RU2627069C2

RU2627069C2 - Сегментированный стержень и способ формования рабочего колеса

Info

Publication number: RU2627069C2
Application number: RU2015134547A
Authority: RU
Inventors: Мартин ВЕСТЕРМАРК ВАД
Original assignee: Грундфос Холдинг А/С
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2017-08-03
Also published as: US20150375294A1; EP2767355B1; EP2767355A1; WO2014124837A1; US10016808B2; RU2015134547A

Abstract

Изобретение относится к литейному производству. Сегментированный стержень для формования рабочего колеса содержит по меньшей мере три сегмента (2), имеющих одинаковую форму. Каждый сегмент (2) содержит соединительные средства (3, 3') для соединения с соседними сегментами (2). Способ формования рабочего колеса включает сборку стержня из по меньшей мере трех идентичных сегментов (2), размещение стержня в инструменте для формования, формование колеса, извлечение рабочего колеса из инструмента, удаление стержня из рабочего колеса. Рабочее колесо может быть изготовлено посредством литьевого формования термопластичного полимера или сплава олово-висмут. Обеспечивается упрощение процесса получения литьевым формованием сложных деталей. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к сегментированному стержню для формования рабочего колеса и к способу для формования рабочего колеса.

В предшествующем уровне техники рабочие колеса используются во многих применениях. Например, рабочие колеса могут использоваться в качестве вращающегося компонента в насосах, таких как, например, центробежные насосы, для переноса энергии от двигателя, который приводит в действие насос, к прокачиваемой жидкости. Обычно рабочие колеса изготовлены из металла и сконфигурированы в виде коротких цилиндров с впуском для входящей жидкости, лопатками для радиального толкания жидкости и отверстием для приема приводного вала.

Небольшие рабочие колеса в настоящее время изготавливаются из пластика посредством литьевого формования. Рабочие колеса, изготавливаемые из металла, могут производиться посредством отливки или посредством сварки металлических листов. Оба этих способа являются дорогими.

Эффективным и экономичным процессом, известным из предшествующего уровня техники, для формирования деталей и компонентов за одну операцию и в большом объеме, является так называемый процесс металлического литьевого формования (MIM), в соответствии с которым порошковая металлическая заготовка смешивается со связующим материалом с тем, чтобы получить сырье, которым можно манипулировать с помощью пластикового обрабатывающего оборудования посредством литьевого формования.

Тем не менее, проблема в отношении вышеописанного процесса металлического литьевого формования состоит в том, что сложные трехмерные формы не могут быть реализованы.

Таким образом, настоящее изобретение основано на цели предоставления сегментированного стержня для использования в формовании рабочего колеса и способа для формования рабочего колеса, который позволяет рабочему колесу производиться посредством процесса MIM, и в то же время обеспечивает высокую свободу конструкции для реализации сложных форм.

Эта цель достигается посредством сегментированного стержня, обладающего признаками по пункту 1 формулы изобретения и посредством способа для формования рабочего колеса, обладающего признаками по пункту 11 формулы изобретения.

Согласно настоящему изобретению предоставляется сегментированный стержень для формования рабочего колеса, в частности рабочего колеса насоса, содержащего по меньшей мере три сегмента, все сегменты, имеющие одинаковую форму, и каждый сегмент, содержащий соединительные средства для соединения сегмента с соседними сегментами. В частности, посредством сегментирования стержня на соединяемые элементы, возможно получить свободный доступ к каждой стороне каждого сегмента во время процесса формования. Это необходимо для формирования рабочего колеса, так как технически невозможно сформовать разные трехмерные сегменты в виде одной детали. Посредством предоставления сегментированного стержня для формования рабочего колеса может быть реализована сложная геометрия, и, таким образом, обеспечивается высокая свобода конструкции.

Согласно предпочтительному варианту осуществления два сегмента ограничивают пространство для лопатки рабочего колеса в форме.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления стержень содержит внутреннее кольцо и внешнее кольцо.

Предпочтительно внутреннее и/или внешнее кольца стержня предназначены для установки стержня в инструменте для формования, что обеспечивает простое манипулирование стержнем во время процесса формования.

