CN110454380B - 一种柱塞泵用十字头及其加工制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱塞泵用十字头及其加工制造方法，包括十字头体，十字头体与顶杆连接一端设有内底面、内环面、止口圆、止口面和、腰型槽和顶杆连接孔；十字头体与连杆连接一端设置有半圆弧面、平台、内侧平面、避让槽和连杆固定孔；十字头体的中部开设有两个同轴的销轴孔；两个销轴孔分别设在半圆弧面的两端；两个销轴孔与半圆弧面同轴线；所述销轴孔穿过十字头体的壁厚至内侧平面处。本发明可以提高十字头加工精度，使十字头与连杆、顶杆以及壳体配合状态更加理想，从而提高柱塞泵机械运行稳定性，提高十字头的使用寿命；减小了十字头变形量，提高了产品质量；可以简化十字头加工过程，提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种柱塞泵用十字头及其加工制造方法

技术领域

本发明涉及柱塞泵技术领域，具体是指一种柱塞泵用十字头及其加工制造方法。

背景技术

众所周知，能源是一个国家的命脉，而开采新能源的能力受制于这个国家的技术水平。全球的页岩气储备量非常丰富，中国的盆地和地区页岩气资源量约为15万亿立方米－30万亿立方米，与美国的页岩气储备量（28．3万亿立方米）大致相当，大量的页岩气储备量可以具有巨大的经济价值。但是，生产周期长是页岩气的一个显著特点。页岩气田的开采寿命一般可达30～50年，甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年。相应的，开采设备和核心零部件的生命周期也长，掌握核心零部件的加工技术至关重要，如何保证核心零部件的使用寿命也是值得我们去探索和研究的课题。

随着页岩气开采技术的日臻完善，对柱塞泵核心零部件连杆、轴承座、十字头的机械性能和精度要求也越来越高。柱塞泵的核心零部件的开发必将极大地提升企业的技术水平，可以扩大企业的影响力、提升企业在国际市场上的竞争力。

而随着对十字头的机械性能和精度要求越来越高，目前十字头的设计和加工制作难度也越来越困难，目前十字头的结构设计和加工制作方法存在以下问题：

1、现有十字头加工制作方法需要经过多次装夹（6、7次）找正，一方面，使得加工误差大，精度不佳，使十字头与连杆、顶杆以及壳体配合时，配合间隙和状态不佳，导致柱塞泵机械运行不稳定、使用寿命短；

2、另一方面，使得加工过程复杂，同等的条件下，满负荷人均每天加工6、7件，生产效率低，生产成本高，并且不能够保证工件的加工质量。

3、现有十字头变形量大，影响产品质量。

4、现有的十字头较重， 不利于节能。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对以上问题，提供一种柱塞泵用十字头及其加工制造方法，可以提高十字头加工精度，使十字头与连杆、顶杆以及壳体配合间隙和状态更加理想，从而提高柱塞泵机械运行稳定性，提高十字头的使用寿命短；减小了十字头变形量，提高了产品质量；可以简化十字头加工过程，提高生产效率，降低生产成本，并能保证工件的加工质量。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种柱塞泵用十字头，包括十字头体，所述十字头体一端设有内底面，所述内底面外侧设有止口圆，所述止口圆外侧设有止口面，所述止口面外侧设有内环面，所述内底面上设有顶杆连接孔，所述十字头体另一端设有半圆弧面、平台、内侧平面和避让槽，所述平台上钻设有连杆固定孔，所述十字头体的中部开设有两个同轴的销轴孔，两个所述销轴孔分别设置在半圆弧面的两端，两个所述销轴孔与半圆弧面同轴线，所述销轴孔穿过十字头体的侧壁，与内侧平面接触。

