和非金属内衬，非金属内衬包覆固定于泵壳金属骨架的内侧；在泵的工作过程中，泵的传输流体仅与非金属内衬接触，非金属内衬材料具有较强的耐磨和耐腐蚀性，可提高泵盖的耐磨耐腐蚀性。

所述泵壳金属骨架包括第一骨架和第二骨架；第一骨架和第二骨架为基本对称结构，在第一骨架与第二骨架的连接处内侧设有凹槽；

所述第一骨架的外侧表面上设有开孔；

所述第一骨架和第二骨架的中心各设有一个圆形通孔，两个圆形通孔的直径相同；该通孔内的空间形成了圆柱形通孔，内部设置叶轮；两个圆形通孔的外侧分别连接泵的前泵盖和后泵盖，并与泵的底座及其他连接件一起构成了泵结构。

所述第一骨架上圆形通孔的侧壁上设有第一过渡结构；

所述第二骨架上圆形通孔的侧壁上设有第二过渡结构；

所述非金属内衬完全充填于凹槽、第一过渡结构和第二过渡结构中，可增大非金属内衬与泵壳金属骨架的接触面积，提高两者的结合力。

进一步地，所述凹槽的数量≧1。凹槽可以是规则排列在第一骨架和第二骨架连接处内侧的多个平行或垂直于圆形通孔的圆弧形凹槽，也可以是以圆环形式分布在第一骨架结构和第二骨架结构连接处内侧的一个以圆形通孔中心点为圆心，且平行于圆形通孔的圆环形凹槽。

进一步地，所述凹槽为内大外小结构，即凹槽的底面宽度大于开口面宽度。这样可使非金属内衬材料更多地嵌入泵壳金属骨架中，增大外力牵扯剥离非金属内衬材料的难度，进一步提高非金属内衬与泵壳金属骨架的结合强度。

进一步地，所述第一过渡结构包括台阶结构和凸起结构a；其中凸起结构a位于第一骨架的内侧表面外边沿处，台阶结构与凸起结构a并排分布于第一骨架上圆形通孔的侧壁上，台阶结构和凸起结构a通过圆滑的过渡曲面连接。其中凸起结构a和台阶结构中的拐角部位均设计为圆角，圆滑的过渡曲面和圆角设计可避免应力集中，确保泵壳金属骨架的强度。

进一步地，所述第二过渡结构包括凸起结构b和c，凸起结构b位于第二骨架的内侧表面外边沿处，凸起结构c与凸起结构b并排分布于第二骨架上圆形通孔的侧壁上，凸起结构b和c之间通过圆滑过渡曲面连接。凸起结构b和c中的拐角部位均设计为圆角，圆滑的过渡曲面和圆角设计可避免应力集中，确保泵壳金属骨架的强度。

所述第一过渡结构和第二过渡结构位于泵壳金属骨架中心通孔的外侧壁上，也是泵壳金属骨架与非金属内衬材料结合的边缘，此处容易产生剥落、脱层、开裂和气孔等缺陷，设计过渡结构能够增大泵壳金属骨架与非金属内衬材料的接触面积，提高两者的结合强度，起到加强作用，减少上述缺陷。

进一步地，所述泵壳金属骨架的材料为不锈钢、碳钢或球墨铸铁中的一种或几种的混合物。

进一步地，所述非金属内衬的材料组分包括碳化硅陶瓷和酚醛树脂。非金属内衬材料组分包括碳化硅陶瓷和酚醛树脂，碳化硅陶瓷不仅具有优异的力学性能：高抗弯强度、高硬度，而且具有优异的抗氧化、耐腐蚀和耐磨性能，高温情况下仍具有良好的力学性能。酚醛树脂是一类重要的化工粘结剂，能够与多种有机或无机填料良好相容，热塑性的酚醛树脂加热熔融后能牢固粘结在金属骨架层内侧表面，不易被介质冲刷掉。

本发明同时还保护了一种泵壳的制造方法，包括如下步骤：

(1)采用机械加工的方法，在泵壳金属骨架的第一骨架和第二骨架连接处开设凹槽、在第一骨架圆形通孔侧壁上开设第一过渡结构、在第二骨架圆形通孔的侧壁上开设第二过渡结构；

