在金属构件上加装复合耐磨蚀层的随形模具的制作方法

本实用新型属于材料技术领域，具体涉及一种在金属构件上加装复合耐磨蚀层的随形模具。

背景技术：

磨蚀是磨损与腐蚀或气蚀同时作用而形成的一种较为特殊的腐蚀失效类型。相应的，耐磨蚀性是衡量材料使用性能的众多指标中非常重要的一项，特别是对于应用在带有高速流动的固体颗粒或腐蚀性流体的环境中的结构部件而言，其耐磨蚀性能的好坏关乎到整个设备的安全性、稳定性以及使用寿命。

为了降低材料磨蚀对设备运行的影响，最直接的方法是使用结构陶瓷(例如碳化硅陶瓷)或者耐磨蚀性能好的复合材料(例如耐磨蚀颗粒与热固性树脂浇注的复合材料)制作设备部件。但是，不管是烧结还是浇注，其加工工艺和条件都十分苛刻，特别是对于结构复杂、体型较大的设备，不仅模具制造困难，其成型难度也更大，制品成品率较低。因此，行业内更多地是采用金属材料加工成型，然后再为金属成型构件加装耐磨蚀层的方法来提高设备的耐磨蚀性能。

公布于2013年2月13日的中国发明专利申请CN102927032A提出了一种碳化硅陶瓷内衬的离心泵，该离心泵是在泵体的壳体内部设置由碳化硅陶瓷材料构成的内衬流体腔，其叶轮则直接由碳化硅陶瓷烧结成型，从而提高泵体过流部分的耐磨蚀性能。

公布于2014年8月13日的中国发明专利申请CN103982442A提出了一种内衬碳化硅陶瓷的脱硫泵，该脱硫泵是通过先在金属外壳内设置拼装式泵体芯模，浇注碳化硅陶瓷后再将泵体芯模拆除的方法形成耐磨蚀内腔，其叶轮也是由碳化硅陶瓷整体浇注成型的。

公布于2015年3月25日的中国发明专利申请CN104449211A提出了一种基于热固性树脂以及碳化硅颗粒的耐磨蚀层的制备工艺，该制备工艺主要是通过制作多级组合装配式模具，安装到金属基材或者金属构件上以后再充填耐磨蚀材料进而形成耐磨蚀层。

公布于2015年5月20日的中国发明专利申请CN104626622A提出了一种在金属构件上加装复合耐磨蚀层的制备工艺，该制备工艺主要是针对形状复杂、体型小的工件设计了两级模具以便耐磨蚀材料在工件的翻边、翘角、曲缝、死角等处进行均匀填充。

公布于2015年9月2日的中国发明专利申请CN104875362A提出了一种在管道内侧加装复合耐磨蚀层的制备工艺及制备工装，该制备工艺是先用模具制作抗磨蚀复合管，然后再将抗磨蚀复合管安装到管道内侧。

公布于2015年7月29日的中国发明专利申请CN104802105A提出了一种在电磨磨辊套和/或泵芯的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺及制备工装，该工艺及制备工装主要是在磨辊套和/或泵芯的金属基材上利用整体模具和分体模具的配合加装结构陶瓷柱和耐磨蚀充填料以形成耐磨蚀层。

公布于2016年10月26日的中国发明专利申请CN106050724A提出了一种内衬树脂碳化硅的脱硫泵及其制备方法，该脱硫泵主要是通过在泵壳以及叶轮上分别加装树脂碳化硅材质的泵壳内衬以及叶轮衬的方式以达到增强耐磨蚀性的目的。

以上几种方案都可以在一定程度上提高应用于不同场合、不同环境下的金属构件的耐磨蚀性，但是由于设备种类繁多、大小不一，针对每一种设备都需要单独制作对应的模具。尤其是在制造矿山、冶炼、火电、环保、化工等行业使用的渣浆泵、抽沙泵、脱硫泵、稀酸泵时，泵体结构通常复杂多变，模具制造更加困难，不仅造价昂贵，而且成型困难、成品率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种在金属构件上加装复合耐磨蚀层的随形模具，解决了不同设备的耐磨蚀层需要单独制作模具，加工成本高而且成型困难、成品率低的技术问题。

本实用新型的技术解决方案是：一种在金属构件上加装复合耐磨蚀层的随形模具，其特殊之处在于：包括刚性成型腔、一个或多个柔性模具袋以及多个预制耐磨蚀块，所述预制耐磨蚀块固定于金属构件的耐磨蚀层安装面上，所述柔性模具袋用于填充刚性成型腔与预制耐磨蚀块之间的空间以及刚性成型腔与金属构件之间的空间；所述刚性成型腔上设置有耐磨蚀充填料注入通道，所述柔性模具袋上设置有液体注入通道。

进一步地，上述液体注入通道用于向柔性模具袋内注入液态流体，所述液态流体为常温液体(例如水、油等)或者固液相变材料(例如蜡、松香等)；所述固液相变材料的相变温度低于柔性模具袋的最高使用温度。

