抽油泵泵筒加工-強力珩磨工藝

吳建中WU Jian-zhong

（嘉興市方圓公正檢驗行，嘉興 314050）

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

1 采用強力珩磨加工的好處和原因

在抽油泵泵筒的加工過程中，最近新興的一種效率較高且加工尺寸精度較高的加工工藝即為強力珩磨加工。該工藝是綜合采用剛性較強的珩磨機床和切削性能突出的珩磨砂條，然后通過施加較高的珩磨壓力來進行大余量加工或者高效率的珩磨加工。采用這種珩磨工藝的優勢在于對泵筒的前道粗加工要求較低，若原料采用精拉鋼管可以不用粗加工直接進行強力珩磨。在整個加工過程中，最為重要的一環就是如何研制和使用強力珩磨用的砂條。采用強力珩磨工藝一方面可以提高抽油泵泵筒的質量，另一方面還能降低抽油泵泵筒的成本制作。

2 強力珩磨工藝的加工原理

在過去，我國還沒有把國外先進的整筒抽油泵制造技術引進國內，我國需要珩磨內孔的工件往往只有很小的細長比，但工件需要較高的精度尺寸，為了提高工件的表面質量和精度，必須要采用珩磨工藝。但是由于只留有很小的珩磨余量，珩磨的切削力明顯不夠。抽油泵泵筒珩磨一方面要滿足工件尺寸精度高的要求，另一方面還要提高工件表面的質量，所以需要的珩磨切削力也很大，這時候我們必須采用強力珩磨工藝。

強力珩磨加工采用的機床一般是臥式深孔珩磨機床，加工工件置于機床的三爪卡盤夾持下，通過中心架的支承做旋轉運動。其中珩磨頭和珩磨桿、尾架三部分依次相連，通過張開機構把珩磨頭圓周上的珩磨砂條沿著徑向張開，并令其壓向加工工件的孔壁；同時，珩磨頭通過直線往復的運動磨削和拋光珩磨孔。徑向加壓是珩磨砂條的進給運動，所以對珩磨砂條的施加壓力越大，其進給的程度越深。經過這樣一場旋轉和直線往復運動的最終效果是珩磨砂條上面的磨粒在加工工件的表面呈現出交叉狀的切削軌跡，并且是不重復的網紋形狀。這樣經過強力珩磨加工，使得被加工表面獲得需要的尺寸精度和表面質量。

為了保證泵筒的加工質量，在抽油泵泵筒的加工過程中，我們一般選用尺寸精度較高、表面質量較好且硬度較高、直線度較高的優質強力珩磨砂條。抽油泵泵筒的強力珩磨加工過程分為脫落珩磨、破碎珩磨和堵塞珩磨三個階段：首先，在泵筒的脫落珩磨階段，當我們開始強力珩磨時，由于待加工的工件表面粗糙、珩磨砂條和工件之間的接觸面積小，這樣導致和工件接觸部分的砂粒切削力很大，當超出砂條粘結劑的粘結力，就會造成砂條砂粒紛紛脫落。這個過程就叫做脫落珩磨階段。當砂粒脫落后，參與珩磨的新砂粒因為自銳能力很強，所以珩磨效率高，但因為強力珩磨致使砂條消耗加快，用料增多。然后，在泵筒的破碎珩磨階段，隨著砂條和工件的接觸面積增大，工件表面質量和尺寸精度有了明顯提高，但砂條切削力也在變小，當切削力小于了砂粒粘結力，砂條上的砂粒就不再脫落；由于受到切削力的作用，這些磨粒被強力擠碎，變成小塊掉落下來。這個過程就叫做破碎珩磨階段。當磨粒變成小塊掉落下來之后，因為出現了新的尖角，所以又有新的切削力產生，起到自銳的作用。剩下的殘余磨粒因為體積變小，切削的效率不高，減少了砂條消耗，工件表面質量有了進一步提高。當砂條的消耗和其對工件的表面壓力達到一個動態的平衡之后，就能夠保持一個相對合理的珩磨效率，這是整個泵筒珩磨過程中最為有效和理想的階段，是整個泵筒強力珩磨工藝的主要工作階段，這一階段主要完成尺寸精度的控制，同時減少被加工面的形位誤差和提高表面質量。最后，在泵筒的堵塞珩磨階段，隨著工件被加工表面形狀誤差的減少和表面質量的提高，工件和砂條的接觸面也越來越大，磨粒的切削力變得越來越小，最后只有很少量的一部分砂粒能夠被擠碎。由于新的切削刃很少從而導致切削力很小，這樣那些細小的切屑就被堵塞在砂條的縫隙當中。這個階段就叫做堵塞珩磨階段。在這個階段，砂粒的珩磨速度幾乎下降為零，砂條的磨削相當于拋光。通過保持合理的堵塞珩磨時間，可以進一步提高泵筒的尺寸精度和表面質量。但是要注意堵塞珩磨的時間也不要過長，否則會產生切削瘤而使泵筒內壁被劃傷。

