專(zhuān)利名稱(chēng)：制造管式抽油泵耐磨缸套的鑄造方法及專(zhuān)用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造與加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地講涉及到用離心鑄造方法及熱處理及精加工制造管式抽油泵耐磨缸套的方法及所需專(zhuān)用設(shè)備離心鑄造機(jī)。
目前國(guó)內(nèi)在制造管式抽油泵缸套的材料使用和加工工藝上，一直是沿用五十年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)的圖紙要求，用35CrM0優(yōu)質(zhì)鋼冷加工成長(zhǎng)度150毫米缸套，內(nèi)表面以滲碳和熱處理方法制造，到六十年代中期，由石油部統(tǒng)一改為長(zhǎng)300毫米，延續(xù)使用至今。由于使用壽命短，只達(dá)一年之久，優(yōu)質(zhì)鋼材消耗大，又無(wú)以取代，此間國(guó)內(nèi)曾以多種形的研究，電潛泵、整體泵等多種，尚未成功的用于生產(chǎn)使用，即使有了成功的新型泵用于生產(chǎn)，也只能在新開(kāi)發(fā)井上應(yīng)用，不可能把我國(guó)幾十年的抽油井的抽油泵，一次性的全部除舊換新，這樣就損失浪費(fèi)太大了。為了把損失浪費(fèi)減少到最低水平線上，最可行的辦法是在保持原抽油泵的結(jié)構(gòu)尺寸不變的前題下，從改變材料入手，提高抗磨耐磨損性能，延長(zhǎng)其使用壽命，減少損失浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)國(guó)外報(bào)導(dǎo)，近年來(lái)已把耐磨合金白口鑄鐵，應(yīng)用于礦石粉碎、水泥磨、水輪機(jī)、浮選機(jī)等抗磨粒磨損部件上，美國(guó)已有七——八家公司，以這種材料應(yīng)用于石油機(jī)械的抗磨粒磨損零部件上，并取得了十分顯著效果。又根據(jù)我國(guó)機(jī)械工業(yè)部，82年出版的機(jī)械工程手冊(cè)第三卷13-72的表13-5-20耐磨合金白口鑄鐵的表三中高鉻合金白口鑄鐵，為取代現(xiàn)行的35CrM0優(yōu)質(zhì)鋼為原料的缸套材料。提高抗磨粒磨損，延長(zhǎng)使用壽命和減少材料浪費(fèi)，強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)效益的可行性。
在用鑄造方法制造耐磨合金白口鑄鐵缸套時(shí)，離心鑄造應(yīng)該是較好的工藝。以往的離心鑄造機(jī)，其動(dòng)力多采用交流電機(jī)，控制轉(zhuǎn)數(shù)不如直流電機(jī)方便，二是鑄件脫模工藝，以往多采用連桿機(jī)構(gòu)手控脫膜，不盡合理且有危險(xiǎn)，三是離心機(jī)主軸軸承容易燒損，但又不敢使用錐滾和雙排錐滾動(dòng)軸承，四是控制系統(tǒng)不集中。
本發(fā)明的目的在于通過(guò)采用耐磨合金白口鑄鐵，在改進(jìn)了的離心鑄造機(jī)專(zhuān)用設(shè)備上，通過(guò)離心鑄造和熱處理以及精加工達(dá)到耐磨程度，使壽命延長(zhǎng)1-2倍的抽油泵缸套。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下列鑄造和熱處理以及切削、磨削加工方法并采用改進(jìn)了的專(zhuān)用離心鑄造機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。
