石油机械的设计与加工要点分析

　　前言

　　石油机械是石油勘探与开采中的重要设备，其设备质量的好坏与成本的高低对于石油开采有着重要的影响。在石油机械的设计制造过程中，需要对材料的性能与机械设计结构的合理性引起足够的重视，在不断降低成本的同时提高石油机械设备的质量是石油机械企业提高竞争力的重要方向。

　　1 石油机械设计过程中对于材料的选用

　　在石油机械的设计及制造过程材料是基础，如何根据需要合理的选用所需的材料对于设计人员是一个重要的考验，材料的选择需要从强度、经济性、加工制造以及使用寿命等多个方面出发。在进行石油机械设备的设计工作时，对于经验丰富的设计人员可以直接依靠经验进行选择也可以参照往期同类设备或零件的材料选择方案，此种方法较为简单但对于设计人员的经验要求较高且参照的可能性不大，在材料选择的过程中，对于材料的耐腐蚀性、耐磨性以及抗疲劳特性等仅是根据简单的手算和手册提供的数据选择一种各项都较为平均的万能材料，虽然满足石油机械设备或零件的设计要求，但不利于材料成本的控制。通过相关的调查表明，在石油机械的设计工作中，很多的设计工程师未能对材料的选择引起足够的重视。因此，在进行石油机械设备或零件的材料选用过程中需要从以下几个方面进行考虑：（1）材料的使用性能，指的是材料在石油机械设备使用过程中的表现，是进行石油机械材料选择过程中首先需要考虑的问题，由于不同的石油机械零件会面临着不同的使用环境从而对石油机械零件提出了不同的使用要求，例如：有的石油机械零件在使用中对于零件的强度有着较大的要求，而一些地方则对于材料的耐磨性有着较强的要求等等，各种环境下对于材料的性能要求不一，所以，在进行石油机械的材料选择时需要对材料的使用环境以及所需满足的主要使用性能进行判断。（2）石油机械材料的工艺性要求，除了材料的使用性方面的要求，材料的工艺性也是材料选择的一个重要方面，材料的工艺性是指材料能够适应各种加工工艺要求的能力，即材料的可加工性。例如，选用的一些材料在材料的强度、硬度以及抗疲劳特性等方面都满足设计要求，但是其加工难度相较于其他的一些同等性能的材料要高得多，如选用此种材料极大的增加了加工的难度，需要采用多种复杂的加工工艺进行加工，极大的增加了石油机械设备的制造成本。

　　2 石油机械设计中的标准化

　　在进行石油机械的设计过程中，应当尽量做到所选用的零件标准化。这里所说的石油机械零件的标准化主要是指零件的尺寸、结构要素、材料的特性、检验的方法等多个方面选用符合大家规范的标准，从而方便在进行石油机械设计及制造的过程中提高设计的质量及速度。在使得石油机械零件标准化时具有以下的优点：（1）对于一些标准化的零件可以在市场上购买到或是提交给加工厂进行批量化的生产，从而降低石油机械的成本、提高零件的加工质量。（2）通过做到石油机械零件材料的性能指标相一致，能够较为方便的进行材料性能的比较。（3）通过做到石油机械零件的标准化，能够简化设计步骤、提高设计的效率与设计质量。

　　3 石油机械零部件在加工过程中需要注意的要点

　　在进行石油机械零部件的加工过程中，需要对不同材料及零部件选用较为合理的加工工艺，在进行石油机械零部件的加工过程中，由于加工工艺的不同会使得零件的受力不同，从而影响零部件的性能，其具体表现为石油机械零部件的表层的金相组织和硬度以及零部件表面的残余应力不同。在进行石油机械零部件的加工过程中，其加工产生的热量将会使得加工区域的零部件表面温升较快，当温升超过某一极限时将会使得石油机械零部件表面的金相组织产生一定的变化，从而影响零部件的加工性能。在一般的切削加工中，所使用的切削液将会带走加工过程中所产生的热量，因此其对于材料性能的影响较低。而对于磨削加工而言，由于其受力面积较大会使得其所产生的磨削热量较切削热量大得多，从而使得磨削加工中对零部件表面的影响较大。当进行磨削加工时，如磨削的深度增加时其工件表面及表面以下不同深度的温度都将升高，从而使得石油机械零部件表面容易产生烧伤，影响零部件的加工性能，而当磨削加工中的纵向进给量较大时，将会引起磨削区域的温度升高，但由于磨削时产生的热量在零部件表面的作用时间较短，可以降低热量在零部件表面产生的影响，但是由于提高了石油机械零部件加工时的进给速度将会使得零部件表面的加工质量有所下降，可以通过提高磨削加工时的砂轮转速来降低由于进给速度过高而带来的零部件表面的粗糙度影响。在石油机械零部件的加工过程中可以选用切削液来带走多余的热量，但是由于砂轮的旋转使得切削液不易附着在零部件的表面，特别是在进行零部件的加工时，进给量过小将会使得刀具的刃口圆角在所需加工的零部件的表面单位长度上的挤压次所增多，且表面的硬化程度也有所增加。在进行石油机械的零部件的加工过程中，如果所需加工的材料的硬度越低则其所产生的塑性变形量也越多，其进行切削后的冷作硬化现象也越严重。在完成了石油机械零部件的加工后，会在零部件的表面层留有较多的残余应力，应当在进行石油机械设计及零部件工艺的编制过程中引起足够的重视，避免其残余应力会对零部件的加工产生影响。

　　4 在进行石油机械零部件的加工过程中做好润滑剂的选用

　　金属加工润滑剂简称金属切削液，是指用于金属及其合金在切削、研磨、冲压、轧制以及拉拔等各种加工过程中所使用的液体介质。在金属加工过程中选用金属切削液的主要目的是对加工过程中刀具与工件接触所产生的热量予以冷却，延长加工刀具的使用寿命，提高加工工件的表面加工精度，并使得金属切削屑等能够及时的排出避免金属屑堆积影响后续加工。由于加工过程中会面临着不同的加工要求，因此，对于金属切削液的油性等都有着不同的要求。

　　在金属切削液的选用上需要根据金属切削加工的工艺要求来判断选用水溶性或者是油性的金属切削液，在选用时可以参考机床供应商的推荐来进行选择，或者是依靠一般的经验予以选取，例如，在使用高速钢刀具进行低速切削时多选用的是纯油性的金属切削液等，而当使用硬质合金刀具进行高速切削加工时，则通常采用的是水溶性的金属切削液，同时对于供液困难或者是切削液不易到达的切削区时则采用的是纯油性的金属切削液，对于其他的一些情况采用水溶性的金属切削液即可。

　　5 结束语

　　石油机械的设计工作是石油机械的第一步也是最为重要的一步，在这一设计的过程中需要对材料的选用以及金属结构的合理性做好设计工作，在合理选用制造材料的同时降低石油机械设备的制造成本提高设备的质量，增强企业的核心竞争力。

　　参考文献

　　[1]苏安平。等离子喷涂工艺及其在石油机械修理中的应用[J].石油机械，1986（10）。

　　[2]汪金桃。低温钻机金属材料性能与工艺研究[A].2008 年石油装备学术年会庆祝中国石油大学建校 55 周年学术研讨会论文集[C].2008（10）。

　　[3]陈可坚。浅谈防磁钢的生产及加工工艺[J].石油机械，1989（11）。