一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬塑性成形【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，該成形工藝包括以下工序：(1)下料；(2)表面清洗；(3)浸涂潤(rùn)滑劑；(4)感應(yīng)加熱；(5)溫?cái)D壓成形預(yù)制坯；(6)溫?cái)D壓成形鍛件；(7)沖連皮；(8)熱處理；(9)機(jī)加工；(10)外觀涂裝。所述成形工藝中，坯料在三向壓應(yīng)力的作用下，提高了金屬塑性，改善金屬內(nèi)部流線型，從微觀組織上提高了鍛件質(zhì)量和力學(xué)性能，提高了預(yù)制坯和鍛件的質(zhì)量。本成形工藝不產(chǎn)生強(qiáng)烈氧化，通過(guò)模具進(jìn)行擠壓，實(shí)現(xiàn)坯料成形，提高了原料的利用率，縮短了制備周期，而且減少了金屬坯料的氧化程度和坯料成形后的變形量，提高了鍛件質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說(shuō)明】一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬塑性成形【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源供應(yīng)緊缺，各大工業(yè)國(guó)正在加緊對(duì)石油、天然氣等地下能源的鉆探和開(kāi)采生產(chǎn)。在石油開(kāi)采中，對(duì)鉆具的需求越來(lái)越旺盛,性能要求越來(lái)越高。石油鉆具主要由鉆桿、連接套、穩(wěn)定器和鉆挺等組成，主要適用于油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中的深井、水平井和大位移井的施工，工作環(huán)境惡劣，一般在幾百米甚至幾千米的地下工作，需要承受拉、壓、扭、沖、剪等各種作用力，甚至還將承受瞬間的突變載荷。其中石油鉆桿接頭是石油鉆桿的重要連接部件，在鉆井過(guò)程中接頭處要經(jīng)常拆卸，接頭表面承受相當(dāng)大的大鉗咬合力，并且在鉆井過(guò)程中，接頭本身承受扭曲、拉伸、壓縮等復(fù)合力的作用，受力條件復(fù)雜，所以鉆桿接頭是石油鉆桿的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)接頭毛坯的材料和力學(xué)性能有著嚴(yán)格的要求，對(duì)工藝選擇要求也越來(lái)越高。
[0003]當(dāng)前，石油鉆桿接頭的一般成形過(guò)程是通過(guò)機(jī)械加工的方式制造接頭預(yù)制坯，經(jīng)感應(yīng)加熱，最后通過(guò)閉式模鍛擠壓成形。該成形方法為了保證深孔鍛件的成形，機(jī)加工采用增加鍛造余量、余塊的方式來(lái)提高成品率，增加了金屬量，這樣使得材料利用率僅達(dá)到20-30%，同時(shí)產(chǎn)生大量廢料，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高。并且金屬經(jīng)機(jī)械加工，破壞了金屬本身的流線，降低了金屬的成形性能及力學(xué)性能，影響鍛件質(zhì)量。石油鉆桿接頭材質(zhì)為高強(qiáng)度合金鋼，這種合金硬度大，強(qiáng)度高，經(jīng)機(jī)械加工的預(yù)制坯沒(méi)能改善金屬的成形性能，對(duì)金屬流線型的破壞增加了成形難度。
[0004]預(yù)制坯形狀及連皮位置對(duì)鍛件質(zhì)量及成形過(guò)程有很大影響，一般采用的預(yù)制坯形狀為兩種，一種是連皮位于預(yù)制坯中間，導(dǎo)致鍛件底部很難充滿；另一種是連皮位置位于預(yù)制坯底部，導(dǎo)致載荷大，行程長(zhǎng)，凸模容易彎折，鍛件很容易抱死在凸模上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，該工藝提高了原材料的利用率、鍛件的質(zhì)量及成形精度，延長(zhǎng)了石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。
[0006]本發(fā)明的目的通過(guò)一下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:該成形工藝包括以下工序:(I)下料;(2)表面清洗；(3)浸涂潤(rùn)滑劑；(4)感應(yīng)加熱；(5)溫?cái)D壓成形預(yù)制坯；(6)溫?cái)D壓成形鍛件;(7)沖連皮；(8)熱處理；(9)機(jī)加工；(10)外觀涂裝。
[0008]所述工序(I)中，根據(jù)石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的體積，將材質(zhì)為中碳合金鋼的圓形棒料鋸切成長(zhǎng)度為4-6米的坯料。
[0009]溫?cái)D壓成形工藝中，對(duì)擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量的要求較高。所以要進(jìn)行表面清理，表面清理的方法是采用拋丸機(jī)拋丸處理。處理后的坯料應(yīng)表面光整，無(wú)油污、細(xì)小的毛刺等異物，表面呈現(xiàn)細(xì)小的麻點(diǎn)，以便牢固地附著潤(rùn)滑劑。
