CN109290420A

CN109290420A - 一种离心式油液分离装置不锈钢碟片制备方法

Info

Publication number: CN109290420A
Application number: CN201811186325.8A
Authority: CN
Inventors: 盛文斌; 张振波; 孙策
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2019-02-01

Abstract

本发明提供一种离心式油液分离装置304不锈钢碟片制备方法，可满足油液分离装置对于碟片材质、尺寸和使用性能的要求，属于机械工程领域，涉及材料成型技术。主要包括：采用304不锈钢作为碟片材质，根据碟片技术要求进行坯料尺寸计算、芯模设计、旋压工具选择和五道次旋压，最后经热处理和机械加工成型。其特征在于：与现役环氧树脂相比，具有不易变形、使用寿命长和耐侵蚀等优点，可显著提升油液分离效率。

Description

一种离心式油液分离装置不锈钢碟片制备方法

技术领域

本技术属于机械工程领域，涉及一种离心式油液分离装置不锈钢碟片的制备方法。

背景技术

油料在现代工业、农业和军工等领域中广泛应用，特别是化工和液压机械等领域中的机械油、液压油和润滑油的使用极为普遍。工业用油液最大的污染物是固体颗粒，可能造成液压元件的堵塞，加剧移动副的摩擦，最终导致整个机械系统失灵。统计数据表明，由固体颗粒污染导致的液压系统故障占总故障数的60~70%。在飞机和机载液压系统故障中，阀类占21.8%，油泵占14.8%，液压放大器占5.5%。

油液净化的主要目的，是在不改变机油理化性能的前提下，最大限度地排除固体颗粒等杂质，满足设备的使用要求。常用的机油净化方法使用网孔式过滤器作为过滤元件拦截和吸附固体颗粒，具有滤芯结构简单、体积小和成本低等特点，但其纳污量小，连续工作时间很难超过50小时。近些年，离心式油液分离净化技术日益受到重视，尤其在航空业中，飞机使用的液压伺服系统动态响应快、控制精度高，对油液清洁度要求更高，一般需满足美国宇航标准NAS1638的5级，而新购置液压油的清洁度一般处于NAS9~11级。随着对航空安全问题的日益重视，在液压油使用前或使用过程中需对其进行净化处理，去除油夜中的杂质和有害物质，离心式油液净化技术很好地满足了上述要求。欧美等发达国家围绕离心式油液净化技术和装备开展了广泛的研究工作，并逐步实现产业化，将其应用于航空、航天等油品要求较高的领域。航空运输车装载净化设备的空间有限，对设备外形尺寸提出了明确限制。设备尺寸的减小，一方面将降低设备的油液处理能力，另一方面对设备的集成化设计程度提出了更高的要求。此外，真空室耐蚀性、碟片选材及可靠性，以及设备可靠性等问题也是人们关注的焦点。

碟片是离心式油液分离机的重要部件，依靠其高速旋转实现油液中杂质和水分的去除，对其强度、耐磨性和耐蚀性有一定要求。国产设备碟片材质主要使用树脂，制备方法简单且成本相对较低，但在纯净度和处理能力等方面很难满足航空用高质量油品的要求。进口设备主要采用不锈钢焊接碟片，实际应用表明，焊缝区域是碟片因腐蚀而失效的主要原因，从而影响了设备的使用寿命和生产效率。因此，研制一种高强度、耐磨性和耐蚀性好的离心机碟片显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离心式油液分离装置不锈钢碟片制备方法，可实现304不锈钢板材的旋压成型，获得所需的碟片结构。

材质选择：离心式油液分离装置碟片现役材质主要是环氧树脂或马氏体不锈钢。环氧树脂强度较低、易变形，且受限于碟片厚度等尺寸因素；马氏体不锈钢耐蚀性较差，强度太高不适用于旋压工艺成型。铁素体钢中碳、氮等含量较高，具有较高的硬度，大量合金元素铬的添加使得钢在高温下具有高的相稳定性，结晶组织难以控制，导致变形不均匀。奥氏体不锈钢在高温和低温条件下均具有较高的强度和韧性，耐酸性能优于铁素体钢，其奥氏体组织在进行强力冷加工时会转变为马氏体组织，强度急剧增大。其组织复杂性及在高温下易产生铬的碳化物析出相等特征，表明其更适合于离心机分离碟片工作环境，因此，选择304不锈钢作为碟片材质。考虑到304不锈钢在加工成型过程中的回弹量不易控制、变形相对困难、材料利用率及工艺过程等因素，选择加热拉深旋压成型。

