CN1117644C - 制造管式抽油泵耐磨缸套的铸造方法及专用设备 - Google Patents

Abstract

管式抽油泵耐磨缸套的铸造方法及专用设备，属于机械制造与加工技术领域，通过专门改进的离心铸造机，采用耐磨合金白口铸铁铸成缸套毛坯，再经铸件软化热处理，半精加工切削，淬火热处理，回火处理，磨削珩磨精加工得到耐磨，耐用超过现有缸套1-2倍的新材料缸套，非常适合我国油田大量使用的管式抽油机配套，具有节省材料，节约资金的巨大经济效益。

Description

制造管式抽油泵耐磨缸套的铸造方法及专用设备

技术领域：

本发明属于机械制造与加工技术领域，具体地讲涉及到用离心铸造方法及热处理及精加工制造管式抽油泵耐磨缸套的方法及所需专用设备离心铸造机。

技术背景：

目前国内在制造管式抽油泵缸套的材料使用和加工工艺上，一直是沿用五十年代从前苏联引进的图纸要求，用35CrM₀优质钢冷加工成长度150毫米缸套，内表面以渗碳和热处理方法制造，到六十年代中期，由石油部统一改为长300毫米，延续使用至今。由于使用寿命短，只达一年之久，优质钢材消耗大，又无以取代，此间国内曾以多种形的研究，电潜泵、整体泵等多种，尚未成功的用于生产使用，即使有了成功的新型泵用于生产，也只能在新开发井上应用，不可能把我国几十年的抽油井的抽油泵，一次性的全部除旧换新，这样就损失浪费太大了。为了把损失浪费减少到最低水平线上，最可行的办法是在保持原抽油泵的结构尺寸不变的前题下，从改变材料入手，提高抗磨耐磨损性能，延长其使用寿命，减少损失浪费，提高经济效益。根据国外报导，近年来已把耐磨合金白口铸铁，应用于矿石粉碎、水泥磨、水轮机、浮选机等抗磨粒磨损部件上，美国已有七——八家公司，以这种材料应用于石油机械的抗磨粒磨损零部件上，并取得了十分显著效果。又根据我国机械工业部，82年出版的机械工程手册第三卷13-72的表13-5-20耐磨合金白口铸铁的表三中高铬合金白口铸铁，为取代现行的35CrM₀优质钢为原料的缸套材料。提高抗磨粒磨损，延长使用寿命和减少材料浪费，强化经济效益的可行性。

在用铸造方法制造耐磨合金白口铸铁缸套时，离心铸造应该是较好的工艺。以往的离心铸造机，其动力多采用交流电机，控制转数不如直流电机方便，二是铸件脱模工艺，以往多采用连杆机构手控脱膜，不尽合理且有危险，三是离心机主轴轴承容易烧损，但又不敢使用锥滚和双排锥滚动轴承，四是控制系统不集中。

发明内容：

本发明的目的在于通过采用耐磨合金白口铸铁，在改进了的离心铸造机专用设备上，通过离心铸造和热处理以及精加工达到耐磨程度，使寿命延长1-2倍的抽油泵缸套。

本发明的目的是通过下列铸造和热处理以及切削、磨削加工方法并采用改进了的专用离心铸造机得以实现。

管式抽油泵耐磨缸套的铸造加工方法，采用耐磨合金白口铸铁的离心铸造及加工，其特征与具体步骤如下：

A离心铸造

a.在中频电炉内熔炼碳为3.6、锰为0.7、硅为0.5、磷为0.06、硫为0.05、铬为15.0、钼为3.0百分含量的耐磨合金白口铸铁合金材料，经炉前化验得到合格的铁水；

