大型高壓隔膜泵液力端柱塞加工工藝研究

戴武超（中國(guó)有色（沈陽(yáng)）泵業(yè)有限公司，遼寧　沈陽(yáng)　110144）

大型高壓隔膜泵液力端柱塞加工工藝研究

戴武超
（中國(guó)有色（沈陽(yáng)）泵業(yè)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110144）

作為隔膜泵液力端閥箱重要組成零件，柱塞與壓緊環(huán)、雙頭螺柱、進(jìn)出料閥內(nèi)外螺母構(gòu)成了閥蓋壓緊裝置。閥蓋壓緊裝置能保證閥箱在高壓力下安全的正常工作，其中的密封性與受壓情況是關(guān)鍵點(diǎn)。本文以柱塞加工工藝為例，結(jié)合各項(xiàng)工序（包含下料、冷熱加工及零件存放），分別進(jìn)行工藝方案分析，設(shè)備的選擇，刀具，工裝確定，數(shù)控程序的編制，最終形成可以指導(dǎo)生產(chǎn)的工藝文件。

大型高壓隔膜泵；彎管；結(jié)構(gòu)改進(jìn)；ANSYS

1　前言

作為隔膜泵液力端閥箱重要組成零件，柱塞與壓緊環(huán)、雙頭螺柱、進(jìn)出料閥內(nèi)外螺母構(gòu)成了閥蓋壓緊裝置。閥蓋壓緊裝置能保證閥箱在高壓力下安全的正常工作，其中的密封性與受壓情況是關(guān)鍵點(diǎn)。不同型號(hào)的隔膜泵所承受的壓力強(qiáng)度不同，所以柱塞的材質(zhì)與規(guī)格也各不相同。

本文以柱塞加工工藝為例，結(jié)合各項(xiàng)工序（包含下料、冷熱加工及零件存放），分別進(jìn)行工藝方案分析，設(shè)備的選擇，刀具，工裝確定，數(shù)控程序的編制，最終形成可以指導(dǎo)生產(chǎn)的工藝文件。經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)和改進(jìn)，柱塞的材質(zhì)由原來(lái)的鍛件，變?yōu)?5號(hào)鋼。針對(duì)柱塞的尺寸規(guī)格，合理安排其加工工序，冷加工時(shí)，要做到“先粗后精”，“普車(chē)粗，數(shù)控精”，批量生產(chǎn)時(shí)“集體粗，集體精”。熱處理時(shí)批量件同爐加工，或者與其它需要相同熱處理方式的工件同爐處理。在整個(gè)工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要通過(guò)分析，確定最佳的工藝方案，使得零件的加工成本最低，合理的選用定位夾緊方式，使得零件加工方便、定位精準(zhǔn)、剛性好，合理選用刀具和切削參數(shù)，使得零件的加工在保證零件精度的情況下，加工效率最高、刀具消耗最低。最終形成的工藝文件要完整，并能指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

2　柱塞加工工藝分析

2.1加工工序流程

該零件材質(zhì)為45號(hào)鋼，零件表面由圓柱、臺(tái)階、圓角、倒角等組成，中間有孔。尺寸標(biāo)注完整，66mm尺寸、99mm尺寸和110mm尺寸精度要求較高，有同軸度要求，粗糙度要求較高。零件硬度要求241HB～286HB，需熱處理調(diào)質(zhì)。

結(jié)合零件的材質(zhì)、形狀、尺寸大小和形位公差要求、硬度要求等考慮，初步確定柱塞加工工序流程為：下料—粗車(chē)—調(diào)質(zhì)—精車(chē)—檢查—防銹處理。

2.2工藝細(xì)化方案

按照柱塞加工工序流程，制定柱塞加工方案。根據(jù)柱塞設(shè)計(jì)的材質(zhì)和形狀規(guī)格，確定柱塞選用45號(hào)鋼棒料。根據(jù)柱塞設(shè)計(jì)尺寸和粗精加工余量，確定毛坯尺寸為φ120×90。

棒料的切段可由機(jī)加車(chē)間鋸床完成，由于柱塞為批量生產(chǎn)件，鋸床可以在全部切段后轉(zhuǎn)入下步工序。

粗車(chē)是在熱處理調(diào)質(zhì)前將毛坯加工，在保證精加工余量，又能滿足熱處理調(diào)質(zhì)深度的前提下，去除毛坯的多余量。根據(jù)柱塞毛坯尺寸為φ120×90，選用普通62車(chē)床進(jìn)行加工。通過(guò)圖1可以看出，虛線部分為設(shè)計(jì)要求尺寸，實(shí)現(xiàn)部分為實(shí)際粗加工尺寸，由于毛坯粗車(chē)切削量大，切削精度要求不高，在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，選用普通62車(chē)床較為合適。

粗車(chē)加工工步為：

①三爪卡盤(pán)裝卡φ72端毛坯部，找正；

②平端面，加工φ116外圓及47尺寸達(dá)圖；

③加工φ39孔及86上端面各倒角；④換面裝卡φ116，找正；

⑤加工其余尺寸達(dá)圖（含各倒角）。

裝卡時(shí)，選用三爪卡盤(pán)及工藝卡爪裝卡。

粗車(chē)時(shí)，外圓加工選用95°外圓車(chē)刀，內(nèi)孔加工選用95°內(nèi)孔車(chē)刀。

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，需要對(duì)工件進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)，使零件達(dá)到241HB～286HB。調(diào)質(zhì)通常是指工件通過(guò)淬火和高溫回火，以獲得回火索氏體的綜合熱處理工藝。

