一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝。所述工藝按如下步驟進行：1、下料及粗加工；2、精車凹槽；3、凹槽粗糙度處理；4、熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末；5、后處理；6、質量檢查。本發(fā)明可以使柱塞表面附有較厚的耐磨層、表面硬度高、抗腐蝕、摩擦系數小、耐磨壽命長、柱塞基體有凹形槽可保護熱噴涂粉末合金層在沖擊狀態(tài)下不起皮不剝落，它采取了柱塞表面熱噴涂合金粉末的制造工藝，加厚了柱塞表面的耐磨層，在熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末的化學成分及化學配方上有特殊的要求，使柱塞表面的耐磨性能可滿足油田高壓、大排量柱塞泵的技術使用要求。
【專利說明】
一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及到金屬表面處理領域，特別涉及到一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝。
【背景技術】
[0002]柱塞是柱塞栗中的關鍵零部件，在油田使用柱塞栗進行固井、壓裂作業(yè)時，柱塞外圓與盤根密封圈過盈配合，柱塞軸向沖次在每分鐘350次左右，沖程0.2米左右，同時還要承受70Mpa至105Mpa的密封壓力，在這種工況的作業(yè)條件下，由于普通柱塞的外圓表面沒有足夠的耐磨性能，是承受不了這么大的密封壓力和沖次，它的外圓很容易被磨損，以至于失效而不能使用，因此油田固井、壓裂作業(yè)所使用的柱塞栗中的柱塞外圓一定要有足夠的耐磨性能。
[0003]傳統(tǒng)的柱塞制造工藝有多種方式，其中較常見的制造工藝方式有以下幾種:
1、柱塞金屬表面熱處理制造工藝:其中較典型的為金屬表面滲碳淬火;其優(yōu)點為:芯部保持較高的強度和韌性，表面層硬度高，增強了表面的耐磨性能，制造成本底;存在的缺點為:表面硬度層薄，抗腐蝕性能差，耐磨壽命短。
[0004]2、柱塞金屬表面電鍍制造工藝:其中較典型的為柱塞金屬表面電鍍鎳、磷合金;其優(yōu)點為:芯部保持較高的強度和韌性，表面層硬度高，增強了表面的耐磨性能和抗腐蝕性能;存在的缺點為:金屬表面電鍍鎳、磷合金層薄了，耐磨壽命短，金屬表面電鍍鎳、磷合金層厚了，容易起皮、剝落。
[0005]實踐證實，使用上述傳統(tǒng)的柱塞制造工藝方式處理柱塞外圓表面，其柱塞表面的耐磨性能并不能滿足油田高壓、大排量柱塞栗的技術使用要求。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝。其目的為在柱塞外圓表面加工有凹槽，而在凹槽中熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，則可以保護合金粉末在沖擊狀態(tài)下不起皮和剝落。
[0007]為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案為:
一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝，其特征在于:
所述工藝按如下步驟進行:
1、下料及粗加工:柱塞體選用熱乳低碳圓鋼材料，粗車各部外圓及端面，柱塞體兩頂端鉆出中心孔:
2、精車凹槽:用三爪工裝夾住柱塞體的左端，右端頂住中心孔，沿柱塞體的圓周精車出凹槽，凹槽的凹深為0.2-2.5mm，凹槽兩端凸緣長5_30mm;
3、凹槽粗糙度處理:凹槽的粗糙度處理方式有噴丸處理、波紋處理、鋸齒狀處理和網格狀處理，①在噴丸處理中所用的鋼丸直徑為l-3mm，鋼丸噴出速度為3-26m/秒，在凹槽內形成凹坑深度為0.05-0.5mm;②用專用工裝在凹槽內形成波紋，其波峰至波谷的深度為0.05-0.5mm，③用專用工裝在凹槽內形成鋸齒溝槽，其齒峰至齒底的深度為0.05-0.5mm，④用專用工裝在凹槽內形成網格狀網槽，網槽深度為0.05-0.5mm；
4、熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末:將柱塞體組裝在旋轉工作臺上，使柱塞體隨工作臺一起旋轉，柱塞體的轉動速度為30-120轉/min，在柱塞體旋轉過程中采用火焰熱噴涂技術向柱塞體上的凹槽內熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時的火焰噴射溫度為1500-35000C，熱噴涂涂鎳鈷鉻合金粉末的厚度為0.5-4_，熱噴涂完成后將柱塞體放置其表面溫度達到常溫；
5、后處理:按設計要求先粗磨后精磨熱噴涂在柱塞體上的合金粉末，拋光經過精磨后的合金粉末的外圓，去除尖角、毛刺、表面涂防銹油；
6、質量檢查:檢查柱塞體上的各部加工尺寸是否達到設計要求，熱噴涂合金粉末表面硬度是否達到HRC56-HRC78。
[0008]本發(fā)明的積極效果為:
