CN101865129B - 等壁厚螺杆泵定子的加工方法及专用推拉设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等壁厚螺杆泵定子的加工方法及专用推拉设备，其加工方法步骤如下：(1)制造内模，在内模上同轴焊接芯轴；(2)制造外模；(3)向原料钢管内灌涂润滑剂并将其套在芯轴上，将芯轴和外模装卡在推拉设备上；对内、外模加热；启动推拉设备推动钢管前移，挤压出定子泵筒；(4)校直、喷砂，注胶硫化。其专用推拉设备有一个支板，在支板一侧设有直线往复运动机构并通过导轨连接导轨座，在支板另一侧固接有卡紧装置，在导轨座上设有滑动架和油缸支架且在二者之间设有牵引油缸，在滑动架上设有外模，在导轨一侧设有电加热装置。优点是：易于加工，工作效率高，加工出的定子泵筒精度高、质量好，延长了螺杆泵的使用寿命。

Description

等壁厚螺杆泵定子的加工方法及专用推拉设备

技术领域

本发明涉及机械采油技术领域，特别涉及一种等壁厚螺杆泵定子的加工方法及专用推拉设备。

背景技术

螺杆泵定子是螺杆抽油泵的重要部件。传统的螺杆泵定子的加工方法是将橡胶浇注在圆钢管内壁上，形成的橡胶层内表面是螺旋曲面，橡胶层薄厚不均匀，在使用过程中容易造成泵效不稳、扬程低等问题，缩短了定子的使用寿命，给实际的生产应用中带来很多不便。CN1614238A中公开了两种等壁厚螺杆泵定子的加工工艺方法，一种采用精铸工艺铸造出螺旋状定子泵筒，加工出的定子泵筒为铸件，难免会存在气孔和砂眼等缺陷，降低了定子泵筒的强度，直接影响了螺杆泵的性能和使用寿命；第二种是采用机械成型工艺制造定子泵筒，其中定子泵筒压制是直接利用挤压机推送钢管，由于钢管自身的强度较大，因此推送阻力和加工难度大，钢管难以成型，故其压制过程分成两次成型，工作效率很低，且加工出的产品精度较低，难以满足实际生产的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种易于加工，生产效率高的等壁厚螺杆泵定子的加工方法及专用推拉设备，使用该方法加工出的螺杆泵定子泵筒精度高、质量好，改变了螺杆泵的整体机械性能，延长了螺杆泵的使用寿命。

本发明所涉及的等壁厚螺杆泵定子的加工方法包括以下步骤：

1、制造内模：在数控铣床上加工出与预定定子泵筒内腔形状和尺寸相同的内模，并且将内模的一端加工成圆锥面作为钢管推入端，在内模的钢管推入端同轴焊接芯轴；

2、制造外模：在数控铣床上根据加工内模的数据加工实心的金属辅助外模31，辅助外模31的主体形状与内模相同且尺寸等于内模的径向尺寸与二倍的预定定子泵筒的壁厚之和；将辅助外模31安装到由模具套32和上、下端盖构成的浇注模具内腔中心，通过上端盖上的浇注口3301向浇注模具内腔浇注蜡水，待蜡水注满并凝固后，卸下上端盖并旋出辅助外模31，形成一个内表面为螺旋曲面的蜡套35，再装好上端盖并向蜡套35内腔填充树脂砂芯36，然后向所述的浇注口3301内浇注铁水将蜡套35融化，待铁水冷却后打开浇注模具并清除树脂砂芯36，最终形成一个金属外套，即外模，外模内表面为螺旋曲面且与内模径向尺寸之差等于预定定子泵筒壁厚的二倍；

3、截取定长的定子泵筒原料钢管，向原料钢管内孔灌涂润滑剂，然后把原料钢管套在芯轴上，将芯轴、内模和外模安装在推拉设备上，启动推拉设备的牵引油缸推动外模直至与内模端面对齐；启动电加热装置对内、外模进行加热，使内、外模温度达到700-800℃，再移动电加热装置至原料钢管的前端并对其端部加热至700-800℃；启动推拉设备的进给油缸，推动原料钢管前移，原料钢管在被加热的同时在内模和外模的作用下变形，挤压出螺旋状的定子泵筒，然后进行热处理；