管式抽油泵耐磨缸套的鑄造加工方法，采用耐磨合金白口鑄鐵的離心鑄造及加工，其特征與具體步驟如下A離心鑄造a.在中頻電爐內(nèi)熔煉C3.6，Mn0.7，Si0.5，P0.06，S0.05，Cr15.0，Mo3.0百分含量的合金材料，經(jīng)爐前化驗(yàn)得到合格的鐵水；b.將鐵水注入已經(jīng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)的離心鑄造機(jī)的鑄鋼硬模(5)中，離心機(jī)轉(zhuǎn)速先低后高直到鑄件成型；c.澆鑄過(guò)程中先開(kāi)啟冷水泵組(28)使離心機(jī)前端滾動(dòng)軸承殼體(9)處的冷卻水箱(24)工作，確保離心機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)；d.通過(guò)離心機(jī)的液壓裝置(27)、(17)驅(qū)動(dòng)離心機(jī)上推出桿(11)將已凝固的紅熱鑄件脫膜；B鑄件軟化熱處理e.將冷卻后的鑄件移至箱式爐中，緩慢升溫至950℃，保溫1小時(shí)；f.用1.5小時(shí)，降溫至820℃，保溫4小時(shí)，再隨爐溫降至室溫出爐；C切削加工g.將已軟化的鑄件，在機(jī)床上切削加工，并留有精加工余量；D淬火熱處理h.在井式爐中對(duì)半精加工的鑄件進(jìn)行熱處理，緩慢升溫至1000-1050℃，保溫1小時(shí)后熱出爐；i.將鑄件立放于特制的架空架上，并留有相等的間距，在空氣中均勻冷卻；j.再在箱式或井式爐中對(duì)鑄件進(jìn)行回火處理、溫升至200-260℃，保溫1.5小時(shí)，待爐溫降至室溫出爐；E精加工k.回火后的鑄件，只能進(jìn)行磨削加工，衍磨內(nèi)孔至工藝要求的光潔度得到成品抽油泵耐磨缸套。
本發(fā)明鑄造的詳細(xì)過(guò)程是在以500公斤的中頻爐能在熔煉中熔液在爐中停留較長(zhǎng)時(shí)間，不燒損合金元素的條件下，能允許爐前化驗(yàn)鐵水化學(xué)成份的優(yōu)良條件，來(lái)保證熔煉生產(chǎn)出穩(wěn)定合格的耐磨合金白口鑄鐵水質(zhì)量。再在改變結(jié)構(gòu)的離心機(jī)上的硬模澆注。離心機(jī)結(jié)構(gòu)改變的特點(diǎn)之一，見(jiàn)附

圖1是以Z型全封閉3千瓦直流電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的，因?yàn)殡x心機(jī)澆注件，當(dāng)開(kāi)始注入鐵水時(shí)，孔徑比較大，應(yīng)是低速，在隨著鐵水的不斷注入量增多，使壁厚逐步加厚孔徑逐漸縮小時(shí)，則電機(jī)必需隨之加速，相應(yīng)地逐步增大離心力，由于離心力隨孔徑的增加，則造成壁厚載面上的離心力相等，使鑄件載面組織細(xì)密性達(dá)到等同，才保證了鑄件的質(zhì)量，特別經(jīng)過(guò)軟化，淬火后其硬度也內(nèi)外相同。因此需要可調(diào)速電機(jī)來(lái)拖動(dòng)主機(jī)，以強(qiáng)化部件的鑄造質(zhì)量。這就克服了已有的離心機(jī)用交流電機(jī)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使鑄件壁的金相組織內(nèi)外有別和淬火后的硬度也內(nèi)外有差，難以保證抗磨粒磨損的壽命的缺陷。也有的離心機(jī)在設(shè)計(jì)上設(shè)有以調(diào)換皮帶輪直徑調(diào)速的，不管設(shè)計(jì)哪種調(diào)速裝置，都不能在離心旋轉(zhuǎn)中調(diào)速，只能在更換產(chǎn)品規(guī)格時(shí)調(diào)換，起動(dòng)后還是等速的，就無(wú)法解決和提高質(zhì)量的弊病。第二特點(diǎn)是見(jiàn)附圖1是改用液壓缸(17)，是以操縱閥液壓控制(29)操縱液壓缸經(jīng)推出桿(11)推出鑄造后已凝固了的鑄件和歸位工作的結(jié)構(gòu)改變，并能統(tǒng)一在操縱臺(tái)上集中由一人隨工藝性需要協(xié)調(diào)操縱。