CN104439011B - 一种石油钻杆加厚端成形凸模及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻杆加厚端成形凸模及其应用，凸模包括凸模杆与凸模块，凸模杆的前端开设有外螺纹，凸模块内侧开设有内螺纹段，凸模块共设有三个，三个凸模块围合成完整的凸模环，且三个凸模块上的内螺纹段围合成与外螺纹配合的内螺纹，凸模环为中空圆锥台结构。与现有技术相比，本发明将组合分体式凸模应用于钻杆成形工艺，使其加厚端内表面过渡区成形过程也可以由模具控制，避免以往该区域只能依靠应变速率、应变力、变形体积和温度等工艺参数控制带来的内表面质量问题，同时也可以进一步提高外表面的成形质量，解决了传统的镦锻模具无法控制钻杆加厚端过渡区壁厚和表面质量的难题，可以获得加厚端过渡区壁厚均匀变化的钻杆，提高其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油钻杆成形模具，尤其是涉及一种石油钻杆加厚端成形凸模及其应用。
背景技术
随着现代油井及水井的深井化、地下作业环境的恶化和钻杆本身重量的增加，对钻杆的性能要求越来越高，尤其是钻杆加厚端过渡区的性能。目前，主要采用镦锻工艺加工石油钻杆，使用这种工艺加工时在其加厚端过渡区易出现壁厚变化不均匀、表面粗糙、折皱等缺陷，工作时此处易产生应力集中，导致钻杆断裂。
中国专利CN101767173A公布了一种钻杆镦粗加厚工艺，利用中频加热炉对钻杆管端进行加热后，利用加厚机分三次对管端进行加厚，第一、二次加厚时只进行外加厚——镦粗成型，并大大延长第二加厚模过渡带的长度，且第二次加厚后的钻杆镦粗部分的外径大于成品尺寸外径；第三次加厚时只进行内加厚——复制成型，将外加厚的形状通过挤压复制到加厚端内表面，以形成一段内加厚直线部分和一段“S”型的自然平滑过渡的内过渡带。但是该专利主要是采用不同的加厚工艺来进行钻杆加厚端过渡区的改善，其工艺较为复杂。
中国专利CN201423404Y公布了一种钻杆加厚模具，用于钻杆的加厚处理。所述模具包括加厚模和夹紧模，所述加厚模后端与夹紧模前端相接，将所述加厚模后端及夹紧模前端的模膛均设置成锥孔状，该锥孔的锥度为2～4°。通过将加厚模后端及夹紧模前端模膛直径放大，解决了加厚钻杆该处外径变细超差问题。改进设计后该区段(加厚管距外加厚消失处一段范围内)钻杆外径尺寸得到恢复，加厚管体尺寸和形状都完全符合标准规定。但是上述专利由于凸模仍为圆柱结构，而加厚模和夹紧模的锥度均较小，因此，仍然会有过渡区易出现壁厚变化不均匀、表面粗糙、折皱等缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种石油钻杆加厚端成形凸模及其应用，该成形凸模结构简单，使用方便，与传统的凹模配合使用，能够有效地促进过渡区壁厚均匀成形、降低端部成形时过渡区的表面粗糙度和缓解褶皱带来的端部质量问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一方面提供一种石油钻杆加厚端成形凸模。
一种石油钻杆加厚端成形凸模，包括凸模杆与凸模块，所述的凸模杆的前端开设有外螺纹，所述的凸模块内侧开设有内螺纹段，所述的凸模块共设有三个，三个凸模块围合成完整的凸模环，且三个凸模块内侧的内螺纹段围合成与外螺纹配合的内螺纹，所述的凸模环为中空圆锥台结构。不同于传统的圆柱体型凸模，其凸模块在石油钻杆加厚端过渡区略向外延伸。
所述的凸模环外侧的锥度与待成形石油钻杆加厚端过渡区内表面锥度相同，保证加厚端过渡区也可以由模具控制其成形过程。
所述的凸模环旋接在凸模杆上时，凸模环外径较大一端位于凸模杆的头端。
所述的凸模杆由头端向尾端依次为螺纹段、光滑圆柱段与挡盘，所述的外螺纹开设在螺纹段，所述的螺纹段的长度与凸模块长度相同。
三个凸模块的圆弧角度均为120°。
本发明的第二方面提供一种石油钻杆加厚端成形凸模的应用。
所述的凸模与凹模配合作用，进行石油钻杆加厚端的镦锻加工，包括以下步骤：
