CN113198960A - 一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备及模锻工艺 - Google Patents

一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备及模锻工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，包括成型上模和成型下模，所述成型上模和成型下模上均设有模腔，所述模腔包含阀体主体腔，所述阀体主体腔的两侧均设有法兰腔，所述法兰腔的远离阀体主体腔端设有第一冲头腔，所述第一冲头腔的远离法兰腔端设有第二冲头腔，所述阀体主体腔内设有第一主冲头和第二主冲头，所述第一冲头腔内设有第一侧冲头，所述第二冲头腔内设有第二侧冲头；本发明还公开了该大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻工艺，其步骤包括制坯和成型。本发明的有益效果是：采用多向模锻闭式技术，一次成型，无飞边，加工余量小，材料利用率高，加工成本低，生产效率高；各锻件金属流线连续，组织细密，机械性能均匀。

Description

一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备及模锻工艺
技术领域
本发明涉及多向模锻设备技术领域，具体为一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备及模锻工艺。
背景技术
在油气井开采的中、后期，由于产层堵塞或地层结构的原因，使得井口压力下降、油或气产量减少，或者新投产油井，需要对井口进行压裂作业。另外随着页燃气的发现及开发都需要进行压裂作业，因此压裂作业在油气开发中的作用非常突出。大型压裂阀阀体是压裂作业中的核心部件，是油、气开采生产设备中的重要控制元件，必须要求其具有良好的机械性能以适应各种复杂恶劣的工况。通常大型压裂阀阀体以自由锻造方式生产为主，该工艺材料利用率低、金属流线不连续、性能不均匀、加工成本高。有的采用多向模锻作业，但是其冲头都是一体结构，冲头体积大，加工难度大，冲头损坏后，更换代价高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备及模锻工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，包括成型上模和成型下模，所述成型上模和成型下模上均设有模腔，所述模腔包含阀体主体腔，所述阀体主体腔的两侧均设有法兰腔，所述法兰腔的远离阀体主体腔端设有第一冲头腔，所述第一冲头腔的远离法兰腔端设有第二冲头腔，所述阀体主体腔内设有第一主冲头和第二主冲头，所述第一冲头腔内设有第一侧冲头，所述第二冲头腔内设有第二侧冲头。
进一步优选，所述第二主冲头的中间开设有圆孔，其套设于第一主冲头上。
进一步优选，所述第二侧冲头的中间开设有圆孔，其套设于第一侧冲头上。
进一步优选，所述第一侧冲头的远离第二侧冲头端设有挡块。
进一步优选，所述第一冲头腔的宽度大于第二侧冲头的厚度。
进一步优选，所述法兰腔的直径尺寸大于第一冲头腔的直径尺寸，所述第一冲头腔的直径尺寸大于第二冲头腔的直径尺寸。
进一步优选，所述第二冲头腔的直径尺寸大于第一侧冲头的直径尺寸，所述阀体主体腔的直径尺寸大于第一主冲头的直径尺寸。
本发明还提供了一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻工艺，其步骤如下：
步骤一、制坯，将模锻用坯料加热去氧化皮后，放入制坯模中，预锻出制坯件9；
步骤二、成型，将制坯件9放入到多向模锻设备的成型下模上的阀体主体腔内，然后将成型上模和成型下模合模，待模具闭合后开始进行模锻，该模锻设备的运动方式如下：
1）将第一主冲头、第二主冲头、第一侧冲头和第二侧冲头退回至各自的等待位置；
2）所述第一主冲头动作，所述第一主冲头在液压缸的驱动下压入第二主冲头的圆孔内直至其末端与第二主冲头平齐，此时第一主冲头压入制坯件9内部；
3）所述第一主冲头和第二主冲头在液压缸的作用下同时向阀体主体腔内运行直至终锻位；
4）所述第一侧冲头动作，所述第一侧冲头在液压缸的驱动下压入第二侧冲头的圆孔内直至其上的挡块压靠于第二侧冲头上，此时第一侧冲头压入制坯件9内部；
