一种搅拌桨及使用该搅拌桨的真空注型机的制作方法

本发明涉及一种搅拌桨及使用该搅拌桨的真空注型机。

背景技术：

真空注型(vacuumcasting，vc)技术作为快速模具(rapidtooling，rt)技术中应用最为广泛的工艺方法，与传统模具制造相比，其制造周期仅为后者的30%-50%，制造成本仅为后者的20%-30%，而且在制造复现度、梯度功能材料和不同材质表面模具方面，具有机加工无可比拟的优势。因此，被广泛应用于航空航天、汽车、家电、医疗等行业中。目前vc技术主要成形材料为聚氨酯树脂材料，属于高分子材料反应成形领域，聚氨酯树脂材料通常由a、b两组分构成，多采用一步法工艺或两步法工艺制备。a组分一般为异氰酸酯，b组分为多元醇(含扩链剂)，a、b组分材料经混合均匀后，异氰酸酯与多元醇反应，生成聚氨醋类聚合物，反应使得材料在短时间内完成从液体向固体的转变，借助聚合物的交联和相分离作用实现产品的快速成型。因此工艺过程中的种种化学变化是以参加反应的双组分材料充分混合为前提，材料的混合质量直接决定了成型后产品的质量。

目前真空注型机使用的搅拌桨多为斜叶式、直叶式和涡轮式等，对于介质较为黏稠的双组分材料，单纯的提高搅拌桨转速来提高混合质量及效果，会使高分子材料遭到破坏，因此搅拌桨的转速一般控制在（80-150r/min）,材料通常处于低雷诺数的层流状态，混合过程中搅拌槽内形成环状混合隔离区，隔离区内的材料混合只能依靠分子扩散运动来实现，使得混合质量及效率普遍偏低，已不能满足产品质量要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不用提高搅拌桨转速、仅通过搅拌桨本身结构提高高分子材料的混合质量和混合效率的搅拌桨；本发明的目的还在于提供一种使用本发明的搅拌桨的真空注型机。

为实现上述目的，本发明的搅拌桨采用如下的技术方案：

技术方案1：搅拌桨包括搅拌轴和安装在搅拌轴上的桨叶，桨叶包括位于搅拌轴两侧的左右两半部分，左半部分为框式结构、右半部分为锚式结构，框式结构包括横向框边和通流孔，横向框边的上下两侧用于供流体通过；锚式结构具有用于与搅拌槽侧壁面贴近以便为搅拌槽侧壁面处的流体提供环向剪切力的侧壁贴合面，左半部分和右半部分的下部还设有用于与搅拌槽的底壁贴近以使搅拌槽底壁处的流体向上翻腾的底壁贴合面。

有益效果：本发明的搅拌桨采用中心非对称结构设计，分别为位于搅拌轴两侧的框式结构和锚式结构，框式结构配合通流孔可使流体上下翻腾引发混沌，实现流体的轴向流动，锚式结构贴近搅拌槽的侧壁，可对搅拌槽的近侧壁处的流体产生较大的剪切力，驱使近侧壁处的流体环向流动，桨叶的下部贴近搅拌槽的底壁，可对近底壁处的流体产生较大剪切力，使流体上下并环向翻腾流动，通过中心非对称结构的框式、锚式及近底壁的底壁贴合面结构，使得搅拌槽中的流体组分可以充分、有效混合，确保不提高搅拌转速的前提下提高搅拌效率和搅拌质量，同时，搅拌槽中的流体还会在搅拌槽内形成自上而下依次增大的压力，并在搅拌槽的中、上部形成低压区，使得作为气泡主要产生区域的中、上部的气泡轻易排出，提高流体组分质量。

技术方案2：在技术方案1的基础上，锚式结构上设有通流孔。锚式结构上通流孔的设置可促使流体可以更好的上下翻腾，使组分混合更加均匀。

技术方案3：在技术方案2的基础上，锚式结构上的通流孔有两个，两个通流通横向并排布置。

技术方案4：在技术方案3的基础上，锚式结构呈挂钩形。

技术方案5：在技术方案1-4任意一项的基础上，框式结构上的通流孔有多个且在框式结构上均匀布置。多个通流孔的设计可使流体上下翻腾、环向翻腾更均匀。

技术方案6：在技术方案5的基础上，框式结构的通流孔有四个，四个通流孔呈两行两列布置。

技术方案7：在技术方案6的基础上，所述框式结构呈矩形。

技术方案8：在技术方案1-4任意一项的基础上，桨叶上所有通流孔的总面积与桨叶的总面积的比值为0.2。

技术方案9：在技术方案1-4任意一项的基础上，搅拌轴包括上、下两段，两段通过接头可拆连接。搅拌轴上下两段可拆连接可具有方便运输和方便维修的作用。

技术方案10：在技术方案9的基础上，所述接头包括分别转动装配在搅拌轴的下段的上部和上段的下部的上、下螺圈，上、下螺圈通过螺纹连接，搅拌轴的上段的下端和下段的上端之间还设有传递扭矩的凸台和凹槽。