b.将铁水注入已经旋转起来的离心铸造机的铸钢硬模(5)中，离心机转速先低后高直到铸件成型；

c.浇铸过程中先开启冷水泵组(28)使离心机前端滚动轴承壳体(9)处的冷却水箱(24)工作，确保离心机正常转动；

d.通过离心机的液压泵组(27)、液压缸总成(17)驱动离心机上推出杆(11)将已凝固的红热铸件脱膜；

B铸件软化热处理

e.将冷却后的铸件移至箱式炉中，缓慢升温至950℃，保温1小时；

f.用1.5小时，降温至820℃，保温4小时，再随炉温降至室温出炉；

C切削加工

g.将已软化的铸件，在机床上切削加工，并留有精加工余量；

D淬火热处理

h.在井式炉中对半精加工的铸件进行热处理，缓慢升温至1000-1050℃，保温1小时后热出炉；

i.将铸件立放于特制的架空架上，并留有相等的间距，在空气中均匀冷却；

j.再在箱式或井式炉中对铸件进行回火处理、温升至200-260℃，保温1.5小时，待炉温降至室温出炉；

E精加工

k.回火后的铸件，只能进行磨削加工，衍磨内孔至工艺要求的光洁度得到成品抽油泵耐磨缸套。

本发明铸造的详细过程是在以500公斤的中频炉能在熔炼中熔液在炉中停留较长时间，不烧损合金元素的条件下，能允许炉前化验铁水化学成份的优良条件，来保证熔炼生产出稳定合格的耐磨合金白口铸铁水质量。再在改变结构的离心机上的硬模浇注。离心机结构改变的特点之一，见附图1是以Z型全封闭3千瓦直流电动机来拖动离心机转动的，因为离心机浇注件，当开始注入铁水时，孔径比较大，应是低速，在随着铁水的不断注入量增多，使壁厚逐步加厚孔径逐渐缩小时，则电机必需随之加速，相应地逐步增大离心力，由于离心力随孔径的增加，则造成壁厚截面上的离心力相等，使铸件截面组织细密性达到等同，才保证了铸件的质量，特别经过软化，淬火后其硬度也内外相同。因此需要可调速电机来拖动主机，以强化部件的铸造质量。这就克服了已有的离心机用交流电机等速转动，使铸件壁的金相组织内外有别和淬火后的硬度也内外有差，难以保证抗磨粒磨损的寿命的缺陷。也有的离心机在设计上设有以调换皮带轮直径调速的，不管设计哪种调速装置，都不能在离心旋转中调速，只能在更换产品规格时调换，起动后还是等速的，就无法解决电机加速和提高质量的问题。第二特点见附图1是改用液压缸总成(17)，以操纵阀液压控制(29)操纵液压缸经推出杆(11)推出铸造后已凝固了的铸件和归位工作的结构改变，并能统一在离心机总控制台(21)上集中由一人随工艺性需要协调操纵，克服过去手轮旋螺杆前进(即推出)后退复位的慢而笨重的忙乱工作，后者不仅劳动强度大而且还需增设专门操作人员，如迂指挥不当造成忙乱易发生事故。但也有采用连杆机构的，其操作过程与螺杆式并无差异。第三特点见附图1是改变轴承壳体结构，带有冷却水箱环状空间轴承壳体，并装有两个锥滚柱滚动轴承，以背锥相装轴承体内，以控制主轴的纵向串动，其内部可以自行润滑。在主机运转时，即先开动冷却水泵，使冷却水从水入口管进入壳体的环形腔内，在达到一定水位时，腔内的冷却水即从溢出水管溢流回水箱，如此在主轴运转中循环不已，将主轴由因浇注的高温铁水传导热，传导到主轴时，经冷却循环将传导热带走，以控制主轴和锥滚轴承温度不致逐步升高，而导致主轴与滚动轴承的损坏，使之运行轻便，延长使用寿命。克服了以往的结构只能用滑动轴承，靠机油润滑方式，当主轴受传导热逐步升高时，只能是靠热磨擦旋转，因为机油受热后被稀释了其油膜已被破坏，所以只能靠热磨擦运行很快造成铜轴承被热磨损而损坏，甚至造成主轴与轴承热擦伤而粘连咬死，使主轴与轴承报废的事故多多。第四特点是附图1的总控制台21，从台板上装的直流交流三台各自的起动和停止六个按钮，直流电机的调速旋钮和转数表各一个，液压油缸的操纵阀旋钮和液压表各一个，将全机的操纵控制，都集中于一人统一操纵，按工艺需要程序统一控制，以减少人员、免于忙乱手杂和衔接不当的人为事故。关于结构内部的细小改革此不再赘述。其次是为了达到使白口铸铁软化为可加工在处理工艺上，是以箱式炉作为软化的热处理工具，在炉内通过热应变，使耐磨合金白口铸铁的基体组织转变成可加工的基体组织，在部件装炉升温时，必须以较缓速度升温，以防工件受骤热而热裂，当温升至950℃时，需保温1.5小时，开始以1.5小时降温至820℃，再保温4小时，随炉温降至室温出炉。其硬度达HRC33～35℃，则达到了可加工的目的。在切削加工到半精加工程度，部件都留有精加工余量。需以井式炉进行淬火热处理，在井式炉内升温时，也必需缓升温，以防骤热而热裂，当温升至1000～1050℃时，保温1小时后热出炉，将部件立放于特定的架空架上，留有相等的间距，使空气得以在部件周围和通孔中上下左右的空气循环流通，达到均匀的冷却目的。在夏季可借助吊扇帮助空气流通冷却，冷却淬火介质一律为空气不能采用其它介质。淬火后的硬度达HRC62～64℃，为了防止淬火后的冷脆性和内应力的存在而开裂，需进行低温回火处理，以箱式或井式炉均可，回火温度温升至200～260℃，保温1.5小时后，随炉温冷却至室温出炉后，再经磨削加工和衍磨内孔表面光洁度，达精确要求的成品。上述硬化淬火，回火等热处理的工艺温度必须严格控制，如果偏高或偏低都对硬度的影响很大。

