CN105745447B - 塑料泵壳体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造泵壳体的方法，该壳体是净成形并且直接呈其最终的形状和设计规格，无需更多的微二次加工流程。本方法利用配置的模具和型芯，以使得使用模具和型芯制造的壳体的流体进口端口、流体出口端口或减压阀端口都不具有任何相交几何结构。净成形泵壳体还可以包括横管插入物，该横管插入物提供流体入口端口和减压端口之间的流体连通。

Description

塑料泵壳体及其制造方法

技术领域

本发明涉及液压泵制造领域。本发明还特别涉及利用配置的模具和型芯制作净形成型(net-shape molded)塑料泵壳体的方法，使得使用模具和型芯制造的壳体的流体进口端口、流体出口端口或减压阀端口都不具有任何相交几何结构(intersecting geometry)。

背景技术

为减少制造容积泵的相关成本，尤其是用于食品应用类型的容积泵，期望使用比制作泵壳体的传统黄铜及不锈钢材料更廉价的材料。能够适合用于食品应用的泵壳体的塑料材料，通常必须适应在超过华氏300度的高温条件下使用。使用塑料还有利于减少来自泵系统的铅来源。在食品和饮用水应用中，这是非常期望的特性。

玻璃纤维填充塑料通常适用在上述高温下，但是，与食品应用中塑料的使用相关的指导原则，例如美国国家卫生基金会的规定，通常暴露于接液部件表面的玻璃纤维数量作限制，例如对泵壳体的内表面限制一英寸或者更少的暴露玻璃纤维。实际看来，如果需要对塑料部分进行显著的后续加工，暴露的纤维水平通常会超过这一限制。

传统的模具和成型技术要求与塑料泵壳体制造相关的改进。这样的模具和技术导致壳体需要显著的后续加工，因此不适合用于制作食品应用的壳体。

因此，需要一种改进的制作适用于食品应用的塑料壳体的方法，模制后即可用并且最少化任何额外加工，以及在模制成型后受到进一步加工的接液内表面少于1平方英寸。

发明内容

通过一种制造净成形塑料泵壳体的方法可以满足上述及其他的要求，其中泵壳体具有流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口，流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口中的每一个分别与泵腔保持流体连通。

根据本发明的一种方法，包括以下步骤：提供第一模具，所述第一模具具有内表面形貌，所述内表面形貌配置为与所述壳体的第一部分的外部形貌互补对应，并且与所述壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口相关的形貌互补对应；提供第二模具，所述第二模具具有内表面形貌，所述内表面形貌配置为与所述壳体的第二部分的外部形貌互补对应；提供第一型芯，所述第一型芯具有外部形状，所述外部形状配置为与所述壳体的腔的近端部的内部形貌互补对应；提供至少一个第二型芯，所述第二型芯具有外部形状，所述外部形状配置为与所述壳体的腔的远端部的内部形貌互补对应。

第一和第二模具，以及第一和第二型芯被配置，以使得使用模具和型芯制造的壳体的流体进口端口、流体出口端口或减压阀端口都不具有任何相交几何结构。

第一和第二模具相向地装配，第一和第二型芯位置彼此相邻，且在模具内呈端到端的关系，然后塑料被注入。在塑料固化后，所述模具被拉向彼此相反的方向，所述型芯被拉向彼此相反的方向，并且大致垂直于所述模具的拉动方向，以产出净成形壳体。

生成的泵壳体不需要二次加工就可以适用于食品应用。

还公开了一种用于制造净成形塑料泵壳体的模具和型芯系统。

在另一个方面，本发明提供了一种制造净成形塑料泵壳体的方法，所述泵壳体具有流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口，所述流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口中的每一个分别与泵腔保持流体连通。在一实施例中，所述方法包括以下步骤：提供第一模具，所述第一模具具有内表面形貌，所述内表面形貌配置为与所述壳体的第一部分的外部形貌互补对应，并且与所述壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口相关的形貌互补对应；提供第二模具，所述第二模具具有内表面形貌，所述形貌配置为与所述壳体的第二部分的外部形貌互补对应；提供第一型芯，所述第一型芯具有外部形状，所述外部形状配置为与所述壳体的腔的近端部的内部形貌互补对应；提供至少一个第二型芯，所述第二型芯具有外部形状，所述外部形状配置为与所述壳体的腔的远端部的内部形貌互补对应；提供横管插入物，所述横管插入物具有中空的、大致呈圆柱形的形状。

