杜漁舟 DU Yu-zhou

（中煤科工集團(tuán)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(jī)配油套加工工藝技術(shù)的研究

杜漁舟 DU Yu-zhou

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400039）

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

聯(lián)動(dòng)系列鉆機(jī)中關(guān)鍵零件配油套的設(shè)計(jì)要求高、生產(chǎn)難度大、報(bào)廢率高，因此，為提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需深入研究鉆機(jī)配油套加工工藝技術(shù)。通過不斷的試驗(yàn)探索，研究出最適合自身產(chǎn)品的合理工藝。

鉆機(jī)；配油套；加工工藝技術(shù)；試驗(yàn)

0 引言

配油套主要用于聯(lián)動(dòng)系列和膠套系列鉆機(jī)，是鉆機(jī)上的關(guān)鍵件。中煤科工集團(tuán)重慶研究院聯(lián)動(dòng)系列和膠套系列鉆機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，具備了一定規(guī)模的生產(chǎn)能力，目前使用配油套的鉆機(jī)設(shè)備形成種類齊全、型號(hào)各異的系列化產(chǎn)品，是現(xiàn)今市場(chǎng)上的主流鉆機(jī)。

目前有 ZYW-2000、ZYW-3000、ZYW-2000(LD)、ZYW-3200(LD）等系列的聯(lián)動(dòng)鉆機(jī)，為不同規(guī)模的煤礦安全生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)，在此基礎(chǔ)上重慶院還致力于不斷提高聯(lián)動(dòng)系列鉆機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定市場(chǎng)需求，積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、提高技術(shù)開發(fā)能力、大力開拓市場(chǎng)、以經(jīng)濟(jì)規(guī)模促進(jìn)聯(lián)動(dòng)系列鉆機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

配油套是由鋼套和銅套組合的一個(gè)組件，其加工的工藝流程主要是：鋼套鍛打成型后，粗車、調(diào)質(zhì)、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(dòng)螺釘，數(shù)車外圓，精車銅套內(nèi)孔，加工進(jìn)油孔和平衡堵頭孔，最后磨內(nèi)孔。由于配油套內(nèi)孔精度3-5級(jí)，加工和測(cè)量要求都非常之高。所以在近幾年的加工中，出現(xiàn)了配油套孔的加工尺寸不合格、溫度變化導(dǎo)致配油套孔的尺寸變化影響大、配油套孔的尺寸不易測(cè)量等等一系列問題，這些問題的出現(xiàn)增加了返工返修率，一定程度上影響了生產(chǎn)進(jìn)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(wěn)定，方便測(cè)量成為了現(xiàn)階段亟待解決的重要課題。

1 質(zhì)量目標(biāo)與要求

①制定合理的加工工藝方案，包括在裝配時(shí)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(yàn)方法，誤差小，性價(jià)比高。

③提高合格率，減小溫度變化對(duì)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(jù)鉆探分院圖紙（詳見圖1）設(shè)計(jì)編制的加工工藝如下：

（鋼套）下料→鍛坯→車→車→入庫(kù)

（銅套）鑄坯→粗車→半精車→精車→入庫(kù)

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(kù)

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(dá)尺寸，入庫(kù)。

銅套：鑄造廠鑄造成型，將鑄坯上車床經(jīng)過粗車、半精車、精車后，入庫(kù)。

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(nèi)孔、均壓槽、倒角，上磨床磨端面、內(nèi)孔，鏜床將配油套固定在專用工裝上與箱體組合加工進(jìn)油孔，鉗工劃線劃出鉆孔工藝平臺(tái)，上銑床銑鉆孔工藝平臺(tái)，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(tái)上打上“ZP”裝配字樣。

經(jīng)過一系列工藝性試驗(yàn)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(shí)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(jìn)配油套的內(nèi)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?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，為了方便卡盤進(jìn)油口的加工，設(shè)計(jì)之初就在需鉆孔的外圓之上設(shè)計(jì)了兩個(gè)鉆孔用的工藝平臺(tái)，對(duì)稱布置。該工藝平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于鉆卡盤進(jìn)油口時(shí)使鉆頭的鉆尖部分在鉆孔時(shí)定位方便，不容易發(fā)生鉆頭打滑導(dǎo)致鉆孔鉆偏的加工失誤。但是工藝平臺(tái)也有它的缺點(diǎn)，缺點(diǎn)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(shí)間的推移，內(nèi)應(yīng)力的釋放引起的配油套整體變形不均，導(dǎo)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(shè)計(jì)上取消了扁方結(jié)構(gòu)；