本发明的真空注型机采用如下的技术方案：

技术方案1：真空注型机包括搅拌槽以及从搅拌槽上端开口伸入搅拌槽内的搅拌桨，搅拌桨包括搅拌轴和安装在搅拌轴上的桨叶，桨叶包括位于搅拌轴两侧的左右两半部分，左半部分为框式结构、右半部分为锚式结构，框式结构包括横向框边和通流孔，横向框边的上下两侧用于供流体通过；锚式结构具有与搅拌槽侧壁面贴近以便为搅拌槽侧壁面处的流体提供环向剪切力的侧壁贴合面，左半部分和右半部分的下部还设有与搅拌槽的底壁贴近以使搅拌槽底壁处的流体向上翻腾的底壁贴合面。本发明的真空注型机的搅拌桨采用中心非对称结构设计，分别为位于搅拌轴两侧的框式结构和锚式结构，框式结构配合通流孔可使流体上下翻腾引发混沌，实现流体的轴向流动，锚式结构贴近搅拌槽的侧壁，可对搅拌槽的近侧壁处的流体产生较大的剪切力，驱使近侧壁处的流体环向流动，桨叶的下部贴近搅拌槽的底壁，可对近底壁处的流体产生较大剪切力，使流体上下并环向翻腾流动，通过中心非对称结构的框式、锚式及近底壁的底壁贴合面结构，使得搅拌槽中的流体组分可以充分、有效混合，确保不提高搅拌转速的前提下提高搅拌效率和搅拌质量，同时，搅拌槽中的流体还会在搅拌槽内形成自上而下依次增大的压力，并在搅拌槽的中、上部形成低压区，使得作为气泡主要产生区域的中、上部的气泡轻易排出，提高流体组分质量。

技术方案2：在技术方案1的基础上，锚式结构上设有通流孔。锚式结构上通流孔的设置可促使流体可以更好的上下翻腾，使组分混合更加均匀。

技术方案3：在技术方案2的基础上，锚式结构上的通流孔有两个，两个通流通横向并排布置。

技术方案4：在技术方案3的基础上，锚式结构呈挂钩形。

技术方案5：在技术方案1-4任意一项的基础上，框式结构上的通流孔有多个且在框式结构上均匀布置。多个通流孔的设计可使流体上下翻腾、环向翻腾更均匀。

技术方案6：在技术方案5的基础上，框式结构的通流孔有四个，四个通流孔呈两行两列布置。

技术方案7：在技术方案6的基础上，所述框式结构呈矩形。

技术方案8：在技术方案1-4任意一项的基础上，桨叶上所有通流孔的总面积与桨叶的总面积的比值为0.2。

技术方案9：在技术方案1-4任意一项的基础上，搅拌轴包括上、下两段，两段通过接头可拆连接。搅拌轴上下两段可拆连接可具有方便运输和方便维修的作用。

技术方案10：在技术方案9的基础上，所述接头包括分别转动装配在搅拌轴的下段的上部和上段的下部的上、下螺圈，上、下螺圈通过螺纹连接，搅拌轴的上段的下端和下段的上端之间还设有传递扭矩的凸台和凹槽。

