抽油泵泵筒加工-强力珩磨工艺

吴建中WU Jian-zhong

（嘉兴市方圆公正检验行，嘉兴 314050）

（Jiaxing City Fangyuan Fair Testing Institute，Jiaxing 314050，China）

1 采用强力珩磨加工的好处和原因

在抽油泵泵筒的加工过程中，最近新兴的一种效率较高且加工尺寸精度较高的加工工艺即为强力珩磨加工。该工艺是综合采用刚性较强的珩磨机床和切削性能突出的珩磨砂条，然后通过施加较高的珩磨压力来进行大余量加工或者高效率的珩磨加工。采用这种珩磨工艺的优势在于对泵筒的前道粗加工要求较低，若原料采用精拉钢管可以不用粗加工直接进行强力珩磨。在整个加工过程中，最为重要的一环就是如何研制和使用强力珩磨用的砂条。采用强力珩磨工艺一方面可以提高抽油泵泵筒的质量，另一方面还能降低抽油泵泵筒的成本制作。

2 强力珩磨工艺的加工原理

在过去，我国还没有把国外先进的整筒抽油泵制造技术引进国内，我国需要珩磨内孔的工件往往只有很小的细长比，但工件需要较高的精度尺寸，为了提高工件的表面质量和精度，必须要采用珩磨工艺。但是由于只留有很小的珩磨余量，珩磨的切削力明显不够。抽油泵泵筒珩磨一方面要满足工件尺寸精度高的要求，另一方面还要提高工件表面的质量，所以需要的珩磨切削力也很大，这时候我们必须采用强力珩磨工艺。

强力珩磨加工采用的机床一般是卧式深孔珩磨机床，加工工件置于机床的三爪卡盘夹持下，通过中心架的支承做旋转运动。其中珩磨头和珩磨杆、尾架三部分依次相连，通过张开机构把珩磨头圆周上的珩磨砂条沿着径向张开，并令其压向加工工件的孔壁；同时，珩磨头通过直线往复的运动磨削和抛光珩磨孔。径向加压是珩磨砂条的进给运动，所以对珩磨砂条的施加压力越大，其进给的程度越深。经过这样一场旋转和直线往复运动的最终效果是珩磨砂条上面的磨粒在加工工件的表面呈现出交叉状的切削轨迹，并且是不重复的网纹形状。这样经过强力珩磨加工，使得被加工表面获得需要的尺寸精度和表面质量。

为了保证泵筒的加工质量，在抽油泵泵筒的加工过程中，我们一般选用尺寸精度较高、表面质量较好且硬度较高、直线度较高的优质强力珩磨砂条。抽油泵泵筒的强力珩磨加工过程分为脱落珩磨、破碎珩磨和堵塞珩磨三个阶段：首先，在泵筒的脱落珩磨阶段，当我们开始强力珩磨时，由于待加工的工件表面粗糙、珩磨砂条和工件之间的接触面积小，这样导致和工件接触部分的砂粒切削力很大，当超出砂条粘结剂的粘结力，就会造成砂条砂粒纷纷脱落。这个过程就叫做脱落珩磨阶段。当砂粒脱落后，参与珩磨的新砂粒因为自锐能力很强，所以珩磨效率高，但因为强力珩磨致使砂条消耗加快，用料增多。然后，在泵筒的破碎珩磨阶段，随着砂条和工件的接触面积增大，工件表面质量和尺寸精度有了明显提高，但砂条切削力也在变小，当切削力小于了砂粒粘结力，砂条上的砂粒就不再脱落；由于受到切削力的作用，这些磨粒被强力挤碎，变成小块掉落下来。这个过程就叫做破碎珩磨阶段。当磨粒变成小块掉落下来之后，因为出现了新的尖角，所以又有新的切削力产生，起到自锐的作用。剩下的残余磨粒因为体积变小，切削的效率不高，减少了砂条消耗，工件表面质量有了进一步提高。当砂条的消耗和其对工件的表面压力达到一个动态的平衡之后，就能够保持一个相对合理的珩磨效率，这是整个泵筒珩磨过程中最为有效和理想的阶段，是整个泵筒强力珩磨工艺的主要工作阶段，这一阶段主要完成尺寸精度的控制，同时减少被加工面的形位误差和提高表面质量。最后，在泵筒的堵塞珩磨阶段，随着工件被加工表面形状误差的减少和表面质量的提高，工件和砂条的接触面也越来越大，磨粒的切削力变得越来越小，最后只有很少量的一部分砂粒能够被挤碎。由于新的切削刃很少从而导致切削力很小，这样那些细小的切屑就被堵塞在砂条的缝隙当中。这个阶段就叫做堵塞珩磨阶段。在这个阶段，砂粒的珩磨速度几乎下降为零，砂条的磨削相当于抛光。通过保持合理的堵塞珩磨时间，可以进一步提高泵筒的尺寸精度和表面质量。但是要注意堵塞珩磨的时间也不要过长，否则会产生切削瘤而使泵筒内壁被划伤。