作为改进，所述十字头体的外圆周面上还设有两道环形油槽和两道直油槽，两道所述环形油槽通过直油槽连通，所述十字头体底部的环形油槽上设有两个底部油孔。

作为改进，两个所述底部油孔对称设置在直油槽的两侧，两个所述底部油孔在半圆弧面的底部交汇，并打通至半圆弧面的内表面。

作为改进，所述腰型槽有两个，两个所述腰型槽对称设置，所述腰型槽内钻设有油孔，所述油孔打通至平台上表面。

作为改进，所述半圆弧面的轴心线与十字头体的轴心线相互垂直。

一种柱塞泵用十字头加工制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

铸造步骤，根据图纸采用覆膜砂铸造得到十字头毛坯；毛坯机加工部位预留3mm加工余量；毛坯机加工部位无尖角、无毛刺、无残留铁屑，无磕碰；

时效处理步骤，对十字头毛坯进行时效处理，处理方法可以在炉内加热500、600℃，保温1、2小时，硬度要求158HB~217HB；

喷砂处理步骤，采用悬挂式喷砂机，铸件内腔朝喷砂方向，喷砂时间10、20min；

打磨步骤，用砂轮将铸件的浇口、飞边去除；

机加工步骤，采用数控加工中心和数控车床对十字头进行机加工。

所述机加工步骤包括以下工序：

工序一：加工十字头底部，

采用卧式装夹工装将十字头轴向水平装夹固定在数控加工中心的旋转工作台上，依次加工底部端面、内环面、止口圆、止口面、内底面和腰型槽，并将内环面底部与底部端面处倒角，腰型槽加工完成后，在内底面上加工所有底孔，加工完底孔后攻丝，完成顶杆连接孔和油孔的加工；油孔打通至平台。

工序二：加工十字头的顶部端面、避让槽、加工平台和连杆固定孔，

将工作台旋转180°，使工序一中加工后的十字头毛坯转向180°，依次加工十字头的顶部端面、避让槽；然后加工平台以及平台上的所有底孔，加工完孔后进行套丝，完成连杆固定孔的加工。

工序三：加工销轴孔、内侧平面、半圆弧面、底部油孔和直油槽，

将工装更换为竖向装夹工装，将十字头换成轴向竖直装夹，依次加工销轴孔、两个内侧平面、半圆弧面、两个底部油孔和两个直油槽。

工序四：精车十字头外圆及环形油槽，

将工序三加工后的十字头从数控加工中心取下，并将其以内底面和止口圆为基准装夹到数控车床上，以内底面为加工基准，精车十字头的外圆，同时加工上下两道环形油槽。

工序五：检验，根据产品图纸要求进行检测，

作为改进，所述工序一中的卧式装夹工装包括上压紧块和下压紧块，所述上压紧块和下压紧块上均设有与十字头体外圆相适配的弧形面，所述下压紧块固定设置在装夹底座上，所述装夹底座固定安装在工作台上，所述上压紧块和下压紧块通过第一固定螺杆和第一固定螺母调节对十字头的装夹或松开。

作为改进，所述工序三中的竖向装夹工装包括压紧组件和定位盘，所述定位盘上设置有圆形凸台，所述圆形凸台的直径与止口圆的直径相同，圆形凸台的高度与底部端面到内底面的距离相同，所述定位盘顶部，对应顶杆连接孔的分度圆位置处设有定位销。

作为改进，所述工序一中，加工时保证内底面与两个销轴孔轴心连线的平行度小于0.025mm，同时保证内底面与十字头本体1外圆的轴线之间垂直度小于0.025mm；工序三中，加工时保证半圆弧面与两个销轴孔轴心连线的同轴度为0.05mm，同时满足半圆弧面直径为171.551、171.501mm，两个销轴孔的直径为108、107.95mm，两个销轴孔的同轴度小于0.05mm；工序四中，保证十字头的外圆直径为250.393、250.343mm，同时满足十字头的外圆的圆柱度小于0.05mm，粗糙度要求为Ra1.6。