(2)对泵壳金属骨架进行表面喷砂处理，随后进行清洁；

(3)将泵壳金属骨架结构层放入真空热浇注系统；

(4)将非金属内衬层材料搅拌混合均匀，随后加入真空热浇注系统；

(5)对非金属内衬层材料进行加热处理使其熔融，将熔融的非金属内衬层材料通过开孔真空浇注在泵壳金属骨架结构的内侧，冷却成型后即得到泵壳。

根据泵壳的具体结构和应用场所设计出泵壳金属骨架，对开设好凹槽、第一过渡结构和第二过渡结构结构的泵壳金属骨架进行表面喷砂处理，使其表面粗糙度ra＝1.6-3.5，优选为2.5，该粗糙度下，泵壳金属骨架表面具有细微的不平整，微见加工痕迹，更够更好地与熔融非金属材料层结合，泵壳金属骨架层与非金属内衬层的结合强度为最优。

热塑性酚醛树脂的熔点在350℃左右，而碳化硅的熔点在1000℃以上，加热非金属内衬层原料，温度达到350℃以上时，酚醛树脂熔化，碳化硅均匀分布在酚醛树脂熔体内，在真空浇注系统中，熔体在金属骨架层的内侧进行充填和包覆，在真空作用下，熔体首先充填凹槽和过渡结构，再进行包覆，当达到合适厚度时，停止浇注，进行冷却，酚醛树脂冷却成型后就与碳化硅共同牢固地包覆在泵壳金属骨架层的内层表面。酚醛树脂的优异粘结性能使非金属材料层与泵壳金属骨架牢固结合，碳化硅的高强度又增加了泵壳的强度。

在真空浇注非金属内衬材料时，开设于第一骨架外侧表面的开孔可以确保非金属材料下料顺畅，排气充分，减少泵壳金属骨架内侧非金属内衬材料的剥落、脱层、开裂和气孔等缺陷；此外，设计在第一骨架和第二骨架结合处的凹槽也具有一定的排气作用，使非金属内衬材料在浇注过程中下料更顺畅，排气更充分，减少上述缺陷。

对冷却成型后得到的泵壳进行数控加工检测、超声波检验和三坐标全尺寸检测后，尺寸和性能达标的泵壳产品即为合格产品。

泵壳在工作时，会因传输流体介质的冲刷、摩擦等产生外力，外力会向外牵扯非金属内衬材料层，从而破坏内衬层和泵壳金属骨架之间的抗拉强度。泵壳的金属骨架结构上设计凹槽结构，当在泵壳上做非金属材料内衬时，非金属材料首先会填满凹槽，凹槽内的非金属材料会抓紧凹槽内壁，当受到外力牵扯时，非金属材料会牢牢地粘附在泵金属骨架的内侧表面，增大抗拉强度；同时该凹槽内填充满非金属材料内衬后，也可以起到排气作用，减少非金属内衬层的气孔和开裂等品质缺陷，从而提高非金属材料内衬层和壳金属骨架之间的附着强度。

鉴于在泵壳上做非金属材料内衬时，端面和边沿容易产生剥落、脱层、开裂、气孔等缺陷，在泵壳金属骨架与非金属内衬材料接触的边沿处上还设有过渡结构，可确保下料顺畅，充分排气，加强了端面和边沿处非金属材料内衬和金属骨架之间的结合力，避免了上述缺陷。

此外，在泵壳金属骨架上还设有开孔，可以确保非金属材料下料顺畅，排气充分。从而减少泵壳主体非金属内衬层的剥落、脱层、开裂、气孔等缺陷。

与现有技术相比，本发明的泵壳及其制造方法具有以下优点：

1、在泵壳金属骨架上设置凹槽，增大了内衬层和金属骨架之间的抗拉强度。

2、泵壳金属骨架与非金属内衬材料的接触边沿处设有过渡结构，既增大了边沿处内衬层和金属骨架之间的结合力，又可实现下料顺畅、充分排气，避免了剥落、脱层、开裂、气孔等缺陷。

3、泵壳金属骨架上的开孔结构设计，保证了下料顺畅和排气充分，减少了剥落、脱层、开裂、气孔等缺陷。

4、本发明得到的泵壳强度高，耐腐蚀性能好，使用寿命大大延长。

附图说明：

图1：泵壳金属骨架结构的立体结构图。

图2：泵壳金属骨架结构的主视图。

图3：沿a-a方向的剖视图。

图4：凹槽结构的局部放大图。

图5：第一过渡结构的局部放大图。

图6：第二过渡结构的局部放大图。

附图标记说明：1：第一骨架；2：第二骨架；3：凹槽；11：开孔；12：第一过渡结构；21：第二过渡结构；121：台阶结构，122：凸起结构a；211：凸起结构b；212：凸起结构c。