附图说明

图1为本发明的真空注型机具体实施例中的搅拌桨的结构示意图；

图2为图1中上、下搅拌轴连接处内部结构示意图；

图3为图1中的下搅拌轴的结构示意图；

图4为图1中的上搅拌轴的结构示意图；

图5为真空注型机工作时其搅拌槽中的纵截面上流体产生的流场结构示意图；

图6为真空注型机工作时其搅拌槽中的横截面上流体产生的流场结构示意图；

图7为真空注型机工作时其搅拌槽中的压力场结构示意图；

图中：1-桨叶，11-框式结构，12-锚式结构，13-通流孔，2-上搅拌轴，21-凸台，3-下搅拌轴，31-凹槽，32-安装槽，33-安装孔，4-上螺圈，5-下螺圈；h-低压区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的真空注型机的具体实施例，真空注型机包括搅拌槽，搅拌槽结构为现有技术，搅拌槽的上部安装驱动电机和传动机构等，并传动连接有搅拌桨，搅拌桨从搅拌槽的上部悬伸至搅拌槽内，如图1所示，搅拌桨包括搅拌轴和桨叶1，如图1-4所示，搅拌轴包括上搅拌轴2和下搅拌轴3，上搅拌轴2的下部设有台阶圆台，台阶圆台的下部设有凸台21，凸台21呈“一”字形，在凸台21和圆台的棱角处设有倒角或圆角（图中未示出），上搅拌轴2的上部具有挡台。下搅拌轴3的上部具有圆台，圆台的上端面设有凹槽31，凹槽31与上搅拌轴2的凸台21形状适配，通过凸台21与凹槽31的插接配合实现上、下搅拌轴之间的扭矩传递。下搅拌轴3的下部还设有安装槽32，安装槽32沿下搅拌轴3的轴线处剖切而成，且在下搅拌轴3的下部开口，形成一个夹板结构，该夹板结构可用于供桨叶1插入。夹板结构的两片夹板上设有上下两个贯穿的安装孔33，安装孔33的轴线垂直安装槽32的槽壁面，安装孔33用于供螺栓穿过以将桨叶1固定在搅拌轴上。上搅拌轴2的下部圆台处转动装配有具有外螺纹的上螺圈4，下搅拌轴3的上部圆台处转动装配有具有内螺纹的下螺圈5，上、下螺圈通过其内、外螺纹螺纹连接，从而实现上搅拌轴2和下搅拌轴3的连接固定，方便上、下搅拌轴的拆装，上、下螺圈在旋合时可通过拉动上、下圆台而使上、下搅拌轴沿轴向相互靠近。

如图1所示，桨叶1包括左右两部分，左右两部分的分界处为桨叶1上设置的上、下两个螺栓孔，两个螺栓孔的位置与下搅拌轴3上的两个安装孔33的位置对应，以便于通过螺栓可同时穿过搅拌轴上的安装孔33和桨叶1上的螺栓孔。桨叶1的左板部分为框式结构11，即矩形的框架内分别设置两行两列通流孔13形成的框架结构，可以看作是“田”字形，以便依靠该结构实现对搅拌槽的流体提供一个上下翻腾的运动，从而诱发混沌混合，“田”字形的下边沿与搅拌槽的底壁的形状适配，以便下边沿可与搅拌槽的底壁完美贴近，从而使搅拌槽近底壁处的流体得到较大剪切力而得以向上翻腾。桨叶1的右半部分为锚式结构12，呈挂钩形或者l形但在l形的上拐角处设有下凹的缺口。锚式结构12的下部区域还设有左右两个通流孔13，通流孔13的设置可实现使下部流体上下翻腾运动。锚式结构12的侧边形状与搅拌槽的侧壁形状适配，以便侧边可与搅拌槽的侧壁贴近，以提供给搅拌槽的近侧壁处流体一个较大的剪切力，使得搅拌槽近侧壁处的流体环向流动，同时，锚式结构12的下部边沿与框式结构11的下部边沿一致，从而与搅拌槽底壁更好贴近。桨叶1整体呈中心非对称的异形结构，可使搅拌槽内的流体无法形成固定的流动周期，使得搅拌槽中的流体上下、环向来回翻腾，实现对搅拌槽中流体的高效、高质量的混合。桨叶1上所有通流孔13的总面积与桨叶1总面积的比值为0.2。

本发明的真空注型机在使用时：通过旋拧上螺圈4和下螺圈5可实现上搅拌轴2和下搅拌轴3的快速拆装；上搅拌轴2和下搅拌轴3通过其凸台21和凹槽31的配合可实现扭矩的传递；当开动搅拌桨在搅拌槽中搅拌工作时，搅拌槽中的流体会形成如图5、6的上、下漩涡流场和环向漩涡流场，在通流孔13阵列处形成冲刷区，在该区域产生高剪切作用，在搅拌槽靠近侧壁和底壁处形成小的旋流结构流场，保证搅拌槽近侧壁和底壁区域得到较大的剪切力，从而有利于破坏搅拌槽壁面的层流底层，减少流体与壁面的黏结；如图7所示，在混合过程中，桨叶1的中心非对称特殊结构在搅拌槽内形成一个自上而下依次增大的压力场，由于桨叶1的一侧锚式结构12的搅拌而使搅拌槽内的中上部出现较大的低压区h，根据气泡的生成条件可知，气泡主要在上、上部区域产生和聚集，从而在结构上有利于将混合过程中产生或溶解的空气排出，提高组分质量。

在其他实施例中：搅拌轴不仅可用于真空注型机上，也可用于其他搅拌设备上，如化学领域中的各类反应炉、搅拌设备、混合设备或者建筑行业的混凝土搅拌等；搅拌轴也可采用一根不分体的设计；通流孔的形状可以是矩形、菱形、圆形或者其他异形结构；通流孔的总面积与桨叶的总面积的比值也不限于0.2，也可替换为小于或大于0.2，例如0.15或0.25等；通流孔的数量也不限于六个，也可替换为更多或者更少，如两边各三个、共五个或七个；桨叶与搅拌轴的固定方式也可采用焊接方式。

本发明的搅拌桨的实施例与本发明的真空注型机的各实施例中的搅拌桨的各实施例相同，不再赘述。