一种泵盖及其制造方法与流程

本发明涉及泵技术领域，具体涉及一种泵盖及其制造方法。

背景技术：

目前市场上的泵盖从材料上分两大类，一类是金属铸造件，另一类是非金属材料和泵盖金属骨架复合件，目前市场上非金属材料内衬复合件中的泵盖金属骨架结构设计，只是将泵盖需要做非金属材料内衬零件表面尺寸简单地缩小，然后再通过非金属材料内衬来填充缩小部分的尺寸。而这些常用的泵盖金属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，产品容易造成非金属内衬层脱落、开裂和边沿脱层泄露，从而缩短该产品的使用寿命；非金属内衬材料跟泵盖金属骨架抗拉强度不够，厂家在生产该零件时，会经常出现非金属材料内衬表面开裂和部分脱层，从而需要二次加工来处理异常品质，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。

中国发明专利(cn106050724，一种内衬树脂碳化硅的脱硫泵及其制备方法)公开了一种脱硫泵，其前泵盖和后泵盖内壁均设有内衬，内衬材料为树脂碳化硅材质，加热浇注成型在泵盖内壁上，提高了泵的整体强度和稳定性。但是这种在泵盖上设置非金属内衬的方法，是在光滑的泵盖内壁上热浇注一层碳化硅材料，尽管内衬材料中含有环氧树脂粘结剂，在使用过程中仍会由于化学试剂的腐蚀和环氧树脂的老化等因素与泵盖内壁发生开裂或脱层，导致抗拉强度不足，影响使用寿命。

中国实用新型专利(cn201496325，废酸浓缩轴流泵的泵盖)公开了一种由金属嵌件和陈层组成的泵盖，陈层采用内衬外包形式固定在金属嵌件上，金属嵌件上设有若干个孔或燕尾槽或加强筋，衬层为氟塑料、玻璃钢等材质，充填于金属嵌件上的燕尾槽内并外包在金属嵌件上，提高了衬层与金属嵌件的结合强度。中国发明专利(cn101041262，一种钢塑复合耐腐蚀混流泵的制造方法)公开了一种泵，泵盖材料为铸铁、碳钢制成的骨架，在泵盖表面分别开有大小不等的燕尾槽，将加热后的氟塑料通过挤压装置挤压到燕尾槽中，并在覆盖的表面上钻孔、攻丝后，用螺钉锁紧。中国实用新型专利(cn201420704，一种泵的内衬)公开了一种在金属材质的泵表面设置内衬的方法，可在泵后盖的表面设置若干个内大外小槽，将氟材料加热熔融后注入槽内，冷却后即与金属件的泵后盖结合，不仅保持了泵的机械强度，还提高了泵的耐腐蚀性。上述几种方法通过在金属泵盖上设置燕尾槽或内大外小槽的方法，使加热后的衬层材料先充填燕尾槽或内大外小槽内，通过特殊的槽确保了衬层材料难以从金属泵盖中牵拉出去，但是，在未设置槽状结构的部位尤其是边缘附近结合仍然不够紧密，衬层极易剥落或脱层，导致使用过程中出现缺陷。

技术实现要素：

本发明欲解决的问题是现有的泵盖金属骨架与内衬材料结合不够紧密，抗拉强度不够，易出现衬层脱落、开裂或边沿脱层泄露，缩短产品使用寿命等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种泵盖及其制造方法，其中泵盖包括金属骨架层和非金属内衬层，非金属内衬层包覆于金属骨架层的内侧表面；在工作过程中，介质仅与泵盖上的非金属内衬层接触，不会接触到金属骨架层，避免了介质对金属骨架层的腐蚀，可延长泵盖的使用寿命。

在金属骨架层上设有凹槽ⅰ和过渡结构；所述非金属内衬层完全充填于凹槽ⅰ和过渡结构中；设计凹槽ⅰ和过渡结构可以使非金属内衬层充填其中，增大非金属内衬层与金属骨架层的接触面积，提高两者的结合力。

进一步地，凹槽ⅰ和过渡结构位于金属骨架层的内侧，凹槽ⅰ内部的拐角处均为圆角设计，可避免应力集中，确保金属骨架层的强度。

进一步地，凹槽ⅰ的数量≧1，凹槽ⅰ可以是规则排列在金属骨架层内侧表面上的多个圆弧形凹槽，也可以是围绕金属骨架层的中心以同心圆环的形式分布在金属骨架层内侧表面上的多个圆环形凹槽，或者是两者的结合，以及其他各种分布形式。

