泵殼加工精度及工藝分析

摘要：文章以壓裂泵泵殼為研究對象，從泵殼的特點與需要保證加工精度的加工部位入手，介紹了泵殼加工所應(yīng)遵循的基本加工工藝路線，并從基準(zhǔn)的選擇、夾具的使用、試切的運用、軸承孔的加工方式等方面介紹了保證泵殼精度的主要工藝措施。

關(guān)鍵詞：泵殼；加工精度；加工工藝；壓裂泵；機械加工 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2017）05-0106-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.051

箱體類零件廣泛的運用在各類機械整機產(chǎn)品中，機器中的軸、軸承、齒輪等部件需要通過箱體將其關(guān)聯(lián)成一個整體，因此箱體也是機器中最基礎(chǔ)的零件之一。箱體各部分的結(jié)構(gòu)和尺寸決定了其內(nèi)部的零件的相互位置關(guān)系，并保證內(nèi)部零件一定的傳動規(guī)律，使得機器能夠按照預(yù)定的運動規(guī)律來運動，從而實現(xiàn)我們需求的機器的功能。壓裂泵是油田壓裂作業(yè)的核心部件，壓裂泵動力端中的泵殼使動力端內(nèi)部的軸承、曲軸、連桿等零件結(jié)合成一體并保證它們的相互位置關(guān)系與運動規(guī)律，使壓裂作業(yè)能夠順利進行。因此，泵殼的加工質(zhì)量直接影響到泵總成的裝配精度和運動精度，并且對泵總成的使用性能和壽命也有著決定性的影響。

1 泵殼的特點

（1）泵殼多為鑄造件，也有一部分鍛件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體的剛性較差；（2）需要進行多工位孔系以及平面的加工，并且軸承孔的同軸度、拉桿孔的位置度、端面與軸承孔軸線的垂直度等形位公差及空間位置度要求較嚴(yán)，要保證必要的位置精度要求，必須在一次裝夾中完成一系列銑面、鏜孔、鉆、鉸孔等多工序；（3）精度要求較高，特別是對于軸承孔以及定位銷孔，尺寸公差要求較高；（4）加工內(nèi)容多，需要經(jīng)過銑面、鏜削軸承孔、深槽銑削、攻螺紋等加工，需要頻繁更換

刀具。

2 泵殼的主要加工部位

泵殼上的結(jié)構(gòu)主要包括用于鑲軸承的軸承孔、拉桿孔、定位銷孔、與十字頭箱體或泵頭體配合的端面等。歸結(jié)起來，泵殼中需要加工的部位分為以下三類：

2.1 泵殼上的平面

除了基面底平面外，還有前端面、蓋板平面的加工。前端面的加工質(zhì)量直接影響到泵殼在與液力端裝配時的接觸剛度和位置精度。

2.2 泵殼上的孔以及孔系

主要包括軸承孔、孔內(nèi)環(huán)槽、銅套孔、拉桿孔、定位銷孔等。軸承孔本身的尺寸精度、形狀精度要求較高，并且在同一軸線上的一組軸承孔的同軸度有嚴(yán)格的要求，平行的兩組軸承座孔之間也有嚴(yán)格的平行度要求。若軸承孔的同軸度不能得到保證，會使裝入的曲軸一直處在別勁的狀態(tài)，在運轉(zhuǎn)過程中會使軸的運轉(zhuǎn)情況惡化，溫度升高、軸承磨損加劇，甚至直接導(dǎo)致曲軸根本無法裝入泵殼之中。若兩組軸承孔之間的平行度不能得到保證，會導(dǎo)致大齒輪和小齒輪軸的嚙合精度下降，引起振動和噪聲，影響齒輪壽命。在裝配泵殼與十字頭箱體時，是靠定位銷孔和箱體來定位，因此定位銷孔的尺寸精度和孔距精度的要求都比較嚴(yán)格。一般一個泵殼上有8～20個拉桿孔，與十字頭箱體和泵頭體上的拉桿孔一一對應(yīng)，因此對拉桿孔的孔距精度也要求較高，否則容易導(dǎo)致拉桿不能全部安裝到位。

2.3 其他部分

各螺紋孔以及吊孔凸臺面。

3 泵殼加工工藝路線的擬定

3.1 先面后孔

先加工面，加工出的基準(zhǔn)面可以為后續(xù)的工序提供一個定位基準(zhǔn)，加工出的相關(guān)面可以用于校正毛坯。在加工泵殼時，先將泵殼的底平面銑到位，再以底平面定位來銑前端面，這樣找正前端面后再結(jié)合鉗工劃的中心圍線便可以校正泵殼毛坯。

由于毛坯表面往往凹凸不平，如果在這種情況下直接加工孔，在加工過程中極易產(chǎn)生沖擊振動、損壞刀刃。在我們實際加工中，由于表面狀況不好而導(dǎo)致的刀刃損壞現(xiàn)象是比較常見的。并且在先加工平面后，如軸承座的端面、泵殼的前端面，消除了表面凹凸不平的現(xiàn)象，在機床上找正、打坐標(biāo)才能方便，找到軸承孔、拉桿孔等的位置才能更加準(zhǔn)確，從而使加工精度得到相應(yīng)的保證。銑削時的切削力比較大，在銑削時工件很容易產(chǎn)生變形，我們在加工時先進行銑面的工序，可以使其有一段恢復(fù)的時間，以減少由變形引起的對孔的精度的影響。