克服過(guò)去手輪旋螺桿前進(jìn)(即推出)后退復(fù)位的慢而笨重的忙亂工作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大而且還需增設(shè)專(zhuān)門(mén)操作人員，如迂指揮不當(dāng)造成忙亂易發(fā)生事故的弊病。但也有采用連桿機(jī)構(gòu)的，其操作過(guò)程與螺桿式并無(wú)差異。第三特點(diǎn)見(jiàn)附圖1是改變軸承殼體結(jié)構(gòu)，帶有冷卻水箱環(huán)狀空間軸承殼體，并裝有兩個(gè)錐滾柱滾動(dòng)軸承，以背錐相裝軸承體內(nèi)，以控制主軸的縱向串動(dòng)，其內(nèi)部可以自行潤(rùn)滑。在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，即先開(kāi)動(dòng)冷卻水泵，使冷卻水從水入口管進(jìn)入殼體的環(huán)形腔內(nèi)，在達(dá)到一定水位時(shí)，腔內(nèi)的冷卻水即從溢出水管溢流回水箱，如此在主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中循環(huán)不已，將主軸由因澆注的高溫鐵水傳導(dǎo)熱，傳導(dǎo)到主軸時(shí)，經(jīng)冷卻循環(huán)將傳導(dǎo)熱帶走，以控制主軸和錐滾軸承溫度不致逐步升高，而導(dǎo)致主軸與滾動(dòng)軸承的損壞，使之運(yùn)行輕便，延長(zhǎng)使用壽命。克服了以往的結(jié)構(gòu)只能用滑動(dòng)軸承，靠機(jī)油潤(rùn)滑方式，當(dāng)主軸受傳導(dǎo)熱逐步升高時(shí)，只能是靠熱磨擦旋轉(zhuǎn)，因?yàn)闄C(jī)油受熱后被稀釋了其油膜已被破壞，所以只能靠熱磨擦運(yùn)行很快造成銅軸承被熱磨損而損壞，甚至造成主軸與軸承熱擦傷而粘連咬死，使主軸與軸承報(bào)廢的事故多多。第四特點(diǎn)是附圖1的總控制臺(tái)21，從臺(tái)板上裝的直流交流三臺(tái)各自的起動(dòng)和停止六個(gè)按鈕，直流電機(jī)的調(diào)速旋鈕和轉(zhuǎn)數(shù)表各一個(gè)，液壓油缸的操縱閥旋鈕和液壓表各一個(gè)，將全機(jī)的操縱控制，都集中于一人統(tǒng)一操縱，按工藝需要程序統(tǒng)一控制，以減少人員、免于忙亂手雜和銜接不當(dāng)?shù)娜藶槭鹿省ｊP(guān)于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的細(xì)小改革此不再贅述。其次是為了達(dá)到使白口鑄鐵軟化為可加工在處理工藝上，是以箱式爐作為軟化的熱處理工具，在爐內(nèi)通過(guò)熱應(yīng)變，使耐磨合金白口鑄鐵的基體組織轉(zhuǎn)變成可加工的基體組織，在部件裝爐升溫時(shí)，必須以較緩速度升溫，以防工件受驟熱而熱裂，當(dāng)溫升至950℃時(shí)，需保溫1.5小時(shí)，開(kāi)始以1.5小時(shí)降溫至820℃，再保溫4小時(shí)，隨爐溫降至室溫出爐。其硬度達(dá)HRC33～35℃，則達(dá)到了可加工的目的。在切削加工到半精加工程度，部件都留有精加工余量。需以井式爐進(jìn)行淬火熱處理，在井式爐內(nèi)升溫時(shí)，也必需緩升溫，以防驟熱而熱裂，當(dāng)溫升至1000～1050℃時(shí)，保溫1小時(shí)后熱出爐，將部件立放于特定的架空架上，留有相等的間距，使空氣得以在部件周?chē)屯字猩舷伦笥业目諝庋h(huán)流通，達(dá)到均勻的冷卻目的。在夏季可借助吊扇幫助空氣流通冷卻，冷卻淬火介質(zhì)一律為空氣不能采用其它介質(zhì)。淬火后的硬度達(dá)HRC62～64℃，為了防止淬火后的冷脆性和內(nèi)應(yīng)力的存在而開(kāi)裂，需進(jìn)行低溫回火處理，以箱式或井式爐均可，回火溫度溫升至200～260℃，保溫1.5小時(shí)后，隨爐溫冷卻至室溫出爐后，再經(jīng)磨削加工和衍磨內(nèi)孔表面光潔度，達(dá)精確要求的成品。