专利名称：无磁钻铤表面滚压加工方法
技术领域：
本发明涉及一种无磁钻铤表面滚压加工方法，应用于石油、天然气和煤层 气等测井用无磁钻具的表面加工处理。
背景技术：
目前，在石油、天然气、煤层气的钻探过程中，经常使用无磁钻铤，它是 一种不易磁化的钻具，具有极低的磁导率，其用途是为测井仪器提供一个不受 钻柱磁场影响的测量环境。通过高灵敏传感器，将井眼磁方位角、井下钻压、 扭矩、以及地层电阻率、中子等测井信息传输到地面，使司钻和地质专家能有 效地"看"到井下实时发生的情况，从而提高钻探的成功率、保证钻井的质量。
无磁钻铤一般是采用低碳高铬锰钢制成，常用长度9150。+l5Qmm，其生产过 程包括锻造、粗车外圆、钻孔、精车外圆、车螺纹、包装等。传统的无磁钻具 表面加工方法是使用深孔钻头、外圆车刀，进行钻孔、粗车、精车，或上磨床 进行表面处理，以提高表面光洁度，但是硬度、耐磨性、耐腐蚀性能却无法提 高。特别是近阶段随着超深水平井、大位移井和海洋钻井技术的发展，油田对 井眼轨迹的控制提出了更高的要求。采用常规工艺生产加工的无磁钻具由于表 面粗糙度差、硬度较低，导致耐磨性、耐腐蚀性能无法满足复杂井况的要求。 因此按传统工艺加工出来的钻具使用周期短。利用喷丸强化的表面，虽然表面 硬度、耐磨性增加，但表面光洁度差，抗点蚀性不好，且生产附属设备占用空 间大，生产运行成本、工作场所降尘处理费用较大，目前仅应用于外表面强化， 内孔强化无法进行，限制了其大面积推广。
发明内容
本发明为了解决无磁钻铤表面强度问题，提供了一种表面滚压加工方法， 在普通卧式车床上安装内、外圆滚压工具，向工件表面施加一定压力。在常温 下利用金属的塑性变形，使工件表面的微观不平度辗平从而达到改变表层结 构、机械特性、形状和尺寸的目的。本发明所采用的技术方案如下
无磁钻铤表面滚压加工方法，无磁钻铤材料采用低碳高铬锰钢，经锻造、 校直、粗车外圆、钻孔等工艺过程，而后进行内孔表面滚压，再精车外圆、进 行外圆表面滚压加工，内孔表面和外圆表面滚压的具体加工过程为
内孔表面滚压
在专用深孔钻床上夹持无磁钻铤工件外圆，钻镗内孔，保证内孔滚压加工
余留量0. 15 0. 2ram，表面粗糙度Ra6. 3以上，将内孔滚压刀具装在加长钻杆 的锥套孔内，调节该滚压刀具外径大小，该刀具与工件成0。 30' 1°夹角， 滚压线速度60 80m/min，刀具进给速度80 100mm/min。
所述内孔滚压刀具为硬质合金滚柱。
外圆表面滚压
在卧式车床上将无磁钻铤工件用卡具夹紧，精车外圆保证外圆余留量 0. 15咖 0. 2咖，表面粗糙度Ra6. 3以上，在刀盘上装置并调整外圆滚压刀具， 该滚压刀具中心低于工件中心1 2mm，该刀具轴线与工件轴线成2。 5°夹 角，使刀具慢慢接触工件，二者的接触宽度为2 4ram，手感到有一定的压紧力 时，进给量为0. 10 0. 30mm/r，开始挂走刀，保证线速度V=60 120m/min; 滚压力P=1000 1500N。
所述外圆滚压刀具为硬质合金滚轮。
由于表面滚压加工方法是无屑加工，无发热现象，完工尺寸即为成形尺寸， 加工尺寸容易控制。滚压加工后零件表面层产生残余压应力和冷硬化，可提高 零件疲劳强度，使用寿命长。
无磁钻铤表面滚压加工方法的有益效果是
无磁钻铤通过表面滚压加工后，表层组织得到强化，工件的使用性能、抗
疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有明显的提高，经过滚压后，硬度可提高40 80%,表面硬度^HB400，耐磨性提高30%，表面粗糙度从Ra6. 3提高到Ral. 6 Ra0.8;该加工方法适用范围广泛，可对所有无磁石油钻具表面进行滚压处理， 包括无磁加重钻杆、无磁稳定器、无磁短节等，以满足复杂井况的要求。无磁钻铤表面滚压加工方法有效解决了钻具表面硬度低、疲劳寿命短这一技术难