进一步地，凹槽ⅰ为内大外小结构，即凹槽ⅰ的底面宽度大于开口面宽度，这样可使非金属内衬层更多地嵌入金属骨架层中，增大外力牵扯剥离非金属内衬层的难度，进一步提高非金属内衬层与金属骨架层的结合强度。

进一步地，过渡结构位于金属骨架层的内侧外边沿处。泵盖的外边沿和端面处是非金属内衬层和金属骨架层结合的边缘，此处容易产生剥落、脱层、开裂和气孔等缺陷，设计过渡结构能够起到加强作用，减少上述缺陷。

进一步地，过渡结构包括≧2个凹槽ⅱ和连接相邻凹槽ⅱ的圆滑过渡曲面，凹槽ⅱ内部的拐角处均为圆角设计，且不同的凹槽ⅱ之间由曲面连接，连接处也为圆角设计，避免应力集中，保证金属骨架层的强度。

进一步地，凹槽ⅱ也为内大外小结构，即凹槽ⅱ的底面宽度大于开口面宽度，与凹槽ⅰ的设计原理相同。

其中凹槽ⅰ与凹槽ⅱ的尺寸结构可以相同，也可以不同；通常凹槽ⅱ比凹槽ⅰ的尺寸小。

进一步地，金属骨架层可选择不锈钢、碳钢或球墨铸铁等材料中的一种或几种的混合物；

非金属内衬层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盖的制造方法，包括如下步骤：

(1)采用机械加工的方法，在金属骨架层的内侧上开设凹槽ⅰ和过渡结构；

(2)对金属骨架层进行表面喷砂处理，随后进行清洁；

(3)将金属骨架层和浇注模具进行组装，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)对非金属材料层材料进行加热使其熔融，将熔融的非金属内衬层材料真空浇注在金属骨架结构层的内侧，冷却成型后即得到泵盖。

根据泵的具体结构和应用场所设计出金属骨架层，金属骨架层可以为各种不同形状，均可采用本发明的方法在其内侧设计非金属材料层；对开设完凹槽ⅰ和过渡结构的金属骨架层进行表面喷砂处理，使其表面粗糙度ra＝1.6-3.5，优选为2.5，该粗糙度下，金属骨架层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，金属骨架层与非金属材料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ⅰ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金属骨架层牢固结合，碳化硅的高强度又增加了泵盖的强度。

在真空浇注时，凹槽ⅰ和凹槽ⅱ的存在可起到排气作用，使下料更加顺畅，减少非金属内衬层的气孔和开裂等品质缺陷，进一步提高非金属内衬层和金属骨架层之间的附着强度。

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

此外，在金属骨架层上与非金属内衬层接触的一侧上所有的拐角处均设计为过度圆角，可避免传统直拐角带来的应力集中问题，减少非金属内衬层的开裂、剥落。

本发明的泵盖包括前泵盖和后泵盖，无论是前泵盖还是后泵盖，泵盖的金属骨架层都位于泵体的外部；非金属内衬层位于泵体内部，并包覆于金属骨架层内侧表面，与泵中的介质直接接触，可起到保护金属骨架层的作用。

与现有技术相比，本发明的泵盖及其制造方法具有以下优点：

1、在泵盖金属骨架上设置内大外小结构的凹槽ⅰ，增大了非金属内衬层和金属骨架之间的抗拉强度，降低了非金属内衬层发生脱层的可能性。

2、泵盖金属骨架的边沿处设有过渡结构，增大了边沿处内衬层和金属骨架之间的结合力，避免了非金属内衬层的边缘剥落、脱层。

3、凹槽ⅰ和过渡结构中的凹槽ⅱ可在真空浇注时非金属材料下料顺畅、充分排气，避免非金属内衬层的气孔和开裂。

4、本发明得到的泵盖强度高，耐腐蚀性能好，使用寿命大大延长。

附图说明：

图1：金属骨架层的立体结构图；

图2：金属骨架层的主视图；

图3：金属骨架层沿其中心线即a-a方向的剖视图；

图4：凹槽ⅰ的局部放大图；

图5：过渡结构的局部放大图。

附图标记说明：1：凹槽ⅰ；2：过渡结构；11：凹槽ⅰ-a；12：凹槽ⅰ-b；13：凹槽ⅰ-c；14：凹槽ⅰ-d；21-凹槽ⅱ；211：凹槽ⅱ-e；212：凹槽ⅱ-f；22-圆滑过渡曲面。