5）所述第一侧冲头和第二侧冲头在液压缸的作用下同时向制坯件9运行直至终锻位，完成锻造，最后开模取件。
进一步优选，所述制坯件9的直径尺寸要小于阀体主体腔直径尺寸1-3mm，所述制坯件9的长度尺寸要小于阀体主体腔长度尺寸40-50mm。
进一步优选，所述第一主冲头和第二主冲头采用不同的液压缸驱动，所述第一侧冲头和第二侧冲头采用同一液压缸驱动。
有益效果：本发明的大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备及模锻工艺，通过第二主冲头和第二侧冲头阻止制坯件的反向流动，以此封闭模具型腔，防止制坯件反向外流；除此之外，当易损件第一主冲头损坏后，易于更换，第二主冲头通过抵靠在与其连接的液压缸上利用其背压提供支撑力；通过第二侧冲头封闭第一主冲头和第二主冲头挤压制坯件时流动的料，同时可增加制坯件的流动空间，降低第一主冲头和第二主冲头的锻造力；当易损件第一侧冲头损坏后，易于更换，第二侧冲头通过第一冲头腔的刚性提供支撑力；易损件第一主冲头和第一侧冲头更换容易，更换成本低，各冲头体积小，加工难度低；采用多向模锻闭式技术，一火一次成型，主孔、侧孔一次成型，无飞边，加工余量小，材料利用率高，加工成本显著降低，生产效率高；该模锻各锻件金属流线连续，组织细密，机械性能均匀。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备的结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的压裂阀阀体的结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的多向模锻设备放入制坯件时的结构示意图；
图4为本发明实施例所公开的多向模锻设备锻造出压裂阀阀体时的结构示意图；
图5为本发明实施例所公开的模锻设备运动方式第1）步的结构示意图；
图6为本发明实施例所公开的模锻设备运动方式第2）步的结构示意图；
图7为本发明实施例所公开的模锻设备运动方式第3）步的结构示意图；
图8为本发明实施例所公开的模锻设备运动方式第4）步的结构示意图；
图9为本发明实施例所公开的模锻设备运动方式第5）步的结构示意图。
附图标记：1-成型上模，2-成型下模，3-模腔，31-阀体主体腔，32-法兰腔，33-第一冲头腔，34-第二冲头腔，4-第一主冲头，5-第二主冲头，6-第一侧冲头，61-挡块，7-第二侧冲头，8-阀体，81-阀体主体，811-主孔，82-侧法兰，821-侧孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-4所示，一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，包括成型上模1和成型下模2，成型上模1和成型下模2上均设有模腔3，模腔3包含阀体主体腔31，阀体主体腔31的两侧均设有法兰腔32，法兰腔32的远离阀体主体腔31端设有第一冲头腔33，第一冲头腔33的远离法兰腔32端设有第二冲头腔34，阀体主体腔31内设有第一主冲头4和第二主冲头5，第一冲头腔33内设有第一侧冲头6，第二冲头腔34内设有第二侧冲头7。
本申请中，模腔3用于压裂阀的阀体8的成型，阀体主体腔31作为阀体8的阀体主体81的成型腔体，法兰腔32作为阀体8的侧法兰82的成型腔体，第一主冲头4用于阀体主体81的主孔811的成型，第一侧冲头6用于侧法兰82的侧孔821的成型。其中，当第一主冲头4挤压制坯件9时，第二主冲头5可阻止制坯件9的反向流动，以此封闭模具型腔，防止制坯件9反向外流；除此之外，当易损件第一主冲头4损坏后，易于更换，第二主冲头5通过抵靠在与其连接的液压缸上利用其背压提供支撑力；第二侧冲头7用于封闭第一主冲头4和第二主冲头5挤压制坯件9时流动的料，同时可增加制坯件9的流动空间，降低第一主冲头4和第二主冲头5的锻造力；当第一侧冲头6挤压制坯件9时，第二侧冲头7可阻止制坯件9的反向流动，以此封闭模具型腔，防止制坯件9反向外流；除此之外，当易损件第一侧冲头6损坏后，易于更换，第二侧冲头7通过抵靠在成型下模2上的第一冲头腔33上利用成型下模2的刚性提供支撑力，最后在第一侧冲头6的推力下同时向模腔3挤压。
