泵壳加工精度及工艺分析

摘要：文章以压裂泵泵壳为研究对象，从泵壳的特点与需要保证加工精度的加工部位入手，介绍了泵壳加工所应遵循的基本加工工艺路线，并从基准的选择、夹具的使用、试切的运用、轴承孔的加工方式等方面介绍了保证泵壳精度的主要工艺措施。

关键词：泵壳；加工精度；加工工艺；压裂泵；机械加工 文献标识码：A

中图分类号：TG659 文章编号：1009-2374（2017）05-0106-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.051

箱体类零件广泛的运用在各类机械整机产品中，机器中的轴、轴承、齿轮等部件需要通过箱体将其关联成一个整体，因此箱体也是机器中最基础的零件之一。箱体各部分的结构和尺寸决定了其内部的零件的相互位置关系，并保证内部零件一定的传动规律，使得机器能够按照预定的运动规律来运动，从而实现我们需求的机器的功能。压裂泵是油田压裂作业的核心部件，压裂泵动力端中的泵壳使动力端内部的轴承、曲轴、连杆等零件结合成一体并保证它们的相互位置关系与运动规律，使压裂作业能够顺利进行。因此，泵壳的加工质量直接影响到泵总成的装配精度和运动精度，并且对泵总成的使用性能和寿命也有着决定性的影响。

1 泵壳的特点

（1）泵壳多为铸造件，也有一部分锻件，结构复杂，整体的刚性较差；（2）需要进行多工位孔系以及平面的加工，并且轴承孔的同轴度、拉杆孔的位置度、端面与轴承孔轴线的垂直度等形位公差及空间位置度要求较严，要保证必要的位置精度要求，必须在一次装夹中完成一系列铣面、镗孔、钻、铰孔等多工序；（3）精度要求较高，特别是对于轴承孔以及定位销孔，尺寸公差要求较高；（4）加工内容多，需要经过铣面、镗削轴承孔、深槽铣削、攻螺纹等加工，需要频繁更换

刀具。

2 泵壳的主要加工部位

泵壳上的结构主要包括用于镶轴承的轴承孔、拉杆孔、定位销孔、与十字头箱体或泵头体配合的端面等。归结起来，泵壳中需要加工的部位分为以下三类：

2.1 泵壳上的平面

除了基面底平面外，还有前端面、盖板平面的加工。前端面的加工质量直接影响到泵壳在与液力端装配时的接触刚度和位置精度。

2.2 泵壳上的孔以及孔系

主要包括轴承孔、孔内环槽、铜套孔、拉杆孔、定位销孔等。轴承孔本身的尺寸精度、形状精度要求较高，并且在同一轴线上的一组轴承孔的同轴度有严格的要求，平行的两组轴承座孔之间也有严格的平行度要求。若轴承孔的同轴度不能得到保证，会使装入的曲轴一直处在别劲的状态，在运转过程中会使轴的运转情况恶化，温度升高、轴承磨损加剧，甚至直接导致曲轴根本无法装入泵壳之中。若两组轴承孔之间的平行度不能得到保证，会导致大齿轮和小齿轮轴的啮合精度下降，引起振动和噪声，影响齿轮寿命。在装配泵壳与十字头箱体时，是靠定位销孔和箱体来定位，因此定位销孔的尺寸精度和孔距精度的要求都比较严格。一般一个泵壳上有8～20个拉杆孔，与十字头箱体和泵头体上的拉杆孔一一对应，因此对拉杆孔的孔距精度也要求较高，否则容易导致拉杆不能全部安装到位。

2.3 其他部分

各螺纹孔以及吊孔凸台面。

3 泵壳加工工艺路线的拟定

3.1 先面后孔

先加工面，加工出的基准面可以为后续的工序提供一个定位基准，加工出的相关面可以用于校正毛坯。在加工泵壳时，先将泵壳的底平面铣到位，再以底平面定位来铣前端面，这样找正前端面后再结合钳工划的中心围线便可以校正泵壳毛坯。

由于毛坯表面往往凹凸不平，如果在这种情况下直接加工孔，在加工过程中极易产生冲击振动、损坏刀刃。在我们实际加工中，由于表面状况不好而导致的刀刃损坏现象是比较常见的。并且在先加工平面后，如轴承座的端面、泵壳的前端面，消除了表面凹凸不平的现象，在机床上找正、打坐标才能方便，找到轴承孔、拉杆孔等的位置才能更加准确，从而使加工精度得到相应的保证。铣削时的切削力比较大，在铣削时工件很容易产生变形，我们在加工时先进行铣面的工序，可以使其有一段恢复的时间，以减少由变形引起的对孔的精度的影响。