所述第一和第二模具，以及第一和第二型芯被配置，以使得使用模具和型芯制造的壳体的流体进口端口、流体出口端口或减压阀端口都不具有任何相交几何结构。进一步地，第一和第二模具相向地装配，第一和第二型芯位置彼此相邻，且在模具内呈端到端的关系，并且横管插入物布置在与第一模具形貌相邻，所述第一模具形貌与所述壳体的所述流体进口端口和减压阀端口关联，然后塑料被注入。在塑料固化后，所述模具被拉向彼此相反的方向，所述型芯被拉向彼此相反的方向，并且大致垂直于所述模具的拉动方向，以产出净成形壳体。所述横管插入物提供成型壳体的流体进口端口和减压阀端口之间的流体连通。

在另一方面，本发明提供一种用于制作净成形塑料泵壳体的模具和型芯系统，所述泵壳体具有流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口，所述流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口中的每一个分别与泵腔保持流体连通。在一实施例中，模具和型芯系统包括第一模具，所述第一模具具有内表面形貌配置为与所述壳体的第一部分的外部形貌互补对应，并且与所述壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口相关的形貌互补对应；第一模具，所述第一模具具有内表面形貌配置为与所述壳体的第一部分的外部形貌互补对应，并且与所述壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口相关的形貌互补对应；第一型芯，所述第一型芯具有外部形状，所述外部形状配置为与所述壳体的腔的近端部的内部形貌互补对应；至少还包括第二型芯，所述第二型芯具有外部形状，所述外部形状配置为与所述壳体的腔的远端部的内部形貌互补对应。

所述第一和第二模具，以及第一和第二型芯被配置，以使得使用模具和型芯制造的壳体的流体进口端口、流体出口端口或减压阀端口都不具有任何相交几何结构。第一和第二模具相向地装配，第一和第二型芯位置彼此相邻，且在模具内呈端到端的关系，并且横管插入物布置在与第一模具形貌相邻，所述第一模具形貌与所述壳体的所述流体进口端口和减压阀端口相关，然后塑料被注入。在塑料固化后，所述模具被拉向彼此相反的方向，所述型芯被拉向彼此相反的方向，并且大致垂直于所述模具的拉动方向，以产出净成形壳体。进一步地，横管插入物提供成型壳体的流体进口端口和减压阀端口之间的流体连通。

在又一个方面，本发明提供净成形塑料泵壳体，所述壳体具有近端部、远端部和位于泵壳体内的内腔。在一实施例中，泵设有流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口，流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口中的每一个分别与泵腔保持流体连通；以及横管插入物，所述横管插入物设置在泵壳体腔内，并且与流体进口端口和减压阀端口之间的流体连通。所述壳体的流体进口端口、流体出口端口或减压阀端口都不具有任何相交几何结构。进一步地，所述壳体的净成形性质(net-mold nature)消除更多的微二次加工的需要，以使得玻璃纤维的暴露总量保持在或者低于1平方英寸的暴露总量。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照具体描述可以得知本发明进一步的优点，附图并非为了限制，而是为了清楚地表示细节，其中在多个视图中相同的参考符号代表相同的元素，并且其中：

图1是根据本发明制造的泵的前透视图。

图2是根据本发明制造的泵壳体的前透视图。

图3是图2中的泵壳体的后透视图。

图4是图2中的泵壳体的后端截面图。

图5是图2中的泵壳体的侧截面图。

图6和7是根据本发明的图2中用于制作壳体的模具和型芯的分解图。

图8是根据本发明制造的泵的另一实施例的前透视图。

图9是图8中的泵壳体的前透视图。

图10是图9中的泵壳体的后透视图。

图11是图9中的泵壳体的后端截面图。

图12是图9中的泵壳体的侧截面图。

图13是根据本发明的图9中的用于制作壳体的模具和型芯的分解图，并且图14是其装配图。

图15是表示泵的附件组件的分解图

图16是根据本发明制造的泵壳体的另一实施例的前透视图。

图17是图16中的泵壳体的后透视图。

图18是根据本发明制造的横管插入物的前透视图。

图19是图16中的泵壳体的后端截面图。

图20是图16中的泵壳体的侧截面图。

图21是图16中的泵壳体的俯视截面图。

图22是根据本发明的图16中的用于制作壳体的模具和型芯的分解图，并且图23是其装配图。

具体实施方式

本发明涉及制造具有净形成型的塑料壳体的泵的方法。根据本发明的泵特别适用于抽取饮料用水，例如用于抽取苏打水系统、意式浓缩咖啡机和啤酒冷却系统中的水。

此处使用的“净形成型”的意思是，壳体模制后基本上即可使用，无需任何进一步的显著加工、成型或打磨，例如一般使用计算机数控(CNC)设备完成的加工类型。也就是说，此处使用的术语“净形成型(net-shape molded)”应理解为，模制后的壳体通常即可使用，并允许少量额外加工，并且在由模制成型后只有少于一平方英寸的接液内表面受到进一步的加工。

