抽油泵泵筒加工-強(qiáng)力珩磨工藝

吳建中WU Jian-zhong

（嘉興市方圓公正檢驗(yàn)行，嘉興 314050）

（Jiaxing City Fangyuan Fair Testing Institute，Jiaxing 314050，China）

1 采用強(qiáng)力珩磨加工的好處和原因

在抽油泵泵筒的加工過程中，最近新興的一種效率較高且加工尺寸精度較高的加工工藝即為強(qiáng)力珩磨加工。該工藝是綜合采用剛性較強(qiáng)的珩磨機(jī)床和切削性能突出的珩磨砂條，然后通過施加較高的珩磨壓力來進(jìn)行大余量加工或者高效率的珩磨加工。采用這種珩磨工藝的優(yōu)勢在于對泵筒的前道粗加工要求較低，若原料采用精拉鋼管可以不用粗加工直接進(jìn)行強(qiáng)力珩磨。在整個(gè)加工過程中，最為重要的一環(huán)就是如何研制和使用強(qiáng)力珩磨用的砂條。采用強(qiáng)力珩磨工藝一方面可以提高抽油泵泵筒的質(zhì)量，另一方面還能降低抽油泵泵筒的成本制作。

2 強(qiáng)力珩磨工藝的加工原理

在過去，我國還沒有把國外先進(jìn)的整筒抽油泵制造技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)，我國需要珩磨內(nèi)孔的工件往往只有很小的細(xì)長比，但工件需要較高的精度尺寸，為了提高工件的表面質(zhì)量和精度，必須要采用珩磨工藝。但是由于只留有很小的珩磨余量，珩磨的切削力明顯不夠。抽油泵泵筒珩磨一方面要滿足工件尺寸精度高的要求，另一方面還要提高工件表面的質(zhì)量，所以需要的珩磨切削力也很大，這時(shí)候我們必須采用強(qiáng)力珩磨工藝。

強(qiáng)力珩磨加工采用的機(jī)床一般是臥式深孔珩磨機(jī)床，加工工件置于機(jī)床的三爪卡盤夾持下，通過中心架的支承做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。其中珩磨頭和珩磨桿、尾架三部分依次相連，通過張開機(jī)構(gòu)把珩磨頭圓周上的珩磨砂條沿著徑向張開，并令其壓向加工工件的孔壁；同時(shí)，珩磨頭通過直線往復(fù)的運(yùn)動磨削和拋光珩磨孔。徑向加壓是珩磨砂條的進(jìn)給運(yùn)動，所以對珩磨砂條的施加壓力越大，其進(jìn)給的程度越深。經(jīng)過這樣一場旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動的最終效果是珩磨砂條上面的磨粒在加工工件的表面呈現(xiàn)出交叉狀的切削軌跡，并且是不重復(fù)的網(wǎng)紋形狀。這樣經(jīng)過強(qiáng)力珩磨加工，使得被加工表面獲得需要的尺寸精度和表面質(zhì)量。

為了保證泵筒的加工質(zhì)量，在抽油泵泵筒的加工過程中，我們一般選用尺寸精度較高、表面質(zhì)量較好且硬度較高、直線度較高的優(yōu)質(zhì)強(qiáng)力珩磨砂條。抽油泵泵筒的強(qiáng)力珩磨加工過程分為脫落珩磨、破碎珩磨和堵塞珩磨三個(gè)階段：首先，在泵筒的脫落珩磨階段，當(dāng)我們開始強(qiáng)力珩磨時(shí)，由于待加工的工件表面粗糙、珩磨砂條和工件之間的接觸面積小，這樣導(dǎo)致和工件接觸部分的砂粒切削力很大，當(dāng)超出砂條粘結(jié)劑的粘結(jié)力，就會造成砂條砂粒紛紛脫落。這個(gè)過程就叫做脫落珩磨階段。當(dāng)砂粒脫落后，參與珩磨的新砂粒因?yàn)樽凿J能力很強(qiáng)，所以珩磨效率高，但因?yàn)閺?qiáng)力珩磨致使砂條消耗加快，用料增多。然后，在泵筒的破碎珩磨階段，隨著砂條和工件的接觸面積增大，工件表面質(zhì)量和尺寸精度有了明顯提高，但砂條切削力也在變小，當(dāng)切削力小于了砂粒粘結(jié)力，砂條上的砂粒就不再脫落；由于受到切削力的作用，這些磨粒被強(qiáng)力擠碎，變成小塊掉落下來。這個(gè)過程就叫做破碎珩磨階段。當(dāng)磨粒變成小塊掉落下來之后，因?yàn)槌霈F(xiàn)了新的尖角，所以又有新的切削力產(chǎn)生，起到自銳的作用。剩下的殘余磨粒因?yàn)轶w積變小，切削的效率不高，減少了砂條消耗，工件表面質(zhì)量有了進(jìn)一步提高。當(dāng)砂條的消耗和其對工件的表面壓力達(dá)到一個(gè)動態(tài)的平衡之后，就能夠保持一個(gè)相對合理的珩磨效率，這是整個(gè)泵筒珩磨過程中最為有效和理想的階段，是整個(gè)泵筒強(qiáng)力珩磨工藝的主要工作階段，這一階段主要完成尺寸精度的控制，同時(shí)減少被加工面的形位誤差和提高表面質(zhì)量。最后，在泵筒的堵塞珩磨階段，隨著工件被加工表面形狀誤差的減少和表面質(zhì)量的提高，工件和砂條的接觸面也越來越大，磨粒的切削力變得越來越小，最后只有很少量的一部分砂粒能夠被擠碎。由于新的切削刃很少從而導(dǎo)致切削力很小，這樣那些細(xì)小的切屑就被堵塞在砂條的縫隙當(dāng)中。這個(gè)階段就叫做堵塞珩磨階段。在這個(gè)階段，砂粒的珩磨速度幾乎下降為零，砂條的磨削相當(dāng)于拋光。通過保持合理的堵塞珩磨時(shí)間，可以進(jìn)一步提高泵筒的尺寸精度和表面質(zhì)量。但是要注意堵塞珩磨的時(shí)間也不要過長，否則會產(chǎn)生切削瘤而使泵筒內(nèi)壁被劃傷。

