CN107414024A - 制造具有一个或多个耐腐蚀内表面的阀体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造具有一个或多个耐腐蚀内表面的阀体的方法。该方法包括：执行铸造过程，其包括将第一材料浇注到模具箱中，以生产由第一材料制成的阀体铸件。在铸造过程期间，通过以下步骤来在第阀体铸件的一个或多个内表面上形成第二材料层(该第二材料层具有比第一材料更高的耐腐蚀性)：(1)使用添加制造技术将第二材料应用到型芯的一个或多个外表面，以及(2)将型芯插入模具箱中。当将第一材料浇注到模具箱中时，第一材料的一部分与型芯的一个或多个外表面上的第二材料结合。

Description

制造具有一个或多个耐腐蚀内表面的阀体的方法
技术领域
概括地，本公开内容涉及制造用于控制设备的阀体的方法，更具体而言，涉及制造具有一个或多个耐腐蚀内表面的阀体的方法。
背景技术
过程控制系统通常包括用于控制各种过程参数的各种部件。例如，流体过程控制系统可以包括多个用于控制流动通过系统的流体的流动速率、温度和/或压力的控制阀。最终产品取决于这些参数的控制精度，而该控制精度则取决于控制阀的几何形状和特性。例如，被特别设计和选择控制阀来提供特定的流动能力和压力变化。当这些特性受损时，最终产品的质量可能会受到影响。
控制阀通常包括诸如阀体、阀内件组件(例如，流动控制构件、阀杆、阀座)以及配置成将流动控制构件操作地定位在阀体内的致动器组件的部件。然而，当过程流体流动通过控制阀时，这些部件易发生腐蚀。当然，腐蚀可能会不利地损害控制阀的特性，从而影响最终产品的质量。
因此，期望使控制阀部件的腐蚀最小化，特别是在阀体的环境中，其可能相当大，并且因此维修或更换的成本相当昂贵且麻烦。因此，已经实施了一些方法来最小化这种不利的结果。一种已知的方法是从耐腐蚀材料制造整个阀体；然而，这种方法需要大量的耐腐蚀材料，这通常在数量上受到限制，因此获得的代价是相当高的。另一种已知的方法是在已经铸造的阀体的内表面上焊接一层耐腐蚀材料。然而，这种方法需要先进的焊接设备和熟练的焊工来完成任务。因此，这种方法是时间密集的并且可能相当昂贵。另外，当阀体具有复杂的内部轮廓时，焊接常常导致可能影响控制阀特性的缺陷。
附图说明
图1是根据本公开内容的教导构造的用于制造具有一个或多个耐腐蚀内表面的阀体的过程或方法的一个示例的示意图。
图2是根据图1的过程或方法制造的阀体铸件的一个示例的横截面图，该阀体铸件具有一个或多个耐腐蚀内表面。
具体实施方式
本公开内容总体上涉及制造具有或包括一个或多个耐腐蚀内表面的阀体的方法。该方法包括：执行铸造过程，其使用将第一材料浇注到模具箱中来生产由该第一材料制成的阀体铸件，并且在该铸造过程期间，在阀体铸件的一个或多个内表面上形成第二材料层(具有比第一种材料更高的耐腐蚀性)。第二材料层通过使用添加制造技术(additivemanufacturing)将第二材料应用到型芯的一个或多个外表面或在型芯的一个或多个外表面上，并且将型芯插入模具箱中来形成。当第一材料被浇注到模具箱中时，第一材料的一部分与型芯的外表面上的第二材料结合，使得由铸造过程生产的阀体铸件的内表面由第二(更耐腐蚀)材料制成。这种制造方法代表了改进已知的用于提高阀体的耐腐蚀性的方法，该些已知的方法包括例如从耐腐蚀材料(相当昂贵的)制造整个阀体或将耐腐蚀材料焊接到阀体在铸造(耗时且复杂的)后的内表面上。
图1描绘了根据本公开内容的教导的方法或过程100的示例。图1中所描绘的方法或过程100是砂型铸造过程，其生产用于控制阀(未画出)的阀体铸件104。该方法或过程100还在进行砂型铸造过程时利用或采用添加制造技术，来在通过或根据方法或过程100最终生产的阀体铸件104的一个或多个内表面上形成耐腐蚀材料层。因此，当阀体铸件104在控制阀中被采用时，阀体铸件104能够基本上抵抗将在流动通过控制阀的流体接触或与阀体的内表面相互作用时会另外发生的腐蚀。
更具体地，方法或过程100包括提供通常称为铸造烧瓶的模具箱148的行为，至少在该示例中，模具箱具有第一和第二矩形形状的半部或部分150、154，尽管在其它示例中模具箱可以包括或多或少和/或不同形状和/或尺寸的部分。模具箱148还包括定位在第一和/或第二部分150、154中的定位销(dowel)或销(pin)，以创建或形成浇口(即，将液体材料引入模腔中穿过的通道)，以及一个或多个提升管(riser)(即，用来防止由于收缩而在铸件中形成空腔的内置于模腔中的容器)。在图1所例示的示例中，模具箱包括布置在第一部分150中的第一、第二和第三定位销167、168和169，其中，第一定位销167被布置为形成或创建浇口，并且第二和第三定位销168、169被布置为形成或创建提升管。在其它示例中，第一定位销167可以布置在不同的位置(在第一部分150内或在第二部分154中)，第二和/或第三定位销168、169可以不同地布置，和/或如果需要的话，较多或较少的定位销可以分别用于形成较多或较少的提升管。