作为改进，所述压紧组件包括竖支撑和压块，所述压块通过第二固定螺杆和第二固定螺母将压紧固定在十字头体和竖支撑的顶端，所述第二固定螺杆的底端固定螺纹拧紧在底盘上。

本发明的有益效果是，本发明减少了十字头的加工中装夹次数，一方面，减少了加工误差，提高了十字头加工精度，使十字头与连杆、顶杆以及壳体配合状态更加理想，从而提高柱塞泵机械运行稳定性，提高十字头的使用寿命；另一方面，使十字头加工过程简化，在同等条件下，满负荷人均每天加工10件以上，提高了生产效率，降低了生产成本，并能够保证工件的加工质量；减小了十字头变形量，提高了产品质量；使十字头更加轻量化。

附图说明

图 1为本发明一种柱塞泵用十字头的结构示意图。

图2为本发明一种柱塞泵用十字头的底部结构示意图。

图3为本发明一种柱塞泵用十字头的顶部结构示意图。

图4为本发明一种柱塞泵用十字头加工制造方法的十字头轴向水平装夹示意图。

图5为本发明一种柱塞泵用十字头加工制造方法的十字头竖向水平装夹示意图。

图6为本发明一种柱塞泵用十字头加工制造方法的十字头竖向水平装夹俯视图。

附图说明：1、十字头体，2、销轴孔，3、底部端面，4、顶部端面，5、内环面，6、内底面，7、顶杆连接孔，8、油孔，9、底部油孔，10、半圆弧面，11、避让槽，12、内侧平面，13、连杆固定孔，14、环形油槽，15、直油槽，16、平台，17、止口圆，18、止口面，19、腰型槽，20、上压紧块，21、第一固定螺杆，22、下压紧块，23、装夹底座，24、第一固定螺母，25、工作台，26、底盘，27、压紧组件，271、竖支撑，272、第二固定螺杆，273、压块，274、第二固定螺母，28、定位盘，29、定位销。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1一种柱塞泵用十字头及其加工制造方法

如图1所示，本发明提供一种柱塞泵用十字头，包括十字头体1，所述十字头体1为内部带有空腔且一端封闭的圆柱形；所述十字头体1内腔中设有内底面6；所述内底面6将十字头体1分割成顶部和底部两部分；所述内底面6靠近十字头体1的底部一端设置；所述十字头体1的顶部一端用于与连杆配合连接；所述十字头体1的底部一端用于与顶杆配合连接。

所述内底面6的外圆周设有止口，所述止口为圆环结构；所述止口包括止口圆17和止口面18；所述止口上设置有两个腰型槽19；两个腰型槽19以十字头本体1的轴心线对称设置。

所述内底面6靠近十字头体1底部的一面设有多个顶杆连接孔7；多个顶杆连接孔7周向均匀设置；所述顶杆连接孔7为螺纹孔。

所述内底面6靠近十字头体1顶部的一侧设有半圆弧面10；所述半圆弧面10与连杆上的半圆弧面相配合；所述半圆弧面10的轴心线与十字头体1的轴心线相互垂直；所述半圆弧面10沿径向与十字头体1相连接处设有平台16，所述平台16上设有多个连杆固定孔13；多个连杆固定孔13沿半圆弧面10轴向等间距直线排列。

所述平台16靠近十字头体1内壁处设有多个油孔8；多个油孔8与多个连杆固定孔13交错间隔设置，所述油孔8贯穿至腰型槽19的槽底；油孔8既可以对各零件起到通油润滑的作用，又可以减小十字头的机加工变形和十字头使用过程中因受热发生膨胀变形，提高十字头使用寿命，还可以减轻十字头的重量。

所述半圆弧面10沿轴向与十字头体1相连接处设有内侧平面12。

十字头体1的中部开设有两个销轴孔2；两个销轴孔2分别设置在半圆弧面10的两端；两个销轴孔2对称设置；两个销轴孔2轴心线相同；两个销轴孔2与半圆弧面10同轴线；所述销轴孔2穿过十字头体1的壁厚至内侧平面12处。

所述十字头体1的外圆周面上设有两道环形油槽14，两道环形油槽14分别设置在十字头体1的顶部和底部；两道环形油槽14之间连通有两道直油槽15，两道直油槽15沿十字头体1的轴向设置。