为实现本发明用离心浇注法铸造缸套毛坯，本发明改进了离心铸造机特征如下述：

抽油泵耐磨缸套离心铸造机，由电动机(1)，皮带轮(2)，橡胶皮带(3)，离心机硬模端盖(4)，铸钢硬模(5)，主轴内端推杆头(6)，主轴内铜套(7)，离心机空心主轴(8)，离心机前端滚动轴承壳体(9)，单列圆锥滚动轴承(10)，主轴内前端实心推杆(11)，主轴三档三角带轮(12)，双列向心球面轴承(15)，双列球轴承壳体(16)，液压缸总成(17)，离心机身(18)，连接螺钉销(19)，连接支撑座(20)，离心机总控制台(21)等构成，其特征在于电动机(1)采用直流3KWZ型全封闭电动机，离心机前端滚动轴承壳体(9)结构上增设了带有冷却水进口(22)和冷却水回流口(23)的冷却水箱(24)，空心主轴(8)的前端安装有单列圆锥滚动轴承(10)，后端有双列向心球面轴承(15)，液压缸总成(17)上有两个压液入口(25、26)，通过连接螺钉销(19)及连接支撑座(20)使离心机身(18)固定，全部操控由分立的总控制台(21)完成。

附图说明：

本发明附图1是离心铸造机结构的平面示意图，也是摘要附图。图2是离心机总控制台与管线联结示意图。图中：

1、直流3KW Z型全封闭电动机

2、三角三档皮带轮

3、A型橡胶皮带

4、离心机硬模端盖

5、铸件规格的45^#铸钢硬模

6、主轴内前端推杆头

7、主轴内钢套

8、离心机空心主轴

9、离心机前端滚动轴承壳体

10、单列圆锥滚动轴承

11、主轴内前端实心推杆

12、主轴三档三角带轮

13、前端推杆与后端液压杆连接固定螺钉

14、前后端推杆的连接螺母

15、双列向心球面轴承

16、双列球轴承壳体

17、液压缸总成

18、离心机身

19、连接螺钉销

20、连接支撑座

21、离心机总控制台

22、冷却水进口

23、冷却水回流口

24、冷却水箱

25、压液入口

26、压液入口

27、液压泵组

28、冷水泵组

29、液压控制

30、冷却水控制

31、电机转速控制

具体实施方式：

本发明在上述的联合的工艺工序中的结论是可以以耐磨合金白口铸铁有效地取代于优质碳钢的，其抗磨粒磨损程度与使用寿命比原使用一年至少可以提高1-2倍，达到了抗磨损目的，在原材料节约浪费上，以泵径56毫米缸套为例：原泵径56毫米缸套，元钢毛坯料重为12公斤，而产成品重量为4.2公斤，材料利用率仅达35％。以耐磨合金铸铁缸套毛坯重为8公斤和成品4.2公斤比，材料利用率达56％，比原缸套节约4公斤。这在经济效益上是优异的。说明专用设备结构改变设计和工艺方法上是合理性的创造。关于铸造的耐磨合金白口铸的化学成份见以下表一，软化热处理工艺参数见表二，淬火热

