CN105171351A - 油气混输泵的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气混输泵的加工工艺，工艺步骤包括：1).采用中碳合金钢下料，先进行调质处理；2).粗加工和半精加工；3).螺杆进行校正和平衡处理；4).螺杆工作表面进行硬化热处理，使工件表面硬度达到HRC60以上，以满足运转磨损及腐蚀要求；5).螺杆工作表面进行精细磨削加工，使得尺寸和位置精度均达到图纸设计要求。衬套加工步骤等。本发明在螺杆输送结构的油气混输泵的关键部件螺杆和衬套上进行了加工工艺改进。螺杆工作表面进行硬化处理，使其满足运转磨损及腐蚀要求。衬套采用分次热处理工艺，逐步消除加工制造过程中残留的应力，以改善其内部组织，提高其表面硬度和耐蚀性。显著延长了设备更换周期，提高了设备使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于流体输送设备领域，具体涉及油气混输泵的加工工艺。
背景技术
我国是石油资源相对贫乏的国家，所以石油资源非常珍贵。而我国油田中又有很多属于油气伴生的情况。油气混输泵就是对油气伴生矿床进行开发的关键设备之一；主要用于增加和输送油田井口出来的油气混合物。
现有的油气混输泵通常都是采用螺杆、衬套结构。油气混输泵运行工况恶劣，输送介质中有原油、气、砂粒等复杂物质，且原油中含有多种腐蚀性成分。这就要求油气混输泵具备良好的耐磨性、耐蚀性。目前在国内采油井口使用的油气混输泵的螺杆、衬套耐磨性、耐腐蚀性差。造成泵体使用寿命短，需要频繁地更换。这不仅增加了成本，而且妨碍了生产运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种油气混输泵的加工工艺，该工艺能显著提高油气混输泵的使用寿命。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种油气混输泵的加工工艺，包括加工螺杆和衬套的步骤，其特征在于：
螺杆加工步骤包括：
1).采用中碳合金钢下料，先进行调质处理，以提高螺杆的整体机械性能；
2).在机床上进行粗加工和半精加工；
3).螺杆进行校正和平衡处理；
4).螺杆工作表面进行硬化热处理；
5).螺杆工作表面进行精细磨削加工，使得尺寸和位置精度均达到图纸设计要求。
衬套加工步骤包括：
1).衬套采用低碳合金钢，锻造成型后进行粗加工；
2).然后进行调质处理，以提高衬套的整体机械性能；
3).调质后在机床上进行半精加工；
4).半精加工后进行气体渗碳、淬火、回火处理；
5).衬套工作表面进行精细磨削加工，尺寸和位置精度均达到图纸设计要求。
优选的，所述的螺杆工作表面硬化热处理是将螺杆外圆表面进行等离子喷焊处理；等离子喷焊处理步骤包括：将螺杆预热至280～350℃，然后喷WC-Co粉，重熔；重熔温度控制在固相线和液相线之间；然后进行缓冷处理。预热使螺杆表面湿气蒸发，产生适当的热膨胀以减少焊层应力，提高喷粉沉积效率。重熔温度控制在固相线和液相线之间，达到颗粒熔化，消除颗粒间隙，与基体润湿以及氧化物造渣的最佳效果，同时保持一定的粘度防止流淌。
优选的，所述的螺杆预热至300℃。
优选的，所述的缓冷处理为采用淬火油，按前3h每小时降温100℃，然后每小时降温50℃，温度到达300℃后，每小时降温7～15℃的速度降温；温度降低到150℃以下出料，并保证整个降温过程时间不低于28小时；所述淬火油的组成如下：500N二类基础油85～98份，分子量1000～3000的聚异丁烯的催冷剂5～8份，咪唑啉油酸盐类光亮剂0.1～5份，高分子量酚酯类抗氧剂2～3.5份；所述淬火油的制备方法是：将基础油加入反应釜中升温到50～70℃，再加入催冷剂、光亮剂、抗氧剂，保持温度在50～70℃，经搅拌1～2小时，再经过过滤即得。
