CN101181730A

CN101181730A - 石油钻杆接头精密模锻工艺

Info

Publication number: CN101181730A
Application number: CNA2007101853764A
Authority: CN
Inventors: 高新; 李永洪
Original assignee: Jiangyin Longcheng Drilling & Production Machinery Manufacture Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Longcheng Drilling & Production Machinery Manufacture Co Ltd
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2008-05-21

Abstract

本发明公开一种石油钻杆接头的精密模锻工艺，其特征是：1)坯料用带锯精确下料；2)坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度；3)在快速制坯油压机上，用制坯凹模将坯料闭式镦挤成预制坯；4)接着在可实施上、下成形凹模合模与左、右冲头相对挤压的快速多向油压机上，用水平分模成形凹模，将预制坯相对挤压成接头模锻件，接头模锻件内孔带有连皮；5)最后在专用冲孔油压机上，用冲孔模将锻件内孔连皮冲掉，获得形状尺寸精确、组织性能优良、带有中心通孔的接头模锻件。本发明具有流线分布良好、降低材料消耗、生产绿色环保和生产效率高等优点。

Description

石油钻杆接头精密模锻工艺

技术领域

本发明涉及一种石油钻杆接头的精密模锻工艺，属于金属塑性成形技术领域。

技术背景

接头是石油钻井用于联接上、下钻杆的重要零件，在使用时承受繁重的扭矩。为此，接头对材料、组织和机械性能要求极为严格，必需采用锻件加工制造而成。以往市场对接头的需求量不大时，一般接头是用自由锻件进行加工。由于自由锻件为实心件，需机加中心孔，加工余量又大，因此材料损耗很大，生产效率很低。随着国内外石油钻采业迅速发展，市场对接头的需求量不断扩大，为了提高接头生产的经济效益，接头制造企业迫切需要采用接头模锻件加工。图4和图5为石油钻杆接头的模锻件结构简图。通常，同一规格的接头模锻件有两种，图4为公接头模锻件，图5为母接头模锻件，公、母接头模锻件成对生产，成对供货。

本世纪初，我国某中外合资企业采用进口接头模锻件加工制造接头，取得很好的技术经济效益。通过对进口接头模锻件分析，锻件有中心孔、尺寸精度高、加工余量小、表面质量好、中心孔为单向挤压、沿轴向有分模痕迹。由于国外接头模锻件生产属于专利技术，对其生产工艺一无所知。近年来，国内也有少数锻造企业生产接头模锻件，坯料多数采用火焰加热，如某企业模锻设备采用1250吨普通油压机，模锻工艺采用整体模具结构、立式单向冲挤的方法，通过4道变形工序锻成接头模锻件，其变形工序流程为：镦挤预制坯→两次立式冲孔挤压成形→热冲掉连皮。目前国内生产的接头模锻件存在以下问题：(1)锻件的加工余量大、外圆有拔模斜度、中心孔同心度差等，因此所生产的接头模锻件需要进行机加工后，才能达到锻件图的要求交给用户。(2)用于立式单向冲挤的冲头长径比大，不但冲孔精度低，而且冲头寿命短，一般冲头寿命只有500～600次。(3)坯料多数采用火焰加热方法，锻件的表面质量差，同时生产效率很低，班产锻件只有80件。

发明内容

为了克服现有石油钻杆接头生产存在的加工余量大、中心孔的同心度差、冲头寿命短和生产效率低等不足，本发明提供一种石油钻杆接头精密模锻工艺。该发明生产的接头模锻件具有尺寸精度高、组织性能好、生产效率高、材料损耗少等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：接头模锻生产设备采用一台中频感应电加热炉和三台不同功能的油压机组成的一条生产线，其工艺流程是：

1.采用带锯精确下料。

2.坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度。

3.制坯料加热后放到制坯凹模中，所述制坯凹模为双层预应力结构，由凹模镶套与凹模外套呈倒V形预紧而成，制坯冲头压下，将坯料热镦挤成预制坯。之后退出制坯冲头，返回到压机上死点，再用顶料杆把预制坯顶出制坯凹模。