Дополнительно, преимущественно, соединительные средства сегментов сформированы в виде самоблокирующихся частей внутреннего и внешнего колец стержня. Это также вносит вклад в простое манипулирование и сборку стержня во время процесса формования.

Соединительные средства сегментов могут, предпочтительно, быть сформированы в виде защелкивающихся частей, которые обеспечивают простое и надежное соединение сегментов.

Более того, сегменты могут вставляться (вкладываться) друг в друга и/или совместно уплотняться.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления сегменты производятся посредством литьевого формования, которое является очень экономичным способом и которое, более того, пригодно для массового производства.

Сегменты могут состоять из термопластичного полимера, в частности из полиоксиметилена (POM).

Согласно настоящему изобретению также предоставляется способ для формования рабочего колеса, состоящий в том, что предоставляют инструмент для формования, предоставляют стержень, состоящий из по меньшей мере трех идентичных сегментов, которые содержат соединительные средства для соединения сегмента с соседними сегментами, собирают стержень и размещают стержень в инструменте для формования, формуют рабочее колесо, извлекают стержень и рабочее колесо из инструмента для формования и удаляют стержень с рабочего колеса. Способ согласно изобретению обеспечивает возможность формирования в процессе формования рабочего колеса, имеющего сложную трехмерную форму.

После процесса формования стержень может удаляться химическим и/или тепловым образом.

Предпочтительно сегменты стержня изготавливаются посредством литьевого формования, и в частности посредством формования термопластичного материала и/или сплава олово/висмут.

Рабочее колесо может изготавливаться посредством литьевого формования, и в частности металлического литьевого формования (MIM), которое хорошо подходит для массового производства и является очень экономичным.

Предпочтительно рабочее колесо отжигается, предпочтительно спекается после удаления стержня. Это обеспечивает требуемые качества готового рабочего колеса.

Кроме того, возможно производить рабочее колесо посредством литьевого формования пластика, и оно завершалось бы после удаления стержня.

Вышеприведенные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными по прочтении последующего подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами.

Фиг. 1A и 1B - соответствующие виды сегментированного стержня согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 2 - вид в перспективе одного сегмента сегментированного стержня, показанного на фиг. 1A и 1B;

Фиг. 3 - вид в перспективе предварительно собранных сегментов сегментированного стержня, показанного на фиг. 1A и 1B;

Фиг. 4 - вид в разрезе части сегментированного стержня с MIM сырьем, формованным вокруг стержня в инструменте для формования;

Фиг. 5 - вид в перспективе MIM сырья, формованного вокруг стержня без инструмента для формования; и

Фиг.6A и 6B - соответствующие виды готового рабочего колеса.

Фиг. 1A и 1B - соответствующие виды сегментированного стержня 1 согласно варианту осуществления изобретения. В частности, фиг. 1A - вид в перспективе сегментированного стержня 1 с одним удаленным сегментом 2, а фиг. 1B - вид в частичном разрезе сегментированного стержня 1. Как видно на фиг. 1A, сегментированный стержень по варианту осуществления состоит из шести одиночных сегментов 2, которые соединены друг с другом посредством соединительного средства 3. В частности, соответственно, предоставляется два первых соединительных средства 3, расположенных на внешней части 4 каждого сегмента 2, за счет чего внешние части 4 всех сегментов 2 вместе формируют внешнее кольцо 5, и, соответственно, предоставляется одно второе соединительное средство 3', обеспеченное на внутренней части 6 каждого сегмента 2, за счет чего внутренние части 6 всех сегментов 2 вместе формируют внутреннее кольцо 7. Соединительные средства 3, 3' сегментов 2 сформированы в виде самоблокирующихся частей внутреннего и внешнего колец 5, 7 стержня 1. В варианте осуществления соединительные средства 3, 3' сегментов 2 сформированы в виде защелкивающихся частей. Внутреннее кольцо 5 и внешнее кольцо 7 стержня 1 являются установочными вспомогательными средствами для расположения стержня 2 в инструменте для формования. Дополнительно, каждые два соседних сегмента 2 определяют и ограничивают пространство для лопатки рабочего колеса, которое должно быть сформировано на дальнейшем этапе процесса в форме посредством металлического литьевого формования. Сегменты 2 также произведены посредством литьевого формования и состоят из термопластичного полимера, в частности из полиоксиметилена (POM).