优选的，所述的半精加工后的衬套工件加热至910～960℃，保温进行气体渗碳处理7～9h；并控制渗碳层深度为0.8～1.2mm，炉冷到850～900℃后坑冷；然后加热至880℃±10℃，保温20～50min进行淬火处理，再用轻柴油冷却；而后加热至190℃±10℃，保温200～300min进行回火处理。
优选的，所述的半精加工后的衬套工件加热至930℃，保温进行气体渗碳处理7～9h；并控制渗碳层深度为0.8～1.2mm，炉冷到870℃后坑冷；然后加热至880℃±10℃，保温30min进行淬火处理，再用轻柴油冷却；而后加热至190℃±10℃，保温240min回火。
优选的，所述衬套精细磨削加工是将衬套固定到磨床上的专用工装上进行的，所述专用工装包括法兰盘，所述法兰盘的一个端面与磨床主轴端面接触，所述法兰盘沿其轴向与磨床主轴固定连接；
所述法兰盘的另一端面与定位块、配重块组成的圆柱体的一端面接触，所述法兰盘与定位块、配重块组成的圆柱体相互接触的端面上设有相配合的止口；所述定位块的另一端面开有沿法兰盘轴向的内孔；所述内孔的底面与校正规的一端面接触，所述校正规的另一端面与校正轴上设置的轴肩接触；
所述内孔侧面与衬套的外侧面接触，所述衬套一端的外侧面上设有台阶，所述台阶端面与定位块远离法兰盘的端面接触，所述衬套的内侧面与校正规外侧面上的圆弧面接触；
所述配重块、定位块沿法兰盘的轴向与法兰盘固定连接；所述校正轴在设置轴肩的一端设有外螺纹，所述校正轴带有外螺纹的一端穿过校正规、定位块上开设的通孔，并插入法兰盘相应位置的螺纹孔内构成螺纹连接。
优选的，所述配重块、定位块沿法兰盘的轴向与法兰盘通过螺栓固定连接；所述校正轴沿法兰盘的轴向与校正规、定位块构成螺纹连接。
优选的，所述配重块远离法兰盘的一端设有配重螺杆，所述配重螺杆上套有重量、尺寸不同的配重螺母。
优选的，所述校正轴远离法兰盘的另一端侧壁上设有网纹滚花；所述工装外侧套有圆筒形防护罩。
本发明在采用螺杆输送结构的油气混输泵中，针对关键部件螺杆和衬套上进行了加工工艺改进。螺杆在硬度不高的情况下加工毛坯和半精加工初步保证尺寸，然后硬化热处理提高硬度和耐磨性，使其满足运转磨损及腐蚀要求，然后精磨保证尺寸。既能采用等离子喷涂等先进工艺保证产品性能，又方便加工。难加工的另一关键部件——衬套采用分次热处理工艺，逐步消除加工制造过程中残留的应力，以改善其内部组织，提高其表面硬度和耐蚀性。并精加工保证零件的尺寸精度和形位精度，达到图纸设计要求。在此基础上装配时，校正衬套和螺杆的同轴度，满足整机性能，适应采油井口的恶劣运行工况。显著延长了设备更换周期，提高了设备使用寿命。
加工工装方面，法兰盘与磨床主轴配合紧密，保证工装与磨床主轴同轴度。将衬套外圆套在定位板内孔，使用校正规校正衬套内圆相对位置，保证衬套的安装精度及外圆与内圆的同轴度。设置配重块，保证工装与衬套旋转时的旋转重心与磨床主轴轴线重合，提高旋转稳定性，保证加工精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的剖面视图A-A。
具体实施方式
采用螺杆输送结构，用于油气混输场合的油气混输泵的加工工艺。核心在于螺杆和衬套的加工工艺改进，具体实施例例如：
实施例一
螺杆加工步骤：
1).采用中碳合金钢38CrMoAl，先进行调质处理，以提高螺杆的整体机械性能；
2).在数控机床上进行粗加工和半精加工；
3).螺杆进行校正和平衡处理；
4).螺杆工作表面进行硬化热处理；硬化热处理是将螺杆外圆表面进行等离子喷焊处理；等离子喷焊处理步骤包括：将螺杆预热至300℃，然后喷WC-Co粉，重熔；重熔温度控制在固相线和液相线之间；然后进行利用电炉缓冷处理，控制冷却过程在24小时以上，常温出料；
5).螺杆工作表面进行精细磨削加工，使得尺寸和位置精度达到设计要求。
工件表面硬度实测值达到HRC66。
实施例二
衬套加工步骤包括：
1).衬套采用低碳合金钢20CrMnTi，锻造成型后进行粗加工；
2).然后进行调质处理，以提高衬套的整体机械性能；
3).调质后在机床上进行半精加工；