处理参数见表三。

表一

材料名称	化学代号	C	Mn	Si	P	S	Cr	Mo	％	硬度℃
											耐磨合金白口铸铁	数据	3.6	0.7	0.5	0.06	0.05	15.0	3.0		HRC62-65

表二

软化材料表	软化工艺内容	软化后硬度
			耐磨合金白口铸铁	温升至950℃，保温1小时，降至820℃再保温4小时，由950℃降至820℃降程不超过1.5小时后，随炉温降至室温，出炉。	HRE33-35℃

表三

淬火材料	淬火		冷却介质	回火
						温度	保温时间	温度	保温时间
	耐磨合金白口铸铁	1000-1050℃		按工件有效载面积每25毫米保温1小时，载面小于25毫米时也应保温1小时	空气					200-260℃	2-4小时

Claims (2)

1、一种管式抽油泵耐磨缸套的铸造加工方法，采用耐磨合金白口铸铁的离心铸造及加工，其特征在于具体步骤如下：

A离心铸造

a.在中频电炉内熔炼碳为3.6、锰为0.7、硅为0.5、磷为0.06、硫为0.05、铬为15.0、钼为3.0百分含量的耐磨合金白口铸铁合金料，经炉前化验得到合格的铁水；

b.将铁水注水已经旋转起来的离心铸造机的铸钢硬模(5)中，离心机转速先低后高直到铸件成型；

c.浇铸过程中先开启冷水泵组(28)使离心机前端滚动轴承壳体(9)处的冷却水箱(24)工作，确保离心机正常转动；

d.通过离心机的液压泵组(27)、液压缸总成(17)驱动离心机上推出杆(11)将已凝固的红热铸件脱膜；

B铸件软化热处理

e.将冷却后的铸件移至箱式炉中，缓慢升温至950℃，保温1小时；

f.用1.5小时，降温至820℃，保温4小时，再随炉温降至室温出炉；

C切削加工

g.将已软化的铸件，在机床上切削加工，并留有精加工余量；

D淬火热处理

h.在井式炉中对半精加工的铸件进行热处理，缓慢升温至1000-1050℃，保温1小时后热出炉；

i.将铸件立放于特制的架空架上，并留有相等的间距，在空气中均匀冷却；

j.再在箱式或井式炉中对铸件进行回火处理、温升至200-260℃，保温1.5小时，待炉温降至室温出炉；

E精加工

k.回火后的铸件，进行磨削加工，珩磨内孔至工艺要求的光洁度得到成品抽油泵耐磨缸套。

2、管式抽油泵耐磨缸套离心铸造机，由电动机(1)，皮带轮(2)，橡胶皮带(3)，离心机硬模端盖(4)，铸钢硬模(5)，主轴内端推杆头(6)，主轴内铜套(7)，离心机空心主轴(8)，离心机前端滚动轴承壳体(9)，单列圆锥滚动轴承(10)，主轴内前端实心推杆(11)主轴三档三角带轮(12)，双列向心球面轴承(15)，双列球轴承壳体(16)，液压缸总成(17)，离心机身(18)，连接螺钉销(19)，连接支撑座(20)，离心机总控制台(21)等构成，其特征在于电动机(1)采用直流3KW Z型全封闭电动机，离心机前端滚动轴承壳体(9)结构上增设了带有冷却水进口(22)和冷却水回流口(23)的冷却水箱(24)，空心主轴(8)前端安装有单列圆锥滚动轴承(10)，后端有双列向心球面轴承(15)，液压缸总成(17)上有两个压液入口(25、26)，通过连接螺钉销(19)及连接支座(20)使离心机身(18)固定，全部操控完成在分立的总控制台(21)上。

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