CN105666035A - 一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用 - Google Patents

一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN105666035A
CN105666035A CN201610129059.XA CN201610129059A CN105666035A CN 105666035 A CN105666035 A CN 105666035A CN 201610129059 A CN201610129059 A CN 201610129059A CN 105666035 A CN105666035 A CN 105666035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sucker rod
rod
wave processing
ultrasonic machining
ultrasound wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610129059.XA
Other languages
English (en)
Inventor
刘秀娟
赵志明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Chaowen Energy Equipment Co Ltd
Original Assignee
Shandong Chaowen Energy Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Chaowen Energy Equipment Co Ltd filed Critical Shandong Chaowen Energy Equipment Co Ltd
Priority to CN201610129059.XA priority Critical patent/CN105666035A/zh
Publication of CN105666035A publication Critical patent/CN105666035A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
    • B23P9/04—Treating or finishing by hammering or applying repeated pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用，对抽油杆的杆体或/和螺纹部进行超声波加工，即利用超声波加工刀具对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工。利用本发明的超声波加工方法制得的抽油杆，表面粗糙度大幅下降，大幅提高抽油杆的抗拉、抗弯、抗疲劳性能，有效改善抽油杆的耐磨、耐腐蚀性能，大大延长其使用寿命。同时，由于抽油杆表面粗糙度质量大幅提高，表面光滑，可减轻抽油杆与油管的磨损，提高抽油效率，延长油井管、杆的检修周期和寿命，减少因抽油杆故障造成的油井作业工作量，从而降低采油成本，节约了资源，提高了经济效益。

