CN111015122B - 高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,将指定规格的长圆钢采用锯床下料,对杆体分别进行3次粗车完成外形的初步加工,后使用喷吸钻将杆体内部的通水深孔钻通,钻杆整体进行调质热处理,完成后对钻杆左右端半精车,此时转入钻杆公头外螺纹数车加工,后将定位工装平面找正,分度铣螺旋槽,再对钻杆母头数车内螺纹,使用相位工装配车保证钻杆螺旋槽旋向,完成钻杆整体机加工后再对钻杆两端内外螺纹进行磷化处理。本技术方案提供一种整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,该工艺方法确保了钻杆的整体强度,提高了钻杆的排渣能力,增强了钻杆的整体耐磨性,提高了钻杆的使用寿命,并可直接应用于钻机卡盘、夹持器、扶正器,钻进效率极高。

Description

高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺
技术领域
本发明涉及机械加工领域,具体涉及一种高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺。
背景技术
传统的螺旋钻杆一般有两种加工工艺,第一种是采用摩擦焊接型铣槽螺旋钻杆加工工艺,这种加工工艺需对公母接头单独加工后摩擦焊接再加工螺旋槽,另一类螺旋钻杆是在普通外平钻杆上旋绕螺旋叶片后组焊而成,叶片强度、硬度低、耐磨性较差,尤其是在钻进软硬交错地层时,叶片和孔壁相互磨损,钻孔成孔率低。两种传统工艺路线工序较多,生产组织不便,准备周期较长,最大质量隐患是采用摩擦焊接公母接头后,铣槽螺旋钻杆在矿上使用容易在焊缝位置断裂,质量问题隐患较大,钻杆一旦断裂会造成较大经济损失,对公司声誉造成不利影响。传统工艺路线有如下缺陷:工艺路线及生产准备周期较长;焊缝质量隐患较大;任意两相邻钻杆螺旋槽方位角超差严重;排粉效率较低,排渣效果不佳。
为此需要设计一种新型高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工方便、钻杆使用寿命长、排渣效果优良、任意钻杆首尾连接后螺旋槽方位角偏差≤5°的整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺。该加工方法无需公母接头锻造、钢管校直、摩擦焊接、回火等工序,特殊设备投入较少、钻杆加工方便、可靠性较高,解决了摩擦焊接型铣槽螺旋钻杆加工周期长、生产成本高、质量问题频发、螺旋槽方位角不能首尾对齐等技术难点及加工使用缺陷。确保了钻杆的整体强度,提高了钻杆的排渣能力,增强了钻杆的整体耐磨性,提高了钻杆的使用寿命,并可直接用于钻机卡盘、夹持器、扶正器,钻进效率极高。
一种高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,包括以下步骤:
A:将指定规格的长圆钢采用锯床进行下料,下料后的钻杆在长度及直径方向均留有加工余量;
B:对钻杆进行粗车,将钻杆右端面车平,将杆体内部的通水小孔钻通;顶车右端外锥螺纹外圆达指定尺寸,台阶根部倒圆角,顶车钻杆外圆达指定尺寸,棱边倒角1×45°;车左端面保证钻杆总长余量,车外圆与前刀对接,棱边倒角1×45°;
C:对钻杆整体调质热处理,先淬火后回火,淬火温度820℃-880℃,介质为油淬,回火温度580℃-620℃;
D:钻杆右端面半精车,去除部分余量,车外锥螺纹端外圆达指定尺寸,车钻杆叶片台阶外圆达到指定尺寸,车钻杆外圆达指定尺寸,各棱边倒钝;调头车左端面,保证钻杆总长,留余量1mm,车左端内止口达到指定尺寸,车钻杆外圆达指定尺寸,各棱边倒钝;钻杆右端加工后形成公头端;
E:车钻杆右端面去除余量,车外圆锥面并用锥度环规检验尺寸是否合格,数车外锥螺纹并用螺纹环规检验尺寸是否合格;
F:采用母接头定位工装与钻杆公接头端的外螺纹配合旋紧,使用百分表找正母接头定位工装基准平面,在指定位置开始分度铣削螺旋槽,确保螺旋槽尺寸达到指定要求;