题，使处理后的钻具使用周期大大延长。
具体实施例方式
以下介绍本发明的实施例。
在以下实施例中，介绍利用表面滚压技术加工无磁钻铤的工艺，包括粗车 外圆、钻内孔、内孔滚压、精车外圆、外圆滚压等连续加工工序。
实施例l:加工NC38-50无磁钻铤，包括以下步骤
(1) 粗车外圆
以两端中心孔为基准定位无磁钻铤工件，检查全长、表面质量和余量后，
粗车外圆尺寸至0135( ;调头，装夹找正后，车其余部分外圆；
(2) 钻内孔
在专用深孔钻床上夹持工件外圆，测外圆跳动量均《2. 0 mm后，夹紧工件， 打引孔①57:1，长度《100mm，起钻①57〗1孔直至贯通，出口偏《3.0mm，保证 内孔滚压加工余量0. 15腿，表面粗糙度Ra6. 3以上；
(3) 内孔滚压
将内孔滚压刀具硬质合金滚柱装在加长钻杆的锥套孔内，调节滚柱径大小， 滚柱与工件成0。 30'夹角，滚压线速度80m/min，刀具进给速度100,/min。 保证滚压后孔径尺寸符合标准057.2+1.6 0，表面粗糙度Ra1.6以上，表面硬 度》HB400;
(4) 精车外圆
在卧式车床上将无磁钻铤工件用卡具夹紧，精车外圆尺寸至O 128+1 0， 壁厚差《3 mm，保证外圆余留量O. 15腿，表面粗糙度Ra6. 3以上；
(5) 外圆滚压
在刀盘上调整外圆滚压刀具硬质合金滚轮，该滚轮中心低于工件中心lmm， 滚轮轴线与工件轴线成2。夹角，使滚轮慢慢接触工件，滚轮与工件的接触宽 度为2腿，手感到有一定的压紧力，进给量为O. 10腿/r，开始挂走刀，保证线 速度V二60m/min;滚压力P二1000N。保证滚压后外圆尺寸符合标准0127( ，表面粗糙度Ra1.6以上，表面硬度^HB400。
实施例2:加工NC46-65无磁钻铤，包括以下步骤
(1) 粗车外圆
以两端中心孔为基准定位无磁钻铤工件，检査全长、表面质量和余量后，
粗车外圆尺寸至O 170+3 0;调头，装夹找正后，车其余部分外圆；
(2) 钻内孔
在专用深孔钻床上夹持工件外圆，测外圆跳动量均《2. Omm后，夹紧工件， 打引孔071.2+10，长度《100mm，起钻071. 2+1 0孔直至贯通，出口偏《3. 0 mm，保证内孔滚压加工余量0. 18mm，表面粗糙度Ra6. 3以上；
(3) 内孔滚压
将内孔滚压刀具硬质合金滚柱装在加长钻杆的锥套孔内，调节滚柱径大 小，滚柱与工件成0。 45'夹角，滚压线速度70m/min，刀具进给速度90mm/min。 保证滚压后孔径尺寸符合标准071.4+1.6 0，表面粗糙度Ra1.6以上，表面硬 度^HB400;
(4) 精车外圆
在卧式车床上将无磁钻铤工件用卡具夹紧，精车外圆尺寸至0166+2 0， 壁厚差《4腿，保证外圆余留量O. 18腿，表面粗糙度Ra6.3以上；
(5) 外圆滚压
在刀盘上调整外圆滚压刀具硬质合金滚轮，该滚轮中心低于工件中心2mm， 滚轮轴线与工件轴线成3。夹角，使滚轮慢慢接触工件，滚轮与工件的接触宽 度为3mm，手感到有一定的压紧力，进给量为0. 20,/r，开始挂走刀，保证线 速度V二90m/min;滚压力P二1200N。保证滚压后外圆尺寸符合标准cD165. 1+3. 2 0，表面粗糙度Ra1.6以上，表面硬度^HB400。
实施例3:加工7-5/8REG无磁钻铤，包括以下步骤 (1)粗车外圆
以两端中心孔为基准定位无磁钻铤工件，检查全长、表面质量和余量后， 粗车外圆尺寸至0245+3 0;调头，装夹找正后，车其余部分外圆；
7(2) 钻内孔
在专用深孔钻床上夹持工件外圆，测外圆跳动量均《2. 0mm后，夹紧工件， 打引孔076+10，长度《100mra，起钻^76+l 0孔直至贯通，出口偏《3.0mm， 保证内孔滚压加工余量0. 2mm，表面粗糙度Ra6. 3以上；