具体实施方式：

下面结合附图，通过具体实施例进行详细阐述，说明本发明的技术方案。

在本实施例中，为了叙述方便，此处省略了非金属内衬，但作为泵壳的一部分，非金属内衬材料完全充填于泵壳金属骨架内侧的凹槽和第一与第二过渡结构中，并包覆与泵壳金属骨架的内侧。

泵壳金属骨架层由耐腐蚀的不锈钢材质经压铸成型并经过精加工制成；非金属内衬材料为酚醛树脂和碳化硅陶瓷的混合物，其中酚醛树脂与碳化硅陶瓷的质量比为1：0.5-2。

如图1所示，泵壳金属骨架包括第一骨架1和第二骨架2，以及第一骨架1和第二骨架2连接处的凹槽3；第一骨架1和第二骨架2相接触的截面彼此完全重合，泵壳金属骨架呈中空结构；泵壳金属骨架结构整体呈圆形，为了使其能够放置于平面上，在泵壳金属骨架的底部设有底座。

如图2所示，正面是第一骨架1的视图，结合图1，在第一骨架1的外侧表面均匀分布着7个开孔11，在第一骨架1的中心处设有一个大的圆形通孔，与第二骨架2中心处设置的通孔孔径相同，开孔11的内径为泵壳金属骨架中心处大圆形通孔内径的1/5。

如图3所示，第一骨架1和第二骨架2的连接处设有凹槽3，图4是凹槽3的局部放大图，凹槽3呈圆环形，平行于圆形通孔，且以圆形通孔的中心点为圆心围绕第一骨架1和第二骨架2的连接处内侧面一周，凹槽3的底面宽度大于开口面宽度，呈内大外小结构，凹槽3的深度是非金属内衬材料层填充厚度的0.8倍，凹槽3的拐角处均为圆角设计，圆角的半径是非金属内衬材料层填充厚度的0.16倍。在第一骨架1中心处设置的大圆形通孔侧壁上设有第一过渡结构12，第二骨架2中心处设置的大圆形通孔侧壁上设有第二过渡结构21。

图5是第一过渡结构12的局部放大图，包括台阶结构121和凸起结构a122，凸起结构a122位于第一骨架1的内侧表面外边沿处，台阶结构121位于凸起结构a122的下方，台阶结构121呈两级台阶结构，台阶结构121的底部距大圆形通孔侧壁的距离为非金属内衬材料层填充厚度的0.5倍，台阶结构121和凸起结构a122中的拐角部位均设计为圆角，圆角的半径是非金属内衬层填充厚度的0.16倍。

图6是第二过渡结构21的局部放大图，包括凸起结构b211和凸起结构c212，凸起结构c212位于凸起结构b211的上方，两个凸起结构b和c中间形成的凹槽深度为非金属内衬材料层填充厚度的0.5倍，凸起结构b211和c212中的拐角部位均设计为圆角，圆角的半径是非金属内衬层填充厚度的0.16倍。

该泵壳的制造方法包括如下步骤：

(1)采用机械加工的方法，在泵壳金属骨架的第一骨架1和第二骨架2连接处开设凹槽3、在第一骨架1大圆形通孔侧壁上开设第一过渡结构11、在第二骨架2圆形通孔的侧壁上开设第二过渡结构21；

(2)对泵壳金属骨架进行表面喷砂处理，使其表面粗糙度ra＝2.5，随后进行清洁；

(3)将泵壳金属骨架结构层和浇注模具进行组装，放入真空热浇注系统；

(4)将酚醛树脂和碳化硅陶瓷的混合物搅拌混合均匀，随后加入真空热浇注系统；

(5)对酚醛树脂和碳化硅陶瓷的混合物进行加热使酚醛树脂熔融，将熔融的混合物材料真空浇注在泵壳金属骨架结构层的内侧，冷却成型后即得到泵壳。

(6)对浇注后的泵壳进行数控加工检测、超声波检验和三坐标全尺寸检测，尺寸和性能达标的泵壳即为合格产品。

在采用本设计之前，按照目前市场上常用的泵壳结构设计，即直接将非金属内衬层浇注在泵壳金属骨架结构层光滑的内侧面上，生产并测试了十件产品，其非金属材料内衬和泵壳金属骨架的抗拉强度为10-12mpa。泵壳端面和边沿的开裂、脱层、气孔等缺陷率大于90％。

采用本设计后，生产并测试了十件产品，其非金属材料内衬和金属骨架的抗拉强度大于20mpa。泵壳端面和边沿的开裂、脱层、气孔等缺陷率小于5％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制发明，凡在本发明的设计构思品无明显之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。