CN112264568B - 石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法 - Google Patents

石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石油钻井循环***用钻井泵空气包外壳的胎模锻锻造方法，包括以下步骤：步骤1、根据锻件形状及尺寸设计胎模锻模具的上模和下模；步骤2、加热坯料到始锻温度，经墩粗、冲盲孔、芯轴拔长、锯切工序，制得盲孔长套形坯料；步骤3、将步骤2所得盲孔长套形坯料置于步骤1所得上模和下模内焖形，锻件脱模后空冷，正火处理即得到空气包外壳。锻造过程中制坯阶段通过大变形改善锻件内部质量，制坯的形状为盲孔长套形坯料，终锻过程借助胎模限制金属的流向，锻件外形接近零件，锻件内孔自然胀型，锻件加工余量少，节约能源材料。锻造完成后锻件出模容易，锻造过程操作简单。锻件流线符合锻件形状，机械性能优良。

Description

石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法
技术领域
本发明属于石油钻机设备制造技术领域，涉及石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法。
背景技术
在钻井泵的使用过程中，由于钻井泵缸内流液不连续或液流与活塞运动不同步，引起液体与活塞端面互相撞击而形成水击现象(俗称水锤)，造成压力波动，钻井泵出现异常噪声，严重时造成钻井泵管路破裂的后果。空气包是钻井泵的重要组成零件，其外壳是一个中空的球形零件，在钻井泵工作过程中有稳定压力，减小波动，增加水马力，减少井漏等重要作用，因此在钻井生产中，维护空气包的正常工作非常重要。
由于空气包外壳为内部中空的球形特殊结构，目前多采用铸造成形或锻造-焊接成形。铸件产品往往在加工过程中发现气孔、夹砂、裂纹等铸造缺陷而报废，使产品成本增高，质量无法保证。锻造-焊接成形材料利用率较高，但设备投入大，深V型焊缝质量有时难以保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法，解决了现有技术中铸造成形的空气包外壳存在气孔、夹砂、裂纹等铸造缺陷的问题。
本发明所采用的技术方案是，石油钻井循环***用钻井泵空气包外壳的胎模锻锻造方法，包括以下步骤：
步骤1、根据锻件形状及尺寸设计胎模锻模具的上模和下模；
步骤2、加热坯料到始锻温度，经墩粗、冲盲孔、芯轴拔长、锯切工序，制得盲孔长套形坯料；
步骤3、将步骤2所得盲孔长套形坯料置于步骤1所得上模和下模内焖形，锻件脱模后空冷，正火处理即得到空气包外壳。
步骤1中，上模底部为圆台型内腔，顶部带有圆形通孔与圆台型内腔连通；圆台型内腔和锻件的上半部分尺寸一致；下模底部为球型内腔，顶部带有安装导向套的环形槽；球型内腔和锻件的下半部分尺寸一致；所述胎模锻模具还带有垫圈，垫圈外径尺寸与下模相同，内径尺寸大于上模的外径。
步骤2中盲孔长套形坯料4的外径为400mm，内径为190mm，小端台阶直径为330mm，总长度为900mm，内孔深度为750mm，壁厚为105mm。
步骤2中的始锻温度为1180-1200℃，保温时长为1.5h。
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、预热步骤1所得到的上模和下模；
步骤3.2、将盲孔长套形坯料加热到始锻温度保温后，轻镦去掉表面的氧化皮；
步骤3.3、将盲孔长套形坯料放入下模内自由墩粗到高度700mm；
步骤3.4、将盲孔长套形坯料加上模继续镦粗，焖型得到锻件；
步骤3.5、焖型完成后，操作机夹持下模翻转180°置垫圈上，下压后锻件从上模内自动脱模；
步骤3.6、锻件出模后空冷，接着装入860℃的炉内保温2小时，出炉空冷到室温；
步骤3.1中上模和下模的预热温度为200-300℃。
本发明的有益效果是：
可以整体锻出空气包外壳，锻造过程中上下胎模限制金属流向，锻件外形接近零件；锻件制坯结构简单，锻件内孔胀型形成自然的圆弧形中空；锻件加工余量少，节约原材料，提高加工效率；锻件脱模容易，操作简单可靠；锻件内部金属流线按零件形状分布，后续机加工不被切断，机械性能更好。
附图说明
图1是本发明石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法中的模具图；
图2是本发明石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法中的上模剖视图；
图3是本发明石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法中的下模剖视图；
图4是本发明石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法中的垫圈剖视图；
