泥漿泵空心曲軸的加工方法

吳延群

山鋼股份山東冶金機械廠有限公司 山東淄博 255051

1 序言

泥漿泵是一種往復式柱塞泵，它通過曲柄連桿機構，把電動機的旋轉運動轉換為十字頭及活塞的往復直線運動，把低壓的泥漿壓縮成高壓泥漿，是石油鉆井作業最重要的工藝設備之一。泥漿泵分為液力端和動力端兩部分，動力端用來傳遞動力和轉換運動方式及速度，為液力端提供動力，液力端用來將機械能轉變為液體內能，以輸送泥漿。

泥漿泵動力端主要是指曲柄連桿機構的運動，其中空心曲軸是整個曲柄連桿的核心部件，其加工精度要求高，3處偏心部分的加工難度尤其大。由于我單位沒有大型數控車床，也沒有大型的數控加工中心，因此根據實際情況和多年的車工經驗，設計了一套加工空心曲軸的方法。即利用現有設備，優化工藝，適當調整加工工序，用臥式車床、刀桿和刀具完成特殊工件的加工。

2 空心曲軸的加工

泥漿泵空心曲軸在加工時，工序為：劃線→銑兩端面定總長→鏜兩端工藝孔→鑲堵頭打中心孔→精車空心曲軸各部→鉆各孔。此工件的加工難點在3處偏心部分（圖樣編號為1#，2#，3#）。

空心曲軸形狀比較復雜（見圖1），兩端φ300mm部分和最大外圓φ1270mm部分為空心曲軸的回轉中心（見圖1a），3處偏心部分是以該回轉中心為中心，在圓周方向呈120°夾角均勻分布（見圖1b）。空心曲軸的加工工序如下。

1）由鉗工檢查毛坯，以兩端外圓φ300mm及最大的外圓φ1270mm為基準，合理分配三處偏心部分（1#，2#，3#）的加工余量，并劃兩端φ150mm內孔孔線。

2）在鏜床TX6513上對頭鏜刀，嚴格按線找正，鏜兩端φ150mm內孔，銑完后總長為1720.9mm。

3）用C630臥式車床配車兩端堵頭，用C680臥式車床頂針打中心孔。車工在空心曲軸兩端鑲堵頭，電焊工配合點焊防松。

4）在C680臥式車床上，按圖樣尺寸及公差，精車兩端外圓φ300mm處和最大外圓φ1270mm處，并精車相關錐面部分。

空心曲軸加工到此，遇到了空心曲軸1#、2#和3#偏心部分的加工難題。由于空心曲軸形狀不規則，回轉中心不固定，機床難以準確的確定偏心量，且偏心部分尺寸大，難以裝夾固定，所以采用C5231普通立式車床加工難度大。于是筆者根據自己多年的工作經驗，與技術人員一起設計了一套空心曲軸工裝（見圖2），很好地解決了這一難題。按圖2a焊制一罐狀工裝體，上、下底板用厚50mm、φ2080mm的鋼板，圓周均布8×1180mm×205mm×40mm加強筋板（見圖2b），上、下平面及外圓的平行度控制在≤0.05mm，同軸度控制在≤φ0.03mm。

5）在C680臥式機床上，按空心曲軸的3#偏心部分的最大偏心圓，即最大外圓φ1270mm處按φ1193.8mm劃3×φ30mm銷孔孔線和12×φ40mm孔線，其中3×φ30mm孔線呈120°均布。

圖1 空心曲軸結構

圖2 空心曲軸工裝

6）加工空心曲軸工裝，由C5231普通立式車床精車空心曲軸工裝上、下平面，然后由TK6926數控鏜銑床精鏜152.4mm偏心孔φ1117.6mm和3×φ30mm銷孔，用于加工空心曲軸3處偏心部分。按圖樣尺寸劃12×M36孔線，用Z3080鉆床鉆攻12×M36螺紋孔，用以固定空心曲軸。用Z3080鉆床，通過普通工裝固定空心曲軸，鉆12×φ40mm孔。

7）將空心曲軸與工裝裝配一體（見圖3），由C5231普通立式車床，按空心曲軸工裝外圓找正裝夾，加工3#偏心部分；將空心曲軸逆時針旋轉120°，翻轉后再次裝夾，加工1#偏心部分；將空心曲軸順時針旋轉120°，再次裝夾，加工2#偏心部分。

至此空心曲軸的車工工序完成。

圖3 空心曲軸與工裝裝配

3 空心曲軸加工用刀桿、刀具

空心曲軸2#偏心部分位于中間位置，由于在加工過程中受1#偏心部分偏心回轉的影響，所以普通車工刀具不能達到要求。另外，由于空心曲軸偏心回轉直徑大，刀具探出長，刀桿的伸長量達到500mm，故導致刀具剛性差，產生振動。根據實際應用，制作了一只加強刀桿，刀桿材質選用40Cr合金鋼，使刀桿具有很好的剛性和耐沖擊性能，有效防止加工時刀具振動。此外，刀桿的前面和側面都要銑出壓刀槽，刀桿上方鉆出壓刀螺紋孔，以便在精車時前面和側面都能裝刀。精車內孔球面時，車刀的裝夾對工件的表面質量有很大的影響。車刀過高，吃刀量到一定深度時車刀的后刀面頂住工件，增大了摩擦力，造成啃刀現象。車刀過低則切屑不易折斷，不易排出。

圖5 安裝加工刀桿

圖6 刀具

操作人員將加強刀桿（見圖4）裝夾到機床上（見圖5），刀桿上裝夾普通刀具（見圖6）即可，刀具上要有排屑槽以便于排屑并保護刀具。其中，1為尖刀，主要用于工件毛坯開槽；2、3為左、右偏刀，強度高，耐沖擊，主要用于毛坯的粗加工。尤其是在尖刀開槽后，用于工件槽部的切削；4、5為左、右開槽偏刀，刀頭尾部開槽，可以更好的斷屑，主要用于工件的精加工，提高表面質量；6、7分別為圓弧刀、小圓弧刀，主要用于切削工件在臺階過渡的圓弧。

4 注意事項

1）工件要夾緊，以防在車削時打滑，工件飛出傷人或扎刀。

2）在車削時使用適當的切削液（如煤油），能減少受熱變形，使加工表面更好，更容易達到技術要求。

5 結束語

通過工裝及合理工序，設計加強刀桿，保證刀桿剛性，并在刀桿上安裝普通刀具，只需采用C680臥式車床和C5231普通立式車床就可以完成空心曲軸的切削。這樣不僅保證了空心曲軸的圖樣要求，成功克服了加工難點，而且為我廠降本增效，創造了可觀的經濟效益。