十字头体1底部的环形油槽14上设有两个底部油孔9，两个底部油孔9对称设置在直油槽15的两侧；两个底部油孔9在半圆弧面10的底部交汇，并且打通至半圆弧面10的内表面；底部油孔9可以润滑半圆弧面10与连杆的连接面，防止干磨，提高使用寿命，同时起到降温作用。

所述十字头体1顶部内侧还设有避让槽11；所述避让槽11设置在距离十字头体1内壁较近的连杆固定孔13处，防止连杆固定孔13与十字头体1的内壁相干涉。

所述十字头体1还包括底部端面3、顶部端面4和内环面5；所述内环面5为十字头体1底部内壁圆周面。

所述十字头材质为球墨铸铁，本实施例优选QT450-12。

一种柱塞泵用十字头加工制造方法，包括以下步骤：

铸造步骤，根据图纸采用覆膜砂铸造得到十字头毛坯；毛坯机加工部位预留3mm加工余量；毛坯机加工部位无尖角、无毛刺、无残留铁屑，无磕碰；毛坯的抗拉强度≧450MPa，延伸率≧12%，硬度为157 HB ~217HB；毛坯的金相组织石墨大小5-8级，球化级别1-3级。

毛坯非加工面外观规整，无凹坑凸起；毛坯严格执行清洗—脱水—防锈, 毛坯任何部位不得有锈迹。

时效处理步骤，对十字头毛坯进行时效处理，处理方法可以在炉内加热500-600℃，保温1-2小时，硬度要求158HB~217HB；也可以低温，延长处理时间，或者采用震动低温相结合的方式进行时效处理。

喷砂处理步骤，采用悬挂式喷砂机，铸件内腔朝喷砂方向，喷砂时间10-20min。

打磨步骤，用砂轮将铸件的浇口、飞边去除。

机加工步骤，在丰田630、丰田800等数控加工中心一体化加工，确保十字头机加工的高精度，机加工步骤具体包括以下工序：

工序一：加工十字头底部

如图4所示，采用卧式装夹工装将十字头轴向水平装夹固定在数控加工中心的旋转工作台上；依次加工底部端面3、内环面5、止口圆17、止口面18、内底面6和腰型槽19；并将内环面5底部与底部端面3处倒角，倒角大小为0.125mm*45°；加工过程中保证内底面6与两个销轴孔2轴心连线的平行度小于0.025mm；同时保证内底面6与十字头本体1外圆的轴线之间垂直度小于0.025mm。

腰型槽19加工完成后，在内底面6上加工所有底孔，加工完底孔后攻丝，完成顶杆连接孔7和油孔8的加工；油孔8打通至平台16。

工序二：加工十字头的顶部端面4和避让槽11

将工作台旋转180°，使工序一中加工后的十字头毛坯转向180°，依次加工十字头的顶部端面4、避让槽11；然后加工平台16以及平台16上的所有底孔，加工完孔后进行套丝，完成连杆固定孔13的加工。

工序三：加工销轴孔2、内侧平面12、半圆弧面10、底部油孔9和直油槽15

如图5和图6所示，更换装夹工具，采用竖向装夹工装将十字头换成轴向竖直装夹，装夹时，底部端面3在下，同时以内底面6为定位基准，然后依次加工销轴孔2、两个内侧平面12、半圆弧面10，加工时保证半圆弧面10与两个销轴孔2轴心连线的同轴度为0.05mm，同时满足半圆弧面10直径为171.551-171.501mm；两个销轴孔2的直径为108-107.95mm；两个销轴孔2的同轴度小于0.05mm。

然后再依次加工两个底部油孔9和两个直油槽15；两个底部油孔9在半圆弧面10的底部交汇，并且打通至半圆弧面10的内表面。

工序四：精车十字头外圆及环形油槽14

将工序三加工后的十字头从数控加工中心取下，并将其一内底面6和止口圆17为基准装夹到数控车床上，加工时以内底面6为加工基准，精车十字头的外圆，保证十字头的外圆直径为250.393-250.343mm，同时满足十字头的外圆的圆柱度小于0.05mm，粗糙度要求为Ra1.6，然后加工上下两道环形油槽14。