图5是本发明石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法中的盲孔长套坯料剖视图；
图6是本发明石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法中所得锻件的剖视图；
图7是本发明石油钻机循环***用钻井泵空气包外壳胎模锻造方法中的拔长芯轴图；
图8是本发明石油钻井循环***用钻井泵空气包外壳的胎模锻锻造方法中的胎模锻锻造流程图；
图中，1.上模，2.下模，3.垫圈，4.盲孔长套形坯料，5.锻件，6.拔长芯轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1-4所示，石油钻井循环***用钻井泵空气包外壳的胎模锻锻造方法，包括以下步骤：
步骤1、根据锻件5形状及尺寸设计胎模锻模具的上模1和下模2；
步骤2、加热坯料到始锻温度，经墩粗、冲盲孔、芯轴拔长、锯切工序，制得盲孔长套形坯料4；制坯过程中盲孔长套形坯料4经墩粗，芯轴拔长的大变形过程，可有效锻合原材料中疏松、空洞等冶金缺陷，提高锻件质量。
步骤3、将步骤2所得盲孔长套形坯料4置于步骤1所得上模1和下模2内焖形，锻件5脱模后空冷，正火处理即得到空气包外壳。
步骤1中，上模1底部为圆台型内腔，顶部带有圆形通孔与圆台型内腔连通；圆台型内腔和锻件5的上半部分尺寸一致；下模2底部为球型内腔，顶部带有安装导向套的环形槽，锻造过程中导向套对上模1起导向作用，使上模1和下模2的中心线重合，防止盲孔长套形坯料4在镦粗过程发生倾斜；球型内腔和锻件5的下半部分尺寸一致；所述胎模锻模具还带有垫圈3，垫圈3外径尺寸与下模2相同，内径尺寸大于上模1的外径，使锻件5顺利从下模2内脱模。
如图5，步骤2中盲孔长套形坯料4的外径为400mm，内径为190mm，小端台阶直径为330mm，总长度为900mm，内孔深度为750mm，壁厚为105mm。
步骤2中的始锻温度为1180-1200℃，保温时长为1.5h。
如图8所示，步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、预热步骤1所得到的上模1和下模2；
步骤3.2、将步骤2所得的盲孔长套形坯料4加热到始锻温度保温后，轻镦去掉表面的氧化皮；
步骤3.3、将盲孔长套形坯料4放入下模2内由加压机自由墩粗到高度700mm；
步骤3.4、将盲孔长套形坯料4加上模1，上模1的下部导入下模2的导向套内，使上模1、下模2和坯料的中心线重合，压机在上模1上加压墩粗，焖型得到锻件5；
步骤3.5、焖型完成后，操作机夹持下模2翻转180°置垫圈3上，下压后锻件5从上模1内自动脱模；
步骤3.6、锻件5出模后空冷，接着装入860℃的炉内保温2小时(正火处理)，出炉空冷到室温；
步骤3.1中上模1和下模2的预热温度为200-300℃。
本方法可以仿型锻造出接近零件的锻件5，有效减少锻件5加工余量，保留完整的金属随形流线，提高锻件5机械性能，延长使用寿命。
本发明还具有以下优点：
1.胎模结构简单，易于制造，设备工装投入小，锻造过程短，操作简便易行，锻件外形接近零件，加工余量少，减少材料浪费，提高生产效率。
2.制坯过程中经过镦粗、冲孔和芯轴拔长等工步，锻造变形量大，能有效消除材料内部冶金缺陷，锻件质量好，使用寿命长。
3.盲孔长套形坯料形状简单，胎模内镦粗时，利用盲孔长套形坯料的结构特点，内外自然胀型，外部由模具限制形成锻件外形，内孔形成锻件的中空内腔，所需锻造压力小，节约能源，易于成形。
4.锻件在胎模内成形，表面质量好，锻件内部形成的金属流线符合锻件形状，机加工时不切断金属流线，锻件机械性能高。
以KBD-45空气包为例，空气包外壳材料为35CrMo：
1.编制工艺。根据零件图制定锻件图，设计胎模锻模具，计算锻件重量，下料重量，下料规格，确定锻造始锻、终锻温度，锻造火次，锻造变形过程，锻造设备，锻件出模及锻后冷却方式等工艺参数，编制锻造工艺。
2.下料。根据锻件形状尺寸，计算锻件重量为698kg，经过制坯和终锻2次完成锻造，考虑盲孔长套形坯料5的切头余料和火耗，计算下料重量为733kg，下料尺寸为Φ400×739。
3.加热。按照加热规范将下料加热到1180-1200℃的始锻温度，保温1.5小时。
4.坯料自由镦粗。将坯料沿竖直方向自由镦粗到约550mm高。
5.冲盲孔。在坯料中心冲盲孔。
6.芯轴拔长。将步骤5所得坯料穿在拔长芯轴6上拔长并压小头台阶。拔长过程中要按芯轴拔长的操作要点进行，不断旋转芯轴，防止芯轴咬死，严格控制小头台阶长度，防止镦粗时产生折叠。
7、将步骤6所得坯料在锯床上锯掉两头余料，使端面平齐，得到盲孔长套形坯料4。
8.模具内自由墩粗。将盲孔长套形坯料4重新加热后直立轻镦，去掉表面氧化皮，置于下模2内，压机自由镦粗到700mm高。
9.模具内焖型。将步骤8所得坯料套上上模1，模具内镦粗焖型。
10.脱模。操作机加持下模2翻转置于垫圈3上，加圆钢顶出，锻件5从上模1的圆台型型腔中自动脱模。
11.锻后冷却。锻件出模后空冷，正火处理。