4).衬套半精加工后加热至930℃，保温进行气体渗碳处理7～9h；并控制渗碳层深度为0.8～1.2mm，炉冷到870℃后坑冷；然后加热至880℃，保温30min进行淬火处理，再用轻柴油冷却；而后加热至190℃，保温240min回火；淬火介质为水或淬火油；
5).衬套工作表面进行精细磨削加工，尺寸和位置精度均达到图纸设计要求。
工件表面硬度实测值达到HRC66.5。
实施例三
螺杆加工步骤：
1).采用中碳合金钢38CrMoAl，先进行调质处理，以提高螺杆的整体机械性能；
2).在数控机床上进行粗加工和半精加工。
3).螺杆进行校正和平衡处理。
4).螺杆工作表面进行硬化热处理，硬化热处理是将螺杆外圆表面进行等离子喷焊处理；等离子喷焊处理步骤包括：将螺杆预热至320℃，然后喷WC-Co粉，重熔；重熔温度控制在固相线和液相线之间；然后进行利缓冷处理；
5).螺杆工作表面进行精细磨削加工，使得尺寸和位置精度达到设计要求。
所述步骤4)中的缓冷采用淬火油，按前3h每小时降温100℃，然后每小时降温50℃，温度到达300℃后，每小时降温10℃的速度降温；温度降低到150℃以下出料，整个降温过程时间不低于30小时。
所述淬火油组成为：500N二类基础油88份，低分子量1000～3000的聚异丁烯的催冷剂8份，咪唑啉油酸盐类光亮剂1份，高分子量酚酯类抗氧剂3份。
所用淬火油的制备方法较为常规，将基础油加入反应釜中升温60℃，再加入催冷剂、光亮剂、抗氧剂，保持温度在60℃，经搅拌2小时，再经过滤即得。
所加工的螺杆表面硬度实测值达到HRC68。
实施例四
衬套加工步骤包括：
1).衬套采用低碳合金钢20CrMnTi，锻造成型后进行粗加工。
2).然后进行调质处理，以提高衬套的整体机械性能。
3).调质后在机床上进行半精加工。
4).半精加工后的工件加热至930℃，保温进行气体渗碳处理7～9h；并控制渗碳层深度为0.8～1.2mm，炉冷到870℃后坑冷；然后加热至880℃，保温30min进行淬火处理，再用轻柴油冷却；而后加热至200℃，保温250min回火；
所用淬火介质与实施例三所述缓冷过程中用的淬火油相同。
5).衬套工作表面进行精细磨削加工，尺寸和位置精度均达到图纸设计要求。
所加工的螺杆表面硬度实测值达到HRC68。
实施例五
螺杆加工步骤：
1).采用中碳合金钢38CrMoAl，先进行调质处理，以提高螺杆的整体机械性能；
2).在数控机床上进行粗加工和半精加工。
3).螺杆进行校正和平衡处理。
4).螺杆工作表面进行硬化热处理，硬化热处理是将螺杆外圆表面进行等离子喷焊处理；等离子喷焊处理步骤包括：将螺杆预热至320℃，然后喷WC-Co粉，重熔；重熔温度控制在固相线和液相线之间；然后进行利缓冷处理；
5).螺杆工作表面进行精细磨削加工，使得尺寸和位置精度达到设计要求。
所述步骤4)中的缓冷采用淬火油，按前3h每小时降温100℃，然后每小时降温50℃，温度到达300℃后，每小时降温10℃的速度降温；温度降低到150℃以下出料，整个降温过程时间不低于30小时。
所述淬火油组成为：500N二类基础油95份，低分子量1000～3000的聚异丁烯的催冷剂5份，咪唑啉油酸盐类光亮剂3.5份，高分子量酚酯类抗氧剂2.5份。制备方法与实施例三相同。
所加工的螺杆表面硬度实测值达到HRC68。
实施例六
上述任意实施例中衬套精细磨削加工，优选是将衬套固定到磨床上的专用工装上进行的。如图1、2所示的，该专用工装包括法兰盘2，所述法兰盘2的一个端面与磨床主轴端面接触，所述法兰盘2沿其轴向与磨床主轴1之间通过第一螺栓组12固定连接，或者也可以使用定位销、铆钉等方式固定连接，保证法兰盘2与磨床主轴1的同轴度满足要求。
