泥漿泵空心曲軸的加工方法

吳延群

山鋼股份山東冶金機(jī)械廠(chǎng)有限公司 山東淄博 255051

1 序言

泥漿泵是一種往復(fù)式柱塞泵，它通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為十字頭及活塞的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，把低壓的泥漿壓縮成高壓泥漿，是石油鉆井作業(yè)最重要的工藝設(shè)備之一。泥漿泵分為液力端和動(dòng)力端兩部分，動(dòng)力端用來(lái)傳遞動(dòng)力和轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方式及速度，為液力端提供動(dòng)力，液力端用來(lái)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w內(nèi)能，以輸送泥漿。

泥漿泵動(dòng)力端主要是指曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，其中空心曲軸是整個(gè)曲柄連桿的核心部件，其加工精度要求高，3處偏心部分的加工難度尤其大。由于我單位沒(méi)有大型數(shù)控車(chē)床，也沒(méi)有大型的數(shù)控加工中心，因此根據(jù)實(shí)際情況和多年的車(chē)工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一套加工空心曲軸的方法。即利用現(xiàn)有設(shè)備，優(yōu)化工藝，適當(dāng)調(diào)整加工工序，用臥式車(chē)床、刀桿和刀具完成特殊工件的加工。

2 空心曲軸的加工

泥漿泵空心曲軸在加工時(shí)，工序?yàn)椋簞澗€(xiàn)→銑兩端面定總長(zhǎng)→鏜兩端工藝孔→鑲堵頭打中心孔→精車(chē)空心曲軸各部→鉆各孔。此工件的加工難點(diǎn)在3處偏心部分（圖樣編號(hào)為1#，2#，3#）。

空心曲軸形狀比較復(fù)雜（見(jiàn)圖1），兩端φ300mm部分和最大外圓φ1270mm部分為空心曲軸的回轉(zhuǎn)中心（見(jiàn)圖1a），3處偏心部分是以該回轉(zhuǎn)中心為中心，在圓周方向呈120°夾角均勻分布（見(jiàn)圖1b）。空心曲軸的加工工序如下。

1）由鉗工檢查毛坯，以?xún)啥送鈭Aφ300mm及最大的外圓φ1270mm為基準(zhǔn)，合理分配三處偏心部分（1#，2#，3#）的加工余量，并劃兩端φ150mm內(nèi)孔孔線(xiàn)。

2）在鏜床TX6513上對(duì)頭鏜刀，嚴(yán)格按線(xiàn)找正，鏜兩端φ150mm內(nèi)孔，銑完后總長(zhǎng)為1720.9mm。

3）用C630臥式車(chē)床配車(chē)兩端堵頭，用C680臥式車(chē)床頂針打中心孔。車(chē)工在空心曲軸兩端鑲堵頭，電焊工配合點(diǎn)焊防松。

4）在C680臥式車(chē)床上，按圖樣尺寸及公差，精車(chē)兩端外圓φ300mm處和最大外圓φ1270mm處，并精車(chē)相關(guān)錐面部分。

空心曲軸加工到此，遇到了空心曲軸1#、2#和3#偏心部分的加工難題。由于空心曲軸形狀不規(guī)則，回轉(zhuǎn)中心不固定，機(jī)床難以準(zhǔn)確的確定偏心量，且偏心部分尺寸大，難以裝夾固定，所以采用C5231普通立式車(chē)床加工難度大。于是筆者根據(jù)自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，與技術(shù)人員一起設(shè)計(jì)了一套空心曲軸工裝（見(jiàn)圖2），很好地解決了這一難題。按圖2a焊制一罐狀工裝體，上、下底板用厚50mm、φ2080mm的鋼板，圓周均布8×1180mm×205mm×40mm加強(qiáng)筋板（見(jiàn)圖2b），上、下平面及外圓的平行度控制在≤0.05mm，同軸度控制在≤φ0.03mm。

5）在C680臥式機(jī)床上，按空心曲軸的3#偏心部分的最大偏心圓，即最大外圓φ1270mm處按φ1193.8mm劃3×φ30mm銷(xiāo)孔孔線(xiàn)和12×φ40mm孔線(xiàn)，其中3×φ30mm孔線(xiàn)呈120°均布。