3.2 粗精分开，先粗后精

在加工时，刀具的切削力、夹具的夹紧力以及产生的切削热都会造成短时间内泵壳的变形，如果在这种情况下直接完成平面以及孔的精加工，等到变形恢复后，必然会造成泵壳上的这些平面和孔的位置与尺寸的偏离，精度无法保证。因此，在加工泵壳时，必须先对轴承孔、铜套孔等相关孔系以及泵壳前端面、轴承座端面等平面进行粗加工，之后再进行这些部位的精加工。

3.3 工序集中，先主后次

泵壳上存在一些相互位置要求较高的孔及平面，如拉杆孔、定位销孔、轴承孔及其端面，这些有相互位置要求的部位需要在同一道工序中加工，以减少装夹次数，使泵壳在整个加工过程中基准尽量统一，将基准不重合误差尽量降到最小。

4 保证泵壳精度的其他主要工艺措施

4.1 基准的选择

划线时，选用相距最远的两端的轴承孔作为基准，保证加工时各轴承孔的余量均匀，镗孔时，选用泵壳底平面作为加工基准。在加工泵壳的轴承孔时，考虑到机床精度的限制，在铣底平面的同时，在泵壳前端面上铣一基准，保证与底平面和轴承座端面垂直，作为镗轴承孔的找正工艺基准。镗孔轴承孔时，只需要校正，按照工艺基准找正镗孔就可以了，这样也是利用铣基準的方法弥补机床精度不足的不利因素。

4.2 夹具使用

泵壳同其他箱体一样，整体刚性较差，在加工过程中容易产生夹紧变形、切削变形。在粗加工时，上紧夹具，使之有较大的夹紧力以承受粗加工时较大的切削力。在精铣前端面以及精镗轴承座孔和端面的时候，人为将压板放松，使变形消除后再重新上紧夹具，但是需要适当调整夹紧力，用较小的夹紧力以使夹紧变形变小，从而使加工精度满足设计要求。

为了减少变形量，在加工过程中可以使用辅助支撑。在使用辅助支撑时，辅助支撑夹紧的位置应该靠近底面支撑垫块。在加工前端面时，辅助支撑要靠近前端面，以减小夹紧变形对前端面加工的影响，但是需要注意的是辅助支撑不能位于被加工孔的正上方，否则会影响到被加工孔的精度。

4.3 试切的运用

在使用刀具镗孔的时候，选择的切削用量、当下所镗部位的具体的材质、硬度等多方面的因素都会对镗孔的精度产生影响，如果只是按理想情况下将刀头的尺寸调整到所要加工的孔的尺寸，那么在这些因素的影响下所镗出的孔难以达到所要求的尺寸精度。所以在镗轴承孔时，我们需要进行这样的步骤：试切工件—测量孔径—微调刀头尺寸。并且这样的步骤常常需要反复进行，直到所调出的刀头镗出的孔的精度能达到我们的预期为止。

在镗泵壳中的轴承孔时，一定要按照上图所示的流程来进行试切步骤，以确保精镗出的轴承孔达到所需的精度。

4.4 轴承孔两头镗

一般来说，泵壳中有4～6道轴承孔位于同一轴线上，轴承孔的跨距较大。这样造成两方面的问题：一是跨度过大，没有这么长的刀杆；二是即使有足够长的刀杆，在刀杆伸出过长时，刀杆长径比增加，刚度变差，镗孔时发颤，精度严重受到影响。

针对以上问题，镗轴承孔时应采取两头镗的方式，先在一头镗出一半数量的轴承孔，再将工作台旋转180度，从另一头镗剩下的孔。需要注意的是，由于机床自身的误差，将工作台旋转180度后，需要重新找正轴承孔的中心，将机床的中心与轴承孔调重合，这样才能保证轴承孔的同轴度。

5 结语

以上泵壳的相关加工工艺，是结合了箱体加工理论以及多年的泵壳加工经验的基础上总结出来的，实践证明这些措施是能有效提高泵壳的加工精度的。当然，上述只是一部分我们在现有的基础上总结出的方法，要更好地提高泵壳的加工精度，还需要不断探讨和研究。

参考文献

[1] 王凤平.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2] 张世有.箱體零件的加工工艺分析[J].机械与电子，2010，（17）.

作者简介：李文婕（1989-），女，湖北京山人，中石化石油工程机械有限公司第四机械厂助理工程师，硕士。

（责任编辑：蒋建华）