[0010]所述工序(3)中，先將坯料預(yù)熱至150-170°c，然后將坯料浸沒(méi)在水基石墨潤(rùn)滑劑中直至形成一層薄而均勻的石墨層為止。
[0011]所述工序(4)中，將坯料放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)加熱至800-900°C。優(yōu)選的,將坯料放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)加熱至850°C。
[0012]所述工序(5)中，將加熱好的坯料放入預(yù)先制好的閉式模鍛擠壓模具的型腔內(nèi)，成形預(yù)制坯。閉式模鍛擠壓模具是根據(jù)所要擠壓成形的預(yù)制坯形狀進(jìn)行制模的。
[0013]所述工序(6)中，將預(yù)制坯放入預(yù)先制好的閉式模鍛擠壓模具的型腔內(nèi)，形成鍛件。閉式模鍛擠壓模具是根據(jù)所要擠壓成形的鍛件形狀進(jìn)行制模的。
[0014]所述工序(8)中，將沖連皮后的鍛件放入淬火油中快速冷卻至室溫，然后再加熱至550-650°C，保溫3-5min，最后再放入淬火油中冷卻至室溫。
[0015]所述工序(9)中，將熱處理后的鍛件進(jìn)行粗車，去除加工余量，再加工出鍛件內(nèi)螺紋，制得石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭。
[0016]所述工序(10)中，將石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭進(jìn)行鍍膜、油漆、涂裝處理。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]1、本發(fā)明的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，坯料在三向壓應(yīng)力的作用下，提高了金屬塑性，改善金屬內(nèi)部流線型，從微觀組織上提高了鍛件質(zhì)量和力學(xué)性能，提高了預(yù)制坯質(zhì)量，有利于鍛件的成形，也進(jìn)一步提高了鍛件的成形質(zhì)量。
[0019]2、本成形工藝不產(chǎn)生強(qiáng)烈氧化，通過(guò)模具進(jìn)行擠壓，實(shí)現(xiàn)坯料成形，提高了原料的利用率，縮短了制備周期，而且減少了金屬坯料的氧化程度和坯料成形后的變形量，提高了鍛件質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。
[0020]3、本成形工藝的鍛件的溫度分布更均勻，應(yīng)力應(yīng)變降低，而且加工前不需要進(jìn)行坯料的退火熱處理，工藝更加簡(jiǎn)便。
[0021]4、通過(guò)本發(fā)明的成形工藝得到的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的表面質(zhì)量好，精度高，材料利用率高，而且模具的使用壽命長(zhǎng)，成本低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是采用本發(fā)明成形工藝中的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的成形工序圖，其中(a)為下料成形圖，(b)為溫?cái)D壓成形預(yù)制坯的成形圖，(C)為溫?cái)D壓成形鍛件的成形圖，(d)為沖連皮的成形圖，(e)為機(jī)加工成形圖。
[0023]圖2為本發(fā)明一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝的工藝流程示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0025]實(shí)施例1
[0026] (I)下料，根據(jù)指定的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的體積來(lái)計(jì)算其坯料的尺寸，選定圓形截面的37CrMnMo中碳合金鋼為原材料，采用定尺帶鋸鋸切長(zhǎng)度為4_6米的圓形棒料為坯料長(zhǎng)度。具體如圖1中的圖(a)所示。[0027](2)表面清洗，溫?cái)D壓是一種金屬材料少無(wú)切削的成形工藝，對(duì)擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量的要求較高。所以需要對(duì)坯料表面清理以便能清除坯料表面的油污、毛刺、氧化皮和污垢等。本工序中的表面清理的方法采用拋丸機(jī)拋丸處理，處理后的坯料應(yīng)表面光整，無(wú)油污及細(xì)小的毛刺等異物，表面呈現(xiàn)細(xì)小的麻點(diǎn)，以便牢固地附著潤(rùn)滑劑。
[0028](3)浸涂潤(rùn)滑劑，將清洗干凈的坯料預(yù)熱至160°C，然后浸沒(méi)在水基石墨潤(rùn)滑劑，使得坯料表面形成一層薄而均勻的石墨層，防止坯料加熱時(shí)的氧化。
[0029](4)感應(yīng)加熱，將表面清理并涂有石墨的坯料裝入料筒，然后進(jìn)入中頻感應(yīng)加熱爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，熱透至850°C，保溫3-5min后出爐。
