CN101181730A - 石油钻杆接头精密模锻工艺 - Google Patents

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高新
李永洪
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Abstract

本发明公开一种石油钻杆接头的精密模锻工艺,其特征是:1)坯料用带锯精确下料;2)坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度;3)在快速制坯油压机上,用制坯凹模将坯料闭式镦挤成预制坯;4)接着在可实施上、下成形凹模合模与左、右冲头相对挤压的快速多向油压机上,用水平分模成形凹模,将预制坯相对挤压成接头模锻件,接头模锻件内孔带有连皮;5)最后在专用冲孔油压机上,用冲孔模将锻件内孔连皮冲掉,获得形状尺寸精确、组织性能优良、带有中心通孔的接头模锻件。本发明具有流线分布良好、降低材料消耗、生产绿色环保和生产效率高等优点。

Description

石油钻杆接头精密模锻工艺
技术领域
本发明涉及一种石油钻杆接头的精密模锻工艺,属于金属塑性成形技 术领域。
技术背景
接头是石油钻井用于联接上、下钻杆的重要零件,在使用时承受繁重 的扭矩。为此,接头对材料、组织和机械性能要求极为严格,必需采用锻 件加工制造而成。以往市场对接头的需求量不大时, 一般接头是用自由锻 件进行加工。由于自由锻件为实心件,需机加中心孔,加工余量又大,因 此材料损耗很大,生产效率很低。随着国内外石油钻采业迅速发展,市场 对接头的需求量不断扩大,为了提高接头生产的经济效益,接头制造企业
迫切需要采用接头模锻件加工。图4和图5为石油钻杆接头的模锻件结构 简图。通常,同一规格的接头模锻件有两种,图4为公接头模锻件,图5 为母接头模锻件,公、母接头模锻件成对生产,成对供货。
本世纪初,我国某中外合资企业采用进口接头模锻件加工制造接头, 取得很好的技术经济效益。通过对进口接头模锻件分析,锻件有中心孔、 尺寸精度高、加工余量小、表面质量好、中心孔为单向挤压、沿轴向有分 模痕迹。由于国外接头模锻件生产属于专利技术,对其生产工艺一无所知。 近年来,国内也有少数锻造企业生产接头模锻件,坯料多数采用火焰加热, 如某企业模锻设备采用1250吨普通油压机,模锻工艺采用整体模具结构、 立式单向冲挤的方法,通过4道变形工序锻成接头模锻件,其变形工序流 程为:镦挤预制坯^>两次立式冲孔挤压成形^>热冲掉连皮。目前国内 生产的接头模锻件存在以下问题:(l)锻件的加工余量大、外圆有拔模斜度、 中心孔同心度差等,因此所生产的接头模锻件需要进行机加工后,才能达 到锻件图的要求交给用户。(2)用于立式单向冲挤的冲头长径比大,不但冲 孔精度低,而且冲头寿命短, 一般冲头寿命只有500〜600次。(3)坯料多数 采用火焰加热方法,锻件的表面质量差,同时生产效率很低,班产锻件只 有80件。
发明内容
为了克服现有石油钻杆接头生产存在的加工余量大、中心孔的同心度 差、冲头寿命短和生产效率低等不足,本发明提供一种石油钻杆接头精密 模锻工艺。该发明生产的接头模锻件具有尺寸精度高、组织性能好、生产 效率高、材料损耗少等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:接头模锻生产设备采用 一台中频感应电加热炉和三台不同功能的油压机组成的一条生产线,其工 艺流程是:
1. 采用带锯精确下料。
