鉆機配油套加工工藝技術的研究

杜漁舟 DU Yu-zhou

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039）

（China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute，Chongqing 400039，China）

鉆機配油套加工工藝技術的研究

杜漁舟 DU Yu-zhou

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039）

（China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute，Chongqing 400039，China）

聯動系列鉆機中關鍵零件配油套的設計要求高、生產難度大、報廢率高，因此，為提高產品質量與生產效率，增強產品的市場競爭力，需深入研究鉆機配油套加工工藝技術。通過不斷的試驗探索，研究出最適合自身產品的合理工藝。

鉆機；配油套；加工工藝技術；試驗

0 引言

配油套主要用于聯動系列和膠套系列鉆機，是鉆機上的關鍵件。中煤科工集團重慶研究院聯動系列和膠套系列鉆機產業經過多年的發展，具備了一定規模的生產能力，目前使用配油套的鉆機設備形成種類齊全、型號各異的系列化產品，是現今市場上的主流鉆機。

目前有 ZYW-2000、ZYW-3000、ZYW-2000(LD)、ZYW-3200(LD）等系列的聯動鉆機，為不同規模的煤礦安全生產做出了貢獻，在此基礎上重慶院還致力于不斷提高聯動系列鉆機產品質量、穩定市場需求，積極引進先進技術、提高技術開發能力、大力開拓市場、以經濟規模促進聯動系列鉆機產業的發展。

配油套是由鋼套和銅套組合的一個組件，其加工的工藝流程主要是：鋼套鍛打成型后，粗車、調質、精車；銅套鑄造成型后，粗車、精車；鋼套加熱后，將銅套壓入（保證過盈量），打止動螺釘，數車外圓，精車銅套內孔，加工進油孔和平衡堵頭孔，最后磨內孔。由于配油套內孔精度3-5級，加工和測量要求都非常之高。所以在近幾年的加工中，出現了配油套孔的加工尺寸不合格、溫度變化導致配油套孔的尺寸變化影響大、配油套孔的尺寸不易測量等等一系列問題，這些問題的出現增加了返工返修率，一定程度上影響了生產進度，給交貨帶來了一定的困難。如何提高配油套的合格率，保證尺寸的穩定，方便測量成為了現階段亟待解決的重要課題。

1 質量目標與要求

①制定合理的加工工藝方案，包括在裝配時保證配油套與主軸之間的間隙為0.02-0.03mm。

②選擇合理的檢驗方法，誤差小，性價比高。

③提高合格率，減小溫度變化對配油套組件與主軸配合間隙的影響。

2 配油套加工工藝性研究

2.1 早期配油套加工工藝介紹

根據鉆探分院圖紙（詳見圖1）設計編制的加工工藝如下：

（鋼套）下料→鍛坯→車→車→入庫

（銅套）鑄坯→粗車→半精車→精車→入庫

圖1 配油套加工圖

（配油套）壓裝→鉗→鉆→車→磨→磨→鏜→鉗→銑→鉗→鉗→入庫

鋼套：鋸床下料，將下料后的圓鋼送至鍛造廠鍛打成型，將鍛坯上車床按圖紙要求車達尺寸，入庫。

銅套：鑄造廠鑄造成型，將鑄坯上車床經過粗車、半精車、精車后，入庫。

配油套：將符合圖紙要求的鋼套與銅套壓裝成配油套組件，將配油套組件送至鉗工處劃線、鉆孔、攻絲、緊固鎖緊螺釘，再將配油套組件精車端面、內孔、均壓槽、倒角，上磨床磨端面、內孔，鏜床將配油套固定在專用工裝上與箱體組合加工進油孔，鉗工劃線劃出鉆孔工藝平臺，上銑床銑鉆孔工藝平臺，最終鉗工鉆另一平衡堵頭孔，并在鏜床加工的Φ20孔的鉆孔工藝平臺上打上“ZP”裝配字樣。

經過一系列工藝性試驗后確定了以上工藝路線，該工藝能保證配油套在加工完成后，完全符合圖紙尺寸要求，隨著時間的推移，該工藝的不足之處逐漸暴露了出來。

2.2 早期配油套加工工藝問題分析 早期工藝加工的配油套有如下問題：

改進配油套的內孔尺寸不容易保證，圓柱度不合尺寸要求。

由于鉆探分院在圖紙設計時，為了方便卡盤進油口的加工，設計之初就在需鉆孔的外圓之上設計了兩個鉆孔用的工藝平臺，對稱布置。該工藝平臺的優點在于鉆卡盤進油口時使鉆頭的鉆尖部分在鉆孔時定位方便，不容易發生鉆頭打滑導致鉆孔鉆偏的加工失誤。但是工藝平臺也有它的缺點，缺點在于銑方的部位鋼套壁厚減薄，造成鋼套在圓周上的剛度不一致，隨著時間的推移，內應力的釋放引起的配油套整體變形不均，導致圓柱度超差，為解決此問題我廠在與鉆探分院溝通后，從設計上取消了扁方結構；