1、針對油田高壓、大排量柱塞栗的技術使用要求，本發(fā)明提出了一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝，它采取了柱塞表面熱噴涂合金粉末的制造工藝，加厚了柱塞表面的耐磨層，在熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末的化學成分及化學配方上有特殊的要求，使柱塞表面的耐磨性能可滿足油田高壓、大排量柱塞栗的技術使用要求。
[0009]2、本發(fā)明可以使柱塞表面附有較厚的耐磨層、表面硬度高、抗腐蝕、摩擦系數小、耐磨壽命長、柱塞基體有凹形槽可保護熱噴涂粉末合金層在沖擊狀態(tài)下不起皮不剝落。
[0010]3、柱塞熱噴涂合金粉末外圓采取精磨、拋光制造工藝后，其表面更光滑，可減小柱塞外圓與盤根密封圈的磨擦力，從而提高了柱塞外圓表面的耐磨性能。
[0011]4、柱塞熱噴涂合金粉末外圓采取精磨、拋光制造工藝后，其熱噴涂粉末合金表面易形成潤滑油膜，可減小柱塞外圓與盤根密封圈的磨擦力，從而提高了柱塞外圓表面的耐磨性能。
【附圖說明】
[0012]圖1、本發(fā)明加工后的柱塞體結構示意圖；
圖2、熱噴涂后的柱塞體結構示意圖；
圖3、加工合格后的柱塞體結構示意圖。
[0013]圖中:1、柱塞體;2、凹槽;3、合金粉末體。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖1-3對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0015]實施例一參見圖1-3
1、下料及粗加工:選用熱乳低碳圓鋼為柱塞體I的加工材料，下料時應留有加工余量，粗車柱塞體I各部分的外圓及端面，并在柱塞體I的兩端鉆出中心孔；
2、精車凹槽:用三爪工裝夾住粗加工后的柱塞體I的左端，右端頂住中心孔，然后沿柱塞體I的圓周精車出凹槽2，凹槽的凹深為0.2-2.5mm，凹槽兩端的凸緣長為5_30mm;
3、凹槽粗糙度處理:采用噴丸技術處理凹槽2，所用鋼丸直徑為l-3mm，鋼丸噴出速度為3-26m/秒，在凹槽2內形成凹坑深度為0.05-0.5mm; 4、熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末:將柱塞體I組裝在旋轉工作臺上，使柱塞體I隨工作臺一起旋轉，柱塞體I的轉動速度為30-120轉/min，在柱塞體I旋轉過程中采用火焰熱噴涂技術向柱塞體I上的凹槽2內熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時的火焰噴射溫度為1500-3500 °C，熱噴涂涂鎳鈷鉻合金粉末的厚度為0.5-4_，熱噴涂完成后將柱塞體I放置其表面溫度達到常溫;
5、后處理:按設計要求先粗磨后精磨熱噴涂在柱塞體I上的合金粉末3，拋光經過精磨后的合金粉末3的外圓，去除尖角、毛刺、表面涂防銹油；
6、質量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設計要求和規(guī)范一致，熱噴涂合金粉末3表面硬度是否在HRC56-HRC78范圍內。
[0016]實施例二
參見圖1-3
1、下料及粗加工:選用熱乳低碳圓鋼為柱塞體I的加工材料，下料時應留有加工余量，粗車柱塞體I各部分的外圓及端面，并在柱塞體I的兩端鉆出中心孔；
2、精車凹槽:用三爪工裝夾住粗加工后的柱塞體I的左端，右端頂住中心孔，然后沿柱塞體I的圓周精車出凹槽2，凹槽的凹深為0.2-2.5mm，凹槽兩端的凸緣長為5_30mm;
3、凹槽粗糙度處理:采用波紋技術處理凹槽2，用專用工裝在凹槽2內形成波紋，其波峰至波谷的深度為0.05-0.5mm ；
4、熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末:將柱塞體I組裝在旋轉工作臺上，使柱塞體I隨工作臺一起旋轉，柱塞體I的轉動速度為30-120轉/min，在柱塞體I旋轉過程中采用火焰熱噴涂技術向柱塞體I上的凹槽2內熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時的火焰噴射溫度為1500-3500 °C，熱噴涂涂鎳鈷鉻合金粉末的厚度為0.5-4_，熱噴涂完成后將柱塞體I放置其表面溫度達到常溫;
5、后處理:按設計要求先粗磨后精磨熱噴涂在柱塞體I上的合金粉末3，拋光經過精磨后的合金粉末3的外圓，去除尖角、毛刺、表面涂防銹油；
6、質量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設計要求和規(guī)范一致，熱噴涂合金粉末3表面硬度是否在HRC56-HRC78范圍內。
[0017]實施例三
參見圖1-3
1、下料及粗加工:選用熱乳低碳圓鋼為柱塞體I的加工材料，下料時應留有加工余量，粗車柱塞體I各部分的外圓及端面，并在柱塞體I的兩端鉆出中心孔；
2、精車凹槽:用三爪工裝夾住粗加工后的柱塞體I的左端，右端頂住中心孔，然后沿柱塞體I的圓周精車出凹槽2，凹槽的凹深為0.2-2.5mm，凹槽兩端的凸緣長為5_30mm;
3、凹槽粗糙度處理:采用網格成形技術處理凹槽2，用專用工裝在凹槽2內形成網格狀網槽，網槽深度為0.05-0.5mm；