进一步地，上述耐磨蚀充填料注入通道用于向金属构件与预制耐磨蚀块之间以及相邻预制耐磨蚀块之间注入耐磨蚀充填料，所述耐磨蚀充填料的组分包括耐磨蚀颗粒和热固性树脂。

进一步地，上述预制耐磨蚀块与金属构件之间通过螺栓固定或者粘接固定。

进一步地，上述预制耐磨蚀块的材质为结构陶瓷或者耐磨蚀颗粒和热固性树脂的复合材料。

进一步地，上述柔性模具袋的材质为橡胶或弹性塑料。

本实用新型还提供一种在金属构件上加装复合耐磨蚀层的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)制作预制耐磨蚀块；

2)将多个预制耐磨蚀块固定在金属构件的耐磨蚀层安装面上；

3)将固定有预制耐磨蚀块的金属构件放置在刚性成型腔内，并在预制耐磨蚀块与刚性成型腔之间以及金属构件与刚性成型腔之间放置一个或者多个柔性模具袋；

4)通过液体注入通道向柔性模具袋内注入液态流体并排出空气，使柔性模具袋填满预制耐磨蚀块与刚性成型腔之间的空间；

5)通过耐磨蚀充填料注入通道向刚性成型腔内注入耐磨蚀充填料，使耐磨蚀充填料填满金属构件与预制耐磨蚀块之间以及相邻预制耐磨蚀块之间的空间；耐磨蚀充填料的填充压力小于柔性模具袋内的液体压力；

6)对耐磨蚀充填料进行固化成型；

7)拆除刚性成型腔和柔性模具袋。

优选地，步骤5)可以采用以下步骤：

5.1.1)通过耐磨蚀充填料注入通道向刚性成型腔内注入耐磨蚀颗粒，使耐磨蚀颗粒填满金属构件与预制耐磨蚀块之间以及相邻预制耐磨蚀块之间的空间；

5.1.2)通过耐磨蚀充填料注入通道向刚性成型腔内注入混合有固化剂的热固性树脂，使热固性树脂填满耐磨蚀颗粒之间的空隙。

另外，步骤5)也可以采用以下步骤：

5.2.1)将耐磨蚀颗粒与热固性树脂以及固化剂充分混合均匀，形成耐磨蚀充填料；

5.2.2)将步骤5.2.1)制备得到的耐磨蚀充填料通过耐磨蚀充填料注入通道注入至刚性成型腔内，使耐磨蚀充填料填满金属构件与预制耐磨蚀块之间以及相邻预制耐磨蚀块之间的空间。

进一步地，步骤6)中的固化成型是通过加热柔性模具袋内的液态流体使刚性成型腔内的热固性树脂固化成型。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型通过在金属构件上预先固定预制耐磨蚀块并采用刚性成型腔与柔性模具袋相配合的方法，向柔性模具袋内注入液态流体后，可以在不同结构的金属构件以及金属构件的不同部位跟随其结构变化而使柔性模具袋发生适应性弹性形变，成为耐磨蚀充填料的成型模板。该方法仅使用一套随形模具便可以完成各种复杂结构的耐磨蚀层安装，而不需要再单独生产制造配套模具，降低了耐磨蚀层安装成本的同时，也简化了耐磨蚀层的安装工序，提高了耐磨蚀层安装效率。

(2)本实用新型通过制作预制耐磨蚀块，在成型时已经消除了热固性树脂固化时的固化收缩，因此在一定程度上降低了耐磨蚀层因热固性树脂固化收缩而产生暗裂纹的几率，有效地提高了产品质量。

(3)本实用新型在向刚性成型腔内注入耐磨蚀充填料时，可以采用先充填耐磨蚀颗粒再进行真空加注热固性树脂的方式，既保证了相邻耐磨蚀颗粒之间的刚性高强度接触，同时又可以确保热固性树脂可以充分填满耐磨蚀颗粒之间形成的空隙，极大地提高了抵抗大颗粒物撞击的能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例一在磨辊上加装复合耐磨蚀层的原理示意图。

图2为本实用新型实施例二在叶轮上加装复合耐磨蚀层的原理示意图。

其中，附图标记为：1-预制耐磨蚀块，2-磨辊，3-刚性成型腔，4-柔性模具袋，5-液态流体，6-耐磨蚀充填料，7-叶轮。

具体实施方式

实施例一

本实施例是在磨辊上加装复合耐磨蚀层的方法，该方法包括以下步骤：

1)采用结构陶瓷制作预制耐磨蚀块1；结构陶瓷可以选用氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷中的一种或多种的复合。