3、对定子泵筒校直、喷砂处理，最后注胶硫化，形成内设均匀壁厚橡胶层的等壁厚螺杆泵定子。

上述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，所述的润滑剂为水和石墨的混合物，水和石墨的重量百分比为1∶6-1∶12。

上述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，所述的润滑剂为液态滑石粉。

上述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，所述的水和石墨的重量百分比为1∶8-1∶10。

上述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，所述的内、外模加热温度740-780℃。

上述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，所述的原料钢管端部的加热温度为740-780℃。

本发明所涉及的专用推拉设备有一个支板4，在支板4一侧上下布置有直线往复运动机构和导轨1，在导轨1前端连接有导轨座22，在支板4另一侧固接有用来卡装芯轴8的卡紧装置，在导轨1前部设有可调支座16，在导轨座22上由后至前设有用来安装外模28的滑动架19和油缸支架21，在滑动架19和油缸支架21之间设有牵引油缸20；该专用推拉设备还设有电加热装置，所述的电加热装置的加热线圈套在内模外面。

上述的专用推拉设备，所述的直线往复运动机构是由对称安装在支板上的两个进给油缸，固定在两个进给油缸的缸杆端的拉板，对称固定在拉板上的两根拉杆，固定在两根拉杆后端的钢管推架以及卡装在钢管推架上的推送法兰构成，所述的钢管推架下端通过滑轮支撑在导轨上。

上述的专用推拉设备，所述的卡紧装置是由一个设有垂直滑道的卡装架，固定在卡装架的滑道内下部的支撑板，安装在卡装架顶部的卡紧油缸，设在卡装架的滑道内上部且与卡紧油缸的缸杆固接的压紧滑块构成，所述的卡装架通过连接法兰与支板固接。

本发明的优点是：直接使用无缝钢管作为原料推拉出螺旋状的螺杆泵定子泵筒，通过推拉前向原料钢管内孔灌涂润滑剂，不仅能够减轻推管时的变形阻力，而且能避免原料钢管内壁与内模发生粘连，保证原料钢管内壁的光洁度；由于推拉前事先将内、外模和钢管端部加热，大大降低了钢管形变部位的强度，提高了可塑性，使钢管易于加工和成型，同时分别设置内模和外模可使钢管一次推拉成型，工作效率和加工精度高，质量好，推拉成型的等壁厚螺杆泵定子导程误差小于3mm，完全满足螺杆泵使用要求，加工出的螺杆泵定子橡胶层壁厚均匀，使螺杆泵泵效稳定，单级承压高，从而改变了螺杆泵的整体机械性能，延长了螺杆泵的使用寿命，达到了节省原材料的目的。

附图说明

图1是本发明中专用推拉设备的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的左视图；

图4是图2的A-A剖视图；

图5是图2的B-B剖视图；

图6是图2的C-C剖视图；

图7是本发明中的内模的结构示意图；

图8是本发明中外模的制造流程图；

图9是本发明所涉及的等壁厚螺杆泵定子的结构示意图。

图中：导轨1，滑轮2，钢管推架3，U型槽口301，支板4，卡装架5，连接法兰6，卡紧油缸7，芯轴8，推送法兰9，原料钢管10，进给油缸11，拉杆12，固定支架13，拉板14，可调托架15，可调支座16，加热线圈17，螺母18，滑动架19，牵引油缸20，油缸支架21，导轨座22，夹板23，液压控制系统24，变压器25，变压器导轨26，内模27，外模28，支撑板29，压紧滑块30，辅助外模31，模具套32，上端盖33，浇注口3301，下端盖34，蜡套35，树脂砂芯36，定子泵筒37，橡胶层38。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明所涉及的专用推拉设备有一个支板4，在支板4前侧上部安装有直线往复运动机构并在支板4前侧下端安装有导轨1，在导轨的前端焊接有导轨座22。所述的直线往复运动机构是由对称安装在支板4上的两个进给油缸11，分别设在两个进给油缸11的缸筒前端的固定支架13，固定在两个进给油缸11的缸杆前端的拉板14，通过螺母对称固定在拉板14上且分别位于两个进给油缸11内侧的两根拉杆12，通过螺母固定在两根拉杆12后端的钢管推架3以及卡装在钢管推架3上的推送法兰9构成。在钢管推架3和拉板14下端分别安装有滑轮2，滑轮2支撑在导轨1上，在钢管推架3的上端中部设有U型槽口301，所述的推送法兰9通过定位销卡在钢管推架3的U型槽口301内。在支板4后侧固接有卡紧装置，所述的卡紧装置是由一个设有垂直滑道的卡装架5，固定在卡装架5的滑道内下部的支撑板29，垂直安装在卡装架5顶部的卡紧油缸7，设在卡装架5的滑道内上部且与卡紧油缸7的缸杆固接的压紧滑块30构成。所述的卡装架5通过连接法兰6与支板4焊接。在导轨1前部设有可调支座16，可调支座16由丝杠丝母传动机构和槽形座板构成。在导轨座22上端设有水平滑道且在导轨座22上由后至前依次设有滑动架19和油缸支架21，滑动架19通过夹板23卡装在导轨座22的水平滑道上并可实现往复滑动，油缸支架21通过螺栓固定在导轨座22上，在滑动架19和油缸支架21之间对称连接有两个牵引油缸20，牵引油缸20的缸杆通过螺母18与滑动架19固接。该专用推拉设备还设有电加热装置，电加热装置是由变压器导轨26和设在变压器导轨26上的可移动的变压器25以及连接变压器25的加热线圈17构成，其中加热线圈17套在内模27外面。在拉板14的前侧中部焊接有可调托架15。该专用推拉设备还设有用于控制进给油缸11、卡紧油缸7和牵引油缸20的液压控制系统24。