因此，当模制后的壳体不需要进一步的加工、成型、打磨或其他处理来准备使用，接液表面不受干扰，以便暴露玻璃纤维至接液表面，致使泵不适合用于食品级应用中。因此，由玻璃纤维填充塑料制造的这样的泵壳体，能够满足玻璃纤维的限制，使得玻璃纤维的暴露总量保持在等于或低于一平方英寸的暴露总量。此外，无需显著的进一步加工或类似的加工，节省了进一步处理的相关制造成本。

首先参考图1-7，在第一实施例中，本发明涉及用于制造具有净形成型的塑料壳体12的泵10的方法。例如，泵10配置为容积式叶轮泵，其具有与壳体12相配合的多种动态和静态泵部件，例如后盖、端板、O型圈、轴承、密封件、内衬、转子、叶轮、定位针、卡簧、轴、减压阀14、插入端口15和16、垫片、进口过滤器等。泵10由栓接、夹或其他方式被耦合连接于泵马达，例如是集成或外部的具有输出轴的电动马达。

泵壳体12采用整体成型塑料结构，该塑料材质可以采用纤维来强化，例如采用玻璃纤维以增加其强度和耐热性。壳体12配置为包括近端部20和远端部22。近端部和远端部22限定泵腔的末端部，并通过使用后盖、密封件等来密封，其中近端部20适配为安装在泵马达上。

壳体12还包括三个流体通道端口，该端口配置为在所述泵运作期间，允许预定流体通过，也就是说，在第一压力下，流体进口端口24接收流体；在第二或更大的压力下，流体出口端口26排出流体；以及如果压力超过一预定水平，则流体和压力可以通过减压阀端口28泄出。壳体12限定内部泵腔30，内部泵腔30通过分别与端口24、26和28相关的端口入口24a、24b、26a、26b、和28a、28b与上述端口24、26、28流体连通。

已知在提供净成形的外壳中，用于制造壳体12的模具被配置，以使得所有的流体通道端口，例如流体进口端口24、流体出口端口26和减压阀端口28，都不具有相交几何结构。由于多个端口反映出复杂结构，如果由相交几何结构构成，则将需要更多的微研磨加工，因此这样的模具和泵壳体的配置来自使壳体净成形(net molded)并且无需更多的微研磨加工的需求。

因此，然后现在参照图6和7，通过上模40、下模42、近端型芯44和远端型芯46制造壳体12。模具40和42、型芯44和46有利地配置，以使得流体通道端口，例如使用模具和型芯制造的壳体12的流体进口端口24、流体出口端口26、以及减压阀端口28，都不产生相交几何结构。作为其一部分，应了解型芯44和46因此不穿过任何流体通道。

模具和型芯的结构还促进简化的成型过程，包括将模具和型芯从成型壳体12上分离的简化。对此，应理解为模具40和42彼此相向地装配，型芯44和46在模具40和42位置彼此相邻，且在模具内呈端到端的关系，之后注入塑料。当塑料固化后，模具40和42被拉向彼此相反的方向，如箭头A、B所示(图6)，型芯44和46被拉向彼此相反的方向，并且大体上与模具40和42的拉动方向垂直，如箭头C、D所示(图6)。

上模40具有内表面形貌50，该内表面形貌50配置为与壳体上部的外部形貌互补对应，和与流体进口端口24、流体出口端口26、以及减压阀端口28相关的形貌互补对应。下模42具有内表面形貌52，该内表面形貌52配置为与壳体12下部的外部形貌互补对应。型芯44是实心的，且具有外部形状54，该外部形状54配置为与所述壳体12的腔30的近端部的内部形貌互补对应，型芯44大致呈圆柱体。型芯46是实心的，且具有外部形状56，该外部形状56配置为对应所述壳体12的腔30的近端部的内部形貌，为阶梯圆柱形轮廓。上模40包括杆57、58和59，其中，嵌入物14、15和16分别被杆57、58和59可滑动地接收。

