一種石油鉆桿接頭的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接頭的成形工藝，該成形工藝包括以下工序：(1)原材料質(zhì)量檢驗；(2)下料；(3)鐓粗；(4)預(yù)加熱；(5)預(yù)成形；(6)表面清理；(7)二火加熱；(8)二次擠壓成形；(9)沖孔切連皮；(10)熱處理；(11)鍛件質(zhì)量檢驗；(12)機加工。本發(fā)明的石油鉆桿接頭的成形工藝，采用分步成形，每步采用的都是閉式擠壓成形工藝，并且無需確定連皮的位置，這樣可以節(jié)約設(shè)計模具時的前期投入資金和時間。本成形工藝中的成形的石油鉆桿接頭的錐形端部組織致密，提高了錐形端部的成形質(zhì)量，而且得到的石油鉆桿接頭的表面質(zhì)量好，精度高，材料利用率高，成本低。
【專利說明】一種石油鉆桿接頭的成形工藝
【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接頭的成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鉆井深度的增加，礦井工況越加惡劣，對石油鉆具的性能要求越來越高。鉆具工作時需承受巨大的內(nèi)外壓力、扭轉(zhuǎn)、彎曲、以及振動等，其質(zhì)量、性能和可靠性，尤其是鉆桿管端連接強度，對鉆具的安全可靠工作起著至關(guān)重要的作用。加厚的鉆桿管端通過焊接的方式與鉆桿接頭連接在一塊，把鉆桿連接成一個整體，以達到預(yù)定深度，并且能夠傳遞扭矩，為鉆頭的鉆進傳遞動力，所以，石油鉆桿接頭是鉆桿的關(guān)節(jié)。
[0003]石油鉆桿接頭鍛件主要采用自由鍛造、分模模鍛、水平分模雙向熱擠壓等工藝鍛造成形。自由模鍛工藝成形的接頭模鍛件雖然能鍛出中心孔但是鍛件質(zhì)量差、尺寸精度低、表面有鍛造印跡且質(zhì)量很差、預(yù)留有較大的加工余量。而且生產(chǎn)效率低，資源利用率低；分模模鍛工藝生產(chǎn)，雖然鉆桿接頭模鍛件表面質(zhì)量好，尺寸精度高，中心孔鍛出，但是鍛件外表面軸向有明顯的分模線痕跡，兩端端頭都有余料倉，加工余量大，材料利用率較低；水平分模雙向熱擠壓工藝的鍛件耗材低、機械強度較高，壽命延長，所擠盲孔的同軸度精度也顯著提高。但是，在水平分模雙向熱擠壓過程中，鍛件的連皮位置不僅與鉆桿接頭兩端的變形程度有關(guān)，還受金屬的流動性及模具結(jié)構(gòu)等因素的影響，特別是鉆桿接頭為兩端不對稱零件，成形時兩端變形程度、模具結(jié)構(gòu)不同這就造成鍛件的連皮位置很難確定。而目前連皮位置的確定還沒有形成理論，只能通過經(jīng)驗法不斷的試驗摸索，確定連皮的位置。這就意味著采用水平分模雙向熱擠壓工藝的生產(chǎn)周期長，前期投入資金多，并且在生產(chǎn)過程中為保證鍛件質(zhì)量往往會加大加工余量，造成不必要的浪費。
[0004]石油鉆桿接頭錐形端部的成形是石油鉆桿接頭成形的一個難點。采用自由鍛、分模模鍛、水平分模雙向熱擠壓等工藝成形的石油鉆桿接頭都通過增加錐形端部的加工余量來確保成形質(zhì)量，不僅浪費了材料，而且影響鍛件的成形質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種石油鉆桿接頭的成形工藝，該工藝提高了原材料的利用率、鍛件的質(zhì)量及成形精度，延長了石油鉆桿接頭的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。
[0006]本發(fā)明的目的通過一下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:該成形工藝包括以下工序:(I)原材料質(zhì)量檢驗；⑵下料；⑶鐓粗；⑷預(yù)加熱；(5)預(yù)成形；(6)表面清理；(7) 二火加熱；(8)二次擠壓成形；(9)沖孔切連皮；(10)熱處理；(11)鍛件質(zhì)量檢驗；(12)機加工。
[0008]所述工序(I)中，原材料為中碳合金鋼材質(zhì)的圓柱形棒料,將原材料進行超聲波探傷檢驗質(zhì)量。