碟片技术要求：碟片整体结构为空心圆台结构，上平面直径为Φ68mm，中间是直径为Φ60mm空心圆，下平面直径为Φ124mm。此外，为实现装配、减重和增大油液与碟片之间的摩擦力，开出一些孔和槽，可通过后续的机械加工和冲孔工序得到，碟片结构如说明书附图1所示。材质为304不锈钢（18Cr-8Ni）；壁厚为0.3mm，壁厚偏差≤0.06mm，母线直线度≤0.50mm，半锥角偏差<30′，表面粗糙度Ra=3.2μm。

坯料计算和芯模设计：根据碟片结构，旋压后的碟片半成品如说明书附图2所示，壁厚为0.3mm，高度为35mm，底部和顶部外围直径分别为Φ68mm和Φ124mm。对于普通旋压工艺，体积相等原则与表面积相等原则同样适用，根据表面积相等原则，确定坯料尺寸为Φ148mm×0.3mm；芯模材质选用45#钢，芯模结构如说明书附图3所示，外形尺寸依据碟片内部尺寸取中间公差，采用车削方法加工而成，表面粗糙度Ra≤3.2μm。

旋压工具：旋压轮直径为Φ98mm，根据GB276-64选用轴承，车外轮与轴承压配，轴承与刀杆小轴压配；另一旋压轮材质为硬质合金，直径为Φ30mm；基底材质为45#钢，淬火硬度达到HRC36以上。

成型方法：

（1）将芯模固定在车床床头并进行找正，误差控制在±0.01mm以内；按照计算尺寸截取板材坯料，坯料左端面与芯模紧贴，右端面顶紧；利用滚轮找正板料并顶紧，误差控制在±0.1mm以内；启动机床，主轴转速在300~400r/min，采用乙炔焊枪或液化石油焊枪对坯料进行加热，温度控制在700~900℃；旋压过程中严格控制压下量，旋压轮连杆垂直于旋轮，旋轮连杆与被旋压面保持平行，且双手同时缓慢移动手轮做纵横方向运动，要求动作连贯，使用20号机油或润滑脂润滑加工面；

（2）第一道次旋压变薄率控制在29.0~29.5%，半锥角为45±0.1°，累计变薄率控制在29.0~29.5%，进给率为0.54±0.01mm/r，间隙小于8.0mm，壁厚为8.25±0.02mm，回弹量小于0.25mm，旋轮安装角为-12±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm，尺寸精度为：壁厚偏差（母线）为0.20~0.35mm，壁厚偏差（周向）为0.10~0.25mm，母线直线度小于0.75mm，端口间隙小于2.25mm，壁厚回弹小于0.40mm；

（3）将（2）所述坯料进行第二道次旋压，变薄率控制在29.0~29.5%，半锥角为30±0.1°，累计变薄率控制在49~50%，进给率为0.70±0.01mm/r，间隙小于5.2mm，壁厚为6.00±0.02mm，回弹量小于0.40mm，旋轮安装角为+3±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm；尺寸精度为：壁厚偏差（母线）为0.10~0.14mm，壁厚偏差（周向）为0.10~0.20mm，母线直线度小于0.65mm，端口间隙小于2.75mm，壁厚回弹小于0.50mm；

（4）将（3）所述坯料进行第三道次旋压，变薄率控制在31.0~31.5%，半锥角为20±0.1°，累计变薄率控制在65~66%，进给率为0.54±0.01mm/r，间隙小于3.0mm，壁厚为4.10±0.02mm，回弹量小于1.10mm，旋轮安装角为-7±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm；尺寸精度为：壁厚偏差（母线）为0.10~0.20mm，壁厚偏差（周向）为0.10~0.20mm，母线直线度小于0.40mm，端口间隙小于2.25mm，壁厚回弹小于0.90mm；

（5）将（4）所述坯料进行第四道次旋压，变薄率控制在29.0~29.5%，半锥角为14±0.1°，累计变薄率控制在74~75%，进给率为0.75±0.01mm/r，间隙小于2.0mm，壁厚为3.05±0.02mm，回弹量小于1.05mm，旋轮安装角为-1±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm；尺寸精度为：壁厚偏差（母线）为0.10~0.20mm，壁厚偏差（周向）为0.10~0.20mm，母线直线度小于0.40mm，端口间隙小于2.75mm，壁厚回弹小于0.70mm；