上述硬化淬火，回火等熱處理的工藝溫度必須嚴(yán)格控制，如果偏高或偏低都對(duì)硬度的影響很大。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明用離心澆注法鑄造缸套毛坯，本發(fā)明改進(jìn)了離心鑄造機(jī)特征如下述抽油泵耐磨缸套離心鑄造機(jī)，由電動(dòng)機(jī)(1)，傳動(dòng)輪(2)，傳動(dòng)皮帶(3)，離心機(jī)硬模端蓋(4)，鑄鋼硬模(5)，主軸內(nèi)端推桿頭(6)，主軸內(nèi)銅套(7)，離心機(jī)空心主軸(8)，離心機(jī)前端滾動(dòng)油承殼體(9)，單列圓錐滾子軸承(10)，主軸內(nèi)前端實(shí)心推桿(11)，主軸三檔三角輪(12)，雙列向心球面軸承(15)，雙列球軸承殼體(16)，液壓缸總成(17)，離心機(jī)身(18)，連接螺釘銷(xiāo)(19)，連接支撐座(20)，離心機(jī)總控制臺(tái)(21)等構(gòu)成，其特征在于電動(dòng)機(jī)(1)采用直流3KWZ型全封閉電動(dòng)機(jī)，離心機(jī)前端滾動(dòng)軸承殼體(9)結(jié)構(gòu)上增設(shè)了帶有進(jìn)水口(22)和回流口(23)的冷卻水箱(24)，空心主軸(8)的前端安裝有單列圓錐滾動(dòng)軸承(10)，后端有雙列向心球面球軸承(15)，液壓缸總成(17)上有兩個(gè)壓液入口(25)和(26)，通過(guò)連接螺釘銷(xiāo)(19)及連接支撐座(20)使離心機(jī)身(18)固定，全部操控由分立的總控制臺(tái)(21)完成。
本發(fā)明附圖1是離心鑄造機(jī)結(jié)構(gòu)的平面示意圖，也是摘要附圖。圖2是離心機(jī)總控制臺(tái)與管線聯(lián)結(jié)示意圖。圖中1、直流3KWZ型全封閉電動(dòng)機(jī)2、三角三檔皮帶輪3、A型橡膠皮帶4、離心機(jī)硬模端蓋5、鑄件規(guī)格的45#鑄鋼硬模6、主軸內(nèi)前端推桿頭7、主軸內(nèi)鋼套8、離心機(jī)空心主軸9、離心機(jī)前端滾動(dòng)軸承殼體10、單列圓錐滾動(dòng)軸承11、主軸內(nèi)前端實(shí)心推桿12、主軸三檔三角帶輪13、前端推桿與后端液壓桿連接固定螺釘14、前后端推桿的連接螺母15、雙列向心球面軸承16、雙列球軸承殼體17、液壓缸總成18、離心機(jī)身
19、連接螺釘銷(xiāo)20、連接支撐座21、離心機(jī)總控制臺(tái)22、冷卻水進(jìn)口23、冷卻水回流口24、冷卻水箱25、壓液入口26、壓液入口27、液壓泵組28、冷水泵組29、液壓控制30、冷卻水控制31、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制本發(fā)明在上述的聯(lián)合的工藝工序中的結(jié)論是可以以耐磨合金白口鑄鐵有效地取代于優(yōu)質(zhì)碳鋼的，其抗磨粒磨損程度與使用壽命比原使用一年至少可以提高1-2倍，達(dá)到了抗磨損目的，在原材料節(jié)約浪費(fèi)上，以泵徑56毫米缸套為例原泵徑56毫米缸套，元鋼毛坯料重為12公斤，而產(chǎn)成品重量為4.2公斤，材料利用率僅達(dá)35％。以耐磨合金鑄鐵缸套毛坯重為8公斤和成品4.2公斤比，材料利用率達(dá)56％，比原缸套節(jié)約4公斤。這在經(jīng)濟(jì)效益上是優(yōu)異的。說(shuō)明專(zhuān)用設(shè)備結(jié)構(gòu)改變?cè)O(shè)計(jì)和工藝方法上是合理性的創(chuàng)造。關(guān)于鑄造的耐磨合金白口鑄的化學(xué)成份見(jiàn)以下表一，軟化熱處理工藝參數(shù)見(jiàn)表二，淬火熱處理參數(shù)見(jiàn)表三。表一
表二
表三
權(quán)利要求