4.将热镦挤预制坯迅速放入由下凹模和下凹模镶块组成的成形下凹模的型腔中，再将由上凹模和上凹模镶块组成的成形上凹模压下与成形下凹模合模，并施加合模力。然后驱动左、右成形冲头相对挤压预制坯，直至锻件充满型腔终止。随即退出左、右成形冲头，卸去合模力，抬起成形上凹模，从成形下凹模中取出带连皮的接头模锻件。

5.将带连皮的接头模锻件放入冲孔模的定位凹模中准确定位，冲孔冲头压下，冲切锻件连皮，并把连皮顶出。退出冲孔冲头，返回到压机上死点，从定位凹模中取出具有通孔的接头模锻件。

本发明的有益效果是：1.上、下凹模沿锻件直径方向水平分模，锻件出模容易，不需拔模斜度，从而大量减少了材料损耗与机械加工工时。2.左、右成形冲头是通过凹模内孔导向将预制坯挤压成接头模锻件，依靠模具精度保证锻件内孔与外圆具有良好的同心度，于是便可减少锻件的加工余量，提高其材料利用率。3.通过镦挤预制坯和相对挤压成形的强烈变形作用，使接头模锻件的晶粒均匀细化，流线分布合理，提高了机械性能。4.由于采用左、右成形冲头相对挤压工艺，则使冲头工作部分的长径比大大减小，由此显著提高了冲头抗弯强度和冲头寿命。5.坯料采用中频感应快速加热，不仅大大提高了接头模锻生产效率，同时坯料加热氧化少，锻件表面质量好。

附图说明

图1为接头模锻件制坯模具结构示意图；

图2为接头模锻件成形模具结构示意图；

图3为接头模锻件冲孔模具结构示意图；

图4为石油钻杆公接头模锻件结构示意图；

图5为石油钻杆母接头模锻件结构示意图。

在图3、图4和图5中，1.制坯上模板，2.制坯冲头，3.接头预制坯，4.凹模镶套，5.凹模外套，6.顶料杆，7.制坯下模板，8.上模座，9.上凹模，10.上凹模镶块，11.右冲头座，12.楔铁，13.右成形冲头，14.下凹模镶块，15.下凹模，16.下模座，17.压紧斜块，18.左冲头座，19.楔铁，20.左成形冲头，21.接头模锻件(带有连皮)，22.冲孔上模板，23.冲孔冲头，24.接头模锻件，25.定位凹模，26.冲孔下模板。

具体实施方式

本发明的图1、图2、图3为接头模锻工艺与模具结构简图。首先根据用户提出的接头零件图设计出接头模锻件图，按锻件图便可计算出坯料尺寸(直径和长度)。然后根据本发明的设计规则和计算方法，确定接头模锻件的连皮位置，优化设计预制坯的形状与尺寸。接着再按本发明提供的接头模锻力能工艺参数计算方法，确定制坯工序的镦挤力，成形工序的挤压力和张模力，冲孔工序的冲孔力。于是便可设计接头模锻成形工序及其相应模具—-制坯模具、成形模具和冲孔模具。

制坯模具的设计：制坯凹模为双层预应力结构，由凹模镶套4与凹模外套5呈倒V形预紧而成；凹模镶套4内腔按预制坯中段、下端尺寸设计，有拔模斜度；制坯冲头2的外径与内腔按预制坯上端尺寸设计，内腔有拔模斜度(见图1)。