Description

一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用，属于超声加工技术领域。
背景技术
抽油杆是抽油机井的细长杆件，是连接抽油机和抽油泵(或螺杆泵驱动头与螺杆泵)的传动装置，通过抽油杆把地面动力传递给井下泵，它的作用是上接总杆，下接抽油泵起传递动力的作用。
抽油杆是石油开发生产中的重要物资，在人工举升的抽油机油井、螺杆泵油井中有着广泛的应用。由于抽油杆在原油液体中运行，承受拉伸、扭转、弯曲、摩擦等多种载荷，使用环境恶劣、工作载荷复杂，容易出现断杆等故障，而抽油杆出现故障，需要动用作业设备和大量的人力等进行油井作业，造成损失。因此，在实际应用中，对抽油杆的机械性能、耐腐蚀等都有很高要求，为适应这些要求，人们在诸如抽油杆材质、表面处理等方面进行了很多的探索，但一直没有取得理想的效果。
超声波技术是利用激活能和冲击能的复合能对金属零件进行加工，从而获得镜面零件及表面改性的一种新型加工技术。超声波技术的实质是将超声波能转化为机械能，利用金属在常温下冷塑性的特点，对金属零部件表面进行高频敲击，使金属零部件表面达到更理想的表面粗糙度要求，同时在零件表面产生理想的压应力，提高零件表面的显微硬度，耐磨性及疲劳强度和疲劳寿命。
因此，本申请旨在寻求利用超声波技术对抽油杆进行超声加工，以使其获得更好的机械性能，满足日益增长的使用要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于抽油杆的超声波加工方法。
本发明还提供上述一种用于抽油杆的超声波加工方法的应用。
本发明的技术方案如下：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，包括以下步骤，对抽油杆的杆体或/和螺纹部进行超声波加工，即利用超声波加工刀具对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工。
优选的，抽油杆是经过半精加工后的抽油杆。
进一步优选的，经过半精加工后的抽油杆，表面粗糙度为3.2-10μm。
优选的，超声波加工的参数为：主轴的转速为10-1200r/min，进给量为0.08-0.8mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力为300-3000N。
进一步优选的，超声波加工的参数为：主轴的转速为500-800r/min，进给量为0.2-0.5mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力为600-1600N。
优选的，对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的次数为1～3次。
优选的，对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的振幅为5-25μm。
进一步优选的，对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的振幅为6-8μm。
一种抽油杆，其特征在于，由上述用于抽油杆的超声波加工方法对经过半精加工后的抽油杆进行超声波加工制得。
本发明的有益效果在于：
利用本发明的超声波加工方法制得的抽油杆，表面粗糙度大幅下降，大幅提高抽油杆的抗拉、抗弯、抗疲劳性能，有效改善抽油杆的耐磨、耐腐蚀性能，大大延长其使用寿命。同时，由于抽油杆表面粗糙度质量大幅提高，表面光滑，可减轻抽油杆与油管的磨损，提高抽油效率，延长油井管、杆的检修周期和寿命，减少因抽油杆故障造成的油井作业工作量，从而降低采油成本，节约了资源，提高了经济效益。
附图说明
图1为现有抽油杆的结构示意图；
图2a为本发明中超声加工刀具对抽油杆螺纹的加工示意图；
图2b为本发明中超声加工刀具对抽油杆杆体的加工示意图；
图3为超声波加工前、后抽油杆的残余应力曲线图；
图4为超声波加工前、后抽油杆的显微硬度曲线图；
图5为超声波加工后抽油杆的表面金相图；
其中：1、杆体；2、过渡段；3、卸荷槽；4、螺纹；5、凸缘；6、扳手方；7、台肩；8、推承面；9、超声加工刀具；10、抽油杆。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，包括以下步骤，对抽油杆的杆体或/和螺纹部进行超声波加工，即利用超声波加工刀具对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工。
加工时，将抽油杆装夹在机床上，通过主轴箱带动抽油杆的旋转，抽油杆沿主轴旋转时，超声波加工刀具对杆体、螺纹部完成超声加工。
其中，图1所示为待加工的抽油杆的结构示意图；
图2a、图2b为利用超声波加工刀具对图1中待加工的抽油杆进行杆体、螺纹部分加工的示意图。
实施例2：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，方法步骤如实施例1所述，其不同之处在于：抽油杆是经过半精加工后的抽油杆，半精加工后表面粗糙度为3.2-10μm。经过半精加工后再进行超声加工，其效率更高，加工效果更好。
实施例3：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，方法步骤如实施例2所述，其不同之处在于：超声波加工的参数为：主轴的转速为10-1200r/min，进给量为0.08-0.8mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力为300-3000N。
实施例4：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，方法步骤如实施例2所述，其不同之处在于：超声波加工的参数为：主轴的转速为500-800r/min，进给量为0.2-0.5mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力为600-1600N。
实施例5：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，方法步骤如实施例2所述，其不同之处在于：对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的次数为1～3次。
实施例6：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，方法步骤如实施例2所述，其不同之处在于：对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的振幅为5-25μm。
实施例7：
一种用于抽油杆的超声波加工方法，方法步骤如实施例2所述，其不同之处在于：对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的振幅为6-8μm。
对两种试样进行实验来验证两种试样的力学性能和疲劳寿命，两种试样为：一种为普通D级(高强度)抽油杆，另一种是在D级抽油杆(材料和工艺与D级抽油杆相同)基础上表面用超声波加工工艺加工过的，实验结果如下：
一、首先进行力学性能的测试：
D级抽油杆的抗拉强度σb＝895Mpa；
超声波加工后的抽油杆抗拉强度σb＝915Mpa；
断面收缩率50％。
二、疲劳寿命测试：按SY/T5029-2013抽油杆规定，D级抽油杆试验加载应力σmax＝406Mpa，应力比R＝0.1，疲劳寿命大于1×106(一百万)次不发生破坏的为合格产品。所用试验设备：PLG-300KN高频疲劳试验机；试验尺寸：Φ22抽油杆，实验结果如下：
D级抽油杆的疲劳寿命在1.13×106次时在杆体(热影响区)发生断裂，疲劳寿命达到了抽油杆规定要求；
采用两根超声波加工后的抽油杆进行疲劳寿命测试，疲劳寿命都大于10×106(一千万)次没有发生破坏，一千万次达到了材料的疲劳极限。
三、继续检验超声波加工后的抽油杆的疲劳性能：按SY/T5029-2013抽油杆规定，H级(超高强度)抽油杆试验加载应力σmax＝540Mpa，应力比R＝0.1，疲劳寿命大于1×106(一百万)次不发生破坏的为合格产品。
按H级(超高强度)抽油杆试验加载应力σmax＝540Mpa，对两根超声波加工后的抽油杆进行实验，实验结果如下：
第一根疲劳寿命在1.09×106次时，在螺纹处断裂；
第二根疲劳寿命在1.11×106次时，在螺纹处断裂；
两根超声波加工后的抽油杆的疲劳寿命都达到了SY/T5029-2013对H级抽油杆的规定要求。
试验结果分析(对以上三组测试的结果分析)：
1、通过超声波加工后，对产品的抗拉强度有一定的提高，但提高的幅度不大。
2、通过超声波加工，对产品的疲劳寿命有很大的提高，原因在于疲劳裂纹产生于金属表面，而利用金属在常温下冷塑性的特点，运用超声加工技术对金属表面进行无研磨剂的研磨，使金属零件表面达到更理想的表面粗糙度要求，同时在零件表面产生理想的压应力，提高零件表面的显微硬度，使得疲劳裂纹产生变得缓慢，从而提高了疲劳强度和疲劳寿命。
3、通过试验说明经过超声波加工后的抽油杆能显著提高其疲劳寿命，另外从试验数据中可以看出，D级抽油杆经过超声波加工后可以达到H级抽油杆的性能要求，可以作为H级抽油杆使用。
实施例8：
一种抽油杆，其特征在于，利用实施例4所述的用于抽油杆的超声波加工方法对经过半精加工后的抽油杆进行超声波加工制得。经过超声加工后的抽油杆的表面金相图如图5所示。利用超声加工方法加工前、后的抽油杆的疲劳寿命如下表：
疲劳寿命对比试验报告
由上表可知，利用超声波加工后，抽油杆的使用次数明显比未经过超声加工处理的抽油杆的使用次数要多。同时，经过超声加工后的抽油杆及未经过超声加工的抽油杆的残余应力、显微硬度分别如图3、图4所示，从图3、图4中可以看出，经过超声加工后的抽油杆具有明显优势。