（6）将（5）所述坯料进行第五道次旋压，变薄率控制在21.0~21.5%，半锥角为11±0.1°，累计变薄率控制在81~82%，进给率为0.60±0.01mm/r，间隙小于1.2mm，壁厚为2.30±0.02mm，回弹量小于1.20mm，旋轮安装角为-7±0.1°，旋轮圆角半径为6±0.01mm；尺寸精度为：壁厚偏差（母线）为0.05~0.10mm，壁厚偏差（周向）为0.05~0.15mm，母线直线度小于0.50mm，端口间隙小于2.75mm，壁厚回弹小于0.60mm；

（7）脱模：旋轮与制件顺靠成90°以150-200r/min速度反向运行；

（8）将（7）所得制件进行热处理，工艺为：退火温度为360℃，保温4h炉冷，淬火温度为535℃，保温10min，淬火转移时间小于15s；

（9）将（8）所得制件进行机械加工获得所需结构。

有益效果：试验地点选在某公司车间，将制得的304不锈钢碟片替换LY060型离心式油液分离机现役的环氧树脂碟片，一组12片，另外一台同型号分离机仍然使用环氧树脂碟片；将使用一段时间后的液压油作为分离对象，液压油原始型号为Mobil DTE 27，重量为100Kg，净化时间3小时；净化前，使用高效过滤棉过滤油液以便除去颗粒杂质，将过滤后的油液装入油箱中，同时启动两台分离机（分别环氧树脂和不锈钢碟片）连续运行3小时，取分离前后油液进行成分分析；多次试验后，当机器总运行时间达到30小时后，拆开分离机取出碟片进行对比分析；油品净化前后质量检测分析结果表明，安装环氧树脂和不锈钢碟片的净化机，油品质量得到明显提升，其关键性能指标空气释放值（50℃）分别为11.4min和11.9min，运动粘度（40℃）分别为94.46mm²/s和88.74mm²/s，气味、水分和外观性能均达到合格水平；取下的12组环氧树脂碟片中，一组边缘出现裂纹，8组发生明显变形；12组不锈钢碟片均无变形情况发生，表面未出现锈蚀等现象。

图面说明：图1是碟片结构示意图；图2是碟片半成品结构示意图；图3是芯模结构示意图。

最佳实施方式，采用乙炔焊枪或液化石油焊枪对坯料进行加热时，应缓慢匀速移动，避免某个区域长时间加热；旋压过程中严格控制压下量，旋压轮连杆垂直于旋轮，旋轮连杆与被旋压面保持平行，且双手同时缓慢移动手轮做纵横方向运动，要求动作连贯；各道次旋压的变薄率应尽量控制均匀。

Claims

1.一种离心式油液分离装置不锈钢碟片制备方法，其方案主要包括材质选择、坯料尺寸计算、芯模设计、旋压工具选择、旋压、热处理和机械加工：主要通过五个道次的旋压工艺实现，各道次选用不同的旋压参数，第一道次旋压变薄率控制在29.0~29.5%，半锥角为45±0.1°，累计变薄率控制在29.0~29.5%，进给率为0.54±0.01mm/r，间隙小于8.0mm，壁厚为8.25±0.02mm，回弹量小于0.25mm，旋轮安装角为-12±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm；第二道次旋压，变薄率控制在29.0~29.5%，半锥角为30±0.1°，累计变薄率控制在49~50%，进给率为0.70±0.01mm/r，间隙小于5.2mm，壁厚为6.00±0.02mm，回弹量小于0.40mm，旋轮安装角为+3±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm；第三道次旋压，变薄率控制在31.0~31.5%，半锥角为20±0.1°，累计变薄率控制在65~66%，进给率为0.54±0.01mm/r，间隙小于3.0mm，壁厚为4.10±0.02mm，回弹量小于1.10mm，旋轮安装角为-7±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm；第四道次旋压，变薄率控制在29.0~29.5%，半锥角为14±0.1°，累计变薄率控制在74~75%，进给率为0.75±0.01mm/r，间隙小于2.0mm，壁厚为3.05±0.02mm，回弹量小于1.05mm，旋轮安装角为-1±0.1°，旋轮圆角半径为12±0.01mm；第五道次旋压，变薄率控制在21.0~21.5%，半锥角为11±0.1°，累计变薄率控制在81~82%，进给率为0.60±0.01mm/r，间隙小于1.2mm，壁厚为2.30±0.02mm，回弹量小于1.20mm，旋轮安装角为-7±0.1°，旋轮圆角半径为6±0.01mm。