成形模具的设计：成形模具为成形凹模，所述成形凹模为镶块结构水平分模，由上凹模9、上凹模镶块10与下凹模15、下凹模镶块14合模形成封闭型腔，其型腔按接头热锻件图外形尺寸设计；上凹模镶块10、下凹模镶块14分别和上凹模9、下凹模15精密配合，采用螺栓连接为整体结构；上凹模9、下凹模15与上模座8、下模座16采用压紧斜块17压紧，通过螺栓与上模座8、下模座16的T形槽内螺母连接；左、右成形冲头(20、13)与左、右冲头座(18、11)采用楔铁(19、12)紧配合；左成形冲头20、右成形冲头13的工作部分按接头热锻件图内孔尺寸设计，其杆部有斜度，端部为圆锥形，上模座8、下模座16可以前后微调，左、右冲头座(18、11)可以上下微调(见图2)。

冲孔模具的设计：定位凹模25内腔按接头热锻件图大孔端外形尺寸设计；冲孔冲头23端部直径为接头热锻件图连皮直径，保证冲孔冲头23与定位凹模26的同心度精度(见图3)。

根据接头模锻的工艺力能参数和相应模具设计，则可合理选择模锻设备类型、规格或提出模锻设备设计参数，按此进行模锻设备订购和模具加工制造。当接头模锻生产所需的设备与模具准备就绪，就可进行接头模锻件的试锻，为此需要制定接头模锻试锻工艺：确定下料尺寸、加热温度、模锻成形工艺流程、模锻工序所需工具、模具的润滑与冷却、锻后冷却与热处理工艺等。通过接头模锻件的现场试锻，根据接头模锻件成形状况和模具使用问题，调整模锻工艺参数和修改完善模具结构。当试锻获得的接头模锻件，经过锻件尺寸、表面质量和内部组织性能等严格检测达到锻件图要求后，依据试锻结果制定接头模锻件生产的工艺规程，按此就可指导接头模锻件批量优质生产。

按本发明接头模锻件生产的工艺流程如下：

1.坯料用带锯精确下料；

2.坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度；

3.在快速制坯油压机上，用制坯模将坯料闭式镦挤成预制坯：

1)坯料加热后放到制坯凹模中，所述制坯凹模为双层预应力结构，由凹模镶套4与凹模外套5呈倒V形预紧而成，制坯冲头2压下，将坯料热镦挤成预制坯3；

2)之后退出制坯冲头2，返回到压机上死点，再用顶料杆6把预制坯3顶出制坯凹模。

4.接着在可实施上、下凹模合模与左、右冲头相对挤压的快速多向油压机上，用水平分模成形模，将预制坯相对挤压成接头模锻件，接头模锻件内孔带有连皮：

1)将热镦挤预制坯3迅速放入由下凹模15和下凹模镶块14组成的成形下凹模的型腔中，再将由上凹模9和上凹模镶块10组成的成形上凹模压下与成形下凹模合模，并施加合模力；

2)然后驱动左、右成形冲头(20、13)相对挤压预制坯，直至锻件充满型腔终止，随即退出左、右成形冲头(20、13)，卸去合模力，抬起成形上凹模，从成形下凹模中取出带连皮的接头模锻件21。

5.最后在专用冲孔油压机上，用冲孔模将锻件内孔连皮冲掉获得接头模锻件：

1)将带连皮的接头模锻件21放入冲孔模的定位凹模25中准确定位，冲孔冲头23压下，冲切锻件连皮，并把连皮顶出；

2)退出冲孔冲头23，返回到压机上死点，从定位凹模25中取出具有通孔的接头模锻件24。

石油钻杆接头模锻件的国内外市场需求量很大，按本发明生产的接头模锻件具有尺寸精度高、组织性能好、生产效率高、材料损耗少和冲头使用寿命长、不同接头锻件的冲头与凹模共用同一冲头座与模座等优点，因此其实施必将会取得很好的技术经济效益。