工序五：检验，根据产品图纸要求进行检测。

工序一中所述卧式装夹工装包括上压紧块20、装夹底座23和下压紧块22；所述上压紧块20上设有与十字头体1外圆相适配的弧形面；所述装夹底座23固定安装在工作台25上，所述下压紧块22上设有与与十字头体1外圆相适配的弧形面；所述上压紧块20和下压紧块22通过第一固定螺杆21和第一固定螺母24调节对十字头的装夹或者松开；所述上压紧块20和下压紧块22配合使用，装夹十字头的外圆定位，然后通过第一固定螺杆21和第一固定螺母24锁紧固定，实现十字头的轴向水平装夹。

工序三中竖向装夹工装包括压紧组件27和定位盘28；所述定位盘28上设置有圆形凸台，所述圆形凸台的直径与止口圆17的直径相同，圆形凸台的高度与底部端面3到内底面6的距离相同，使十字头体1正好套卡定位在定位盘28上，为了使定位更精确，所述定位盘28顶部对应顶杆连接孔7的分度圆上固设有定位销29。

所述定位盘28固定安装在底盘26上，所述底盘26为长方形板；所述底盘26固定安装在工作台25上。

所述压紧组件27用于将十字头压紧固定在定位盘28上，所述压紧组件27包括竖支撑271和压块273，所述压块273设置在竖支撑271顶部；使用时，压块273的一端压在十字头体1对的顶部端面4上，另一端压在竖支撑271的顶部，并通过第二固定螺杆272和第二固定螺母274拧紧固定，所述第二固定螺杆272的底端固定螺纹拧紧在底盘26上，从而通过压紧组件27将十字头竖向装夹在工作台上。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种柱塞泵用十字头的加工制造方法，包括十字头体(1)，其特征在于：所述十字头体(1)一端设有内底面(6)，所述内底面(6)外侧设有止口圆(17)，所述止口圆(17)外侧设有止口面(18)，所述止口面(18)外侧设有内环面(5)，所述内底面(6)上设有顶杆连接孔(7)，所述十字头体(1)另一端设有半圆弧面(10)、平台(16)、内侧平面(12)和避让槽(11)，所述平台(16)上钻设有连杆固定孔(13)，所述十字头体(1)的中部开设有两个同轴的销轴孔(2)，两个所述销轴孔(2)分别设置在半圆弧面(10)的两端，两个所述销轴孔(2)与半圆弧面(10)同轴线，所述销轴孔(2)穿过十字头体(1)的侧壁，与内侧平面(12)接触；

所述内底面（6）上设有两个腰型槽(19)，两个所述腰型槽(19)对称设置，所述腰型槽(19)内钻设有油孔(8)，所述油孔(8)打通至平台(16)上表面；

所述十字头体（1）还包括底部端面(3)以及顶部端面(4)；

所述十字头体(1)的外圆周面上还设有两道环形油槽(14)和两道直油槽(15)，两道所述环形油槽(14)通过直油槽(15)连通，所述十字头体(1)底部的环形油槽(14)上设有两个底部油孔(9)；