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，为了方便查看附图和文字描述，此处省去了非金属内衬层，但作为泵盖的一部分，非金属内衬层完全充填于凹槽ⅰ1和过渡结构2中，并包覆于金属骨架层的内侧。

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；非金属内衬层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和2所示，金属骨架层的内侧表面呈“凹”字形，在内侧表面的外边沿处设有过渡结构，内侧表面的上端面上设有两个凹槽ⅰ11和12。

图3是金属骨架层沿a-a方向的剖视图，可看出，金属骨架层内侧表面上设有4个以金属骨架层的中心为圆心的呈同心圆形状布置的凹槽ⅰ，分别是：内侧表面上端面上的两个凹槽ⅰ11和12，记为a和b，即11和12；下凹的内侧表面侧面上的一个凹槽ⅰ13，记为c；下凹的内侧表面下端面上的凹槽ⅰ14，记为d。本实施例中，四个凹槽ⅰ11、12、13和14的槽深度相同，宽度也相同；而四个圆形凹槽ⅰ1的半径不同，即凹槽ⅰ1的周长不同，凹槽ⅰ1的周长由大到小依次为11>12>13>14，即为a>b>c>d。

图4是凹槽ⅰ1的局部放大图，凹槽ⅰ1的底面宽度等于非金属内衬层的填充厚度，凹槽ⅰ1的开口面宽度是非金属内衬层填充厚度的0.6倍，凹槽ⅰ1的深度是非金属内衬层填充厚度的0.8倍，凹槽ⅰ1的拐角处均为圆角设计，圆角的半径是非金属内衬层填充厚度的0.16倍。

4个凹槽ⅰ1均匀分布于金属骨架层内侧表面的不同部位，增大了非金属内衬层与金属骨架层之间的结合强度。

图5是过渡结构2的局部放大图，过渡结构2包括≧2个凹槽ⅱ21和连接相邻凹槽ⅱ的圆滑过渡曲面22，凹槽ⅱ21包括2个以金属骨架层的中心为圆心的呈同心圆形状布置的凹槽，凹槽ⅱ2的深度为凹槽ⅰ1的一半，宽度也为凹槽ⅰ1的一半；

2个凹槽ⅱ211和212分别记为e和f，其中凹槽ⅱ211垂直于金属骨架层内侧表面的上端面，凹槽ⅱ212平行于金属骨架层内侧表面的上端面，凹槽ⅱ211和凹槽ⅱ212的槽深度相同，宽度也相同，凹槽ⅱ212位于凹槽ⅱ211的外侧，即f的半径和长度大于e。凹槽ⅱ211和凹槽ⅱ212的拐角处均为圆角设计，且连接凹槽ⅱ211和凹槽ⅱ212的是一圆滑过渡曲面22，可减少应力集中问题。

凹槽ⅱ211的下部与金属骨架层内侧表面上端面的距离为非金属内衬层填充厚度的0.5倍，凹槽ⅱ212的下部与金属骨架层外沿端面的距离为非金属内衬层填充厚度的0.5倍。

在其他实施例中，凹槽ⅰ1和过渡结构2可以不是以金属骨架层中心为圆点分布的一系列同心圆，也可以是在上述同心圆周上间隔分布的槽状结构，还可以是以其他方式分布在金属骨架层内侧表面上的槽状结构。

该泵盖的制造方法包括如下步骤：

(1)采用机械加工的方法，在金属骨架结构层的内侧上开设凹槽ⅰ1、过渡结构2；

(2)对上述金属骨架结构层进行内外侧表面喷砂处理，使其ra＝2.5，并进行清洁；

(3)将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金属骨架结构层的内侧，冷却成型后即得到泵盖。

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

为了与本发明的泵盖进行对比，按照目前市场上常用的泵盖结构设计，即将泵盖金属骨架的表面尺寸简单地缩小，然后再通过非金属材料内衬来填充缩小部分的尺寸，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为12-13mpa。泵后盖板端面和边沿的开裂、脱层、气孔等缺陷率大于87％。

采用本发明后，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22mpa。泵盖端面和边沿的开裂、脱层、气孔等缺陷率小于3％。

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。