①進油口處需與箱體組合加工。由于配油套組件中（圖1）的Φ16孔要求其孔中心與配油套組件的軸剖面共面，為了達到設計要求而采取了組合加工這一工藝方式，根據設計圖紙按照配油套裝配時的情況設計專用的配油套孔加工工裝（詳見圖2），將該工裝與配油套組裝好后，再將其與箱體配合固定后鉆鉸孔。后來發現這種加工方法必須要配油套組件與箱體同時進入此工序時方可加工，對生產安排較為不利，為此我們重新改進了加工方法。新加工方法可將配油套組件與箱體分開加工孔，為使配油套組件孔能單獨加工，我廠又在加工工藝上做了調整，將配油套組件精車內孔后，內孔留0.35-0.45mm磨削余量，再將配油套組件以內孔為基準，數車外圓，以此將內孔基準轉換到外圓上，在鏜床上鉆鉸配油套組件上Φ16H8孔時找正外圓即可，而加工箱體的Φ16H8孔時專用工裝（詳見圖2）也可以照常使用，這樣方便了生產安排，同時又使配油套的配件加工不再需要箱體的支承了。

圖2 配油套與箱體組合加工專用工裝

②配油套經過一段時間的放置后（比如季節更替），內孔尺寸有變化。通過對配油套進行溫升試驗后發現，溫度的變化對配油套的尺寸影響較大，考慮采取更改配油套結構來減小溫度變化對尺寸的影響。

2.3 配油套加工工藝改進 針對前面的一系列問題，我廠對配油套加工工藝進行了改進，并加工了一系列的專用工裝，改進后的加工工藝如下：

（鋼套）下料→鍛坯→粗車→粗車→精車→入庫

（銅套）鑄坯→粗車→半精車→精車→入庫

（配油套）壓裝→鉗→鉆→車→車→數車→鏜→磨→入庫

鋼套：鋸床下料，將下料后的圓鋼送至鍛造廠鍛打成型，將鍛坯上車床按圖紙要求車達尺寸，入庫。

銅套：鑄造廠鑄造成型，將鑄坯上車床經過粗車、半精車、精車后，入庫。

配油套：將符合圖紙要求的鋼套與銅套壓裝成配油套組件，將配油套組件送至鉗工處劃線、鉆孔、攻絲、緊固鎖緊螺釘，再將配油套組件精車端面、內孔(留磨削余量)、均壓槽、倒角，上數車找正內孔精車外圓，鏜床找正外圓鉆鉸Φ16H8孔，待裝配時上磨床找正端面及外圓精磨內孔達圖，入庫。

改進后，解決了配油套的內孔尺寸與圓柱度不容易保證的問題，配油套組件與箱體不用組合加工，更利于生產管理。

3 配油套測量方法的研究

3.1 傳統的配油套測量方法 傳統的配油套測量方法為采用內徑百分表（詳見圖3）與外徑百分尺對表后，測量配油套內徑大小，由于設計時配油套內孔公差要求為，而內徑百分表的測量誤差為0.01mm，明顯內徑百分表在測量配油套時測量精度過低，不適合高精度配油套的測量。

配油套設計之初，考慮到配油套內孔與主軸外圓的間隙為0.02-0.03mm，故內孔設計了間距為5mm且深1mm的7道環形均壓槽，以起到儲油潤滑、防止銅套與主軸拉傷的作用，最重要的作用在于能使配油套組件在油壓的作用下懸浮于主軸外圓之上，由于各環形均壓槽之間的實際間隔為4mm，因此也給傳統的檢測手段帶來了極大的不便。

圖3 內徑百分表

3.2 改進后的測量方法 經過跟鉆探分院的多次溝通，最終鉆探分院更改設計要求，將內徑公差要求改為，而我廠為提高測量精度，將傳統的測量方法改進為內徑千分表與定制環規對表，然后進行測量，測量完后，再將內徑千分表與外徑千分尺對表，校正外徑千分尺之后測量主軸外圓，以減小主軸與配油套組件之間間隙的測量誤差，這種測量方法既降低了測量成本，也使我們測量出的主軸與配油套組件之間的間隙更為準確，較為適合在線測量方式。

4 溫度變化對配油套內孔尺寸影響的研究

圖4 主軸與配油套間隙測量專用環規

4.1 溫度變化對配油套內孔尺寸影響 由于每年夏季為我廠的生產旺季，生產壓力大，而我廠為應對生產壓力大這一難題，一般會在生產淡季時，做一定數量的配油套作為庫存，以此來緩解繁忙時期的生產壓力，但是問題隨之而來。冬末春初時會預先投產一定數量的配油套來作為庫存，待進入夏季后，訂單逐漸增多，生產壓力較大時，裝配工段就會使用之前合格的配油套來應急，然后就會出現裝配時零件尺寸與成品檢驗時零件尺寸不一。考慮到金屬熱脹冷縮，而配油套結構特殊，為銅與鋼的組合件，通過機械手冊我們可以查到銅的線膨脹系數為17.7×10-6m/℃，而鋼的線膨脹系數為1.2×10-5m/℃，因為銅與鋼的膨脹系數不同，所以每當季節變換時配合間隙都會發生變化，為驗證配油套組件中銅套的變化規律，故我廠選擇了溫升試驗。

