[发明专利]一种泥浆泵仿生活塞铸造成型方法和成型装置

说明书

本发明公开了一种泥浆泵仿生活塞铸造成型方法和成型装置。本发明之装置主要由上模盖、中心支撑、底模座、中模具组成，上模盖设有凸模，底模座设有凹模。凸模结构用于活塞皮碗中空部分的成型，凹模结构用于固定高苯乙烯丁苯骨架底胶。中轴上部分用于活塞连杆所在中空部分的成型，下部分与底模座中间定位孔配合起到定心作用。在中模具上设计仿生结构单元，合模后可使仿生凹坑结构一次成型。本发明之方法和装置原理及结构简单，重复性高，可用于仿生凹坑形活塞的批量生产。

技术领域

本发明涉及一种泥浆泵仿生活塞铸造成型的方法和成型装置。这种铸造成型的方法和装置用于铸造凹坑型泥浆泵仿生活塞，该活塞在传统密封耐磨活塞的基础上增加了仿生凹坑的铸造，凹坑结构可以一次成型。

背景技术

无论是关于常规石油和天然气的能源开发，还是页岩油及页岩气的进一步开发，都离不开钻探设备中所应用的泥浆泵。泥浆泵在钻井过程中从井底输送泥浆，并将钻井岩屑通过泥浆携带到地面上。这种泥浆循环过程中的两个关键部件分别是缸套和活塞。输送介质的高含沙量，高粘度，高腐蚀性等条件以及活塞与缸套之间往复运动的高压工况都可能导致活塞失效，影响活塞的使用寿命。

仿生非光滑结构的想法来自于自然界的生物。在进化过程中，为了适应环境的变化，其体表形成了具有某些特性的结构。吉林大学工程仿生教育部重点实验室经过大量的调查研究发现，许多动物体表都存在着非光滑结构，这些非光滑结构的形状有凸包形、鳞片形、凹坑形、条纹形。其中的凹坑结构是本发明所铸造活塞的基础依据。

蚯蚓体表在每节体节之间分布有规则排布的背孔，当蚯蚓进入到土壤中时，通过背孔阵列分泌润滑体液，便于在土壤中穿行。以蚯蚓体表背孔功能为设计基础，并结合大量有关凹坑耐磨、减阻的研究成果，设计表面具有凹坑形的泥浆泵仿生活塞。

发明内容

本发明的目的是在现有传统泥浆泵活塞以及条纹凹槽泥浆泵活塞加工方法的基础上，提供一种凹坑型泥浆泵仿生活塞的加工工艺。通过设计的模具装置在活塞皮碗上加工凹坑形态的仿生单元，进而从密封、润滑、耐磨三个方面提升活塞性能，提高活塞的使用寿命。传统的凹坑加工方法是逐次单个加工。本发明改变传统的凹坑加工方法，利用中模具上的仿生结构单元，使整个活塞皮碗上的凹坑结构以及阵列排布一次成型。

本发明之泥浆泵仿生活塞铸造成型方法包括以下步骤：

第一步：下定位孔朝上，将底模座固定在加工平台上；将高苯乙烯丁苯骨架底胶固定放置在底模座的凹模上；

第二步：高苯乙烯丁苯骨架底胶固定好后，将下密封垫片放置在底模座上部边缘处；

第三步：下密封垫片放置好后，将中心支撑安装在底模座上；下定位销与下定位孔紧密配合，其他三组下定位销与下定位孔同理配合定位；

第四步：在中心支撑上施加向下均匀的力压紧；将中模具与中心支撑合模，中模具的定位销与中心支撑上的通孔一一对应配合；

第五步：利用紧固夹使中模具与中心支撑紧密结合；紧固夹上的通孔用于夹紧；

第六步：中模具与中心支撑合模后，将上密封垫片放置在中心支撑的上部边缘处；

第七步：上模盖与中心支撑合模，中轴与中心定位孔配合好，使用涂擦刷对其表层涂擦硅油隔离剂，将高苯乙烯丁苯骨架底胶置于模腔底部，之后进行弹性橡胶的填充；同时上定位孔与其对应的上定位销紧密配合；在上模盖上施加向下均匀的力压紧，合模完毕。合模后采用平板硫化机进行加压硫化，完成铸造。