两个所述底部油孔(9)对称设置在直油槽(15)的两侧，两个所述底部油孔(9)在半圆弧面(10)的底部交汇，并打通至半圆弧面(10)的内表面；

所述半圆弧面(10)的轴心线与十字头体(1)的轴心线相互垂直；

所述柱塞泵用十字头的加工制造方法包括以下步骤：

铸造步骤，根据图纸采用覆膜砂铸造得到十字头毛坯，毛坯机加工部位预留3mm加工余量，毛坯机加工部位无尖角、无毛刺、无残留铁屑，无磕碰；

时效处理步骤，对十字头毛坯进行时效处理，处理方法在炉内加热500-600℃，保温1-2小时，硬度要求158HB～217HB；

喷砂处理步骤，采用悬挂式喷砂机，铸件内腔朝喷砂方向，喷砂时间10-20min；

打磨步骤，用砂轮将铸件的浇口、飞边去除；

机加工步骤，采用数控加工中心和数控车床对十字头进行机加工；

所述机加工步骤包括以下工序：

工序一：加工十字头底部，

采用卧式装夹工装将十字头轴向水平装夹固定在数控加工中心的旋转工作台上；依次加工底部端面(3)、内环面(5)、止口圆(17)、止口面(18)、内底面(6)和腰型槽(19)，并将内环面(5)底部与底部端面(3)处倒角；腰型槽(19)加工完成后，在内底面(6)上加工所有底孔，加工完底孔后攻丝，完成顶杆连接孔(7)和油孔(8)的加工；油孔(8)打通至平台(16)；

工序二：加工十字头的顶部端面(4)、避让槽(11)、加工平台(16)和连杆固定孔(13)，

将工作台旋转180°，使工序一中加工后的十字头毛坯转向180°，依次加工十字头的顶部端面(4)、避让槽(11)；然后加工平台(16)以及平台(16)上的所有底孔，加工完孔后进行套丝，完成连杆固定孔(13)的加工；

工序三：加工销轴孔(2)、内侧平面(12)、半圆弧面(10)、底部油孔(9)和直油槽(15)，

将工装更换为竖向装夹工装，将十字头换成轴向竖直装夹，依次加工销轴孔(2)、两个内侧平面(12)、半圆弧面(10)、两个底部油孔(9)和两个直油槽(15)；

工序四：精车十字头外圆及环形油槽(14)，

将工序三加工后的十字头从数控加工中心取下，并将其以内底面(6)和止口圆(17)为基准装夹到数控车床上，以内底面(6)为加工基准，精车十字头的外圆，同时加工上下两道环形油槽(14)；

工序五：检验，根据产品图纸要求进行检测。

2.如权利要求1所述的一种柱塞泵用十字头的加工制造方法，其特征在于：所述工序一中的卧式装夹工装包括上压紧块(20)和下压紧块(22)，所述上压紧块(20)和下压紧块(22)上均设有与十字头体(1)外圆相适配的弧形面，所述下压紧块(22)固定设置在装夹底座(23)上，所述装夹底座(23)固定安装在工作台(25)上，所述上压紧块(20)和下压紧块(22)通过第一固定螺杆(21)和第一固定螺母(24)调节对十字头的装夹或松开。

3.如权利要求1所述的一种柱塞泵用十字头的加工制造方法，其特征在于：所述工序三中的竖向装夹工装包括压紧组件(27)和定位盘(28)，所述定位盘(28)上设置有圆形凸台，所述圆形凸台的直径与止口圆(17)的直径相同，圆形凸台的高度与底部端面(3)到内底面(6)的距离相同，所述定位盘(28)顶部，对应顶杆连接孔(7)的分度圆位置处设有定位销(29)。

4.如权利要求1所述的一种柱塞泵用十字头的加工制造方法，其特征在于：所述工序一中，加工时保证内底面(6)与两个销轴孔(2)轴心连线的平行度小于0.025mm，同时保证内底面(6)与十字头本体1外圆的轴线之间垂直度小于0.025mm；工序三中，加工时保证半圆弧面(10)与两个销轴孔(2)轴心连线的同轴度为0.05mm，同时满足半圆弧面(10)直径为171.551-171.501mm，两个销轴孔(2)的直径为108-107.95mm，两个销轴孔(2)的同轴度小于0.05mm；工序四中，保证十字头的外圆直径为250.393-250.343mm，同时满足十字头的外圆的圆柱度小于0.05mm，粗糙度要求为Ra1.6。

5.如权利要求3所述的一种柱塞泵用十字头的加工制造方法，其特征在于：所述压紧组件包括竖支撑(271)和压块(273)，所述压块(273)通过第二固定螺杆(272)和第二固定螺母(274)将压紧固定在十字头体(1)和竖支撑(271)的顶端，所述第二固定螺杆(272)的底端固定螺纹拧紧在底盘(26)上。

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