第一部分150(在该示例中为上半部或上部分)通常称为上箱(cope)，接收并耦合到第一模件158(动作108)，并且第二部分154(在该示例中为下半部或部分)通常被称为下箱(drag)，接收并耦合到第二模件162(动作110)。虽然在该示例中的第一和第二模件158、162由金属制成，但是可以代替地由木材、塑料或任何其它适当的材料制成，共同限定将要生产的阀体铸件104的外部轮廓(即，外表面)，其中第一模件158限定阀体铸件104的第一部分的外部轮廓，并且第二模件162限定阀体铸件104的第二部分的外部轮廓。如图1所例示，第一和第二模件158、162均包括一对型芯座164，其中的进一步细节将在下文进行更详细地描述。该示例中的第二模162还包括布置为形成出入口(gate)(即，液体材料可以自浇口流动并且进入模腔的其余部分所通过的通道)的管165，这将在下面进行更详细地描述。
接下来，方法或过程100包括使用砂子装填第一部分150的动作112和用砂子装填第二部分154的动作116。应当理解，可以任何适当类型的砂均可以被使用(例如“绿砂”、使用粘合剂而与各种材料粘合的干砂等等)。还应当理解，动作112和116可以在相同或不同的时间执行。在任何情况下，至少在该示例中，第一和第二部分150、154使用称为夯实的过程来进行装填，从而使砂子和粘合剂的聚集体适合于模制。
在这一点上，方法或过程100包括从经装填的第一部分150移除第一模件158的动作120和从经装填的第二部分154移除第二模件162的动作124。动作120和124可以在相同或不同的时间执行。通过从经的第一部分150移除第一模件158，在第一部分150内的砂子中创建或形成第一空腔166，同时通过从经装填的第二部分154移除第二模件162，在第二部分154内的砂子中创建或形成第二空腔170。当恰当地执行方法100时，第一空腔166应当通常对应于由第一模件限定的阀体铸件104的第一部分的外部轮廓。同样地，当恰当地执行方法100时，第二空腔170通常应当对应于阀体铸件104的第二部分的外部轮廓。第一和第二空腔166、170还包括由型芯座164形成或创建的凹模172(impression)，其中，型芯座164布置在第一和第二模件158、162中的每一个上。第二空腔170还包括由布置在第二模件162上的管165形成或创建的出入口176。
在将第一模件158从装填的第一部分150移除之后，从装填的第一部分150移除第一、第二和第三定位销167、168和169。通过移除第一定位销167来创建或形成浇口178，并且通过移除第二和第三定位销168、169来创建或形成一对提升管180。
方法或方法100还包括生产或提供包括一个或多个外表面188的型芯184的动作128，该一个或多个外表面188通常限定阀体铸件104的一个或多个内表面。该实施例中的型芯184采用砂子型芯(例如，干砂子型芯)的形式，其通过以下步骤制成：(i)分别使用由金属、塑料和/或其它适当的材料制成的第一和第二型芯箱200来形成第一和第二砂子型芯部分196，以及(ii)随后将第一和第二砂子型芯部分196耦合(例如，粘贴、胶合)在一起。虽然型芯184采用砂子型芯的形式，但是在其它示例中，型芯184可以采用金属、塑料或其它类型的型芯的形式。
在获得型芯184之后，方法或过程100包括通过或使用添加制造技术将抗腐蚀材料204应用(例如，包覆、涂覆)到型芯184的一个或多个外表面188或在将抗腐蚀材料204应用(例如，包覆、涂覆)在型芯184的一个或多个外表面188之上的动作132。取决于给定的应用，耐腐蚀材料204(例如，可以是碳纤维增强材料、钛、铜、银、铂或某种类型的金属合金)可以应用于外部表面188中的一个、一些或全部(以及该表面188中的一个、一些或全部的部分或全部)。添加制造技术可以是通过在材料上添加连续的材料层来构建三维对象的任何添加制造技术或过程。添加制造技术可以由任何适当的机器或机器的组合来执行。添加制造技术通常可以涉及或使用计算机、三维建模软件(例如，计算机辅助设计，或CAD，软件)、机器设备和分层材料。一旦生成了CAD模型，机器设备就可以从CAD文件和层中读取数据，或者以层层方式添加液体、粉末、片材的连续层(例如)以制造三维对象。添加制造技术可以包括几种技术或过程(诸如，举例来说，立体光刻(“stereolithography，SLA”)过程、熔融沉积建模(“fused deposition modeling，FDM”)过程、多喷射建模(“multi-jet modeling，MJM”)过程和选择性激光烧结(“selective laser sintering，SLS”)过程)中的任何一种。在一些实施例中，添加制造过程可以包括定向能量激光沉积过程。这种定向能量激光沉积过程可以由具有定向能量激光沉积能力的多轴计算机数控(“CNC”)车床执行。