①進(jìn)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(dá)到設(shè)計(jì)要求而采取了組合加工這一工藝方式，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙按照配油套裝配時(shí)的情況設(shè)計(jì)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(fā)現(xiàn)這種加工方法必須要配油套組件與箱體同時(shí)進(jìn)入此工序時(shí)方可加工，對(duì)生產(chǎn)安排較為不利，為此我們重新改進(jìn)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(dú)加工，我廠又在加工工藝上做了調(diào)整，將配油套組件精車內(nèi)孔后，內(nèi)孔留0.35-0.45mm磨削余量，再將配油套組件以內(nèi)孔為基準(zhǔn)，數(shù)車外圓，以此將內(nèi)孔基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到外圓上，在鏜床上鉆鉸配油套組件上Φ16H8孔時(shí)找正外圓即可，而加工箱體的Φ16H8孔時(shí)專用工裝（詳見圖2）也可以照常使用，這樣方便了生產(chǎn)安排，同時(shí)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(jīng)過一段時(shí)間的放置后（比如季節(jié)更替），內(nèi)孔尺寸有變化。通過對(duì)配油套進(jìn)行溫升試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，溫度的變化對(duì)配油套的尺寸影響較大，考慮采取更改配油套結(jié)構(gòu)來減小溫度變化對(duì)尺寸的影響。

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

（鋼套）下料→鍛坯→粗車→粗車→精車→入庫(kù)

（銅套）鑄坯→粗車→半精車→精車→入庫(kù)

（配油套）壓裝→鉗→鉆→車→車→數(shù)車→鏜→磨→入庫(kù)

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(dá)尺寸，入庫(kù)。

銅套：鑄造廠鑄造成型，將鑄坯上車床經(jīng)過粗車、半精車、精車后，入庫(kù)。

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(nèi)孔(留磨削余量)、均壓槽、倒角，上數(shù)車找正內(nèi)孔精車外圓，鏜床找正外圓鉆鉸Φ16H8孔，待裝配時(shí)上磨床找正端面及外圓精磨內(nèi)孔達(dá)圖，入庫(kù)。

改進(jìn)后，解決了配油套的內(nèi)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(chǎn)管理。

3 配油套測(cè)量方法的研究

3.1 傳統(tǒng)的配油套測(cè)量方法 傳統(tǒng)的配油套測(cè)量方法為采用內(nèi)徑百分表（詳見圖3）與外徑百分尺對(duì)表后，測(cè)量配油套內(nèi)徑大小，由于設(shè)計(jì)時(shí)配油套內(nèi)孔公差要求為，而內(nèi)徑百分表的測(cè)量誤差為0.01mm，明顯內(nèi)徑百分表在測(cè)量配油套時(shí)測(cè)量精度過低，不適合高精度配油套的測(cè)量。

配油套設(shè)計(jì)之初，考慮到配油套內(nèi)孔與主軸外圓的間隙為0.02-0.03mm，故內(nèi)孔設(shè)計(jì)了間距為5mm且深1mm的7道環(huán)形均壓槽，以起到儲(chǔ)油潤(rùn)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(huán)形均壓槽之間的實(shí)際間隔為4mm，因此也給傳統(tǒng)的檢測(cè)手段帶來了極大的不便。

圖3 內(nèi)徑百分表

3.2 改進(jìn)后的測(cè)量方法 經(jīng)過跟鉆探分院的多次溝通，最終鉆探分院更改設(shè)計(jì)要求，將內(nèi)徑公差要求改為，而我廠為提高測(cè)量精度，將傳統(tǒng)的測(cè)量方法改進(jìn)為內(nèi)徑千分表與定制環(huán)規(guī)對(duì)表，然后進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完后，再將內(nèi)徑千分表與外徑千分尺對(duì)表，校正外徑千分尺之后測(cè)量主軸外圓，以減小主軸與配油套組件之間間隙的測(cè)量誤差，這種測(cè)量方法既降低了測(cè)量成本，也使我們測(cè)量出的主軸與配油套組件之間的間隙更為準(zhǔn)確，較為適合在線測(cè)量方式。

4 溫度變化對(duì)配油套內(nèi)孔尺寸影響的研究

圖4 主軸與配油套間隙測(cè)量專用環(huán)規(guī)

4.1 溫度變化對(duì)配油套內(nèi)孔尺寸影響 由于每年夏季為我廠的生產(chǎn)旺季，生產(chǎn)壓力大，而我廠為應(yīng)對(duì)生產(chǎn)壓力大這一難題，一般會(huì)在生產(chǎn)淡季時(shí)，做一定數(shù)量的配油套作為庫(kù)存，以此來緩解繁忙時(shí)期的生產(chǎn)壓力，但是問題隨之而來。冬末春初時(shí)會(huì)預(yù)先投產(chǎn)一定數(shù)量的配油套來作為庫(kù)存，待進(jìn)入夏季后，訂單逐漸增多，生產(chǎn)壓力較大時(shí)，裝配工段就會(huì)使用之前合格的配油套來應(yīng)急，然后就會(huì)出現(xiàn)裝配時(shí)零件尺寸與成品檢驗(yàn)時(shí)零件尺寸不一?？紤]到金屬熱脹冷縮，而配油套結(jié)構(gòu)特殊，為銅與鋼的組合件，通過機(jī)械手冊(cè)我們可以查到銅的線膨脹系數(shù)為17.7×10-6m/℃，而鋼的線膨脹系數(shù)為1.2×10-5m/℃，因?yàn)殂~與鋼的膨脹系數(shù)不同，所以每當(dāng)季節(jié)變換時(shí)配合間隙都會(huì)發(fā)生變化，為驗(yàn)證配油套組件中銅套的變化規(guī)律，故我廠選擇了溫升試驗(yàn)。