步骤一：先将三个凸模块依次放入夹具里，组合成一个圆周形完整的凸模环，再将凸模杆从凸模环直径较小端面沿着其轴向旋转伸入到另一端，然后取下夹具。所述的夹具的内圆锥面轮廓与凸模环的外轮廓一致，从而保证在凸模组合过程中不会发生轴向移动。三个凸模块和凸模杆组成一个完整的凸模后，伸入钻杆中，使其与钻杆端面接触；
步骤二：再将凹模套在钻杆外侧，凸模与凹模配合，进行镦锻加工，加工出标准件的形状；
步骤三：镦锻加工完成后，旋转凸模杆，使其慢慢沿螺纹线旋转而出，与三个凸模块分离，再采用游标夹具取出三个凸模块，所述的游标夹具包括长条状的滑座与长条状的滑杆，所述的滑座上开设有滑槽，所述的滑杆滑动连接在滑槽内，所述的滑座前端设有滑座端头，所述的滑杆前端设有滑杆端头；
取出三个凸模块的步骤如下：滑座端头将其中一个凸模块往前推，直至三个凸模块分离，再将游标夹具移动至悬空位置，沿轴向移动游标夹具，使滑座端头内表面越过凸模块，随后径向移动游标夹具，最后轴向移动滑杆，使滑座端头和滑杆端头与凸模块两端面接触，施加一定的夹紧力，沿径向移动合适的悬空位置，缓慢将游标夹具和凸模块沿轴向取出，再用同样的方法取出另外两个凸模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：凸模采用组合分体式结构，并将组合分体式凸模应用于钻杆成形工艺，使加厚端内表面过渡区的成形过程也可以由模具控制，避免以往该区域只能依靠应变速率、应变力、变形体积和温度等工艺参数控制带来的内表面质量问题，同时也可以进一步提高外表面的成形质量，解决了传统的镦锻工艺无法控制加厚端过渡区壁厚和表面质量的难题，可以获得壁厚均匀变化的钻杆，提高钻杆的使用寿命。
附图说明
图1为凸模的组合结构示意图；
图2为凸模的爆炸结构示意图；
图3为凸模杆的结构示意图；
图4为凸模块的结构示意图；
图5为夹具与凸模块配合结构示意图；
图6为夹具的结构示意图；
图7为夹具与完整凸模配合结构示意图；
图8为凸模与凹模配合加工成形结束时结构示意图；
图9为游标夹具结构示意图。
图中标号：1为凸模杆，11为外螺纹，12为螺纹段，13为光滑圆柱段，14为挡盘，2为凸模块，21为内螺纹段，3为凸模环，4为钻杆，5为凹模，6为夹具，7为游标夹具，71为滑座，72为滑杆，73为滑槽，74为滑座端头，75为滑杆端头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种石油钻杆加厚端成形凸模，如图1、图2所示，包括凸模杆1与凸模块2。凸模块2共设有三个，三个凸模块2的圆弧角度均为120°。三个凸模块2围合成完整的凸模环3，凸模环3为中空圆锥台结构。不同于传统的圆柱体型凸模，其凸模块2在石油钻杆加厚端过渡区略向外延伸。凸模环3外侧的锥度与待成形石油钻杆加厚端过渡区内表面锥度相同，保证加厚端过渡区也可以由模具控制其成形过程。凸模环3旋接在凸模杆1上时，凸模环3外径较大一端位于凸模杆1的头端。
参考图3，凸模杆1由头端向尾端依次为螺纹段12、光滑圆柱段13与挡盘14，外螺纹11开设在螺纹段12，螺纹段12的长度与凸模块2长度相同。
参考图4，凸模块2内侧开设有内螺纹段21。且三个凸模块2内侧的内螺纹段21围合成与外螺纹11配合的内螺纹，
上述石油钻杆加厚端成形凸模与凹模配合作用，进行石油钻杆加厚端的镦锻加工，包括以下步骤：
步骤一、如图5所示，先将三个凸模块2依次放入夹具6里，组合成一个圆周形完整的凸模环3，夹具6如图6所示，其内圆锥面轮廓与凸模环3的外轮廓一致，从而保证在凸模组合过程中不会发生轴向移动。再将凸模杆1从凸模环3直径较小端面沿着其轴向旋转伸入到另一端，如图7所示，然后取下夹具6。三个凸模块2和凸模杆1组成一个完整的凸模后，伸入钻杆4中，使其与钻杆4端面接触；
步骤二、再将凹模5套在钻杆4外侧，凸模与凹模5配合，进行镦锻加工，加工出标准件的形状，加工成形结束时模具与工件位置关系如图8所示；