如图2所示，所述法兰盘2的另一端面与定位块3、配重块5组成的圆柱体的一端面接触，所述法兰盘2与定位块3、配重块5组成的圆柱体相互接触的端面上设有相配合的止口17，这样可以方便定位块3、配重块5与法兰盘2之间的安装定位。定位块3、配重块5整体外形呈圆柱状，两者之间严丝合缝，并配合配重调整，保证回转平稳。所述定位块3沿法兰盘2的轴向，与法兰盘2之间通过一个或多个第二连接螺栓11固定连接。所述配重块5沿法兰盘2的轴向，与法兰盘2之间通过一个或多个第三螺栓14固定连接。也可以使用定位销、铆钉等方式固定连接。所述配重块5可使工装与衬套4旋转时的旋转重心与磨床主轴1的旋转轴线重合，提高旋转平稳性。更好是：所述配重块5远离法兰盘2的一端设有配重螺杆51，所述配重螺杆1上套有多个配重螺母52，多个重量、尺寸不同的配重螺母52构成一组；就类似于天平的一组砝码，能够组合匹配任意配重需求，并且方便配重调整。
所述定位块3的另一端面开有沿法兰盘2轴向的内孔；所述内孔的底面与校正规13的一端面接触，所述校正规13的另一端面与校正轴6上设置的轴肩接触；所述校正轴6沿法兰盘2的轴向与校正规13、定位块3之间固定连接。也就是内孔孔形与衬套4的外形吻合，用于定位衬套4。图2中所示衬套4为圆形，则内孔也为圆形；如果衬套4外形是8字形，则内孔也是对应的8字形。校正轴6在设置轴肩的一端设有外螺纹，所述校正轴6带有外螺纹的一端穿过校正规13、定位块3上开设的通孔，并插入法兰盘2相应位置的螺纹孔内，使校正规13、定位块3、法兰盘2相互接触的端面紧贴固定；也可以是设置键槽与键，将校正轴6、校正规13、定位块3进行固定连接。所述校正轴6远离法兰盘2的另一端侧壁上设有网纹滚花，便于旋松校正轴6。
所述定位块3的内孔侧面与衬套4的外侧面接触，所述衬套4一端的外侧面上设有台阶，所述台阶端面与定位块3远离法兰盘2的端面接触，所述衬套4沿法兰盘2轴向方向与定位块3之间通过第五螺栓15固定连接，也可以使用定位销、铆钉等方式固定连接，保证衬套4固定在定位块3上。所述衬套4沿法兰盘2径向方向，远离其中心的一个内圆侧面与校正规13外侧面上的圆弧面16接触。并且可以松开校正轴6调整校正规13的角度，使法兰盘2轴心处的衬套4的内圆与磨床主轴1的同轴度满足要求，并保证衬套4的内圆与外圆的同轴度满足要求。
使用的时候，将法兰盘2与磨床主轴1固定连接，将定位块3、配重块4与法兰盘2固定连接，然后将衬套4放入定位块3的内孔中并与其固定连接。再将校正轴6、校正规13安装在定位块3的内孔中，调整校正规13的圆弧面16，使其与衬套4沿法兰盘2径向方向，远离其中心的一个内圆侧面接触。手动旋转磨床主轴，观察工装旋转时的平稳性，如不平稳则将尺寸、重量不同的配重螺母62安装到配重螺杆51上，调整工装的旋转稳定性。
磨床主轴1带动工装高速旋转，刀架8带动高强度砂轮7沿衬套4内圆的轴向、径向移动，对衬套4的一个内圆侧面进行磨削加工。通过工装夹紧衬套4，使加工过程平稳进行，衬套4内圆的尺寸和形位公差可以得到有效保证。加工完衬套4的一个内圆侧面后，将校正规13、校正轴6从定位块3的内空中取出，拆除衬套4与定位块3之间的固定连接，并沿衬套4沿周向将其旋转180°装入定位块3，将衬套4与定位块3固定连接，校正规13、校正轴6装入定位块3的内孔中，调整校正规13的圆弧面16，使其与衬套4的另一个内圆侧面接触，即可以旋转磨床主轴1，对衬套4继续加工。
加工时，所述工装外侧可以套有圆筒形防护罩9，所述防护罩9可以使用铝合金材料制作，也可以使用PVC等非金属材料制作，所述防护罩9可以有效防止磨削过程中产生的废料飞溅。
Claims (10)
1.一种油气混输泵的加工工艺，包括加工螺杆和衬套的步骤，其特征在于：
螺杆加工步骤包括：
1).采用中碳合金钢，先进行调质处理；
2).然后进行粗加工和半精加工；
3).螺杆进行校正和平衡处理；
4).螺杆工作表面进行硬化热处理，
5).螺杆工作表面进行精细磨削加工，使得尺寸和位置精度达到设计要求；
衬套加工步骤包括：
1).衬套采用低碳合金钢，锻造成型后进行粗加工；
2).然后进行调质处理；
3).调质后在机床上进行半精加工；
4).半精加工后进行气体渗碳、淬火、回火处理；
5).衬套工作表面进行精细磨削加工，尺寸和位置精度均达到图纸设计要求。