Claims

1.一种石油钻杆接头的精密模锻工艺，其特征是：所述工艺流程如下：

1)坯料用带锯精确下料；

2)坯料用中频感应电炉快速加热到锻造温度；

3)在快速制坯油压机上，用制坯模将坯料闭式镦挤成预制坯；

4)接着在可实施上、下成形凹模合模与左、右冲头相对挤压的快速多向油压机上，用水平分模成形凹模，将预制坯相对挤压成接头模锻件，接头模锻件内孔带有连皮；

5)最后在专用冲孔油压机上，用冲孔模将锻件内孔连皮冲掉获得接头模锻件。

2.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的精密模锻工艺，其特征是：所述闭式热镦挤预制坯的工序为：

1)坯料加热后放到制坯凹模中，所述制坯凹模为双层预应力结构，由凹模镶套(4)与凹模外套(5)呈倒V形预紧而成，制坯冲头(2)压下，将坯料热镦挤成预制坯(3)；

2)之后退出制坯冲头(2)，返回到压机上死点，再用顶料杆(6)把预制坯(3)顶出制坯凹模。

3.根据权利要求1或2所述的石油钻杆接头的精密模锻工艺，其特征是：所述水平分模相对挤压成形的工序为：

1)将热镦挤预制坯(3)迅速放入由下凹模(15)和下凹模镶块(14)组成的成形下凹模的型腔中，再将由上凹模(9)和上凹模镶块(10)组成的成形上凹模压下与成形下凹模合模，并施加合模力；

2)然后驱动左、右成形冲头(20、13)相对挤压预制坯，直至锻件充满型腔终止，随即退出左、右成形冲头(20、13)，卸去合模力，抬起成形上凹模，从成形下凹模中取出带连皮的接头模锻件(21)。

4.根据权利要求3所述的石油钻杆接头的精密模锻工艺，其特征是：所述锻件内孔连皮冲孔的工序为：

1)将带连皮的接头模锻件(21)放入冲孔模的定位凹模(25)中准确定位，冲孔冲头(23)压下，冲切锻件连皮，并把连皮顶出；

2)退出冲孔冲头(23)，返回到压机上死点，从定位凹模(25)中取出具有通孔的接头模锻件(24)。

5.一种如权利要求1所述的石油钻杆接头精密模锻的模具，其特征是：所述模具包括制坯模具、成形模具和冲孔模具。

6.根据权利要求5所述的石油钻杆接头精密模锻的模具，其特征是：制坯模具为制坯凹模，所述制坯凹模为双层预应力结构，由凹模镶套(4)与凹模外套(5)呈倒V形预紧而成；凹模镶套(4)内腔按预制坯中段、下端尺寸设计，有拔模斜度；制坯冲头(2)的外径与内腔按预制坯上端尺寸设计，内腔有拔模斜度。

7.根据权利要求5所述的石油钻杆接头精密模锻的模具，其特征是：成形模具为成形凹模，所述成形凹模为镶块结构水平分模，由上凹模(9)、上凹模镶块(10)与下凹模(15)、下凹模镶块(14)合模形成封闭型腔，其型腔按接头热锻件图外形尺寸设计；上凹模镶块(10)、下凹模镶块(14)分别和上凹模(9)、下凹模(15)精密配合，采用螺栓连接为整体结构；上凹模(9)、下凹模(15)与上模座(8)、下模座(16)采用压紧斜块(17)压紧，通过螺栓与上模座(8)、下模座(16)T形槽内螺母连接；左、右成形冲头(20、13)与左、右冲头座(18、11)采用楔铁(19、12)紧配合；左成形冲头(20)、右成形冲头(13)的工作部分按接头热锻件图内孔尺寸设计，其杆部有斜度，端部为圆锥形，上模座(8)、下模座(16)可以前后微调，左、右冲头座(18、11)可以上下微调。

8.根据权利要求5所述的石油钻杆接头精密模锻的模具，其特征是：冲孔模具：定位凹模(25)内腔按接头热锻件图大孔端外形尺寸设计；冲孔冲头(23)端部直径为接头热锻件图连皮直径；冲孔模具安装时，采用工装定位，保证冲孔冲头(23)与定位凹模(25)的同心度精度。