3 強(qiáng)力珩磨需要考慮的因素

3.1 珩磨設(shè)備和工具的選用 強(qiáng)力珩磨磨削常用的設(shè)備和工具有珩磨頭、珩磨桿、珩磨機(jī)床、珩磨液和珩磨砂條。其中，珩磨機(jī)床必須選用剛性好、功率大的主軸，主軸箱要能夠無級變速或者有機(jī)變速；珩磨主軸要和珩磨頭浮動相連，夾具需要夾緊力大一些并且能夠固定；珩磨頭要?jiǎng)傂院们医Y(jié)構(gòu)簡單的，最好選用剛性半瓦結(jié)構(gòu)的；珩磨砂條的強(qiáng)度要超出普通砂條，而且要有強(qiáng)力珩磨的標(biāo)記；珩磨頭推桿液壓缸最好采用差動式傳動裝置，這樣能夠提高進(jìn)給的靈敏度，從而滿足粗珩、精珩或者拋光珩磨的壓力要求；因?yàn)閺?qiáng)力珩磨會產(chǎn)生很多熱量，所以一定要選用冷卻性能好的珩磨液，方便工件的冷卻和沖洗加工。

3.2 珩磨砂條對工件表面的工作壓力大小 在上面我們對三個(gè)階段珩磨工藝流程的描述中，我們不難發(fā)現(xiàn)在各個(gè)珩磨階段產(chǎn)生轉(zhuǎn)變的原因和外力是砂粒和工件接觸面產(chǎn)生的切削力的大小變化。它直接決定著砂條徑向擴(kuò)張力的大小以及砂條和工件接觸面的多少。所謂的強(qiáng)力珩磨概念中，砂條只有具備了超強(qiáng)的徑向擴(kuò)張力，才能提高砂條珩磨的效率，擴(kuò)大珩磨的余量。砂條對泵筒工作面的壓力控制在204～280 牛/平方厘米為宜。

3.3 珩磨砂條的孔隙度大小 強(qiáng)力珩磨砂條對孔隙度有很高的要求，孔隙度只有足夠大才能夠減少砂條和工件接觸面的接觸范圍，也更加能夠能使砂粒容易被擠碎或者砂粒向下脫落，提高砂條的自銳能力，增強(qiáng)切削的力度和效率。而且，孔隙大了還方便容屑，尤其是軸向尺寸大、不容易排屑和冷卻困難的抽油泵泵筒珩磨十分適合。要打造大氣孔的砂條，就要在砂條原料中添加萘粒，在燒結(jié)的過程中，這種萘得到升華蒸發(fā)，從而在砂條上留下較大的孔隙。在制作過程中要控制萘粒的大小和均勻度以獲得滿意的砂條孔隙。

3.4 珩磨砂條的原材料選用和粒度大小 經(jīng)過調(diào)查和分析，最適合抽油泵泵筒珩磨的砂條材料是碳化硅和白剛玉，而其中以白剛玉為最佳用料。在選用砂條時(shí)，粗珩磨和精珩磨對砂條的粒度要求不同，粗珩要求切削率較高，能夠較快的獲得工件需要的尺寸。而精珩主要為了減少形位誤差提高表面質(zhì)量。因此粗珩磨選的砂條粒度較精珩磨應(yīng)更大一些。一般粗珩宜選用45～70 目的砂條，精珩宜選用80～200 目的砂條。

4 結(jié)語

綜上所述，采用強(qiáng)力珩磨砂條進(jìn)行抽油泵泵筒加工有很多好處：首先，采用強(qiáng)力珩磨工藝對深孔進(jìn)行加工所產(chǎn)生的珩磨壓力要比一般珩磨的壓力大五到七倍以上；其次，采用強(qiáng)力珩磨工藝的加工余量和一般珩磨工藝的加工余量相比要超出至少十到二十倍；再次，采用強(qiáng)力珩磨工藝的磨削效率比起一般珩磨工藝的效率提高了二十到三十倍之多；最后，采用強(qiáng)力珩磨工藝后，深孔的加工精度得到了大幅度提高，粗糙度大為降低，工件質(zhì)量得到提升?？傊?，采用強(qiáng)力珩磨工藝進(jìn)行抽油泵的泵筒加工能夠節(jié)省生產(chǎn)成本，簡化工藝流程，提高加工效率，優(yōu)化加工質(zhì)量。

[1]鄭夢鼎.應(yīng)用超高速空氣軸承電主軸磨削微小孔[J].制造技術(shù)與機(jī)床，1982（12）.

[2]雷銓.座標(biāo)鏜床主軸箱孔的珩磨加工[J].制造技術(shù)與機(jī)床，1980（07）.

[3]劉永超，王懷孝.提高采液量是砂巖注水油田穩(wěn)產(chǎn)的一項(xiàng)重要工藝[J].石油鉆采工藝，1981（04）.