2.根据权利要求1所述的油气混输泵的加工工艺，其特征在于：所述的螺杆工作表面硬化热处理是将螺杆外圆表面进行等离子喷焊处理；等离子喷焊处理步骤包括：将螺杆预热至280～350℃，然后喷WC-Co粉，重熔；重熔温度控制在固相线和液相线之间；然后进行缓冷处理。
3.根据权利要求2所述的油气混输泵的加工工艺，其特征在于：所述的缓冷处理为采用淬火油，按前3h每小时降温100℃，然后每小时降温50℃，温度到达300℃后，每小时降温7～15℃的速度降温；温度降低到150℃以下出料，并保证整个降温过程时间不低于28小时；所述淬火油的组成如下：500N二类基础油85～98份，分子量1000～3000的聚异丁烯的催冷剂5～8份，咪唑啉油酸盐类光亮剂0.1～5份，高分子量酚酯类抗氧剂2～3.5份；所述淬火油的制备方法是：将基础油加入反应釜中升温到50～70℃，再加入催冷剂、光亮剂、抗氧剂，保持温度在50～70℃，经搅拌1～2小时，再经过过滤即得。
4.根据权利要求2所述的油气混输泵的加工工艺，其特征在于：所述的螺杆预热至300℃。
5.根据权利要求1所述的油气混输泵的加工工艺，其特征在于：所述的半精加工后的衬套工件加热至910～960℃，保温进行气体渗碳处理7～9h；并控制渗碳层深度为0.8～1.2mm，炉冷到850～900℃后坑冷；然后加热至880℃±10℃，保温20～50min进行淬火处理，再用轻柴油冷却；而后加热至190℃±10℃，保温200～300min进行回火处理。
6.根据权利要求5所述的油气混输泵的加工工艺，其特征在于：所述的半精加工后的衬套工件加热至930℃，保温进行气体渗碳处理7～9h；并控制渗碳层深度为0.8～1.2mm，炉冷到870℃后坑冷；然后加热至880℃±10℃，保温30min进行淬火处理，再用轻柴油冷却；而后加热至190℃±10℃，保温240min回火。
7.根据权利要求6所述的油气混输泵的加工工艺，其特征在于：所述衬套精细磨削加工是将衬套固定到磨床上的专用工装上进行的，所述专用工装包括法兰盘(2)，所述法兰盘(2)的一个端面与磨床主轴端面接触，所述法兰盘(2)沿其轴向与磨床主轴(1)固定连接；
其特征在于：所述法兰盘(2)的另一端面与定位块(3)、配重块(5)组成的圆柱体的一端面接触，所述法兰盘(2)与定位块(3)、配重块(5)组成的圆柱体相互接触的端面上设有相配合的止口(17)；所述定位块(3)的另一端面开有沿法兰盘(2)轴向的内孔；所述内孔的底面与校正规(13)的一端面接触，所述校正规(13)的另一端面与校正轴(6)上设置的轴肩接触；
所述内孔侧面与衬套(4)的外侧面接触，所述衬套(4)一端的外侧面上设有台阶，所述台阶端面与定位块(3)远离法兰盘(2)的端面接触，所述衬套(4)的内侧面与校正规(13)外侧面上的圆弧面(16)接触；
所述配重块(5)、定位块(3)沿法兰盘(2)的轴向与法兰盘(2)固定连接；所述校正轴(6)沿法兰盘(2)的轴向与校正规(13)、定位块(3)固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种油气混输泵衬套内圆磨削用工装，其特征在于：所述配重块(5)、定位块(3)沿法兰盘(2)的轴向与法兰盘(2)通过螺栓固定连接；所述校正轴(6)在设置轴肩的一端设有外螺纹，所述校正轴(6)带有外螺纹的一端穿过校正规(13)、定位块(3)上开设的通孔，并插入法兰盘(2)相应位置的螺纹孔内构成螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的一种油气混输泵衬套内圆磨削用工装，其特征在于：所述配重块(5)远离法兰盘(2)的一端设有配重螺杆(51)，所述配重螺杆(51)上套有重量、尺寸不同的配重螺母(52)。
10.根据权利要求1所述的一种油气混输泵衬套内圆磨削用工装，其特征在于：所述校正轴(6)远离法兰盘(2)的另一端侧壁上设有网纹滚花；所述工装外侧套有圆筒形防护罩(9)。
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