4.2 溫升試驗(yàn)的研究 為了弄清楚配油套在正常工作時(shí)與主軸配合間隙的變化情況，故我們對(duì)配油套進(jìn)行了模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的溫升試驗(yàn)。

我們?cè)?月1日配油套加工完成后，將配油套先在常溫狀態(tài)放置4小時(shí)，再測(cè)量出此時(shí)配油套的內(nèi)孔、外圓尺寸與環(huán)境溫度，記錄數(shù)據(jù)；

3月2日早上再將成品配油套放入可以調(diào)節(jié)溫度的溫控箱中，溫度設(shè)置35℃，放置4小時(shí)后，取出后測(cè)量出此時(shí)配油套的內(nèi)孔與外圓尺寸，記錄數(shù)據(jù)；

3月2日下午再將成品配油套放入可以調(diào)節(jié)溫度的溫控箱中，溫度設(shè)置55℃，放置4小時(shí)后，取出后測(cè)量出此時(shí)配油套的內(nèi)孔與外圓尺寸，記錄數(shù)據(jù)；

3月2日實(shí)驗(yàn)完成后，再將配油套放置在環(huán)境溫度下，待3月5日再測(cè)量此時(shí)配油套的內(nèi)孔、外圓尺寸與環(huán)境溫度，記錄數(shù)據(jù)；

最終數(shù)據(jù)結(jié)果與測(cè)量點(diǎn)位圖（圖5）如下所示。

圖5 配油套測(cè)量點(diǎn)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(yàn)的回歸分析 為了驗(yàn)證溫度的變化對(duì)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(shù)增長(zhǎng)故不討論。

設(shè)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(shù)據(jù)的均值，數(shù)據(jù)整合后如表5。

表5

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

檢驗(yàn)，取顯著水平α=0.05。

由回歸分析可看出，在此種結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，銅材質(zhì)的工件在溫度每上升1℃，則尺寸變大0.00171mm，而按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上查出的銅材質(zhì)線膨脹系數(shù)17.7×10-6k做計(jì)算后，得出結(jié)論為溫度每上升1℃，則尺寸變大0.00251mm，而所測(cè)出的數(shù)據(jù)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，所以我們可以得出結(jié)論，當(dāng)溫度變化過大時(shí)，配油套內(nèi)孔尺寸也會(huì)變大，且會(huì)在受到外界束縛時(shí)，幾何尺寸的變化比例會(huì)被約束。

4.4 溫升試驗(yàn)的結(jié)果 由于我廠之前為緩解銷售旺季的生產(chǎn)壓力，而采取了將生產(chǎn)周期長(zhǎng)的關(guān)鍵工件進(jìn)行提前做庫(kù)存的方案，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了配油套尺寸由季節(jié)變換而導(dǎo)致尺寸改變，最終我廠通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了配油套尺寸的變化確實(shí)是由于溫度的變化造成的，且未按照線膨脹系數(shù)規(guī)律變化。此前我廠的生產(chǎn)安排是生產(chǎn)壓力小時(shí)預(yù)先投產(chǎn)一定數(shù)量的配油套做庫(kù)存，而通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)后，我廠將生產(chǎn)安排方式與工藝也進(jìn)行了修改，現(xiàn)在配油套將精磨內(nèi)孔調(diào)整到了最后一個(gè)工序，然后生產(chǎn)安排做庫(kù)存時(shí)則會(huì)將精磨之前的所有工序做完后入庫(kù)，最終在裝配前，提前一兩天將精磨工序做完直接進(jìn)入裝配。

5 總結(jié)與后期設(shè)想

配油套在經(jīng)過了加工工藝更改、測(cè)量方式確定以及生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)安排上的調(diào)整也使得生產(chǎn)部門在應(yīng)對(duì)生產(chǎn)旺季時(shí)有了更多的方法。

在這次的試驗(yàn)之后我們通過某外協(xié)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(zhǔn)備通過外協(xié)廠家的協(xié)助對(duì)離心澆注式的配油套進(jìn)行工藝開發(fā)、工藝試制與裝配試驗(yàn)。

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

[3]劉佩學(xué),羅曉麗,王秋生.鉆機(jī)電控系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)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(tuán)重慶研究院有限公司技術(shù)員，研究方向?yàn)闄C(jī)械加工工藝。

TE922

A

1006-4311（2014）13-0032-04