一种泥浆泵仿生活塞铸造成型方法和成型装置与流程

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。

技术实现要素：

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。

一种泥浆泵仿生活塞铸造成型方法所用的成型装置，包括上模盖、凸模、中轴、中心支撑、中模具、紧固夹、凹模和底模座，中心支撑具有上定位销和下定位销，中心支撑表面具有通孔，上模盖的下部设有凸模，底模座上设有凹模，底模座具有下定位孔和中心定位孔，中模具位于底模座和上模盖之间，中心支撑安装在底模座上，中轴插在中心定位孔中，下定位销插在下定位孔中紧密配合定位，上密封垫片设置在中心支撑的上部边缘处，下密封垫片设置在底模座上部边缘处；上模盖具有上定位孔，上定位销插在上定位孔中定位；中模具的定位销与中心支撑上的通孔一一对应配合，定位销前部延伸有突出杆，突出杆穿过通孔，突出杆和通孔构成仿生结构单元；紧固夹夹紧中模具与中心支撑，紧固夹上具有通孔用于夹紧。

所述的仿生结构单元形成的仿生结构为凹坑形态。

紧固夹夹紧中模具与中心支撑，紧固夹上具有通孔用于夹紧；中模具上具有仿生结构单元，

凸模用于活塞皮碗（弹性橡胶）中空部分的成型。中轴的上部分用于活塞连杆所在中空部分的成型，中轴的下部分与底模座的中心定位孔配合起到定心作用。凹模用于固定高苯乙烯丁苯骨架底胶。中心支撑用于上模盖和底模座的合模，还起到中模具的定位作用。中模具上带有通孔，通孔的数量与结构尺寸通中模具的定位销一致。仿生结构单元用于活塞皮碗上凹坑结构的成型。

本发明的有益效果：

本发明之泥浆泵仿生活塞铸造成型方法原理简单、易于实现，利用该方法可以达到仿生活塞表面的凹坑结构一次成型的目的。本发明之成型装置结构简单，适用于企业批量生产。

附图说明

图1是本发明之成型装置的立体示意图。

图2是本发明之成型装置的主视图。

图3是成型装置之底模座的立体示意图。

图4是成型装置之底模座的俯视图。

图5是成型装置之上密封垫片和下密封垫片的立体示意图。

图6是成型装置之上模盖、凸模和中轴的立体示意图。

图7是成型装置之中模具的局部立体示意图。

图8是成型装置之中心支撑的立体示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，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16朝上，将底模座17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17的凹模15上；

第二步：高苯乙烯丁苯骨架底胶固定好后，将下密封垫片18放置在底模座17上部边缘处；

第三步：下密封垫片18放置好后，将中心支撑6安装在底模座17上；下定位销8与下定位孔16紧密配合，其他三组下定位销8与下定位孔16同理配合定位；

第四步：在中心支撑6上施加向下均匀的力压紧；将中模具11与中心支撑6合模，中模具11的定位销10与中心支撑6上的通孔7一一对应配合；

第五步：利用紧固夹12使中模具11与中心支撑6紧密结合；紧固夹12上的通孔13用于夹紧；

第六步：中模具11与中心支撑6合模后，将上密封垫片4放置在中心支撑6的上部边缘处；

第七步：上模盖1与中心支撑6合模，中轴3与中心定位孔14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；同时上模盖1的上定位孔19与其对应的上定位销5紧密配合；在上模盖1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。

如图1至图8所示，一种泥浆泵仿生活塞铸造成型方法所用的成型装置，包括上模盖1、凸模2、中轴3、中心支撑6、中模具11、紧固夹12、凹模15和底模座17，中心支撑6具有上定位销5和下定位销8，中心支撑6表面具有通孔7，上模盖1的下部设有凸模2，底模座17上设有凹模15，底模座17具有下定位孔16和中心定位孔14，中模具11位于底模座17和上模盖1之间，中心支撑6安装在底模座17上，中轴3插在中心定位孔14中，下定位销8插在下定位孔16中紧密配合定位，上密封垫片4设置在中心支撑6的上部边缘处，下密封垫片18设置在底模座17上部边缘处；上模盖1具有上定位孔9，上定位销5插在上定位孔9中定位；中模具11的定位销10与中心支撑6上的通孔7一一对应配合，定位销10前部延伸有突出杆101，突出杆101穿过通孔7，突出杆101和通孔7构成仿生结构单元；紧固夹12夹紧中模具11与中心支撑6，紧固夹12上具有通孔13用于夹紧。

凸模2用于活塞皮碗（弹性橡胶）中空部分的成型。中轴3的上部分用于活塞连杆所在中空部分的成型，中轴3的下部分与底模座17的中心定位孔14配合起到定心作用。凹模15用于固定高苯乙烯丁苯骨架底胶。中心支撑6用于上模盖1和底模座17的合模，还起到中模具11的定位作用。中模具11上带有通孔7，通孔7的数量与结构尺寸通中模具11的定位销10一致。仿生结构单元9用于活塞皮碗上凹坑结构的成型。