4、熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末:將柱塞體I組裝在旋轉工作臺上，使柱塞體I隨工作臺一起旋轉，柱塞體I的轉動速度為30-120轉/min，在柱塞體I旋轉過程中采用火焰熱噴涂技術向柱塞體I上的凹槽2內熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時的火焰噴射溫度為1500-3500 °C，熱噴涂涂鎳鈷鉻合金粉末的厚度為0.5-4_，熱噴涂完成后將柱塞體I放置其表面溫度達到常溫; 5、后處理:按設計要求先粗磨后精磨熱噴涂在柱塞體I上的合金粉末3，拋光經過精磨后的合金粉末3的外圓，去除尖角、毛刺、表面涂防銹油；
6、質量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設計要求和規(guī)范一致，熱噴涂合金粉末3表面硬度是否在HRC56-HRC78范圍內。
[0018]實施例四參見圖1-3
1、下料及粗加工:選用熱乳低碳圓鋼為柱塞體I的加工材料，下料時應留有加工余量，粗車柱塞體I各部分的外圓及端面，并在柱塞體I的兩端鉆出中心孔；
2、精車凹槽:用三爪工裝夾住粗加工后的柱塞體I的左端，右端頂住中心孔，然后沿柱塞體I的圓周精車出凹槽2，凹槽的凹深為0.2-2.5mm，凹槽兩端的凸緣長為5_30mm;
3、凹槽粗糙度處理:采用鋸齒狀成形技術處理凹槽2，用專用工裝在凹槽2內形成鋸齒溝槽，其齒峰至齒底的深度為0.05-0.5mm，
4、熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末:將柱塞體I組裝在旋轉工作臺上，使柱塞體I隨工作臺一起旋轉，柱塞體I的轉動速度為30-120轉/min，在柱塞體I旋轉過程中采用火焰熱噴涂技術向柱塞體I上的凹槽2內熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時的火焰噴射溫度為1500-3500 °C，熱噴涂涂鎳鈷鉻合金粉末的厚度為0.5-4_，熱噴涂完成后將柱塞體I放置其表面溫度達到常溫;
5、后處理:按設計要求先粗磨后精磨熱噴涂在柱塞體I上的合金粉末3，拋光經過精磨后的合金粉末3的外圓，去除尖角、毛刺、表面涂防銹油；
6、質量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設計要求和規(guī)范一致，熱噴涂合金粉末3表面硬度是否在HRC56-HRC78范圍內。
[0019]以上所述僅是發(fā)明的非限定實施方式，還可以衍生出大量的實施例，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思和不作出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以做出若干變形和改進的實施例，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種提高柱塞外圓表面耐磨性能的制造工藝，其特征在于: 所述工藝按如下步驟進行: (1)下料及粗加工:柱塞體(I)選用熱乳低碳圓鋼材料，粗車各部外圓及端面，柱塞體(1)兩頂端鉆出中心孔: (2)精車凹槽:用三爪工裝夾住柱塞體(I)的左端，右端頂住中心孔，沿柱塞體(I)的圓周精車出凹槽(2)，凹槽(2)的凹深為0.2-2.5mm，凹槽兩端凸緣長5_30mm; (3)凹槽粗糙度處理:凹槽(2)的粗糙度處理方式有噴丸處理、波紋處理、鋸齒狀處理和網格狀處理，①在噴丸處理中所用的鋼丸直徑為l_3mm，鋼丸噴出速度為3-26m/秒，在凹槽(2)內形成凹坑深度為0.05-0.5mm;②用專用工裝在凹槽(2)內形成波紋，其波峰至波谷的深度為0.05-0.5mm，③用專用工裝在凹槽(2)內形成鋸齒溝槽，其齒峰至齒底的深度為.0.05-0.5mm，④用專用工裝在凹槽(2)內形成網格狀網槽，網槽深度為0.05-0.5mm; (4)熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末:將柱塞體(I)組裝在旋轉工作臺上，使柱塞體(I)隨工作臺一起旋轉，柱塞體(I)的轉動速度為30-120轉/min，在柱塞體(I)旋轉過程中采用火焰熱噴涂技術向柱塞體(I)上的凹槽(2)內熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時的火焰噴射溫度為1500-3500 °C，熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末的厚度為0.5-4mm，熱噴涂完成后將柱塞體(I)放置其表面溫度達到常溫； (5)后處理:按設計要求先粗磨后精磨熱噴涂在柱塞體(I)上的合金粉末(3)，拋光經過精磨后的合金粉末(3)的外圓，去除尖角、毛刺、表面涂防銹油； (6)質量檢查:檢查柱塞體(I)上的各部加工尺寸是否達到設計要求，熱噴涂合金粉末(3)表面硬度是否達到HRC56-HRC78。
【文檔編號】C23C4/08GK106011724SQ201610475510
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】步衛(wèi)平, 胡順, 吳明生, 周俊堂, 何麗君
【申請人】中石化石油工程機械有限公司第四機械廠