本申请中，第一主冲头4和第二主冲头5的锻造力不大于2800吨，第一侧冲头6和第二侧冲头7的锻造力不大于2600吨，该多向模锻设备的各锻件重量减少50%，且单件机加费用减少1600-1800元，材料的利用率达到100%。通过模锻设备，采用多向模锻闭式技术，一火一次成型，主孔、侧孔一次成型，无飞边，加工余量小，材料利用率高，加工成本显著降低，生产效率高；该模锻各锻件金属流线连续，组织细密，机械性能均匀。
第二主冲头5的中间开设有圆孔，其套设于第一主冲头4上。第一主冲头4和第二主冲头5间隙配合，第一主冲头4的冲压端呈圆弧形结构，便于第一主冲头4压入到第二主冲头5的圆孔内，同时便于第一主冲头4对制坯件9进行冲孔。
第二侧冲头7的中间开设有圆孔，其套设于第一侧冲头6上。第一侧冲头6和第二侧冲头7间隙配合，第一侧冲头6的冲压端呈圆弧形结构，便于第一侧冲头6压入到第二侧冲头7的圆孔内，同时便于第一侧冲头6对制坯件9进行冲孔。
第一侧冲头6的远离第二侧冲头7端设有挡块61，挡块61用于顶住第二侧冲头7，使第二侧冲头7能够与第一侧冲头6同时运行。
第一冲头腔33的宽度大于第二侧冲头7的厚度，第二侧冲头7在锻造挤压时可通过第一冲头腔33提供支撑力，增大第一冲头腔33的宽度可有效降低第一主冲头4和第二主冲头5的锻造力。
法兰腔32的直径尺寸大于第一冲头腔33的直径尺寸，第一冲头腔33的直径尺寸大于第二冲头腔34的直径尺寸。通过法兰腔32、第一冲头腔33和第二冲头腔34的直径递减结构，保证第一侧冲头6和第二侧冲头7的运行顺畅，同时为第二侧冲头7提供支撑力。
第二冲头腔34的直径尺寸大于第一侧冲头5的直径尺寸，便于第一侧冲头6的运行；阀体主体腔31的直径尺寸大于第一主冲头4的直径尺寸，便于第一主冲头4的运行。
如图5-9所示，本申请中，还提供了一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备的模锻工艺，其步骤如下：
步骤一、制坯，将模锻用坯料加热去氧化皮后，放入制坯模中，预锻出制坯件9，其中，制坯模要充分预热，模锻用坯料的氧化皮要去除干净，如果模锻用坯料的直径尺寸和长度尺寸均达到制坯件9的尺寸要求，则无需进行制坯步骤，直径将满足要求的坯料进行氧化皮去除；
步骤二、成型，将制坯件9放入到多向模锻设备的成型下模2上的阀体主体腔31内，然后将成型上模1和成型下模2合模，待模具闭合后开始进行模锻，其中，多向模锻设备的模腔3要预热充分，制坯件9要先放入炉堂内加热，然后快速将其放入到模腔3中，该模锻设备的运动方式如下：
1）将第一主冲头4、第二主冲头5、第一侧冲头6和第二侧冲头7退回至各自的等待位置，此时第二主冲头5的一部分进入到阀体主体腔31内，第一主冲头4的冲压端位于第二主冲头5内，第二侧冲头7位于第一冲头腔33内且靠近第二冲头腔34端，第一侧冲头6的冲压端位于第二侧冲头7内；
2）第一主冲头4动作，第一主冲头4在液压缸的驱动下压入第二主冲头5的圆孔内直至其末端与第二主冲头5平齐，此时第一主冲头4压入制坯件9内部，第二主冲头5的位置保持不动；
3）第一主冲头4和第二主冲头5在液压缸的作用下同时向阀体主体腔31内运行直至终锻位，此时第二主冲头5完全压入到阀体主体腔31内，保证阀体主体腔31内制坯件9的长度达到成型后阀体主体81的长度；
4）第一侧冲头6动作，第一侧冲头6在液压缸的驱动下压入第二侧冲头7的圆孔内直至其上的挡块61压靠于第二侧冲头7上，此时第一侧冲头6压入制坯件9内部，第二侧冲头7的位置保持不动；
5）第一侧冲头6和第二侧冲头7在液压缸的作用下同时向制坯件9运行直至终锻位，此时第二侧冲头7位于第一冲头腔33内靠近法兰腔32端，保证侧法兰82的端面成型，完成锻造，最后开模取件。
制坯件9的直径尺寸要小于阀体主体腔31直径尺寸1-3mm，制坯件9的长度尺寸要小于阀体主体腔31长度尺寸40-50mm，以保证制坯件9能顺利放入成型上模1和成型下模2合模时所组成的模腔3内。
第一主冲头4和第二主冲头5采用不同的液压缸驱动，保证阀体8的主孔811的锻造力充足，第一侧冲头6和第二侧冲头7采用同一液压缸驱动。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明性的保护范围之内的发明内容。

Claims (10)