本发明所涉及的等壁厚螺杆泵定子的加工方法包括以下步骤：

1、制造内模27：在数控铣床上加工出与预定定子泵筒内腔尺寸相同的内模27，如图7所示，在内模27的钢管推入端同轴焊接芯轴8；

2、制造外模28：在数控铣床上根据加工内模27的数据加工实心的金属辅助外模31，辅助外模31的主体形状与内模27相同且尺寸等于内模27的径向尺寸与二倍的预定定子泵筒的壁厚之和；如图8所示，将辅助外模31安装到由模具套32和上端盖33、下端盖34构成的浇注模具内腔中心，辅助外模31两端的轴头由两个端盖的中心引出，通过上端盖33上的浇注口3301向浇注模具内腔浇注蜡水，待蜡水注满并凝固后，卸下上端盖33并旋出辅助外模31，形成一个内表面为螺旋曲面的蜡套35，再装好上端盖33并向蜡套35内腔填充树脂砂芯36，然后向所述的浇注口3301内浇注铁水将蜡套35融化，待铁水冷却后打开浇注模具并清除树脂砂芯36，最终形成一个金属外套，即外模28，外模28内表面为螺旋曲面且与内模27径向尺寸之差等于预定定子泵筒壁厚的二倍；再对外模28进行加工，使其外表面为阶梯状的圆柱面；

3、截取定长的定子泵筒原料钢管10，向原料钢管内孔灌涂润滑剂，所述的润滑剂选用水和石墨的混合物或液态滑石粉等，本实施例以采用水和石墨的混合物为例，水和石墨的重量百分比为1∶6-1∶12，优选为1∶8-1∶10；然后把原料钢管套在芯轴8上，将芯轴8、内模27和外模28装卡在推拉设备上，移动外模28直至与内模27端面对齐；启动电加热装置对内、外模28进行加热，使内、外模28温度达到700-800℃，优选为740-780℃；再移动电加热装置至原料钢管的前端并对其端部加热至700-800℃，优选为740-780℃；启动推拉设备的进给油缸，推动原料钢管前移，原料钢管在内模27和外模28的作用下变形，挤压出螺旋状的定子泵筒37，然后进行热处理；

4、对螺旋状的定子泵筒37校直、喷砂处理，最后注胶硫化，形成内设均匀壁厚橡胶层38的等壁厚螺杆泵定子，如图9所示。

工作时，将定子泵筒的原料钢管10套在芯轴8上，使芯轴8依次贯穿支板4、钢管推架3、推送法兰9和拉板14，将芯轴8后端卡装在卡紧装置的支撑板29与压紧滑块30之间，使原料钢管10卡在内模27与推送法兰9之间，将外模28通过螺栓固定在滑动架19上且与内模27同轴布置。通过液压控制系统24启动牵引油缸20推动滑动架19向后移动直至外模28的后端面与内模27前端面对齐；然后启动电加热装置分别对内模27、外模28进行加热，再移动加热线圈17至原料钢管10的前端并对其端部加热，随后便可进行推拉；推拉时启动进给油缸11，依次通过拉板14、钢管推架3和推送法兰9推动原料钢管10前移，原料钢管10依次在内模27和外模28的作用下变形，挤压出螺旋状的定子泵筒37；最后在原料钢管10后部会剩余一段长度的圆管，再启动牵引油缸20带动滑动架19前移，从而通过外模28拉动原料钢管10前移，使原料钢管10剩余部分的圆管通过内模27成型。