[0030](5)溫?cái)D壓成形預(yù)制坯，將預(yù)熱好的坯料放入預(yù)先根據(jù)所需成形的預(yù)制坯的形狀而設(shè)計(jì)好的閉式模鍛溫?cái)D壓模具的型腔內(nèi)直接成形預(yù)制坯。模內(nèi)采用循環(huán)冷卻裝置進(jìn)行冷卻。具體如圖1中的圖(b)所示。
[0031](6)溫?cái)D壓成形鍛件，將成形的預(yù)制坯放入預(yù)先根據(jù)所需鍛件形狀而設(shè)計(jì)好的閉式模鍛溫?cái)D壓模具的型腔內(nèi)直接成形鍛件。模內(nèi)采用循環(huán)冷卻裝置進(jìn)行冷卻。具體如圖1中的圖(C)所示
[0032](7)沖連皮，在裝有沖孔模的油壓機(jī)上將連皮去除。具體如圖1中的圖⑷所示。
[0033](8)熱處理，將沖連皮后的鍛件放入淬火油中進(jìn)行快速冷卻至室溫，再將鍛件加熱至600°C，保溫3-5min，再放入淬火油中冷卻。
[0034](9)機(jī)加工，粗車:將熱處理后的鍛件在車床上進(jìn)行粗車，去除加工余量，達(dá)到尺寸要求；車螺紋:在內(nèi)螺紋加工機(jī)床上按精度要求加工鍛件內(nèi)螺紋，得到石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭。具體如圖1中的圖(e)所示。
[0035](10)外觀涂裝，將石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭進(jìn)行鍍膜、油漆等涂裝處理。
[0036]圖2為本發(fā)明一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝的工藝流程示意圖。
[0037]本發(fā)明的成形工藝與機(jī)械加工成形工藝相比，坯料在模膛內(nèi)在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下，使得零件的強(qiáng)度、塑性等有了明顯的提高，組織更加致密，且具有流線型，而且原材料的利用率提高，生產(chǎn)成本低。
[0038]本發(fā)明的預(yù)制坯的連皮在中間位置，避免了凸模過(guò)長(zhǎng)所帶來(lái)的危害?？商岣咤懠|(zhì)量，降低應(yīng)力應(yīng)變，改善金屬流動(dòng)狀況，并能縮短行程，防止了實(shí)際生產(chǎn)中凸模折彎的現(xiàn)象，提聞了 1旲具的使用壽命。
[0039]上述實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:該成形工藝包括以下工序:(I)下料；(2)表面清洗；(3)浸涂潤(rùn)滑劑；(4)感應(yīng)加熱；(5)溫?cái)D壓成形預(yù)制坯；(6)溫?cái)D壓成形鍛件;(7)沖連皮；(8)熱處理；(9)機(jī)加工；(10)外觀涂裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(I)中，根據(jù)石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的體積，將材質(zhì)為中碳合金鋼的圓形棒料鋸切成長(zhǎng)度為4-6米的坯料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(3)中，先將坯料預(yù)熱至150-170°C，然后將坯料浸沒(méi)在水基石墨潤(rùn)滑劑中直至形成一層薄而均勻的石墨層為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(4)中，將坯料放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)加熱至800-900°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(5)中，將加熱好的坯料放入預(yù)先制好的閉式模鍛溫?cái)D壓模具的型腔內(nèi)，成形預(yù)制坯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(6)中，將預(yù)制坯放入預(yù)先制好的閉式模鍛擠壓模具的型腔內(nèi)，成形連皮在中間的鍛件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(8)中，將沖連皮后的鍛件放入淬火油中快速冷卻至室溫，然后再加熱至550-650°C，保溫3-5min，最后 再放入淬火油中冷卻至室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(9)中，將熱處理后的鍛件進(jìn)行粗車，去除加工余量，再加工出鍛件內(nèi)螺紋，制得石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭的溫?cái)D壓成形工藝，其特征在于:所述工序(10)中，將石油鉆桿內(nèi)螺紋接頭進(jìn)行鍍膜、油漆、涂裝處理。
【文檔編號(hào)】B21J5/02GK103962802SQ201410171999
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】徐新成, 田嬌, 袁鵬斌, 周永其, 楊向東, 晏彬彬, 趙旺初, 李培耀 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué), 上海海隆石油管材研究所