G:夹持钻杆外圆,先数车钻杆左端面,再精车内止口和母接头端的内圆锥面,最后精车母接头内锥螺纹,为保证螺旋槽方位角能保持一致,需使用相位工装配作螺纹,保证钻杆螺旋槽与相位工装平面两基准线对齐;钻杆左端加工后形成母头端;
H:钻杆母头端的内锥螺纹和钻杆公头端的外锥螺纹进行磷化处理。
进一步,所述步骤H中的钻杆加工完成后进行喷漆处理,之后进行外观检查并打包入库保存。
进一步,所述步骤B中采用喷吸钻进行通水深孔加工。
进一步,所述步骤C中热处理后的钻杆进行硬度检测,采用超声波探伤进行钻杆内部材料的检测并进行金相组织分析。
进一步,所述步骤G中加工内圆锥面后采用锥度塞规及相位工装检验,确保内螺纹加工尺寸精度及螺旋槽方位角能保持一致。
本发明的有益效果:
(1)本发明采用整体式铣槽螺旋钻杆结构,避免了公母接头单独加工、摩擦焊接、回火等多种工序,缩减了工艺路线,避免了设备产能限制、提高了生产效率。
(2)本发明的粗车工序简单宜行,通过普通车床即可完成对钻杆外形轮廓的粗加工,留有少许加工余量,为后续工序加工提供了便利,稳定了产品质量。
(3)本发明的钻深孔工序,采用普通喷吸钻对钻杆内孔进行高效钻削加工,减轻了钻杆整体重量,保证了整体式钻杆的结构工艺性。
(4)本发明的半精车工序,去除了铣槽螺旋钻杆外形余量尺寸,为数车螺纹提供了外圆定位精基准。
(5)本发明的数车公接头工序采用经济型数控车床加工外螺纹,使用锥度环规及螺纹环规进行加工,为后续保证螺旋槽方位角作出准备。
(6)本发明的铣螺旋槽工序是完成螺旋槽空间方位加工,使用专用铣床加工螺旋槽,该工序的关键点是钻杆公扣端使用母接头定位工装先行打表找正基准平面,后使用锥度堵头配合尾座顶尖顶紧钻杆在指定位置进行螺旋槽铣削往复加工。
(7)本发明的数车母接头工序是保证螺旋槽方位角对齐的关键工序,先使用锥度塞规进行锥度检测,后加工锥螺纹时使用定位工装进行旋合,要求定位工装基准平面的两基准线与钻杆母头端螺旋槽宽度方向水平对齐即可,即可保证螺旋槽方位角的一致性。
(8)磷化工序,采用中温或高温磷化螺纹,避免使用出现螺纹磨损、毛刺、咬扣等现象,提高了螺旋钻杆螺纹使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明钻杆的局部剖视图;
图2为本发明钻杆的结构示意图;
图3为本发明的母接头定位工装剖视图;
图4为本发明的母接头定位工装俯视图;
图5为本发明的相位工装剖视图;
图6为本发明的工艺流程图。
附图标记
母头端1;钻杆本体2;螺旋叶片3;公头端4;台阶外圆5;通水小孔6;内止口7;母接头定位工装8;相位工装9。
具体实施方式
图1为本发明钻杆的局部剖视图;图2为本发明钻杆的结构示意图;图3为本发明的母接头定位工装剖视图;图4为本发明的母接头定位工装俯视图;图5为本发明的相位工装剖视图;图6为本发明的工艺流程图;如图所示,一种高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,包括以下步骤:
A:将指定规格的长圆钢采用锯床进行下料,下料后的钻杆在长度以及直径的尺寸均留有加工余量;使用带锯床将指定规格的圆钢下料达尺寸,此工序是为后续工序加工预留加工余量,长度方向加工余量留8mm,直径方向加工余量留6mm。
B:对钻杆进行粗车,此步骤包括三次粗车,首先将钻杆右端面车平,将杆体内部的通水小孔6钻通(左右即图1中的左右方向);其次顶车右端外锥螺纹外圆达指定尺寸,台阶根部倒圆角,顶车钻杆外圆达指定尺寸,棱边倒角1×45°;最后车左端面保证钻杆总长余量,车外圆与前刀对接,棱边倒角1×45°;车端面,保证钻杆总长同时留有余量,车外圆与前刀对接;将钻杆右端面车平、通水小孔钻通,为避免调质开裂及顶车外圆,须将孔口倒角2×60°;为保证螺纹端调质硬度及组织性能,顶车右端外锥螺纹外圆达相关尺寸,台阶根部倒圆角,顶车钻杆外圆达指定尺寸并至夹位,棱边倒角1×45°;车端面,保证钻杆总长,车外圆与前刀对接,棱边倒角1×45°;使用喷吸钻,加工钻杆通水小孔6,保证深度尺寸及位置关系,提高了加工效率。