Claims (9)

1.一种等壁厚螺杆泵定子的加工方法，其特征是包括以下步骤：

（1）制造内模：在数控铣床上加工出与预定定子泵筒内腔形状和尺寸相同的内模，并且将内模的一端加工成圆锥面作为钢管推入端，在内模的钢管推入端同轴焊接芯轴；

（2）制造外模：在数控铣床上根据加工内模的数据加工实心的金属辅助外模，辅助外模的主体形状与内模相同且尺寸等于内模的径向尺寸与二倍的预定定子泵筒的壁厚之和；将辅助外模安装到由模具套和上、下端盖构成的浇注模具内腔中心，通过上端盖上的浇注口向浇注模具内腔浇注蜡水，待蜡水注满并凝固后，卸下上端盖并旋出辅助外模，形成一个内表面为螺旋曲面的蜡套，再装好上端盖并向蜡套内腔填充树脂砂芯，然后向所述的浇注口内浇注铁水将蜡套融化，待铁水冷却后打开浇注模具并清除树脂砂芯，最终形成一个金属外套，即外模，外模内表面为螺旋曲面且与内模径向尺寸之差等于预定定子泵筒壁厚的二倍；

（3）截取定长的定子泵筒原料钢管，向原料钢管内孔灌涂润滑剂，然后把原料钢管套在芯轴上，将芯轴、内模和外模安装在专用推拉设备上，启动专用推拉设备的牵引油缸推动外模直至与内模端面对齐；启动电加热装置对内、外模进行加热，使内、外模温度达到700-800℃，再移动电加热装置至原料钢管的前端并对其端部加热至700-800℃；启动专用推拉设备的进给油缸，推动原料钢管前移，原料钢管在被加热的同时在内模和外模的作用下变形，挤压出螺旋状的定子泵筒，然后进行热处理；

（4）对定子泵筒校直、喷砂处理，最后注胶硫化，形成内设均匀壁厚橡胶层的等壁厚螺杆泵定子。

2.根据权利要求1所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，其特征是：所述的润滑剂为水和石墨的混合物，水和石墨的重量百分比为1：6-1：12。

3.根据权利要求1所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，其特征是：所述的润滑剂为液态滑石粉。

4.根据权利要求2所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，其特征是：所述的水和石墨的重量百分比为1：8-1：10。

5.根据权利要求1所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，其特征是：所述的内、外模加热温度740-780℃。

6.根据权利要求1所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法，其特征是：所述的原料钢管端部的加热温度为740-780℃。

7.根据权利要求1所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法所使用的专用推拉设备，其特征是：它有一个支板，在支板一侧上下布置有直线往复运动机构和导轨，在导轨前端连接有导轨座，在支板另一侧固接有用来卡装芯轴的卡紧装置，在导轨前部设有可调支座，在导轨座上由后至前设有用来安装外模的滑动架和油缸支架，在滑动架和油缸支架之间设有所述的牵引油缸；该专用推拉设备还设有所述的电加热装置，电加热装置的加热线圈套在内模外面。

8.根据权利要求7所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法所使用的专用推拉设备，其特征是：所述的直线往复运动机构是由对称安装在支板上的两个所述的进给油缸，固定在两个进给油缸的缸杆端的拉板，对称固定在拉板上的两根拉杆，固定在两根拉杆后端的钢管推架以及卡装在钢管推架上的推送法兰构成，所述的钢管推架下端通过滑轮支撑在导轨上。

9.根据权利要求7所述的等壁厚螺杆泵定子的加工方法所使用的专用推拉设备，其特征是：所述的卡紧装置是由一个设有垂直滑道的卡装架，固定在卡装架的滑道内下部的支撑板，安装在卡装架顶部的卡紧油缸，设在卡装架的滑道内上部且与卡紧油缸的缸杆固接的压紧滑块构成，所述的卡装架通过连接法兰与支板固接。

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