应当理解，动作128可以与动作108、112、116、120和124中的一个或多个动作同时或并行地执行。例如，动作128可以与动作108(或动作108的一部分)同时执行。替代地，动作128可以与执行动作108、112、116、120和124的时刻不同的时刻(即，在动作108、112、116、120和124执行之前或之后)执行。此外，虽然动作132在动作128之后执行，但动作132可以与动作108、112、116、120和124中的一个或多个动作同时或并行地执行，或者可以在动作108、112、116、120和124执行之前或之后执行。
方法或过程100还包括将型芯184置于或设置在第一空腔166(形成在第一部分150内)或第二空腔170(形成在第二部分154内)中的动作136，如图1所例示。当型芯184位于第一空腔166中时，型芯184的至少一部分(例如，型芯部部分196中的一个部分)将被布置在第一空腔166内并且由其中的型芯座凹模172支撑，而型芯184的其余部分(例如，型芯部部分196中的另一个部分)将延伸到第一腔166的外侧。相反，当型芯184位于第二空腔170中时，型芯184的至少一部分(例如，型芯部部分196中的一个部分)将被布置在第二空腔170内并由其中的型芯座凹模172支撑，而型芯184的其余部分(例如，型芯部部分196中的另一个部分)将延伸到第二孔腔170的外侧，如图1所例示。
接着动作136，方法或过程100包括将模具箱148的第一部分150与模具箱148的第二部分154耦合的动作140。第一和第二部分150、154可以以任何数量的方式耦合在一起(例如，使用闭合销210)。因为在动作136中，型芯184位于第一和第二空腔166、170中的一个中，所以当模具箱148的第一和第二部分150、154被耦合在一起时，型芯184位于第一和第二空腔166、170的每一个中。继而，通常限定由方法或过程100生产的阀体铸件104的结构的模腔(未示出)形成在第一和第二部分150、154与型芯部184之间。更具体地，模腔形成在(i)限定第一和第二部分空腔166、170的第一和第二部分150、154中的每一个的一个或多个内表面，和(ii)型芯184的一个或多个外表面之间，通过添加制造技术，其至少部分地由耐腐蚀材料204形成。换而言之，模腔被限定第一和第二空腔166、170的内表面包围，但包围型芯184的一个或多个外表面188。
方法或过程100然后包括用适合用在阀体中的熔融金属材料(例如碳钢、不锈钢或别的金属材料)填充模腔的动作144。熔融金属材料经由浇口178和出入口176被引入模腔中。随着熔融金属材料流入并通过模腔时，至少一些熔融金属材料(即沿着模腔的周长流动的熔融金属材料)结合或粘附到型芯184的一个或多个外表面188上的耐腐蚀材料204。
在模腔已经充满熔融金属材料，并且一些熔融金属材料与耐腐蚀材料204结合之后，熔融金属材料被冷却(或被允许冷却)。随着熔融金属材料冷却，提升管180有助于防止由于冷却而在铸件中形成空腔。在材料充分冷却之后，将型芯184和模具箱的第一和第二部分150、154去除(例如通过敲击它们)。这使得阀体铸件104被留下，该阀体铸件104通常具有对应于模腔的结构，但是有利地包括在阀体铸件104的一个或多个内表面中的一些或全部上的耐腐蚀材料层204。
应当理解，虽然方法或过程100被描述为用于生产阀体铸件的手段，但是本公开内容的原理可以应用于其它阀部件。此外，虽然方法或过程100利用砂型铸造，但是本公开内容的原理可以被应用到其它铸造过程或者与其它铸造过程一起使用。最后，应当理解，方法100的动作虽然在本文中以特定顺序描述，但可以以任何数量的不同顺序执行，除非另有明确规定。
图2例示了通过方法或过程100生产的阀体铸件104的一个示例，其为用于滑动杆式控制阀的球形阀体铸件250的形式。可替换地，方法或过程100可以用于生产角形阀体铸件、旋转阀体铸件(用于旋转阀)、节流阀体或其它类型的阀体。
如图2所例示，阀体铸件250限定入口254、出口258和在入口254与出口258之间延伸的流体通路262。阀体铸件250还包括有助于限定流体通路262的多个内表面266。由于阀体铸件250是使用或根据本文描述的方法或过程100生产的，所以耐腐蚀材料204的层270被布置在多个内表面266上，使得耐腐蚀材料204在过程流体流动通过流体通路262时面向或暴露于过程流体。因此，阀体铸件250的内表面266被基本上保护以防止由于过程流体流动通过其随着时间的流逝而另外发生的腐蚀，从而延长了阀体铸件250的使用寿命并最大限度地减少了维护的需求。