[0009]所述工序(4)中，將坯料放置在中頻電感應(yīng)加熱爐中加熱至1100-1200°C。優(yōu)選的，將坯料放置在中頻電感應(yīng)加熱爐中加熱至1150°C。[0010]所述工序(5)中，將預(yù)加熱的坯料放入模具型腔內(nèi)熱擠壓成形，形成石油鉆桿接頭的錐形端部。
[0011]所述工序(7)中，將表面清理好的鍛件放置在中頻電感應(yīng)加熱爐中加熱至1100-1200°C。優(yōu)選的，將表面清理好的鍛件放置在中頻電感應(yīng)加熱爐中加熱至1150°C。
[0012]所述工序(8)中，將加熱后的鍛件放入模具型腔內(nèi)再次熱擠壓成形，形成終鍛件。
[0013]所述工序(10)中，將終鍛件進行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)制處理工藝為:淬火溫度880°C，保溫時間2.5h，油冷；回火溫度605-610°C保溫4h，水冷。
[0014]所述工序(12)中的機加工是，先車去終鍛件加工余量，再車出錐形端部的螺紋，得到所需的石油鉆桿接頭。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明的石油鉆桿接頭的成形工藝，采用分步成形，每步采用的都是閉式擠壓成形工藝，并且無需確定連皮的位置，這樣可以節(jié)約設(shè)計模具時的前期投入資金和時間。
[0017]2、本成形工藝中的預(yù)成形工序中成形的石油鉆桿接頭的錐形端部，在第二次擠壓時受到三向壓應(yīng)力的作用，其組織就會變得更加致密，甚至能消除第一步成形時的缺陷，提高了錐形端部的成形質(zhì)量。
[0018]3、本發(fā)明的成形工藝工序中，鍛件經(jīng)機加工車螺紋時，由于鍛件的形狀更接近零件的形狀，使得金屬流線沿錐形分布，切屑加工時可減少金屬流線露頭，有利于提高錐形處螺紋的強度，延長了石油鉆桿接頭的使用壽命，節(jié)約了成本。
[0019]4、通過本發(fā)明的成形工藝得到的石油鉆桿接頭的表面質(zhì)量好，精度高，材料利用率高，成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是采用本發(fā)明成形工藝中的石油鉆桿接頭的成形工序圖，其中(a)為下料成形圖，(b)為鐓粗成形圖，(C)為預(yù)成形的成形圖，(d)為二次擠壓成形圖，(e)為沖孔切連皮成形圖，(f)為機加工成形圖。
[0021]圖2為本發(fā)明一種石油鉆桿接頭的成形工藝的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步說明:
[0023]實施例1
[0024](I)原材料檢驗，對材質(zhì)為37CrMnM0中碳合金鋼料段進行超聲波探傷查看是否有顯微裂紋等缺陷，確保在后續(xù)工序中鍛件質(zhì)量檢測。本工序的成形圖如圖1中的圖(a)所
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[0025](2)下料，根據(jù)石油鉆桿接頭的體積，選取截面為圓形的棒料為坯料，在定尺帶鋸設(shè)備上切斷至5-8米長的圓柱形棒料為坯料。
[0026](3)鐓粗，將工序⑴中的毛坯鐓粗至所直徑為120_的坯料。本工序的成形圖如圖1中的圖(b)所不。
[0027](4)預(yù)加熱，將鐓粗的坯料在中頻電感應(yīng)加熱爐里加熱，使坯料溫度達到1150°C。
[0028](5)預(yù)成形，將預(yù)加熱好的坯料放入多向模鍛液壓機上的模具型腔內(nèi)熱擠壓成形，形成石油鉆桿接頭的錐形端部。本工序的成形圖如圖1中的圖(C)所示。
[0029](6)表面清理，采用拋丸機拋丸處理，處理后的鍛件表面的氧化膜剝落，表面光潔，為擠壓成形做準備。
[0030](7) 二火加熱，對表面清理好的鍛件放置在中頻電感應(yīng)加熱爐中再次加熱至1150。。。
[0031](8) 二次擠壓成形，將加熱后的鍛件放入多向模鍛液壓機上的模具型腔內(nèi)再次熱擠壓成形，形成終鍛件。本工序的成形圖如圖1中的圖(d)所示。
[0032](9)沖孔切連皮，將終鍛件放入裝在油壓機上的沖孔模上，沖掉連皮。本工序的成形圖如圖1中的圖(e)所示。