Claims (9)

1.一种用于抽油杆的超声波加工方法，包括以下步骤，对抽油杆的杆体或/和螺纹部进行超声波加工，即利用超声波加工刀具对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工。
2.如权利要求1所述的用于抽油杆的超声波加工方法，其特征在于，抽油杆是经过半精加工后的抽油杆。
3.如权利要求2所述的用于抽油杆的超声波加工方法，其特征在于，经过半精加工后的抽油杆，表面粗糙度为3.2-10μm。
4.如权利要求1所述的用于抽油杆的超声波加工方法，其特征在于，超声波加工的参数为：主轴的转速为10-1200r/min，进给量为0.08-0.8mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力为300-3000N。
5.如权利要求1所述的用于抽油杆的超声波加工方法，其特征在于，超声波加工的参数为：主轴的转速为500-800r/min，进给量为0.2-0.5mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力为600-1600N。
6.如权利要求1所述的用于抽油杆的超声波加工方法，其特征在于，对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的次数为1～3次。
7.如权利要求1所述的用于抽油杆的超声波加工方法，其特征在于，对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的振幅为5-25μm。
8.如权利要求1所述的用于抽油杆的超声波加工方法，其特征在于，对沿主轴旋转的杆体或/和螺纹部的表面进行超声波加工，超声波加工的振幅为6-8μm。
9.一种抽油杆，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的用于抽油杆的超声波加工方法对经过半精加工后的抽油杆进行超声波加工制得。
CN201610129059.XA 2016-03-08 2016-03-08 一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用 Pending CN105666035A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610129059.XA CN105666035A (zh) 2016-03-08 2016-03-08 一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610129059.XA CN105666035A (zh) 2016-03-08 2016-03-08 一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105666035A true CN105666035A (zh) 2016-06-15

Family

ID=56307068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610129059.XA Pending CN105666035A (zh) 2016-03-08 2016-03-08 一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105666035A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017152683A1 (zh) * 2016-03-08 2017-09-14 山东华云机电科技有限公司 一种提高金属工件疲劳寿命的超声强化方法及其应用
CN109759775A (zh) * 2018-12-28 2019-05-17 中国地质大学（北京） 一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4905760A (en) * 1987-10-26 1990-03-06 Ico, Inc. Sucker rod coupling with protective coating
CN1340657A (zh) * 2000-08-28 2002-03-20 金石璞 可卷式钢制连续抽油杆及其制造方法
CN1911596A (zh) * 2006-08-15 2007-02-14 天津大学 一种金属材料表面纳米层的加工方法及设备
CN101381799A (zh) * 2008-09-25 2009-03-11 浙江申达机器制造股份有限公司 一种塑料成型机销轴表面硬化处理方法
CN102477974A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 长春天旺机械制造有限公司 油田抽油泵多用途节能装置
CN102560078A (zh) * 2010-12-24 2012-07-11 北京有色金属研究总院 一种钢铁材料表面纳米化的方法
CN103072049A (zh) * 2013-01-28 2013-05-01 赵显华 外圆磨床超声波金属表面加工工艺
CN103084608A (zh) * 2013-01-28 2013-05-08 赵显华 镗床超声波金属表面加工工艺
CN103084648A (zh) * 2013-01-28 2013-05-08 赵显华 刨床超声波金属表面加工工艺
CN103111792A (zh) * 2013-01-28 2013-05-22 赵显华 车床超声波金属表面加工工艺