針對(duì)柱塞的調(diào)質(zhì)，需要用熱處理車(chē)間設(shè)備RT18爐進(jìn)行淬火，回火處理。根據(jù)圖1可以看出，淬火是工件在加熱840℃一段時(shí)間后，進(jìn)行水冷；回火是工件在加熱560℃一段時(shí)間后，進(jìn)行空冷。

保溫時(shí)間按實(shí)際裝爐量確定。

熱處理調(diào)質(zhì)后，對(duì)工件進(jìn)行精確加工，完成工件的所有設(shè)計(jì)尺寸。

數(shù)控車(chē)床由于其具有高效率、高精度、高柔性等特點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)控車(chē)床在加工特點(diǎn)方面與普通車(chē)床相比較，具有高難度加工、高精度加工、高效率加工三方面特點(diǎn)。但在加工成本方面，數(shù)控車(chē)床加工要高于普通車(chē)床，而且不適合進(jìn)行大切削量的加工。根據(jù)柱塞的設(shè)計(jì)尺寸、數(shù)量和機(jī)加車(chē)間的設(shè)備情況，綜合考慮柱塞的精加工選用NC62數(shù)控車(chē)床進(jìn)行加工。

NC62數(shù)控車(chē)床精加工柱塞所配刃具、量具、工裝分別如下：

①95°外圓車(chē)刀——加工各外圓端面（含個(gè)圓角，倒角）；

②95°內(nèi)孔車(chē)刀——加工里孔；

③50mm～75mm外徑千分尺——φ66g7（-0.01/-0.04）外圓尺寸檢測(cè)；

④75mm～100mm外徑千分尺——φ99g7（-0.012/-0.047）外圓尺寸檢測(cè)；

⑤100mm～125mm外徑千分尺——φ110g7（-0.012/-0.047）外圓尺寸檢測(cè)；

圖8為氣流出口與垂直方向成-45°霧滴運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)氣流出口方向與對(duì)自然風(fēng)相同時(shí)，在其出風(fēng)口產(chǎn)生水平向后的氣流速度，增加霧滴向噴頭下風(fēng)向飄移的速度，從而增大了霧滴飄移量。

⑥0～150mm游標(biāo)卡尺——其余外圓尺寸；

⑦0～10mm工藝卡爪——裝卡用；

⑧薄鐵皮——防止卡爪裝卡卡傷工件。

NC62數(shù)控車(chē)床加工此零件，應(yīng)用的程序號(hào)為O1988，精加工工步為：

①工藝卡爪裝卡φ110g7（-0.012/ -0.047）外圓，裝卡距離為9mm；

②數(shù)控定心找正，確定加工路線；

③車(chē)平端面，精加工18.5mm尺寸及其下端所有外圓尺寸，保證各個(gè)階梯處圓角，倒角及形位公差要求；

④精加工φ45mm內(nèi)孔；

⑤換面裝卡，普通卡爪墊薄鐵皮裝卡φ66g7（-0.01/-0.04）外圓；

⑥數(shù)控定心找正，確定加工路線；

⑦車(chē)平總長(zhǎng)80mm，精加工其余尺寸。

精加工完成后轉(zhuǎn)入下道工序。

對(duì)設(shè)計(jì)圖紙中所標(biāo)的各關(guān)鍵尺寸進(jìn)行嚴(yán)格檢查，數(shù)量多時(shí)進(jìn)行抽檢，合格后轉(zhuǎn)入下道工序。

防銹處理采用PSA-005防銹劑。該防銹劑是脫水置換型功能性防銹劑，具有良好的脫水性、人汗置換性和優(yōu)良的防銹性能，可滿足大部分金屬材料、零件、元器件的短、中期工序間防銹要求；對(duì)材料安全性高；對(duì)環(huán)境無(wú)公害，對(duì)人體無(wú)毒副作用，屬環(huán)保型產(chǎn)品。

操作規(guī)程：

①將PSA-005防銹劑倒入到帶金屬隔網(wǎng)的防銹油槽中。

②將清洗后的工件浸入油槽中2～3分鐘，以保證將水脫盡，浸油防銹。

③距油槽底部的一定高度應(yīng)設(shè)置活動(dòng)金屬網(wǎng)或多孔的隔盤(pán)，以保證金屬加工件不與底部接觸。油槽底部應(yīng)下設(shè)放水閥，定期排放油槽底部置換出的積水。

④將防銹處理后的工件產(chǎn)品擺放區(qū)。

結(jié)語(yǔ)

作為隔膜泵閥箱中的重要零件，柱塞的加工是保證隔膜泵安全正常運(yùn)作的必要條件。本文詳細(xì)的闡述了柱塞在加工中的各項(xiàng)工序內(nèi)容，及與各工序相關(guān)的設(shè)備、加工方式和輔助工具。柱塞加工的工藝流程細(xì)化方案模式也可以應(yīng)用在其它零部件的加工中。工藝細(xì)化不僅僅是保證零件的正常加工生產(chǎn)，同時(shí)也是在傳統(tǒng)工藝方面的改革，它繼承了傳統(tǒng)工藝的優(yōu)良，同時(shí)也汲取了現(xiàn)代先進(jìn)的加工方法。

現(xiàn)階段的工藝流程細(xì)化還在不斷地完善中，希望通過(guò)工藝流程細(xì)化方案的制定，讓工藝設(shè)計(jì)有更大飛躍。

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