大功率往复泵空心曲轴制造工艺设计-论文.pdf

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1、杠械第45卷{第5期总第487期大功率往复泵空心曲轴制造工艺设计张金全，，姚占明’，张振宇，龚占杰’，蔡金萍’1．南阳二机石油装备(集团)有限公司；2．山东祥通橡塑集团有限公司摘要l空心曲轴是大功率往复泵中的关键零件，其制造质量直接影响大功率往复泵整体的使用寿命和工作性能。由于空心曲轴体积大，结构比较复杂，铸造和机械加工都比较困难。以三缸式大功率往复泵的空心曲轴为例，在分析其铸造工艺和机械加工工艺的基础上，设计空心曲轴零件的制造工艺并制定出合理的工艺路线。实际应用证明，运用该方法能够方便高效、低成

2、本、高质量地制造加工大功率往复泵的空心陷轴，所得到的空心曲轴，各方面性能均得到很好的保证。关键词：往复泵；空心曲轴；铸造工艺；机械加工工艺；定位基准大功率往复泵主要用在石油、地质、矿山钻探机械等设备上，是输送泥浆、矿浆、灰浆等浆体的重要部件，往复泵的分类方法很多，按工作缸的个数可以分为单缸往复泵、双缸往复泵、三缸往复泵、四缸往复泵和五缸往复泵等。图1是三缸式往复泵传动原理图。曲轴是大功率往复泵中的关键零件，其结构比较复杂，铸造和机械加工都比较困难，考虑到整机的重量，常将大功率往复泵的曲轴设计成空心

3、结构，在制造工艺方法上，则采用整体铸造工艺；在机械加工环节，采用立式1．主动齿轮2．动力输入轴3．从动齿轮4．曲轴车床加工，但需要在立式车床上制作复杂的专用工装，也5．连杆6．柱塞7．缸套可以选择在大型专用曲轴加工设备上加工。本文在分析空心曲轴结构形式的基础上，设计空心曲轴简便易行的图1三缸式往复泵传动原理图制造工艺和方法。作者简介：张金全(1964一)，男，高级工程师，硕士，研究方向：机械制造工艺设计及技术。2014．5l工稚杠敞l47材料·工艺MateriaIsandProcesses全天候工

4、作情况下的使用寿命等有较高的要求，因此，对1曲轴的机械性能及几何精度其各主要零件的制造精度和安装精度的要求也较高。对空心曲轴材料一般采用铸造中碳合金钢，本文分析于三缸往复泵的空心曲轴而言，如图2所示，除轴类零件的曲轴采用ZG35CrMo，毛坯经正火处理，粗加工后再进正常的精度要求外，曲轴的三缸回转轴颈在径向上成均行调质处理，调质硬度240~270FIB。机械性能设计要求匀等分的120~角且轴径d。、d2、d，相等，并且分布在同一为：下屈服强度R≥540MPa，抗拉强度R720MPa，伸个半径为的圆

5、周上，3个活塞在缸内移动的距离即活长率≥17％，断面收缩率z≥25％，冲击功A≥50I。塞的冲程长度相同，若冲程长度用表示，则S=2R。大功率往复泵对整体运转平衡性、噪声控制以及在图2空心曲轴结构简图为保证三冲程连续平稳，三等分角度120o的尺寸铸CAE软件分析其铸造性能，分析空心曲轴铸造模态模精度一般不得低于7级精度。曲轴两端安装轴承的轴颈拟状态，确定设置2个浇冒口，如图3所示。、：的轴线与安装齿轮的轴颈轴线同心度一般要求不低于6级精度，三缸曲轴轴颈相对于固定回转轴心即两端安装轴承轴颈的轴心同心

6、度一般要达到7级精度，各轴颈的尺寸精度一般要求达到7级精度，三缸曲轴轴颈、安装轴承的轴颈和安装齿轮的轴颈表面粗糙度要求达到≤1．6m。根据三缸往复泵空心曲轴轴颈分布的精度要求，曲轴空心结构的铸造质量、整体机械加工的轴颈精度，成为空心曲轴制造过程中的关键点和难点。2空心曲轴铸造工艺设计根据空心曲轴的结构形状，将安装从动齿轮的凸出较多部分作为铸造时的下面，为了验证铸造性能，利用AutodeskInventor工具软件建立空心曲轴的三维模型，选图3空心曲轴铸造性能分析用华中理工大学开发的铸造工艺集成分析

7、系统软件即华48I工霏表敞I2014·5杠拭第45卷I第5期总第487期模拟参数浇铸温度为1580℃，凝固时间为25211s，模拟采用的铸造造型环境为树脂砂，设定临界孔隙率为120％，缩孔和缩松分界点为50％。根据模拟得出的缩孔总体积、缩松总体积和产生的缩孔、缩松数量分析空心曲轴的铸造性能。图3所示的模拟结果说明，缩孔和缩松主要集中在两个位置，偏上部区域易形成缩孔，偏下部易形成缩松。但从分析的结果看，缩孔和缩松的体积都不足以对空心曲轴铸件毛坯使用性能造成太大的质量影响，空心曲轴的的铸造形式和浇铸温

8、度选择合理。3空心曲轴机械加工工艺设计3．1定位基准的准备图5在曲轴端面上打工艺孔空心曲轴两端是安装轴承的轴颈、，两端轴颈尺寸相等且同心，即=：=D，其中心与安装从动齿轮轴颈打工艺孔也可以在坐标镗床或数控机床上进行，保的中心也是同轴线同心设计的。证工艺孔的尺寸精度和位置精度(不低于6级精度)，工机加工时，考虑利用同心的结构特点，首先在卧式车艺孔的表面粗糙度R口≤1．6I．Lm。床上加工出这3处轴颈，采用试切法尽量保证两端轴颈3．2空心曲轴机械加工工艺尺寸加工到最小实际偏差值，两端轴