从图中应了解，模具40与流体进口端口24、流体出口端口26、以及减压阀端口28相关的所有部分终止于远端型芯46，型芯46不穿过壳体12上的任何流体通道端口。已知模具和型芯的上述结构和模具与型芯的配置能够制造模具，以使得模制后部分可以立即使用，不需要任何进一步的加工、成型或打磨。也就是说，模具表面符合预定的最终形状和尺寸，无需进一步处理。

与此同时，还已知模具组件的上述特性能够实现简单的拉模过程，其中由第一线性拉运动移开上模和下模，其中上模和下模被拉动而彼此远离，型芯由第二线性拉运动而移除，其中近端型芯和远端型芯朝相反的方向被拉动，第二线性拉运动与第一线性拉运动基本垂直。

当模具和型芯的配置能够实现时，这种拉动模具和型芯的方法，被认为能够避免在模制件上出现需要进一步加工、成型或打磨处理的飞边、毛边及其他与模制件无关塑料。因此，根据本发明使用模具40、42和型芯44、46所模制的壳体12，被认为是净形成型，并且符合期望的最终形状和尺寸。

现在参考图8-15，根据本发明的第二实施例涉及用于制造具有净形成型的塑料壳体102的泵100的方法。壳体102除了在模制期间包括远端孔插入物103外，与壳体102基本完全相同。优选地，孔插入物103为不锈钢材质，设置在相当于壳体102的远端部22'。优选地，插入物103具有螺纹。增加插入物103能够实现比壳体的塑料材质更坚固的连接点，并且被认为提供了运作改进，包括泵100在运作期间比泵10要降低噪音。

壳体102使用模具40'、42'和型芯44'、46'制造。模具40'、42'和型芯44'、46'与模具40、42和型芯44、46，除了在需要接收后孔插入物103时配置部分各自的形貌外，基本完全相同。也就是说，提供孔插入物103以提供一些更复杂的壳体102的形貌，从而简化模具的内表面。在这方面，除了首标之外，壳体102的各相应部分和模具40'、42'与型芯44'、46'参照与图1-7的实施例中的相同符号。

如图15所示，壳体102兼容多种生产泵100的泵内部组件。例如，如图所示，壳体102配置为接收压力阀14'，压力阀14'包括阀嵌座50、阀体52、弹簧54、O型圈56、减压阀58、阀套60、弹簧62、调节螺丝64、O型圈66和盖68。其他组件包括滚珠轴承70、密封垫72、后轴承74、转子76、塑料衬里80、定位销82、前轴承84、O型圈86、板88和开口环90，其中转子76具有由针78a隔开的叶轮78。

参考图16-23，在根据本发明的进一步的实施例涉及用于制造具有净形成型的塑料壳体202的泵的方法。除了纳入壳体202的附加横管插入物92外，壳体202与壳体12相同。在某些情况下，模制期间内壳体202还可以包括远端孔插入物103”。如图21所示，横管插入物92提供减压阀端口28”和流体进口端口24”之间的流体连通。因此，如果泵内发生超压，过剩的流体被允许通过减压28”——从而减小泵内过剩的压力——过剩的流体被收回到流体进口端口24”。

如图18所示，横管插入物92是中空的，并且大致呈圆柱形。优选地，端94和96符合减压阀端口28”和流体进口端口24”的大致圆柱体形状。横管插入物92可以是金属的，但优选采用和壳体202的剩余部分相同的塑料材质制造。如果采用与壳体202相同的塑料材质，在对壳体的塑料的附加和固化期间，横管插入物92的材质可以壳体的塑料部分熔合。

如图22和23所示，使用模具40”、42”和复数个型芯制造壳体202。模具40”和42”与模具40和42，除了各自的形貌的一部分适应于接收与第一模具形貌相邻的横管插入物92外，基本完全相同，第一模具形貌与壳体的流体进口端口和减压阀端口相关联。同样地，型芯44”和46”与型芯44和46相同，除非在一些情况下，可以通过多个型芯46”和48”，而非单个远端型芯，提供壳体202的远端内部形貌。

一般而言，除了首标之外，壳体202的各对应部分和模具40”、42”和型芯44”、46”参照和图1-7和图8-15的实施例的相同的数字。正如前述的实施例，壳体202兼容多种泵内部组件，例如密封垫、O型圈、前后轴承、转子、端板和开口环，其中转子具有滑动叶轮。