Фиг. 2 - вид в перспективе одного изолированного сегмента 2 сегментированного стержня 1, показанного на фиг. 1A и 1B. Как видно в этом увеличенном виде сегмента 2, каждый сегмент 2 содержит два первых соединительных средства 2 на внешней части 4 и одно соединительное средство 3' на внутренней части 6, все из которых сформированы в виде самоблокирующихся средств и сконфигурированы, чтобы входить в зацепление с соответствующим образом сформированными соединительными средствами 3, 3' соседних сегментов 2, когда стержень 1 собирается.

Фиг. 3 - вид в перспективе предварительно собранных сегментов 2 сегментированного стержня 1, показанного на фиг. 1A и 1B. Как видно, в процессе сборки стержня 1, который состоит из шести сегментов 2, на первом этапе три сегмента 2 предварительно собираются посредством соответствующего соединения их с помощью их соответствующих соединительных средств 3, 3'. Затем, на втором этапе, две половины стержня 1, каждая из которых состоит из трех сегментов 2, будут собраны, чтобы сформировать готовый стержень 1. Для сборки двух половин, каждая из которых состоит из трех сегментов 2, они соединяются друг с другом посредством «скользящего соединения» их вместе. Для сборки сегментов 2 и для манипулирования собранными сегментами 2 при литьевом формовании необходимо, чтобы все сегменты 2 являлись самоблокирующимися.

Фиг. 4 - вид в разрезе части сегментированного стержня 1 с MIM сырьем 8, формованным вокруг стержня 1 в инструменте 14 для формования. При размещении в инструменте 14 для формования все сегменты 2 уже собраны, как описано выше в связи с фиг. 3. После размещения в инструменте 14 для формования сегментированный стержень 2 действует как внутренняя формовочная деталь, и MIM сырье 8 формуется на внешней стороне стержня 1. Множество сегментов 2 стержня 1 представляет внутреннюю геометрию рабочего колеса, которое должно быть произведено. Так как количество сегментов 2 в показанном варианте осуществления равняется шести, количество лопаток или лопастей рабочего колеса, которое должно быть произведено, также будет равняться шести. Дополнительно, как видно на фиг. 4, так как важно, чтобы сегменты 2 прочно поддерживались при загрузке, предоставляются опоры 10. Кроме того, более крупные сегменты 2 могут иметь тенденцию изгибаться во время литьевого формования, в зависимости от давления литья и теплового влияния со стороны сырья 8. Чтобы предотвратить это, предоставляются эжекторы 11, которые помогают поддерживать сегменты 2 во время литья, и втягивают их во время выдержки. Для более крупных MIM деталей может существовать критически важный параметр в разнице в тепловом расширении между MIM сырьем 8 и сегментами 2. В конце концов это сформировало бы трещины во время разъединения из-за разницы в тепловом расширении. Этого можно частично избежать посредством нагревания сегментов перед литьевым формованием, чтобы компенсировать это расширение.

Фиг. 5 - вид в перспективе сырья 8 металлического литьевого формования (MIM), формованного вокруг сегментированного стержня 1 без инструмента для формования. Как видно, сырье 8 покрывает сегментированный стержень 1 сверху и зацеплен с его внешней окружностью посредством внешнего кольца 5 сегментированного стержня 1. Кроме того, внутреннее кольцо 7 закрепляется в части 9 внутреннего кольца сырья 8. Как упомянуто выше, сегменты 2 стержня 1 сформованы из POM, который является главным компонентом связующей системы MIM сырья 8 и который является компонентом, который будет вступать в реакцию с HNO₃ в процессе разъединения, описанном ниже.