[0033](10)熱處理，終鍛件進行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)工藝為:淬火溫度880°C，保溫時間2.5h油冷；回火溫度605-610°C，保溫4h，水冷。
[0034](11)鍛件質(zhì)量檢驗，利用超聲波探傷，檢測鍛件是否有缺陷。
[0035](12)機加工，機加工為車除終鍛件加工余量，車出錐形端部的螺紋，得到孔徑為65.1mm,最大外徑為127.2mm的石油鉆桿接頭。本工序的成形圖如圖1中的圖(f)所示。
[0036]圖2為本發(fā)明一種石油鉆桿接頭的成形工藝的工藝流程示意圖。
[0037]本發(fā)明采用分步成形工藝，不需確定連皮的位置，成形的石油鉆桿接頭的錐形端部的組織更加細密，強度高，韌性好。終鍛件在機加工車螺紋時，由于鍛件的形狀更接近零件的形狀，使得金屬流線沿錐形分布，切屑加工時可減少金屬流線露頭，有利于提高錐形處螺紋的強度，提高石油鉆具接頭的壽命，而且切屑量減少，節(jié)省了原材料。本發(fā)明成形的石油鉆桿接頭避免了飛邊，壓痕，充不足等缺陷。
[0038]上述實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，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】
1.一種石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:該成形工藝包括以下工序:(1)原材料質(zhì)量檢驗；⑵下料；⑶鐓粗；⑷預(yù)加熱；(5)預(yù)成形；(6)表面清理；(7) 二火加熱；(8)二次擠壓成形；(9)沖孔切連皮；(10)熱處理；(11)鍛件質(zhì)量檢驗；(12)機加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:所述工序(I)中，原材料為中碳合金鋼材質(zhì)的圓柱形棒料，將原材料進行超聲波探傷檢驗質(zhì)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:所述工序⑷中，將坯料放置在中頻電感應(yīng)加熱爐中加熱至1100-1200°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:所述工序(5)中，將預(yù)加熱的坯料放入模具型腔內(nèi)熱擠壓成形，形成石油鉆桿接頭的錐形端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:所述工序(7)中，將表面清理好的鍛件放置在中頻電感應(yīng)加熱爐中加熱至1100-1200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:所述工序⑶中，將加熱后的鍛件放入模具型腔內(nèi)再次熱擠壓成形，形成終鍛件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:所述工序(10)中，將終鍛件進行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)制處理工藝為淬火溫度880°C，保溫時間2.5h，油冷；回火溫度605-610°C保溫 4h，水冷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆桿接頭的成形工藝，其特征在于:所述工序(12)中的機加工是，先車去終鍛件加工余量，再車出錐形端部的螺紋，得到所需的石油鉆桿接頭。
【文檔編號】B23P15/00GK103962801SQ201410171985
【公開日】2014年8月6日 申請日期: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, 楊向東, 袁鵬斌, 周永其, 田嬌, 趙旺初, 晏彬彬, 李培耀 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué), 上海海隆石油管材研究所