提供前文对本发明的各个实施例的说明是为了例证和说明。其的用意不是要详尽无遗或限制其发明的确切形式披露。可以按照下列启示进行明显的修改或置换。选取并介绍所述实施例的目的在于提供本发明原理及其实践装置的最佳例证，籍此使本领域的技术人员能够应用本发明，并且了解为了满足预期特定用途的要求，针对本发明可以制定不同的实施方案和做出不同的修改。此类修改或变化都包含在本发明的范围内，本发明的保护范围由权利要求规定，依照公平、合法和平等的广度解释其范围。

Claims (8)

1.一种制造净成形塑料泵壳体的方法，所述泵壳体具有分别与泵腔流体连通的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口，所述方法包括以下步骤：

提供第一模具，所述第一模具具有内表面形貌，该内表面形貌配置为与所述壳体的第一部分的外部形貌互补对应并且与所述壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口相关的形貌互补对应；

提供第二模具，所述第二模具具有配置为与所述壳体的第二部分的外部形貌互补对应的内表面形貌；

提供第一型芯，所述第一型芯具有配置为与所述壳体的腔的近端部的内部形貌互补对应的外部形状；

提供至少一个第二型芯，所述第二型芯具有配置为与所述壳体的腔的远端部的内部形貌互补对应的外部形状；以及

提供横管插入物，所述横管插入物具有中空的、大致呈圆柱形的形状；

其中配置所述第一模具和第二模具以及第一型芯和第二型芯，以使得使用模具和型芯制造的壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口都不具有任何相交几何结构,

其中相向地装配第一模具和第二模具，使第一型芯和第二型芯位置彼此相邻且在模具内呈端到端的关系，并且布置所述横管插入物与关联所述壳体的所述流体进口端口和减压阀端口的第一模具形貌相邻，然后注入塑料，

其中在塑料固化后，将所述模具拉向彼此相反的方向，将所述型芯拉向彼此相反的方向并且大致垂直于所述模具的拉动方向，以出产净成形壳体，以及

其中所述横管插入物提供成型壳体的流体进口端口和减压阀端口之间的流体连通。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述塑料包括玻璃纤维填充塑料。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述壳体的净成形性质消除对更多的微二次加工的需要，以使得玻璃纤维的暴露总量保持在等于或者低于1平方英寸的暴露总量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述壳体为适用于容积式叶轮泵的壳体。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括在第二型芯相邻处设置远端孔插入物接近所述壳体的腔的远端部。

6.根据权利要求5所述的方法，其中远端孔插入物具有螺纹。

7.一种用于制造净成形塑料泵壳体的模具和型芯系统，所述泵壳体具有分别与泵腔流体连通的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口，所述模具和型芯系统包括：

第一模具，所述第一模具具有内表面形貌，该内表面形貌配置为与泵壳体的第一部分的外部形貌互补对应，并且与所述壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口相关的形貌互补对应；

第二模具，所述第二模具具有配置为与所述壳体第二部分的外部形貌互补对应的内表面形貌；

第一型芯，所述第一型芯具有配置为与所述壳体的腔的近端部的内部形貌互补对应的外部形状；以及

至少一个第二型芯，所述第二型芯具有配置为与所述壳体的腔的远端部的内部形貌互补对应的外部形状；

其中所述第一模具和第二模具以及第一型芯和第二型芯被配置，以使得使用模具和型芯制造的壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口都不具有任何相交几何结构，

其中第一模具和第二模具相向地装配，第一型芯和第二型芯位置彼此相邻且在模具内呈端到端的关系，并且设置在模具内的横管插入物与第一模具形貌相邻，所述第一模具形貌与所述壳体的所述流体进口端口和减压阀端口关联，然后塑料被注入，

其中在塑料固化后，所述模具被拉向彼此相反的方向，所述型芯被拉向彼此相反的方向并且大致垂直于所述模具的拉动方向，一出产净成形壳体，以及

其中横管插入物提供成型壳体的流体进口端口和减压阀端口之间的流体连通。

8.一种具有近端部、远端部和泵壳体内的内腔的净成形塑料泵壳体，所述泵壳体包括：

流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口，所述流体进口端口、流体出口端口或减压阀端口中的每一个分别与泵腔流体连通；以及

设置在泵壳体腔内的横管插入物，该横管插入物与流体进口端口和减压阀端口流体连通，

其中所述壳体的流体进口端口、流体出口端口和减压阀端口都不具有任何相交几何结构,以及

其中所述塑料包括玻璃纤维填充塑料，所述壳体的净成形性质消除对更多的微二次加工的需要，以使得玻璃纤维的暴露总量保持在等于或者低于1平方英寸的暴露总量。