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(jìn)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(zhì)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(shù)小、耐磨壽命長、柱塞基體有凹形槽可保護(hù)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(xué)成分及化學(xué)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(shù)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(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及到金屬表面處理領(lǐng)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(shù)】
[0002]柱塞是柱塞栗中的關(guān)鍵零部件，在油田使用柱塞栗進(jìn)行固井、壓裂作業(yè)時(shí)，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(shí)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(diǎn)為:芯部保持較高的強(qiáng)度和韌性，表面層硬度高，增強(qiáng)了表面的耐磨性能，制造成本底;存在的缺點(diǎn)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(diǎn)為:芯部保持較高的強(qiáng)度和韌性，表面層硬度高，增強(qiáng)了表面的耐磨性能和抗腐蝕性能;存在的缺點(diǎn)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(shí)踐證實(shí)，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(shù)使用要求。

【發(fā)明內(nèi)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(hù)合金粉末在沖擊狀態(tài)下不起皮和剝落。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)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(jìn)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(wǎng)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(nèi)形成凹坑深度為0.05-0.5mm;②用專用工裝在凹槽內(nèi)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(nèi)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(nèi)形成網(wǎng)格狀網(wǎng)槽，網(wǎng)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(zhuǎn)工作臺(tái)上，使柱塞體隨工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，柱塞體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-120轉(zhuǎn)/min，在柱塞體旋轉(zhuǎn)過程中采用火焰熱噴涂技術(shù)向柱塞體上的凹槽內(nèi)熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時(shí)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(dá)到常溫；
5、后處理:按設(shè)計(jì)要求先粗磨后精磨熱噴涂在柱塞體上的合金粉末，拋光經(jīng)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(zhì)量檢查:檢查柱塞體上的各部加工尺寸是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，熱噴涂合金粉末表面硬度是否達(dá)到HRC56-HRC78。
[0008]本發(fā)明的積極效果為:
1、針對(duì)油田高壓、大排量柱塞栗的技術(shù)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(xué)成分及化學(xué)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(shù)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(shù)小、耐磨壽命長、柱塞基體有凹形槽可保護(hù)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(jié)構(gòu)示意圖；
圖2、熱噴涂后的柱塞體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3、加工合格后的柱塞體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:1、柱塞體;2、凹槽;3、合金粉末體。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖1-3對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0015]實(shí)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(shí)應(yīng)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(shù)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(nèi)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(zhuǎn)工作臺(tái)上，使柱塞體I隨工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，柱塞體I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-120轉(zhuǎn)/min，在柱塞體I旋轉(zhuǎn)過程中采用火焰熱噴涂技術(shù)向柱塞體I上的凹槽2內(nèi)熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時(shí)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(dá)到常溫;
5、后處理:按設(shè)計(jì)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(jīng)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(zhì)量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設(shè)計(jì)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(nèi)。
[0016]實(shí)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(shí)應(yīng)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(shù)處理凹槽2，用專用工裝在凹槽2內(nèi)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(zhuǎn)工作臺(tái)上，使柱塞體I隨工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，柱塞體I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-120轉(zhuǎn)/min，在柱塞體I旋轉(zhuǎn)過程中采用火焰熱噴涂技術(shù)向柱塞體I上的凹槽2內(nèi)熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時(shí)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(dá)到常溫;
5、后處理:按設(shè)計(jì)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(jīng)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(zhì)量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設(shè)計(jì)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(nèi)。
[0017]實(shí)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(shí)應(yīng)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(wǎng)格成形技術(shù)處理凹槽2，用專用工裝在凹槽2內(nèi)形成網(wǎng)格狀網(wǎng)槽，網(wǎng)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(zhuǎn)工作臺(tái)上，使柱塞體I隨工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，柱塞體I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-120轉(zhuǎn)/min，在柱塞體I旋轉(zhuǎn)過程中采用火焰熱噴涂技術(shù)向柱塞體I上的凹槽2內(nèi)熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時(shí)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(dá)到常溫; 5、后處理:按設(shè)計(jì)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(jīng)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(zhì)量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設(shè)計(jì)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(nèi)。
[0018]實(shí)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(shí)應(yīng)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(shù)處理凹槽2，用專用工裝在凹槽2內(nèi)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(zhuǎn)工作臺(tái)上，使柱塞體I隨工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，柱塞體I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-120轉(zhuǎn)/min，在柱塞體I旋轉(zhuǎn)過程中采用火焰熱噴涂技術(shù)向柱塞體I上的凹槽2內(nèi)熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時(shí)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(dá)到常溫;
5、后處理:按設(shè)計(jì)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(jīng)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(zhì)量檢查:檢查柱塞體I上的各部加工尺寸是否與設(shè)計(jì)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(nèi)。
[0019]以上所述僅是發(fā)明的非限定實(shí)施方式，還可以衍生出大量的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思和不作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)的實(shí)施例，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(jìn)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(wǎng)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(nèi)形成凹坑深度為0.05-0.5mm;②用專用工裝在凹槽(2)內(nèi)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(nèi)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(nèi)形成網(wǎng)格狀網(wǎng)槽，網(wǎng)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(zhuǎn)工作臺(tái)上，使柱塞體(I)隨工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，柱塞體(I)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-120轉(zhuǎn)/min，在柱塞體(I)旋轉(zhuǎn)過程中采用火焰熱噴涂技術(shù)向柱塞體(I)上的凹槽(2)內(nèi)熱噴涂鎳鈷鉻合金粉末，熱噴涂時(shí)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(dá)到常溫； (5)后處理:按設(shè)計(jì)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(jīng)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(zhì)量檢查:檢查柱塞體(I)上的各部加工尺寸是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，熱噴涂合金粉末(3)表面硬度是否達(dá)到HRC56-HRC78。
【文檔編號(hào)】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(jī)械有限公司第四機(jī)械廠