2. 坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度。
3. 制坯料加热后放到制坯凹模中,所述制坯凹模为双层预应力结构, 由凹模镶套与凹模外套呈倒V形预紧而成,制坯冲头压下,将坯料热镦挤 成预制坯。之后退出制坯冲头,返回到压机上死点,再用顶料杆把预制坯 顶出制坯凹模。
4. 将热镦挤预制坯迅速放入由下凹模和下凹模镶块组成的成形下凹模 的型腔中,再将由上凹模和上凹模镶块组成的成形上凹模压下与成形下凹 模合模,并施加合模力。然后驱动左、右成形冲头相对挤压预制坯,直至 锻件充满型腔终止。随即退出左、右成形冲头,卸去合模力,抬起成形上 凹模,从成形下凹模中取出带连皮的接头模锻件。
5. 将带连皮的接头模锻件放入冲孔模的定位凹模中准确定位,冲孔冲 头压下,冲切锻件连皮,并把连皮顶出。退出冲孔冲头,返回到压机上死 点,从定位凹模中取出具有通孔的接头模锻件。
本发明的有益效果是:l.上、下凹模沿锻件直径方向水平分模,锻件 出模容易,不需拔模斜度,从而大量减少了材料损耗与机械加工工时。2. 左、右成形冲头是通过凹模内孔导向将预制坯挤压成接头模锻件,依靠模 具精度保证锻件内孔与外圆具有良好的同心度,于是便可减少锻件的加工 余量,提高其材料利用率。3.通过镦挤预制坯和相对挤压成形的强烈变形 作用,使接头模锻件的晶粒均匀细化,流线分布合理,提高了机械性能。
4.由于采用左、右成形冲头相对挤压工艺,则使冲头工作部分的长径比大
大减小,由此显著提高了冲头抗弯强度和冲头寿命。5.坯料采用中频感应 快速加热,不仅大大提高了接头模锻生产效率,同时坯料加热氧化少,锻 件表面质量好。 附图说明
图1为接头模锻件制坯模具结构示意图; 图2为接头模锻件成形模具结构示意图; 图3为接头模锻件冲孔模具结构示意图; 图4为石油钻杆公接头模锻件结构示意图; 图5为石油钻杆母接头模锻件结构示意图。
在图3、图4和图5中,l.制坯上模板,2.制坯冲头,3.接头预制坯, 4.凹模镶套,5.凹模外套,6.顶料杆,7.制坯下模板,8.上模座,9.上凹 模,IO.上凹模镶块,ll.右冲头座,12.楔铁,13.右成形冲头,14.下凹模 镶块,15.下凹模,16.下模座,17.压紧斜块,18.左冲头座,19.楔铁,20. 左成形冲头,21.接头模锻件(带有连皮),22.冲孔上模板,23.冲孔冲头, 24.接头模锻件,25.定位凹模,26.冲孔下模板。
具体实施方式
本发明的图l、图2、图3为接头模锻工艺与模具结构简图。首先根据 用户提出的接头零件图设计出接头模锻件图,按锻件图便可计算出坯料尺 寸(直径和长度)。然后根据本发明的设计规则和计算方法,确定接头模锻 件的连皮位置,优化设计预制坯的形状与尺寸。接着再按本发明提供的接 头模锻力能工艺参数计算方法,确定制坯工序的镦挤力,成形工序的挤压 力和张模力,冲孔工序的冲孔力。于是便可设计接头模锻成形工序及其相 应模具一-制坯模具、成形模具和冲孔模具。
制坯模具的设计:制坯凹模为双层预应力结构,由凹模镶套4与凹模 外套5呈倒V形预紧而成;凹模镶套4内腔按预制坯中段、下端尺寸设计, 有拔模斜度;制坯冲头2的外径与内腔按预制坯上端尺寸设计,内腔有拔 模斜度(见图1)。成形模具的设计:成形模具为成形凹模,所述成形凹模为镶块结构水 平分模,由上凹模9、上凹模镶块10与下凹模15、下凹模镶块14合模形