本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模。虽然在本文中示出且描述了许多示例，但是本领域技术人员将容易地理解，各种实施例的细节不必是相互排斥的。相反，本领域技术人员在阅读本文的教导时应该能够将一个实施例的一个或多个特征与其余实施例的一个或多个特征组合。此外，还应当理解，所例示的实施例仅是示例性的，并且不应被认为限制本发明的范围。本文所描述的所有方法可以以任何适当的顺序执行，除非本文另有说明或者以其他方式与上下文明显矛盾。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明的示例性实施例的各方面，并且不对本发明的范围构成限制。说明书中的语言不应被解释为指示任何未被要求保护的元素对于本发明的实践是必需的。

Claims (14)

1.一种制造具有一个或多个耐腐蚀内表面的阀体的方法，所述方法包括：
执行铸造过程，包括将第一材料浇注到模具箱中，以生产由所述第一材料制成的阀体铸件；以及
在所述铸造过程期间，在所述阀体铸件的一个或多个内表面上形成第二材料层，所述第二材料具有比所述第一材料更高的耐腐蚀性，其中，形成所述层包括：
使用添加制造技术，将所述第二材料应用到型芯的一个或多个外表面；以及
将所述型芯插入所述模具箱中，
其中，当将所述第一材料浇注到所述模具箱中时，所述第一材料的一部分与所述型芯的所述一个或多个外表面上的所述第二材料结合。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，将所述第一材料浇注到所述模具箱中包括：将碳钢浇注到所述模具箱中。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，形成所述第二材料层包括：在所述阀体铸件的一个或多个内表面上形成碳纤维增强材料层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，执行所述铸造过程包括：执行砂型铸造过程。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，所述型芯包括砂子型芯。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其中，所述添加制造技术包括3D打印。
7.一种制造具有耐腐蚀内部的阀体的方法，所述方法包括：
提供包括第一部件和第二部件的模具箱，所述第一部件包括限定所述阀体的第一部分的第一模件，并且所述第二部件限定所述阀体的第二部分；
用砂子将模具箱的第一部件和第二部件均装填；
从所述模具箱的经装填的第一部件中移除所述第一模件，从而在所述模具箱的第一部件中形成第一空腔；
从所述模具箱的经装填的第二部件中移除第二模件，从而在所述模具箱的第二部件中形成第二腔；
提供包括一个或多个外表面的型芯，所述一个或多个外表面限定所述阀体的一个或多个内表面；
通过添加制造技术将耐腐蚀材料应用到所述型芯的所述一个或多个外表面；
将所述型芯设置在第一空腔或第二空腔中；
将所述模具箱的第一部件耦合到所述模具箱的第二部件，使得所述型芯同时位于所述第一空腔和第二空腔中，从而形成包围所述型芯的模腔；以及
用熔融金属材料填充所述模腔，所述熔融金属材料至少部分地与所述型芯的所述一个或多个外表面上的所述耐腐蚀材料结合，从而形成具有在所述一个或多个内表面上的耐腐蚀材料层的铸造阀体。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，用所述熔融金属材料填充所述模腔包括：用碳钢填充所述模腔。
9.根据权利要求7或8所述的制造方法，其中，应用所述耐腐蚀材料包括：应用碳纤维增强材料。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的制造方法，其中，所述型芯包括砂子型芯。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的制造方法，其中，所述添加制造技术包括3D打印。
12.一种具有耐腐蚀内部的阀体，包括：
使用铸造过程由第一材料形成的主体部分；以及
第二材料层，所述第二材料层在所述铸造过程期间形成在所述主体部分的一个或多个内表面上，所述第二材料具有比所述第一材料更高的耐腐蚀性。
13.根据权利要求12所述的阀体，其中，所述第一材料包括碳钢。
14.根据权利要求12或13所述的阀体，其中，所述第二材料包括碳纤维增强材料。
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