2)将多个预制耐磨蚀块1通过螺栓固定在磨辊2的耐磨蚀层安装面上；

3)将固定有预制耐磨蚀块1的磨辊2放置在刚性成型腔3内，并在预制耐磨蚀块1与刚性成型腔3之间以及磨辊2与刚性成型腔3之间放置多个橡胶材质的柔性模具袋4；

4)通过液体注入通道向柔性模具袋4内注入液态流体5并排出空气，使柔性模具袋4填满预制耐磨蚀块1与刚性成型腔3之间的空间；

5)通过耐磨蚀充填料注入通道向刚性成型腔3内注入耐磨蚀充填料6，使耐磨蚀充填料6填满磨辊2与预制耐磨蚀块1之间以及相邻预制耐磨蚀块1之间的空间；耐磨蚀充填料6的填充压力小于柔性模具袋4内的液体压力。

步骤5)具体包括以下步骤：

5.1.1)通过耐磨蚀充填料注入通道向刚性成型腔3内注入耐磨蚀颗粒，使耐磨蚀颗粒填满磨辊2与预制耐磨蚀块1之间以及相邻预制耐磨蚀块1之间的空间；

5.1.2)通过耐磨蚀充填料注入通道向刚性成型腔3内注入混合有固化剂的热固性树脂，使热固性树脂填满耐磨蚀颗粒之间的空隙。

耐磨蚀充填料6是由耐磨蚀颗粒和热固性树脂混合构成的，其中耐磨蚀颗粒为碳化硅颗粒、氧化铝颗粒或者氮化硅颗粒中的一种或几种的混合；热固性树脂为环氧树脂或改性环氧树脂、聚氨酯或改性聚氨酯、聚酰亚胺树脂、乙烯基树脂、改性乙烯基树脂或者酚醛树脂中的一种或几种的混合。较为优选地，耐磨蚀颗粒由三种不同粒径大小的颗粒混合而成，大颗粒的粒径大于700微米小于或等于2000微米，中颗粒的粒径大于150微米小于或等于700微米，小颗粒的粒径大于50微米小于或等于150微米；其中，大颗粒的质量分数为25％～40％，中颗粒的质量分数为35～55％，小颗粒的质量分数为5～40％。

6)通过加热柔性模具袋4内的液态流体5使刚性成型腔3内的热固性树脂固化成型；当热固性树脂固化温度要求低时，液态流体5优选水；当热固性树脂固化温度要求高时，液态流体5优选耐高温油(例如变压器油)。

7)拆除刚性成型腔3和柔性模具袋4，完成磨辊上耐磨蚀层的安装。

实施例二

本实施例是在泵体叶轮上加装复合耐磨蚀层的方法，该方法包括以下步骤：

1)采用耐磨蚀颗粒和热固性树脂的复合材料制作预制耐磨蚀块1；

2)使用粘接剂将多个预制耐磨蚀块1固定在叶轮7的耐磨蚀层安装面上；

3)将固定有预制耐磨蚀块1的叶轮7放置在刚性成型腔3内，并在预制耐磨蚀块1与刚性成型腔3之间以及叶轮7与刚性成型腔3之间放置一个或者多个弹性塑料材质的柔性模具袋4；

4)通过液体注入通道向柔性模具袋4内注入液态流体5并排出空气，使柔性模具袋4填满预制耐磨蚀块1与刚性成型腔3之间的空间；

5)通过耐磨蚀充填料注入通道向刚性成型腔3内注入耐磨蚀充填料6，使耐磨蚀充填料6填满叶轮7与预制耐磨蚀块1之间以及相邻预制耐磨蚀块1之间的空间；耐磨蚀充填料6的填充压力小于柔性模具袋4内的液体压力。

步骤5)具体包括以下步骤：

5.2.1)将耐磨蚀颗粒与热固性树脂以及固化剂充分混合均匀，形成耐磨蚀充填料；

5.2.2)将步骤5.2.1)制备得到的耐磨蚀充填料通过耐磨蚀充填料注入通道注入至刚性成型腔3内，使耐磨蚀充填料6填满叶轮7与预制耐磨蚀块1之间以及相邻预制耐磨蚀块1之间的空间。

耐磨蚀充填料6是由耐磨蚀颗粒和热固性树脂混合构成的，其中耐磨蚀颗粒为碳化硅颗粒、氧化铝颗粒或者氮化硅颗粒中的一种或几种的混合；热固性树脂为环氧树脂或改性环氧树脂、聚氨酯或改性聚氨酯、聚酰亚胺树脂、乙烯基树脂、改性乙烯基树脂或者酚醛树脂中的一种或几种的混合。较为优选地，耐磨蚀颗粒由三种不同粒径大小的颗粒混合而成，大颗粒的粒径大于700微米小于或等于2000微米，中颗粒的粒径大于150微米小于或等于700微米，小颗粒的粒径大于50微米小于或等于150微米；其中，大颗粒的质量分数为25％～40％，中颗粒的质量分数为35～55％，小颗粒的质量分数为5～40％。

6)通过加热柔性模具袋4内的液态流体5使刚性成型腔3内的热固性树脂固化成型；当热固性树脂固化温度要求低时，液态流体5优选水；当热固性树脂固化温度要求高时，液态流体5优选耐高温油(例如变压器油)。

7)拆除刚性成型腔3和柔性模具袋4，完成叶轮上耐磨蚀层的安装。