C:对钻杆整体调质热处理,先淬火后回火,淬火温度820℃-880℃,介质为油淬,回火温度580℃-620℃;为保证钻杆整体强度及硬度,改善钻杆组织性能,调质处理HRC30-35,要求竖直吊装钻杆进行热处理,减少变形。因钻杆材料为合金结构钢,先淬火后回火,淬火温度820℃-880℃,介质为油淬,回火温度580℃-620℃。本工序通过热处理提高钻杆整体硬度及金相组织,其中淬火可采用井式炉加热,加热快,不会出现内冷外热、冷热不均的现象,有效控制了加热时间和杂质的增加,提高了加工效率,改善钻杆整体的力学性能,使其具有较强的硬度和良好的塑性、韧性,极大的提高了钻杆使用寿命。
D:钻杆右端面半精车,去除部分余量,半精车外锥螺纹端外圆达指定尺寸,半精车螺旋叶片台阶外圆5达到指定尺寸,半精车钻杆外圆达到指定尺寸并至指定尺寸,各棱边倒钝;半精车车左端面,保证钻杆总长余量,半精车左端内止口7达到指定尺寸,车钻杆外圆达指定尺寸,各棱边倒钝;钻杆右端加工形成公头端4;车内止口7达指定尺寸(以便配合工装使用),车钻杆外圆达指定尺寸,各棱边倒钝,此时完成通过两次半精车,完成了左右端面的半精车加工。
E:车钻杆右端面去除余量,车外圆锥面并用锥度环规检验尺寸是否满足要求,车外锥螺纹并用螺纹环规检验尺寸是否满足要求;车钻杆右端面,去余量0.5mm,车外圆锥面,用锥度环规检验,控制环规距台阶距离8-9.2mm,小端倒角30°,车外锥螺纹,用螺纹环规检验。完成公接头外螺纹的加工,本工序采用数控管螺纹车床,加工效率及精度较高,使用定制的60°螺纹成形刀片加工外螺纹,并用锥度环规、螺纹环规检测其锥度、螺距、紧密距和牙形角,保证了产品质量。
F:采用母接头定位工装8与钻杆公头端4的外螺纹配合旋紧,使用百分表找正母接头定位工装8基准平面,分度铣削螺旋槽,确保螺旋槽尺寸达到指定要求,母接头定位工装8与钻杆公头端4旋紧后,通过百分表找到基准平面,基准平面确定后在指定位置开始分度铣削螺旋槽,进而加工完成螺旋叶片,通过母接头定位工装8的定位加工,确保钻杆之间装配后的精度得到极大的保障。
G:夹持钻杆数车(数控车床)加工,先数车钻杆左端面,再数车内止口7和母头端1的内圆锥面,最后数车母接头端的内锥螺纹;为便于夹持螺旋钻杆外圆,需使用开口套工装夹持螺旋钻杆外圆(开口套工装用于夹持螺旋钻杆,夹持工装为现有技术,此处不做过多赘述),先车钻杆左端面,保证钻杆总长,再车内止口7达尺寸,车内圆锥面,用锥度塞规检验,保证锥度尺寸在控制范围,且接触斑点≥90%以上为合格,内止口7根部倒角30°,车锥螺纹,用相位工装9检验,要求所加工的锥螺纹与相位工装9旋合后工装基准平面两基准线与钻杆母头端螺旋槽对齐即可,任意钻杆连接后螺旋槽方位角能保持一致,角度偏差≤5°。本工序完成钻杆总长及内螺纹加工,使用定制的60°螺纹成形刀片加工内螺纹,并用锥度塞规、定位工装检测其锥度、螺距、紧密距、牙形角及螺旋叶片方位角。
相位工装9与步骤F使用的母接头定位工装8螺纹旋合后两基准平面共面、表面粗糙度3.2、平面度0.05。
H:钻杆母头端1的内锥螺纹和钻杆公头端4的外锥螺纹进行磷化处理。螺旋钻杆两端螺纹磷化处理,目的是避免钻杆早期出现螺纹磨损、毛刺、咬扣等不良现象发生,采用本工序螺纹整体使用寿命、强度及耐磨性也大大提高。
本实施例中,所述步骤H中的钻杆加工完成后进行喷漆处理,之后进行外观检查并打包入库保存。为了提高螺旋钻杆整体美观程度,装饰性和防锈能力,进行喷漆处理,防止杆体生锈。
本实施例中,所述步骤B中采用喷吸钻进行通水深孔6加工。使用喷吸钻,加工钻杆深孔,保证深度尺寸及位置关系,提高了加工效率。
本实施例中,所述步骤C中热处理后的钻杆进行硬度检测,采用超声波探伤进行钻杆内部材料的检测并进行金相组织分析。
本实施例中,所述步骤G中加工内圆锥面后采用锥度塞规及相位工装9检验,确保内螺纹加工尺寸精度及螺旋叶片旋向。
整体式铣槽螺旋钻杆的加工工艺具有以下优点:
1)本工艺采用整体式结构相比摩擦焊接工艺简单宜行,接头质量得到可靠保证,灵活性及适应性大大增强,简化了加工工艺,降低了加工设备要求,避免了因摩擦焊接、回火等关重工序产生诸多质量问题。
2)本工艺中车削两端螺纹采用数控管螺纹车床车削螺纹,螺纹螺距平均值误差为±0.025mm,小于公差值要求,在螺纹全长内的误差也低于公差值0.1mm,紧密距易控制、精度高、螺纹表面粗糙度也达到国家标准。
3)本工艺采用井式炉作为淬火工序中的加热设备,加热速度快,不会出现内冷外热、冷热不均的现象,有效控制了加热时间和杂质的增加,极大的提高了效率及质量。
4)螺纹磷化处理后钻杆螺纹旋合使用寿命≥500次。
5)缩减了加工周期,加工效率提升50%以上。
6)保证了任意铣槽螺旋钻杆螺旋叶片旋合后角度误差≤5°。
7)提高了产品质量。
8)本工艺加工出的钻杆强度和硬度高,耐磨性好,钻杆机械强度高。
9)减少了每年因摩擦焊接或绕制螺旋叶片脱落导致钻杆断裂带来的经济损失。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,其特征在于:包括以下步骤:
A:将指定规格的长圆钢采用锯床进行下料,下料后的钻杆在长度及直径方向均留有加工余量;
B:对钻杆进行粗车,将钻杆右端面车平,将杆体内部的通水小孔钻通;顶车右端外锥螺纹外圆达指定尺寸,台阶根部倒圆角,顶车钻杆外圆达指定尺寸,棱边倒角1×45°;车左端面保证钻杆总长余量,车外圆与前刀对接,棱边倒角1×45°;
C:对钻杆整体调质热处理,先淬火后回火,淬火温度820℃-880℃,介质为油淬,回火温度580℃-620℃;
D:钻杆右端面半精车,去除部分余量,车外锥螺纹端外圆达指定尺寸,车钻杆叶片台阶外圆达到指定尺寸,车钻杆外圆达指定尺寸,各棱边倒钝;调头车左端面,保证钻杆总长,留余量1mm,车左端内止口达到指定尺寸,车钻杆外圆达指定尺寸,各棱边倒钝;钻杆右端加工后形成公头端;
E:车钻杆右端面去除余量,车外圆锥面并用锥度环规检验尺寸是否合格,数车外锥螺纹并用螺纹环规检验尺寸是否合格;
F:采用母接头定位工装与钻杆公头端的外螺纹配合旋紧,使用百分表找正母接头定位工装基准平面,在指定位置开始分度铣削螺旋槽,确保螺旋槽尺寸达到指定要求;
G:夹持钻杆外圆,先数车钻杆左端面,再精车内止口和母接头端的内圆锥面,最后精车母接头内锥螺纹,为保证螺旋槽方位角能保持一致,需使用相位工装配作螺纹,保证钻杆螺旋槽与相位工装平面两基准线对齐;钻杆左端加工后形成母头端;
H:钻杆母头端的内锥螺纹和钻杆公头端的外锥螺纹进行磷化处理。
2.根据权利要求 1 所述的高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,其特征在于:所述步骤H中的钻杆加工完成后进行喷漆处理,之后进行外观检查并打包入库保存。
3.根据权利要求 1 所述的高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,其特征在于:所述步骤B中采用喷吸钻进行通水深孔加工。
4.根据权利要求 1 所述的高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,其特征在于:所述步骤C中热处理后的钻杆进行硬度检测,采用超声波探伤进行钻杆内部材料的检测并进行金相组织分析。
5.根 据权利要求 1 所述的高强度整体式铣槽螺旋钻杆加工工艺,其特征在于:所述步骤G中加工内圆锥面后采用锥度塞规及相位工装检验,确保内螺纹加工尺寸精度及螺旋槽方位角能保持一致。
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整体式三棱螺旋钻杆的研制及其应用;肖丽辉等;《煤矿机械》;20131231;第34卷(第12期);第126-127页 *
整体式螺旋钻杆的研制及应用;董昌乐等;《煤田地质与勘探》;20161031;第44卷(第5期);第164-167页 *

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