成封闭型腔,其型腔按接头热锻件图外形尺寸设计;上凹模镶块10、下凹 模镶块14分别和上凹模9、下凹模15精密配合,采用螺栓连接为整体结构; 上凹模9、下凹模15与上模座8、下模座16采用压紧斜块17压紧,通过 螺栓与上模座8、下模座16的T形槽内螺母连接;左、右成形冲头(20、 13)与左、右冲头座(18、 11)采用楔铁(19、 12)紧配合;左成形冲头 20、右成形冲头13的工作部分按接头热锻件图内孔尺寸设计,其杆部有斜 度,端部为圆锥形,上模座8、下模座16可以前后微调,左、右冲头座(18、 11)可以上下微调(见图2)。
冲孔模具的设计:定位凹模25内腔按接头热锻件图大孔端外形尺寸设 计;冲孔冲头23端部直径为接头热锻件图连皮直径,保证冲孔冲头23与 定位凹模26的同心度精度(见图3)。
根据接头模锻的工艺力能参数和相应模具设计,则可合理选择模锻设 备类型、规格或提出模锻设备设计参数,按此进行模锻设备订购和模具加 工制造。当接头模锻生产所需的设备与模具准备就绪,就可进行接头模锻 件的试锻,为此需要制定接头模锻试锻工艺:确定下料尺寸、加热温度、 模锻成形工艺流程、模锻工序所需工具、模具的润滑与冷却、锻后冷却与 热处理工艺等。通过接头模锻件的现场试锻,根据接头模锻件成形状况和 模具使用问题,调整模锻工艺参数和修改完善模具结构。当试锻获得的接 头模锻件,经过锻件尺寸、表面质量和内部组织性能等严格检测达到锻件 图要求后,依据试锻结果制定接头模锻件生产的工艺规程,按此就可指导 接头模锻件批量优质生产。
按本发明接头模锻件生产的工艺流程如下:
1. 坯料用带锯精确下料;
2. 坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度;
3. 在快速制坯油压机上,用制坯模将坯料闭式镦挤成预制坯:
1) 坯料加热后放到制坯凹模中,所述制坯凹模为双层预应力结构,由 凹模镶套4与凹模外套5呈倒V形预紧而成,制坯冲头2压下,将坯料热
镦挤成预制坯3;
2) 之后退出制坯冲头2,返回到压机上死点,再用顶料杆6把预制坯3顶出制坯凹模。
4. 接着在可实施上、下凹模合模与左、右冲头相对挤压的快速多向油 压机上,用水平分模成形模,将预制坯相对挤压成接头模锻件,接头模锻
件内孔带有连皮:
1) 将热镦挤预制坯3迅速放入由下凹模15和下凹模镶块14组成的成 形下凹模的型腔中,再将由上凹模9和上凹模镶块10组成的成形上凹模压 下与成形下凹模合模,并施加合模力;
2) 然后驱动左、右成形冲头(20、 13)相对挤压预制坯,直至锻件充 满型腔终止,随即退出左、右成形冲头(20、 13),卸去合模力,抬起成形 上凹模,从成形下凹模中取出带连皮的接头模锻件21。
5. 最后在专用冲孔油压机上,用冲孔模将锻件内孔连皮冲掉获得接头 模锻件:
1) 将带连皮的接头模锻件21放入冲孔模的定位凹模25中准确定位, 冲孔冲头23压下,冲切锻件连皮,并把连皮顶出;
2) 退出冲孔冲头23,返回到压机上死点,从定位凹模25中取出具有 通孔的接头模锻件24。
石油钻杆接头模锻件的国内外市场需求量很大,按本发明生产的接头 模锻件具有尺寸精度高、组织性能好、生产效率高、材料损耗少和冲头使 用寿命长、不同接头锻件的冲头与凹模共用同一冲头座与模座等优点,因 此其实施必将会取得很好的技术经济效益。

Claims (8)