3.2 粗精分開，先粗后精

在加工時，刀具的切削力、夾具的夾緊力以及產(chǎn)生的切削熱都會造成短時間內(nèi)泵殼的變形，如果在這種情況下直接完成平面以及孔的精加工，等到變形恢復(fù)后，必然會造成泵殼上的這些平面和孔的位置與尺寸的偏離，精度無法保證。因此，在加工泵殼時，必須先對軸承孔、銅套孔等相關(guān)孔系以及泵殼前端面、軸承座端面等平面進行粗加工，之后再進行這些部位的精加工。

3.3 工序集中，先主后次

泵殼上存在一些相互位置要求較高的孔及平面，如拉桿孔、定位銷孔、軸承孔及其端面，這些有相互位置要求的部位需要在同一道工序中加工，以減少裝夾次數(shù)，使泵殼在整個加工過程中基準(zhǔn)盡量統(tǒng)一，將基準(zhǔn)不重合誤差盡量降到最小。

4 保證泵殼精度的其他主要工藝措施

4.1 基準(zhǔn)的選擇

劃線時，選用相距最遠的兩端的軸承孔作為基準(zhǔn)，保證加工時各軸承孔的余量均勻，鏜孔時，選用泵殼底平面作為加工基準(zhǔn)。在加工泵殼的軸承孔時，考慮到機床精度的限制，在銑底平面的同時，在泵殼前端面上銑一基準(zhǔn)，保證與底平面和軸承座端面垂直，作為鏜軸承孔的找正工藝基準(zhǔn)。鏜孔軸承孔時，只需要校正，按照工藝基準(zhǔn)找正鏜孔就可以了，這樣也是利用銑基準(zhǔn)的方法彌補機床精度不足的不利因素。

4.2 夾具使用

泵殼同其他箱體一樣，整體剛性較差，在加工過程中容易產(chǎn)生夾緊變形、切削變形。在粗加工時，上緊夾具，使之有較大的夾緊力以承受粗加工時較大的切削力。在精銑前端面以及精鏜軸承座孔和端面的時候，人為將壓板放松，使變形消除后再重新上緊夾具，但是需要適當(dāng)調(diào)整夾緊力，用較小的夾緊力以使夾緊變形變小，從而使加工精度滿足設(shè)計要求。

為了減少變形量，在加工過程中可以使用輔助支撐。在使用輔助支撐時，輔助支撐夾緊的位置應(yīng)該靠近底面支撐墊塊。在加工前端面時，輔助支撐要靠近前端面，以減小夾緊變形對前端面加工的影響，但是需要注意的是輔助支撐不能位于被加工孔的正上方，否則會影響到被加工孔的精度。

4.3 試切的運用

在使用刀具鏜孔的時候，選擇的切削用量、當(dāng)下所鏜部位的具體的材質(zhì)、硬度等多方面的因素都會對鏜孔的精度產(chǎn)生影響，如果只是按理想情況下將刀頭的尺寸調(diào)整到所要加工的孔的尺寸，那么在這些因素的影響下所鏜出的孔難以達到所要求的尺寸精度。所以在鏜軸承孔時，我們需要進行這樣的步驟：試切工件—測量孔徑—微調(diào)刀頭尺寸。并且這樣的步驟常常需要反復(fù)進行，直到所調(diào)出的刀頭鏜出的孔的精度能達到我們的預(yù)期為止。

在鏜泵殼中的軸承孔時，一定要按照上圖所示的流程來進行試切步驟，以確保精鏜出的軸承孔達到所需的精度。

4.4 軸承孔兩頭鏜

一般來說，泵殼中有4～6道軸承孔位于同一軸線上，軸承孔的跨距較大。這樣造成兩方面的問題：一是跨度過大，沒有這么長的刀桿；二是即使有足夠長的刀桿，在刀桿伸出過長時，刀桿長徑比增加，剛度變差，鏜孔時發(fā)顫，精度嚴(yán)重受到影響。

針對以上問題，鏜軸承孔時應(yīng)采取兩頭鏜的方式，先在一頭鏜出一半數(shù)量的軸承孔，再將工作臺旋轉(zhuǎn)180度，從另一頭鏜剩下的孔。需要注意的是，由于機床自身的誤差，將工作臺旋轉(zhuǎn)180度后，需要重新找正軸承孔的中心，將機床的中心與軸承孔調(diào)重合，這樣才能保證軸承孔的同軸度。

5 結(jié)語

以上泵殼的相關(guān)加工工藝，是結(jié)合了箱體加工理論以及多年的泵殼加工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，實踐證明這些措施是能有效提高泵殼的加工精度的。當(dāng)然，上述只是一部分我們在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上總結(jié)出的方法，要更好地提高泵殼的加工精度，還需要不斷探討和研究。

參考文獻

[1] 王鳳平.機械制造工藝學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2] 張世有.箱體零件的加工工藝分析[J].機械與電子，2010，（17）.

作者簡介：李文婕（1989-），女，湖北京山人，中石化石油工程機械有限公司第四機械廠助理工程師，碩士。

（責(zé)任編輯：蔣建華）