Фиг. 6A и 6B - соответствующие виды готового рабочего колеса 12, при этом фиг. 6A - вид в перспективе, а фиг. 6B - другой вид в перспективе с отрезанной передней частью, так, чтобы была видна внутренняя область рабочего колеса 12. В частности, после того, как процесс литьевого формования был завершен, чтобы получить законченное рабочее колесо 12, сегменты 2 сегментированного стержня были удалены посредством процесса разъединения, который является каталитическим процессом, в котором POM в сегментах 2 реагирует с HNO₃, за счет чего создается формальдегид, который легко отделяется от металлических частиц. Оставшееся сырье затем подвергается процессу спекания, после чего получается готовое рабочее колесо 12. Как видно на фиг. 5B, внутренняя область рабочего колеса 12, в котором расположены лопатки или лопасти 13, имеет сложную геометрию. Тем не менее, все рабочее колесо 12 сформировано в виде одной сформированной с помощью металлического литьевого формования детали.

Также возможно производить рабочее колесо 12 посредством традиционного процесса литьевого формования, используя пластик. В этом случае, литейный стержень 1 обычно состоит из сплава олово/висмут, имеющего очень низкую температуру плавления. Для освобождения сердечника от формованного рабочего колеса 12 последнее помещается в масляную ванну, имеющую предопределенную температуру, с тем, чтобы стержень мог расплавиться и оставить рабочее колесо 12 с его внутренней геометрией, созданной посредством сформированных таким образом полых пространств.

НОМЕРА ССЫЛОК

1 - сегментированный стержень

2 - сегменты

3, 3' - соединительные средства

4 - внешняя часть

5 - внешнее кольцо

6 - внутренняя часть

7 - внутреннее кольцо

8 - сырье

9 - часть внутреннего кольца

10 - опора

11 - эжекторы

12 - рабочее колесо

13 - лопатки

14 - инструмент для формования

Claims

1. Сегментированный стержень для формования рабочего колеса (12), предпочтительно рабочего колеса насоса, содержащий по меньшей мере три сегмента (2), причем все сегменты (2) имеют одинаковую форму, и каждый сегмент (2) имеет соединительные средства (3, 3') для соединения сегмента (2) с соседними сегментами (2), при этом два сегмента (2) ограничивают пространство для лопатки (13) рабочего колеса (12) в форме.

2. Сегментированный стержень по п. 1, который содержит внутреннее кольцо (7) и внешнее кольцо (5).

3. Сегментированный стержень по п. 2, в котором внутреннее и/или внешнее кольца (5, 7) предназначены для установки стержня в инструменте для формования.

4. Сегментированный стержень по п. 1, в котором соединительные средства (3, 3') сегментов (2) сформированы в виде самоблокирующихся частей внутреннего и внешнего колец (5, 7) стержня.

5. Сегментированный стержень по п. 1, в котором соединительные средства (3, 3') сегментов (2) сформированы в виде защелкивающихся частей.

6. Сегментированный стержень по п. 1, в котором сегменты (2) вставлены друг в друга и/или совместно уплотнены.

7. Сегментированный стержень по п. 1, в котором сегменты (2) выполнены посредством литьевого формования.

8. Сегментированный стержень по п. 1, в котором сегменты (2) выполнены из термопластичного полимера.

9. Сегментированный стержень по п. 8, в котором сегменты (2) выполнены из полиоксиметилена.

10. Способ формования рабочего колеса, включающий следующие стадии:

a. предоставление инструмента (14) для формования,

b. предоставление стержня (1), состоящего из по меньшей мере трех идентичных сегментов (2), которые содержат соединительные средства (3, 3') для соединения с соседними сегментами (2),

c. сборку стержня (1) и размещение стержня (1) в инструменте (14) для формования,

d. формование рабочего колеса (12),

e. извлечение стержня (1) и рабочего колеса (12) из инструмента (14) для формования,

f. удаление стержня (1) из рабочего колеса (12).

11. Способ по п. 10, в котором стержень (1) удаляют химическим путем и/или нагревом.

12. Способ по п. 10 или 11, в котором сегменты (2) стержня изготавливают посредством литьевого формования, и в частности посредством формования термопластичного полимера или сплава олово/висмут.

13. Способ по п. 10 или 11, в котором рабочее колесо (12) изготавливают посредством литьевого формования, в частности посредством металлического литьевого формования.

14. Способ по п. 13, в котором рабочее колесо (12) отжигают, предпочтительно спекают после удаления стержня (1).

15. Способ по п. 10 или 11, в котором рабочее колесо (1) изготавливают посредством литьевого формования пластика и завершают после удаления стержня (1).