1.一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其特征在于：包括成型上模（1）和成型下模（2），所述成型上模（1）和成型下模（2）上均设有模腔（3），所述模腔（3）包含阀体主体腔（31），所述阀体主体腔（31）的两侧均设有法兰腔（32），所述法兰腔（32）的远离阀体主体腔（31）端设有第一冲头腔（33），所述第一冲头腔（33）的远离法兰腔（32）端设有第二冲头腔（34），所述阀体主体腔（31）内设有第一主冲头（4）和第二主冲头（5），所述第一冲头腔（33）内设有第一侧冲头（6），所述第二冲头腔（34）内设有第二侧冲头（7）。
2.根据权利要求1所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其特征在于：所述第二主冲头（5）的中间开设有圆孔，其套设于第一主冲头（4）上。
3.根据权利要求1所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其特征在于：所述第二侧冲头（7）的中间开设有圆孔，其套设于第一侧冲头（6）上。
4.根据权利要求1所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其特征在于：所述第一侧冲头（6）的远离第二侧冲头（7）端设有挡块（61）。
5.根据权利要求1所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其特征在于：所述第一冲头腔（33）的宽度大于第二侧冲头（7）的厚度。
6.根据权利要求1所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其特征在于：所述法兰腔（32）的直径尺寸大于第一冲头腔（33）的直径尺寸，所述第一冲头腔（33）的直径尺寸大于第二冲头腔（34）的直径尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其特征在于：所述第二冲头腔（34）的直径尺寸大于第一侧冲头（5）的直径尺寸，所述阀体主体腔（31）的直径尺寸大于第一主冲头（4）的直径尺寸。
8.一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻工艺，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻设备，其步骤如下：
步骤一、制坯，将模锻用坯料加热去氧化皮后，放入制坯模中，预锻出制坯件（9）；
步骤二、成型，将制坯件（9）放入到多向模锻设备的成型下模（2）上的阀体主体腔（31）内，然后将成型上模（1）和成型下模（2）合模，待模具闭合后开始进行模锻，该模锻设备的运动方式如下：
1）将第一主冲头（4）、第二主冲头（5）、第一侧冲头（6）和第二侧冲头（7）退回至各自的等待位置；
2）所述第一主冲头（4）动作，所述第一主冲头（4）在液压缸的驱动下压入第二主冲头（5）的圆孔内直至其末端与第二主冲头（5）平齐，此时第一主冲头（4）压入制坯件（9）内部；
3）所述第一主冲头（4）和第二主冲头（5）在液压缸的作用下同时向阀体主体腔（31）内运行直至终锻位；
4）所述第一侧冲头（6）动作，所述第一侧冲头（6）在液压缸的驱动下压入第二侧冲头（7）的圆孔内直至其上的挡块（61）压靠于第二侧冲头（7）上，此时第一侧冲头（6）压入制坯件（9）内部；
5）所述第一侧冲头（6）和第二侧冲头（7）在液压缸的作用下同时向制坯件（9）运行直至终锻位，完成锻造，最后开模取件。
9.根据权利要求8所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻工艺，其特征在于：所述制坯件（9）的直径尺寸要小于阀体主体腔（31）直径尺寸1-3mm，所述制坯件（9）的长度尺寸要小于阀体主体腔（31）长度尺寸40-50mm。
10.根据权利要求8所述的一种大型压裂阀阀体全封闭式多向模锻工艺，其特征在于：所述第一主冲头（4）和第二主冲头（5）采用不同的液压缸驱动，所述第一侧冲头（6）和第二侧冲头（7）采用同一液压缸驱动。
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