1.一種管式抽油泵耐磨缸套的鑄造加工方法，采用耐磨合金白口鑄鐵的離心鑄造及加工，其特征在于具體步驟如下A離心鑄造a.在中頻電爐內(nèi)熔煉C3.6，Mn0.7，Si0.5，P0.06，S0.05，Cr15.0，Mo3.0百分含量的合金料，經(jīng)爐前化驗(yàn)得到合格的鐵水；b.將鐵水注水已經(jīng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)的離心鑄造機(jī)的鑄鋼硬模(5)中，離心機(jī)轉(zhuǎn)速先低后高直到鑄件成型；c.澆鑄過(guò)程中先開(kāi)啟冷水泵組(28)使離心機(jī)前端滾動(dòng)軸承殼體(9)處的冷卻水箱(24)工作，確保離心機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)；d.通過(guò)離心機(jī)的液壓裝置(27)、(17)驅(qū)動(dòng)離心機(jī)上推出桿(11)將已凝固的紅熱鑄件脫膜；B鑄件軟化熱處理e.將冷卻后的鑄件移至箱式爐中，緩慢升溫至950℃，保溫1小時(shí)；f.用1.5小時(shí)，降溫至820℃，保溫4小時(shí)，再隨爐溫降至室溫出爐；C切削加工g.將已軟化的鑄件，在機(jī)床上切削加工，并留有精加工余量；D淬火熱處理h.在井式爐中對(duì)半精加工的鑄件進(jìn)行熱處理，緩慢升溫至1000-1050℃，保溫1小時(shí)后熱出爐；i.將鑄件立放于特制的架空架上，并留有相等的間距，在空氣中均勻冷卻；j.再在箱式或井式爐中對(duì)鑄件進(jìn)行回火處理、溫升至200-260℃，保溫1.5小時(shí)，待爐溫降至室溫出爐；E精加工k.回火后的鑄件，進(jìn)行磨削加工，珩磨內(nèi)孔至工藝要求的光潔度得到成品抽油泵耐磨缸套。
2.管式抽油泵耐磨缸套離心鑄造機(jī)，由電動(dòng)機(jī)(1)，傳動(dòng)輪(2)，傳動(dòng)皮帶(3)，離心機(jī)硬模端蓋(4)，鑄鋼硬模(5)，主軸內(nèi)端推桿頭(6)，主軸內(nèi)銅套(7)，離心機(jī)空心主軸(8)，前端滾動(dòng)軸承殼體(9)，單列圓錐滾動(dòng)軸承(10)，主軸內(nèi)前端實(shí)心推桿(11)主軸三檔三角輪(12)，雙列向心球面軸承(15)，雙列球軸承殼體(16)，液壓缸總成(17)，離心機(jī)身(18)，連接螺釘銷(xiāo)(19)，連接支撐座(20)，離心機(jī)總控制臺(tái)(21)等構(gòu)成，其特征在于電動(dòng)機(jī)(1)采用直流3KWZ型全封閉電動(dòng)機(jī)，離心機(jī)前端滾動(dòng)軸承殼體(9)結(jié)構(gòu)上增設(shè)了帶有進(jìn)水口(22)和回流口(23)的冷卻水箱(24)，空心主軸(8)前端安裝有單列圓錐滾動(dòng)軸承(10)，后端有雙列向心球面球軸承(15)，液壓缸總成(17)上有兩個(gè)壓液入口(25)和(26)，通過(guò)連接螺釘銷(xiāo)(19)及連接支座(20)使離心機(jī)身(18)固定，全部操控完成在分立的總控制臺(tái)(21)上。
全文摘要
管式抽油泵耐磨缸套的鑄造方法及專(zhuān)用設(shè)備,屬于機(jī)械制造與加工技術(shù)領(lǐng)域,通過(guò)專(zhuān)門(mén)改進(jìn)的離心鑄造機(jī),采用耐磨合金白口鑄鐵鑄成缸套毛坯,再經(jīng)鑄件軟化熱處理,半精加工切削,淬火熱處理,回火處理,磨削珩磨精加工得到耐磨,耐用超過(guò)現(xiàn)有缸套1－2倍的新材料缸套,非常適合我國(guó)油田大量使用的管式抽油機(jī)配套,具有節(jié)省材料,節(jié)約資金的巨大經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22C37/06GK1349869SQ0013192
公開(kāi)日2002年5月22日 申請(qǐng)日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者衣鐵鑫 申請(qǐng)人:衣鐵鑫