CN1042305C - 空心抽油杆成形工艺及其模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空心抽油杆在平锻机上镦锻成形的工艺及模具，该工艺是在平锻机上，将管坯变形部分一次加热，经过四个工步，锻造成一个头部具有凸缘、方部、凸台及供加工螺纹圆柱段的整体空心抽油杆，并提供满足上述工艺配套的模具。由该工艺及模具生产出的空心抽油杆，内在流线分布合理，无折叠，缺肉等缺陷，其几何形状及锻造质量满足能源部1993.2.22发布的SY5550-97标准，并且满足油田安装和使用要求，其模具结构合理，便于操作，模具寿命高。

Description

空心抽油杆成形工艺及其模具

本发明涉及一种空心抽油杆在平锻机上镦锻成形的工艺及模具。

空心抽油杆是用于开采深油井、稠油井和含砂油井的重要抽油机械部件。国内现有空心抽油杆整体锻造的工艺，如专利《空心抽油杆联接镦粗成型工艺》(申请号91104831.6)，是管料的两端，通过局部加热，经模具、液压装置，直接镦粗成型，然后加工成左、右两端接头的所谓“空心抽油杆”，这种工艺虽然镦粗成型简单，但在空心抽油杆的安装使用、生产等方面存在以下问题：(一)这种工艺结构的空心抽油杆接头，形状简单，虽然便于成形，但不符合能源部1993.2.22发布的空心抽油杆标准SY5550-92，其使用受到限制。(二)这种工艺使用的专用装置为液压驱动，其成形速度慢，惯性小，坯料冷却快，不利于锻造成形，因此生产不出部标制订的空心抽油杆的复杂形状，且高温坯料与模具接触时间长，造成模具软化，模具寿命低，因而生产稳定性差，生产效率低。(三)需要研制一种专用的加热镦粗(电镦)设备，这对于原生产抽油杆的厂家来说，不能利用现有设备，要重新投资，延长开发周期。(四)此种工艺生产的抽油杆结构，没有供下井安装时使用吊卡的台缘，不便安装；没有限位凸台，因而克服不了空心抽油杆因无接箍拧紧的限位凸台而带来的过大弯曲应力产生的漏失、摩损甚至断裂。

为克服上述现有技术存在的缺点，本发明公开一种在现有平锻机上镦锻空心抽油杆的成形新工艺及其模具，其技术方案为：在平锻机上，将管坯一次加热，经过四个工步锻造成一个头部具有凸缘、方部、凸台和供加工螺纹圆柱段的整体空心抽油杆，其几何形状及锻造质量满足SY5550-92标准，并且满足油田安装和使用要求。

本工艺的技术措施是：将管坯进行一次加热，在平锻机上，经过四个工步，制造成头部具有凸缘、方部和凸台等结构的整体空心抽油杆。现分述如下：第一工步聚料镦粗比ψ_Ⅰ大于第二工步，ψ_Ⅰ＞ψ_Ⅱ，聚料模膛采用凹模倒锥模膛，凸、凹模之间的双边间隙为0.40～0.5mm，模膛小底端采用适当长度的直壁段，以减小镦锻比。第二工步聚料镦粗比ψ_Ⅱ大于成形工步镦粗比ψ_Ⅲ，在凸缘处，使镦粗后的管坯截面积大于方部的截面积，便于下一工步的卡方成形，同第一工步一样，采用凹模倒锥模膛。第三工步为成形工步，包括压方、芯轴扩孔，镦挤成形三个变形阶段。压方是将第二工步聚料后的坯料置于凹模体上的凹模镶块中，通过平锻机的侧滑块运动实现；当侧滑块闭合后(这时侧滑块保持夹紧不动的状态)，装于凸模上的芯轴通过主滑块的前进运动进入坯料将其扩孔，并使坯料在凹模中充填凸缘及方部各角；当主滑块继续向前行程时，主滑块上的凸模对坯料进行镦挤，成形凸台；变形量小的圆柱部分在凸模内成形，多余金属，在凸模、凹模的分模面间形成径向飞边。第四工步为切边工步，将成形工步中产生的径向飞边切除。

与上述空心抽油杆镦锻工艺配套的模具结构为模柄2、13、18及切边凸模24分别与夹持器1联接，芯轴6、11、16分别与凸模4、12、17联接，凸模4、12、17分别与模柄2、13、18联接，由固紧螺母3、19将凸模与模柄固紧在一起，夹紧镶块8、9、14及扶正模20、凹模5、7、10、15切边凹模22及卸料块23分别与凹模体21联接。

本发明的优点在于：(一)能直接在抽油杆厂现有的平锻机上镦锻成形，投资少，成本低，适于推广使用；(二)能实现一次加热镦锻成形，能耗低，效率高；(三)采用本发明所产生的空心抽油杆无折叠、缺闪等现象，内在流线分布合理，锻造质量及外形结构符合SY5550-92标准，生产合格率高。