4.2 溫升試驗的研究 為了弄清楚配油套在正常工作時與主軸配合間隙的變化情況，故我們對配油套進行了模擬現實環境的溫升試驗。

我們在3月1日配油套加工完成后，將配油套先在常溫狀態放置4小時，再測量出此時配油套的內孔、外圓尺寸與環境溫度，記錄數據；

3月2日早上再將成品配油套放入可以調節溫度的溫控箱中，溫度設置35℃，放置4小時后，取出后測量出此時配油套的內孔與外圓尺寸，記錄數據；

3月2日下午再將成品配油套放入可以調節溫度的溫控箱中，溫度設置55℃，放置4小時后，取出后測量出此時配油套的內孔與外圓尺寸，記錄數據；

3月2日實驗完成后，再將配油套放置在環境溫度下，待3月5日再測量此時配油套的內孔、外圓尺寸與環境溫度，記錄數據；

最終數據結果與測量點位圖（圖5）如下所示。

圖5 配油套測量點位圖

2012.3.1 下午 12℃（表 1）。

表1

2012.3.2 上午 35℃（表 2）。

表2

2012.3.3 上午 55℃（表 3）。

表3

2012.3.5 上午 12℃（表 4）。

表4

4.3 溫升試驗的回歸分析 為了驗證溫度的變化對配油套中的銅套尺寸變化有顯著影響，我們將LD2000ZYW0302為示例，建立溫度銅套尺寸的樣本回歸直線。由于鋼套沒有受束縛，鋼套外圓尺寸必定按照線膨脹系數增長故不討論。

設溫度為P、銅套尺寸為T、鋼套尺寸為G，將上列圖表中的尺寸均取數據的均值，數據整合后如表5。

表5

該方程式說明，此配油套在溫度為0℃時，銅套內孔尺寸為141.00127mm；在一定范圍內，溫度每上升1℃，內孔尺寸就會增大0.00171mm。

檢驗，取顯著水平α=0.05。

由回歸分析可看出，在此種結構狀態下，銅材質的工件在溫度每上升1℃，則尺寸變大0.00171mm，而按照機械設計手冊上查出的銅材質線膨脹系數17.7×10-6k做計算后，得出結論為溫度每上升1℃，則尺寸變大0.00251mm，而所測出的數據未達到標準值，所以我們可以得出結論，當溫度變化過大時，配油套內孔尺寸也會變大，且會在受到外界束縛時，幾何尺寸的變化比例會被約束。

4.4 溫升試驗的結果 由于我廠之前為緩解銷售旺季的生產壓力，而采取了將生產周期長的關鍵工件進行提前做庫存的方案，結果發現了配油套尺寸由季節變換而導致尺寸改變，最終我廠通過實驗證實了配油套尺寸的變化確實是由于溫度的變化造成的，且未按照線膨脹系數規律變化。此前我廠的生產安排是生產壓力小時預先投產一定數量的配油套做庫存，而通過這個實驗的證實后，我廠將生產安排方式與工藝也進行了修改，現在配油套將精磨內孔調整到了最后一個工序，然后生產安排做庫存時則會將精磨之前的所有工序做完后入庫，最終在裝配前，提前一兩天將精磨工序做完直接進入裝配。

5 總結與后期設想

配油套在經過了加工工藝更改、測量方式確定以及生產安排改變之后，在合格率上由更改前的65.8%提高到了95.5%以上。而在生產上由于取消了最初的配作，到后來的組合加工方式，隨之而來的是使得配件的組織加工比以前更便利。而生產安排上的調整也使得生產部門在應對生產旺季時有了更多的方法。

在這次的試驗之后我們通過某外協廠家了解到了一種新的銅與鋼合金的鑄造工藝，離心澆鑄工藝，我們下一步準備通過外協廠家的協助對離心澆注式的配油套進行工藝開發、工藝試制與裝配試驗。

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[2]Г.П.ЧаЙКОВСКИЙ,吳清忠.鉆頭壓降和定子密封間隙對渦輪性能的影響[J].吐哈油氣，2002(02).

[3]劉佩學,羅曉麗,王秋生.鉆機電控系統的改進與應用[J].中國設備工程，2007(05).

On Processing Technology of the Oil Distribution Sleeve of Drilling Rig

As the key part of the linkage series of drilling rig,the oil distribution sleeve has high design requirement,difficult production,high rejection rate.So In order to improve the product quality and production efficiency,and enhance the competitiveness of products in the market,it's necessary to further research oil processing technology of oil distribution sleeve of drilling rig.Through continuous experiment,the paper aims to study the most suitable and reasonable process technology for own products.

drilling rig；the oil distribution sleeve；processing technology；test

杜漁舟（1986-），男，重慶人，助理工程師，中煤科工集團重慶研究院有限公司技術員，研究方向為機械加工工藝。

TE922

A

1006-4311（2014）13-0032-04