步骤三、镦锻加工完成后，旋转凸模杆1，使其慢慢沿螺纹线旋转而出，与三个凸模块2分离，再采用游标夹具7取出三个凸模块2。如图9所示，游标夹具7包括长条状的滑座71与长条状的滑杆72，滑座71上开设有滑槽73，滑杆72滑动连接在滑槽73内，滑座71前端设有滑座端头74，滑杆72前端设有滑杆端头75；
取出三个凸模块2的步骤如下：滑座端头74将其中一个凸模块2往前推，直至三个凸模块2分离，再将游标夹具7移动至悬空位置，沿轴向移动游标夹具7，使滑座端头74内表面越过凸模块2，随后径向移动游标夹具7，最后轴向移动滑杆72，使滑座端头74和滑杆端头75与凸模块2两端面接触，施加一定的夹紧力，沿径向移动合适的悬空位置，缓慢将游标夹具7和凸模块2沿轴向取出，再用同样的方法取出另外两个凸模块2。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种石油钻杆加厚端成形凸模，与凹模配合作用，进行石油钻杆加厚端的镦锻加工，其特征在于，所述的凸模包括凸模杆(1)与凸模块(2)，所述的凸模杆(1)的前端开设有外螺纹(11)，所述的凸模块(2)内侧开设有内螺纹段(21)，所述的凸模块(2)共设有三个，三个凸模块(2)围合成完整的凸模环(3)，且三个凸模块(2)内侧的内螺纹段(21)围合成与外螺纹(11)配合的内螺纹，所述的凸模环(3)为中空圆锥台结构。
2.根据权利要求1所述的一种石油钻杆加厚端成形凸模，其特征在于，所述的凸模环(3)外侧的锥度与待成形石油钻杆加厚端过渡区内表面锥度相同。
3.根据权利要求1所述的一种石油钻杆加厚端成形凸模，其特征在于，所述的凸模环(3)旋接在凸模杆(1)上时，凸模环(3)外径较大一端位于凸模杆(1)的头端。
4.根据权利要求1所述的一种石油钻杆加厚端成形凸模，其特征在于，所述的凸模杆(1)由头端向尾端依次为螺纹段(12)、光滑圆柱段(13)与挡盘(14)，所述的外螺纹(11)开设在螺纹段(12)，所述的螺纹段(12)的长度与凸模块(2)长度相同。
5.根据权利要求1所述的一种石油钻杆加厚端成形凸模，其特征在于，三个凸模块(2)的圆弧角度均为120°。
6.一种如权利要求1所述的石油钻杆加厚端成形凸模的应用，其特征在于，所述的凸模与凹模配合作用，进行石油钻杆加厚端的镦锻加工，具体包括以下步骤：
(1)将三个凸模块(2)和凸模杆(1)组成一个完整的凸模，伸入钻杆(4)中；
(2)再将凹模(5)套在钻杆(4)外侧，凸模与凹模(5)配合，进行镦锻加工；
(3)镦锻加工完成后，旋转凸模杆(1)，使凸模杆(1)旋出，与三个凸模块(2)分离，再分别取出三个凸模块(2)。
7.根据权利要求6所述的一种石油钻杆加厚端成形凸模的应用，其特征在于，步骤(1)中将三个凸模块(2)和凸模杆(1)组成一个完整的凸模，具体采用以下方式进行：
先将三个凸模块(2)依次放入夹具(6)里，组合成一个圆周形完整的凸模环(3)，再将凸模杆(1)从凸模环(3)直径较小端面沿着其轴向旋转伸入到另一端，然后取下夹具(6)。
8.根据权利要求7所述的一种石油钻杆加厚端成形凸模的应用，其特征在于，所述的夹具(6)的内圆锥面轮廓与凸模环(3)的外轮廓一致。
9.根据权利要求6所述的一种石油钻杆加厚端成形凸模的应用，其特征在于，步骤(3)中，采用游标夹具(7)取出三个凸模块(2)，所述的游标夹具(7)包括长条状的滑座(71)与长条状的滑杆(72)，所述的滑座(71)上开设有滑槽(73)，所述的滑杆(72)滑动连接在滑槽(73)内，所述的滑座(71)前端设有滑座端头(74)，所述的滑杆(72)前端设有滑杆端头(75)；
取出三个凸模块(2)的步骤如下：
滑座端头(74)将其中一个凸模块(2)往前推，直至三个凸模块(2)分离，然后轴向移动滑座(71)与滑杆(72)，使滑座端头(74)与滑杆端头(75)夹持住其中一个凸模块(2)的前后两端，将这个凸模块(2)取出，再用同样的方法取出另外两个凸模块(2)。
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