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4905760A (en) * 1987-10-26 1990-03-06 Ico, Inc. Sucker rod coupling with protective coating
CN1340657A (zh) * 2000-08-28 2002-03-20 金石璞 可卷式钢制连续抽油杆及其制造方法
CN1911596A (zh) * 2006-08-15 2007-02-14 天津大学 一种金属材料表面纳米层的加工方法及设备
CN101381799A (zh) * 2008-09-25 2009-03-11 浙江申达机器制造股份有限公司 一种塑料成型机销轴表面硬化处理方法
CN102477974A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 长春天旺机械制造有限公司 油田抽油泵多用途节能装置
CN102560078A (zh) * 2010-12-24 2012-07-11 北京有色金属研究总院 一种钢铁材料表面纳米化的方法
CN103072049A (zh) * 2013-01-28 2013-05-01 赵显华 外圆磨床超声波金属表面加工工艺
CN103084608A (zh) * 2013-01-28 2013-05-08 赵显华 镗床超声波金属表面加工工艺
CN103084648A (zh) * 2013-01-28 2013-05-08 赵显华 刨床超声波金属表面加工工艺
CN103111792A (zh) * 2013-01-28 2013-05-22 赵显华 车床超声波金属表面加工工艺

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017152683A1 (zh) * 2016-03-08 2017-09-14 山东华云机电科技有限公司 一种提高金属工件疲劳寿命的超声强化方法及其应用
CN109759775A (zh) * 2018-12-28 2019-05-17 中国地质大学（北京） 一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置
CN109759775B (zh) * 2018-12-28 2023-10-20 中国地质大学（北京） 一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105734233B (zh) 一种提高金属工件疲劳寿命的超声强化方法及其应用
Su et al. Study of thrust forces and delamination in drilling carbon-reinforced plastics (CFRPs) using a tapered drill-reamer
Campos Rubio et al. Delamination in high speed drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP)
CN104826869B (zh) 电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统及方法
CN104531979A (zh) 一种电脉冲和超声耦合实现金属表面晶粒细化的工艺
CN102554754B (zh) 径向振动超声珩磨装置
CN105666035A (zh) 一种用于抽油杆的超声波加工方法及其应用
CN102059644A (zh) 一种强化研磨智能加工机器人
CN105259059A (zh) 激光喷丸强化提高材料抗微动疲劳性能的对比试验方法及试样夹紧装置
Li et al. Influence of finish milling parameters on machined surface integrity and fatigue behavior of Ti1023 workpiece
Hämäläinen et al. Fretting fatigue phenomenon in bolted high‐strength steel plate connections
CN220356868U (zh) 一种基于疲劳试验机的裂纹试件测试机构
CN103480924B (zh) 螺栓圆角的加工方法及加工装置
CN113005374B (zh) 一种淹没水射流材料表面强化方法
Fernando et al. Rotary ultrasonic machining: effects of tool end angle on delamination of CFRP drilling
CN114770029A (zh) 一种提高7075-t6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法
CN204575438U (zh) 高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具
CN110587241B (zh) 发动机连杆的制造方法
Geng et al. Experimental research on constant-current source ultrasonic strengthening characteristics of 7075-T651 aluminum alloy
CN114252392A (zh) 一种超高速激光熔覆涂层与基体结合强度的测试方法
CN201931349U (zh) 一种强化研磨智能加工机器人
CN207483787U (zh) 一种金属表面处理螺旋辊及其处理装置
CN106270783A (zh) 提高飞行器螺钉孔技术寿命的方法及装置
CN109382714B (zh) 一种小孔精加工方法
CN113068423B (zh) 一种飞机结构件的深孔修复及强化方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160615