圖1 空心曲軸結(jié)構(gòu)

圖2 空心曲軸工裝

6）加工空心曲軸工裝，由C5231普通立式車(chē)床精車(chē)空心曲軸工裝上、下平面，然后由TK6926數(shù)控鏜銑床精鏜152.4mm偏心孔φ1117.6mm和3×φ30mm銷(xiāo)孔，用于加工空心曲軸3處偏心部分。按圖樣尺寸劃12×M36孔線(xiàn)，用Z3080鉆床鉆攻12×M36螺紋孔，用以固定空心曲軸。用Z3080鉆床，通過(guò)普通工裝固定空心曲軸，鉆12×φ40mm孔。

7）將空心曲軸與工裝裝配一體（見(jiàn)圖3），由C5231普通立式車(chē)床，按空心曲軸工裝外圓找正裝夾，加工3#偏心部分；將空心曲軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°，翻轉(zhuǎn)后再次裝夾，加工1#偏心部分；將空心曲軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°，再次裝夾，加工2#偏心部分。

至此空心曲軸的車(chē)工工序完成。

圖3 空心曲軸與工裝裝配

3 空心曲軸加工用刀桿、刀具

空心曲軸2#偏心部分位于中間位置，由于在加工過(guò)程中受1#偏心部分偏心回轉(zhuǎn)的影響，所以普通車(chē)工刀具不能達(dá)到要求。另外，由于空心曲軸偏心回轉(zhuǎn)直徑大，刀具探出長(zhǎng)，刀桿的伸長(zhǎng)量達(dá)到500mm，故導(dǎo)致刀具剛性差，產(chǎn)生振動(dòng)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，制作了一只加強(qiáng)刀桿，刀桿材質(zhì)選用40Cr合金鋼，使刀桿具有很好的剛性和耐沖擊性能，有效防止加工時(shí)刀具振動(dòng)。此外，刀桿的前面和側(cè)面都要銑出壓刀槽，刀桿上方鉆出壓刀螺紋孔，以便在精車(chē)時(shí)前面和側(cè)面都能裝刀。精車(chē)內(nèi)孔球面時(shí)，車(chē)刀的裝夾對(duì)工件的表面質(zhì)量有很大的影響。車(chē)刀過(guò)高，吃刀量到一定深度時(shí)車(chē)刀的后刀面頂住工件，增大了摩擦力，造成啃刀現(xiàn)象。車(chē)刀過(guò)低則切屑不易折斷，不易排出。

圖5 安裝加工刀桿

圖6 刀具

操作人員將加強(qiáng)刀桿（見(jiàn)圖4）裝夾到機(jī)床上（見(jiàn)圖5），刀桿上裝夾普通刀具（見(jiàn)圖6）即可，刀具上要有排屑槽以便于排屑并保護(hù)刀具。其中，1為尖刀，主要用于工件毛坯開(kāi)槽；2、3為左、右偏刀，強(qiáng)度高，耐沖擊，主要用于毛坯的粗加工。尤其是在尖刀開(kāi)槽后，用于工件槽部的切削；4、5為左、右開(kāi)槽偏刀，刀頭尾部開(kāi)槽，可以更好的斷屑，主要用于工件的精加工，提高表面質(zhì)量；6、7分別為圓弧刀、小圓弧刀，主要用于切削工件在臺(tái)階過(guò)渡的圓弧。

4 注意事項(xiàng)

1）工件要夾緊，以防在車(chē)削時(shí)打滑，工件飛出傷人或扎刀。

2）在車(chē)削時(shí)使用適當(dāng)?shù)那邢饕海ㄈ缑河停軠p少受熱變形，使加工表面更好，更容易達(dá)到技術(shù)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)工裝及合理工序，設(shè)計(jì)加強(qiáng)刀桿，保證刀桿剛性，并在刀桿上安裝普通刀具，只需采用C680臥式車(chē)床和C5231普通立式車(chē)床就可以完成空心曲軸的切削。這樣不僅保證了空心曲軸的圖樣要求，成功克服了加工難點(diǎn)，而且為我廠(chǎng)降本增效，創(chuàng)造了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。