1.一种石油钻杆接头的精密模锻工艺,其特征是:所述工艺流程如下: 1)坯料用带锯精确下料; 2)坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度; 3)在快速制坯油压机上,用制坯模将坯料闭式镦挤成预制坯; 4)接着在可实施上、下成形凹模合模与左、右冲头相对挤压的快速多向油压机上,用水平分模成形凹模,将预制坯相对挤压成接头模锻件,接头模锻件内孔带有连皮; 5)最后在专用冲孔油压机上,用冲孔模将锻件内孔连皮冲掉获得接头模锻件。
2. 根据权利要求1所述的石油钻杆接头的精密模锻工艺,其特征是:所述闭式热镦挤预制坯的工序为:1) 坯料加热后放到制坯凹模中,所述制坯凹模为双层预应力结构,由凹模镶套(4)与凹模外套(5)呈倒V形预紧而成,制坯冲头(2)压下,将坯料热镦挤成预制坯(3);2) 之后退出制坯冲头(2),返回到压机上死点,再用顶料杆(6)把 预制坯(3)顶出制坯凹模。
3. 根据权利要求1或2所述的石油钻杆接头的精密模锻工艺,其特征是:所述水平分模相对挤压成形的工序为:1) 将热镦挤预制坯(3)迅速放入由下凹模(15)和下凹模镶块(14) 组成的成形下凹模的型腔中,再将由上凹模(9)和上凹模镶块(IO)组成 的成形上凹模压下与成形下凹模合模,并施加合模力;2) 然后驱动左、右成形冲头(20、 13)相对挤压预制坯,直至锻件充 满型腔终止,随即退出左、右成形冲头(20、 13),卸去合模力,抬起成形 上凹模,从成形下凹模中取出带连皮的接头模锻件(21)。
4. 根据权利要求3所述的石油钻杆接头的精密模锻工艺,其特征是: 所述锻件内孔连皮冲孔的工序为:1)将带连皮的接头模锻件(21)放入冲孔模的定位凹模(25)中准确 定位,冲孔冲头(23)压下,冲切锻件连皮,并把连皮顶出; 2)退出冲孔冲头(23),返回到压机上死点,从定位凹模(25)中取 出具有通孔的接头模锻件(24)。
5. —种如权利要求1所述的石油钻杆接头精密模锻的模具,其特征是: 所述模具包括制坯模具、成形模具和冲孔模具。
6. 根据权利要求5所述的石油钻杆接头精密模锻的模具,其特征是: 制坯模具为制坯凹模,所述制坯凹模为双层预应力结构,由凹模镶套(4) 与凹模外套(5)呈倒V形预紧而成;凹模镶套(4)内腔按预制坯中段、 下端尺寸设计,有拔模斜度;制坯冲头(2)的外径与内腔按预制坯上端尺 寸设计,内腔有拔模斜度。
7. 根据权利要求5所述的石油钻杆接头精密模锻的模具,其特征是: 成形模具为成形凹模,所述成形凹模为镶块结构水平分模,由上凹模(9)、 上凹模镶块(IO)与下凹模(15)、下凹模镶块(14)合模形成封闭型腔,其 型腔按接头热锻件图外形尺寸设计;上凹模镶块(10)、下凹模镶块(14) 分别和上凹模(9)、下凹模(15)精密配合,采用螺栓连接为整体结构; 上凹模(9)、下凹模(15)与上模座(8)、下模座(16)采用压紧斜块(17) 压紧,通过螺栓与上模座(8)、下模座(16) T形槽内螺母连接;左、右成 形冲头(20、 13)与左、右冲头座(18、 11)采用楔铁(19、 12)紧配合; 左成形冲头(20)、右成形冲头(13)的工作部分按接头热锻件图内孔尺寸 设计,其杆部有斜度,端部为圆锥形,上模座(8)、下模座(16)可以前 后微调,左、右冲头座(18、 11)可以上下微调。
8. 根据权利要求5所述的石油钻杆接头精密模锻的模具,其特征是:冲孔模具:定位凹模(25)内腔按接头热锻件图大孔端外形尺寸设计;冲 孔冲头(23)端部直径为接头热锻件图连皮直径;冲孔模具安装时,采用工装定位,保证冲孔冲头(23)与定位凹模(25)的同心度精度。
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