附图说明如下：

图1为镦锻成形工步图：

图1a为管坯，L₀表示变形部分长度；

图1b为第一工步聚料；

图1c为第二工步聚料；

图1d为成形工步；

图1e为切边工步。

图2为模具结构图。

图3a为空心抽油杆锻件头部结构图，Ⅰ-凸缘，Ⅱ-板手方，Ⅲ-台，Ⅳ-加工螺纹的圆柱段。

图3b为图3a的N-N剖视图。

结合附图及φ36空心抽油杆实例对本发明作进一步说明如下：

管坯尺寸为：外径D₀=36mm，内径d₀=25mm。经计算，锻件变形部分的体积V_A=119069(mm)³，变形部分长度L₀=226mm。管坯壁厚t₀=5.5mm相当于等截面实心杆的管料的计算直径为d_op=(D_o ²-d_o ²)^1/2=25.9mm，镦粗比ψ_o=L_o/d_op=8.73。聚料工步均在倒锥模膛内进行，聚料工步的工艺参数如下：第一工步：锥体大头直径D_大=40.5mm

锥体小头直径D_小=36mm

平均壁厚t_Ⅰ=1.21t₀=6.65mm第二工步：锥体大头直径D_大=46.5mm

锥体小头直径D_小=41mm

平均壁厚t₂=1.42t_Ⅰ=9.44mm

第三工步凸台壁厚t₃与第工步平均壁厚t₂关系为t₃=1.6t₂。

第四工步为切边工步。切边凸模进入凹模切边时，凸、凹模之间的双边间隙取为0.4至0.5mm，切除的飞边由刚性卸料块从切边凸模上卸下。在本发明工艺中还采用以下工艺措施：芯轴，为防止长而细的芯轴拔模时因缩径直至拉断，应使芯轴具有15’至30’的锥度，材料选用H13；模膛不充满系数为：第一聚料工步取μ_Ⅰ=1.03～1.05，第二聚料工步μ_Ⅱ=1.02～1.04，成形工步μ_成形=1。

模具工作原理为：将管坯(图1a)在变形长度段L₀加热到始锻温度后，置于第一工步模膛内，装在平锻机侧滑块上的凹模体21，通过夹紧模8将管坯夹紧，然后夹持器1向前运动，将固定其上的芯轴6向前移动进入管坯孔中，凸模4进入凹模镶块5中，对管坯镦锻，使管坯在凹模7中充满，然后夹持器1带动芯轴6、凸模4返程，凹模体21松开，完成第一工步聚料。第二工步，将第一工步聚料毛坯(图1b)置于第二工步模膛，装在平锻机侧滑块上的凹模体21，通过夹紧模9将毛坯夹紧，夹持器1向前运动，将固定其上的芯轴11向前移动进入毛坯孔中，随后凸模12进入凹模镶块10中，对毛坯镦锻，使毛坯在凹模镶块10中充满，然后夹持器带动芯轴11、凸模12返程，凹模体21松开，完成第二工步聚料。第三工步为成形工步，将第二工步聚料后的毛坯(图1c)置于成形模膛内，装在平锻机侧滑块上的凹模体21通过夹紧凹模14将坯料夹紧，成形凹模15将坯料压方，夹持器1带动固定其上的芯轴16向前移动，进入毛坯孔中进行扩孔，其后凸模17对毛坯进行镦锻，形成凸台，凸缘、方部全部充满，变形量小的圆柱段在凸模17型腔内成形，多余金属在凸模17与凹模15之间形成径向飞边，然后夹持器1带动芯轴16、凸模17返程，凹模体21松开，完成成形工步。将经成形工步后的锻件(图1d)置于扶正模20上，凹模体21合拢，夹持器1带动切边凸模24向前移动，其前端的环形工作部分对锻件凸台前端的径向飞边，通过切边凹模22进行切边，夹持器1带动切边凸模24返程，固定在凹模体21上的卸料切23从凸模24上卸下飞边，从而完成切边工步。经过以上四个工步完成空心抽油杆头部结构(图1e)的镦锻成形。

Claims (2)

1．一种空心抽油杆成形工艺，其特征为管坯在镦锻前，对其变形部分一次加热到始锻温度，在平锻机上，经过两次聚料、成形、切边四个工步，即平锻机往复四次行程，镦锻成一个具有凸缘、方部、凸台、圆柱段结构的整体抽油杆，所述第一工步聚料，采用闭式镦锻，模膛采用凹模倒锥模膛，凸、凹模双边间隙为0.40～0.5mm，模膛小底端采用适当长度的直壁段以减小镦粗比，完成第一工步聚料后的管料，作为第二工步的坯料，第二工步聚料同样为闭式镦锻，采用凹模倒锥模膛，第三工步为成形工步，经上述第二工步聚料后的毛坯，置于本工步的模膛内，平锻机又一次行程后，通过模具，使毛坯镦挤成具有凸缘、六方、凸台、圆柱段结构的空心抽油杆头部，该工步采用开式镦锻，将变形量小的圆柱部分在凸模中成形，而使多余的金属，在凸台前端处形成径向飞边，以上第一工步的镦粗比ψ_Ⅰ，第二工步的镦粗比ψ_Ⅱ，成形工步的镦粗比ψ_Ⅲ，必须满足ψ_Ⅰ＞ψ_Ⅱ＞ψ_Ⅲ，第四工步为切边工步，将成形工步中所产生的径向飞边切除。

2．根据权利要求1所述工艺的模具，其特征为模柄(2,13,18)及切边凸模(24)分别与夹持器(1)联接，芯轴(6,11,16)分别与凸模(4,12,17)联接，凸模(4,12,17)分别与模柄(2,13,18)联接，由固定螺母(3,19)将凸模与模柄固紧在一起，夹紧镶块(8,9,14)、扶正模(20)、凹模(5,7,10,15)、切边凹模(22)和卸料块(23)分别与凹模体(21)联接。

Images