3 強力珩磨需要考慮的因素

3.1 珩磨設備和工具的選用 強力珩磨磨削常用的設備和工具有珩磨頭、珩磨桿、珩磨機床、珩磨液和珩磨砂條。其中，珩磨機床必須選用剛性好、功率大的主軸，主軸箱要能夠無級變速或者有機變速；珩磨主軸要和珩磨頭浮動相連，夾具需要夾緊力大一些并且能夠固定；珩磨頭要剛性好且結構簡單的，最好選用剛性半瓦結構的；珩磨砂條的強度要超出普通砂條，而且要有強力珩磨的標記；珩磨頭推桿液壓缸最好采用差動式傳動裝置，這樣能夠提高進給的靈敏度，從而滿足粗珩、精珩或者拋光珩磨的壓力要求；因為強力珩磨會產生很多熱量，所以一定要選用冷卻性能好的珩磨液，方便工件的冷卻和沖洗加工。

3.2 珩磨砂條對工件表面的工作壓力大小 在上面我們對三個階段珩磨工藝流程的描述中，我們不難發現在各個珩磨階段產生轉變的原因和外力是砂粒和工件接觸面產生的切削力的大小變化。它直接決定著砂條徑向擴張力的大小以及砂條和工件接觸面的多少。所謂的強力珩磨概念中，砂條只有具備了超強的徑向擴張力，才能提高砂條珩磨的效率，擴大珩磨的余量。砂條對泵筒工作面的壓力控制在204～280 牛/平方厘米為宜。

3.3 珩磨砂條的孔隙度大小 強力珩磨砂條對孔隙度有很高的要求，孔隙度只有足夠大才能夠減少砂條和工件接觸面的接觸范圍，也更加能夠能使砂粒容易被擠碎或者砂粒向下脫落，提高砂條的自銳能力，增強切削的力度和效率。而且，孔隙大了還方便容屑，尤其是軸向尺寸大、不容易排屑和冷卻困難的抽油泵泵筒珩磨十分適合。要打造大氣孔的砂條，就要在砂條原料中添加萘粒，在燒結的過程中，這種萘得到升華蒸發，從而在砂條上留下較大的孔隙。在制作過程中要控制萘粒的大小和均勻度以獲得滿意的砂條孔隙。

3.4 珩磨砂條的原材料選用和粒度大小 經過調查和分析，最適合抽油泵泵筒珩磨的砂條材料是碳化硅和白剛玉，而其中以白剛玉為最佳用料。在選用砂條時，粗珩磨和精珩磨對砂條的粒度要求不同，粗珩要求切削率較高，能夠較快的獲得工件需要的尺寸。而精珩主要為了減少形位誤差提高表面質量。因此粗珩磨選的砂條粒度較精珩磨應更大一些。一般粗珩宜選用45～70 目的砂條，精珩宜選用80～200 目的砂條。

4 結語

綜上所述，采用強力珩磨砂條進行抽油泵泵筒加工有很多好處：首先，采用強力珩磨工藝對深孔進行加工所產生的珩磨壓力要比一般珩磨的壓力大五到七倍以上；其次，采用強力珩磨工藝的加工余量和一般珩磨工藝的加工余量相比要超出至少十到二十倍；再次，采用強力珩磨工藝的磨削效率比起一般珩磨工藝的效率提高了二十到三十倍之多；最后，采用強力珩磨工藝后，深孔的加工精度得到了大幅度提高，粗糙度大為降低，工件質量得到提升。總之，采用強力珩磨工藝進行抽油泵的泵筒加工能夠節省生產成本，簡化工藝流程，提高加工效率，優化加工質量。

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