3 强力珩磨需要考虑的因素

3.1 珩磨设备和工具的选用 强力珩磨磨削常用的设备和工具有珩磨头、珩磨杆、珩磨机床、珩磨液和珩磨砂条。其中，珩磨机床必须选用刚性好、功率大的主轴，主轴箱要能够无级变速或者有机变速；珩磨主轴要和珩磨头浮动相连，夹具需要夹紧力大一些并且能够固定；珩磨头要刚性好且结构简单的，最好选用刚性半瓦结构的；珩磨砂条的强度要超出普通砂条，而且要有强力珩磨的标记；珩磨头推杆液压缸最好采用差动式传动装置，这样能够提高进给的灵敏度，从而满足粗珩、精珩或者抛光珩磨的压力要求；因为强力珩磨会产生很多热量，所以一定要选用冷却性能好的珩磨液，方便工件的冷却和冲洗加工。

3.2 珩磨砂条对工件表面的工作压力大小 在上面我们对三个阶段珩磨工艺流程的描述中，我们不难发现在各个珩磨阶段产生转变的原因和外力是砂粒和工件接触面产生的切削力的大小变化。它直接决定着砂条径向扩张力的大小以及砂条和工件接触面的多少。所谓的强力珩磨概念中，砂条只有具备了超强的径向扩张力，才能提高砂条珩磨的效率，扩大珩磨的余量。砂条对泵筒工作面的压力控制在204～280 牛/平方厘米为宜。

3.3 珩磨砂条的孔隙度大小 强力珩磨砂条对孔隙度有很高的要求，孔隙度只有足够大才能够减少砂条和工件接触面的接触范围，也更加能够能使砂粒容易被挤碎或者砂粒向下脱落，提高砂条的自锐能力，增强切削的力度和效率。而且，孔隙大了还方便容屑，尤其是轴向尺寸大、不容易排屑和冷却困难的抽油泵泵筒珩磨十分适合。要打造大气孔的砂条，就要在砂条原料中添加萘粒，在烧结的过程中，这种萘得到升华蒸发，从而在砂条上留下较大的孔隙。在制作过程中要控制萘粒的大小和均匀度以获得满意的砂条孔隙。

3.4 珩磨砂条的原材料选用和粒度大小 经过调查和分析，最适合抽油泵泵筒珩磨的砂条材料是碳化硅和白刚玉，而其中以白刚玉为最佳用料。在选用砂条时，粗珩磨和精珩磨对砂条的粒度要求不同，粗珩要求切削率较高，能够较快的获得工件需要的尺寸。而精珩主要为了减少形位误差提高表面质量。因此粗珩磨选的砂条粒度较精珩磨应更大一些。一般粗珩宜选用45～70 目的砂条，精珩宜选用80～200 目的砂条。

4 结语

综上所述，采用强力珩磨砂条进行抽油泵泵筒加工有很多好处：首先，采用强力珩磨工艺对深孔进行加工所产生的珩磨压力要比一般珩磨的压力大五到七倍以上；其次，采用强力珩磨工艺的加工余量和一般珩磨工艺的加工余量相比要超出至少十到二十倍；再次，采用强力珩磨工艺的磨削效率比起一般珩磨工艺的效率提高了二十到三十倍之多；最后，采用强力珩磨工艺后，深孔的加工精度得到了大幅度提高，粗糙度大为降低，工件质量得到提升。总之，采用强力珩磨工艺进行抽油泵的泵筒加工能够节省生产成本，简化工艺流程，提高加工效率，优化加工质量。

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