Claims (2)

1.石油钻井循环***用钻井泵空气包外壳的胎模锻锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据锻件（5）形状及尺寸设计胎模锻模具的上模（1）和下模（2）；所述步骤1中，上模（1）底部为圆台型内腔，顶部带有圆形通孔与圆台型内腔连通；圆台型内腔和锻件（5）的上半部分尺寸一致；下模（2）底部为球型内腔，顶部带有安装导向套的环形槽；球型内腔和锻件（5）的下半部分尺寸一致；所述胎模锻模具还带有垫圈（3），垫圈（3）外径尺寸与下模（2）相同，内径尺寸大于上模（1）的外径；
步骤2、加热坯料到始锻温度，经墩粗、冲盲孔、芯轴拔长、锯切工序，制得盲孔长套形坯料（4）；所述步骤2中盲孔长套形坯料（4）的外径为400mm，内径为190mm，小端台阶直径为330mm，总长度为900mm，内孔深度为750mm，壁厚为105mm；
步骤3、将步骤2所得盲孔长套形坯料（4）置于步骤1所得上模（1）和下模（2）内焖形，锻件（5）脱模后空冷，正火处理即得到空气包外壳。
所述步骤2中的始锻温度为1180-1200℃，保温时长为1.5h；
所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、预热步骤1所得到的上模（1）和下模（2）；
步骤3.2、将盲孔长套形坯料（4）加热到始锻温度保温后，轻镦去掉表面的氧化皮；
步骤3.3、将盲孔长套形坯料（4）放入下模（2）内自由墩粗到高度700mm；
步骤3.4、将盲孔长套形坯料（4）加上模（1）继续镦粗，焖形得到锻件（5）；
步骤3.5、焖形完成后，操作机夹持下模（2）翻转180°置垫圈（3）上，下压后锻件（5）从上模（1）内自动脱模；
步骤3.6、锻件（5）出模后空冷，接着装入860℃的炉内保温2小时，出炉空冷到室温。
2.如权利要求1所述的石油钻井循环***用钻井泵空气包外壳的胎模锻锻造方法，其特征在于，所述步骤3.1中上模（1）和下模（2）的预热温度为200-300℃。
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