(3) 内孔滚压
将内孔滚压刀具硬质合金滚柱装在加长钻杆的锥套孔内，调节滚柱径大 小，滚柱与工件成l。夹角，滚压线速度80m/min，刀具进给速度100mm/min。 保证滚压后孔径尺寸符合标准076.2+1.6 0，表面粗糙度Ra1.6以上，表面硬 度》HB400;
(4) 精车外圆
在卧式车床上将无磁钻铤工件用卡具夹紧，精车外圆尺寸至0242+3 0， 壁厚差《4 mm，保证外圆余留量0.2mm，表面粗糙度Ra6. 3以上；
(5) 外圆滚压
在刀盘上调整外圆滚压刀具硬质合金滚轮，该滚轮中心低于工件中心2mm， 滚轮轴线与工件轴线成5°夹角，使滚轮慢慢接触工件，二者的接触宽度为4mm， 手感到有一定的压紧力，进给量为0.30 mm/r，开始挂走刀，保证线速度 V二120m/min;滚压力P=1500N。保证滚压后外圆尺寸符合标准0241. 3+4. 76 0， 表面粗糙度Ra1.6以上，表面硬度》HB400。
权利要求
1.一种无磁钻铤表面滚压加工方法，无磁钻铤材料采用低碳高铬锰钢，经锻造、校直、粗车外圆和钻孔工艺过程，其特征在于此后进行内孔面滚压，再精车外圆、进行外圆表面滚压，内孔表面和外圆表面滚压的加工过程为内孔表面滚压在专用深孔钻床上夹持无磁钻铤工件外圆，钻镗内孔，保证内孔滚压加工余留量0.15～0.2mm，表面粗糙度Ra6.3以上，将内孔滚压刀具装在加长钻杆的锥套孔内，调节该刀具外径大小，该刀具与工件成0°30′～1°夹角，滚压线速度60～80m/min，所述刀具进给速度80～100mm/min；外圆表面滚压在卧式车床上将无磁钻铤工件用卡具夹紧，精车外圆保证外圆余留量0.15～0.2mm，表面粗糙度Ra6.3以上，在刀盘上装置并调整外圆滚压刀具，该刀具中心低于工件中心1～2mm，其轴线与工件轴线成2°～5°夹角，使所述刀具慢慢接触工件，二者的接触宽度为2～4mm，手感到有一定的压紧力时，进给量为0.10～0.30mm/r，开始挂走刀，保证线速度V＝60～120m/min；滚压力P＝1000～1500N。
2. 根据权利要求1所述的无磁钻铤表面滚压加工方法，其特征在于所述 内孔滚压刀具为硬质合金滚柱。
3. 根据权利要求1所述的无磁钻铤表面滚压加工方法，其特征在于所述外圆滚压刀具为硬质合金滚轮。
4. 根据权利要求1或2所述的无磁钻铤表面滚压加工方法，其特征在于 所述无磁钻铤内孔表面滚压加工过程为在专用深孔钻床上夹持常用无磁钻铤工件外圆，钻镗内孔，保证内孔滚压加工余留量O. 18腿，表面粗糙度Ra6.3 以上，将内孔滚压刀具硬质合金滚柱装在加长钻杆的锥套孔内，调节该滚柱外 径大小，该滚柱与工件成O。 45'夹角，滚压线速度70m/min，所述刀具进给 速度90mm/min。
5. 根据权利要求1或3所述的无磁钻铤表面滚压加工方法，其特征在于 所述无磁钻铤外圆表面滚压加工过程为在卧式车床上将常用无磁钻铤工件用卡具夹紧，精车外圆保证外圆余留量O. 18mm，表面粗糙度Ra6.3以上，在刀盘 上装置并调整外圆滚压刀具硬质合金滚轮，该滚轮中心低于工件中心1.5mm， 该滚轮轴线与工件轴线成3。夹角，使所述滚轮慢慢接触工件，二者的接触宽 度为3mm，手感到有一定的压紧力时，进给量为0.2mm/r，开始挂走刀，保证 线速度V=90m/min;滚压力P二1200N。
全文摘要
本发明公开了一种无磁钻铤表面滚压加工方法，无磁钻铤材料采用低碳高铬锰钢，经锻造、校直、粗车外圆、钻孔等工艺过程，而后进行内孔表面滚压，再精车外圆、进行外圆表面滚压。内孔和外圆表面的滚压加工是分别利用硬质合金滚柱和滚轮进行滚压，滚压时使刀具与工件保持一定夹角和滚压线速度，并控制进给速度和滚压力。由于表面滚压加工方法是无屑加工，表层组织得到强化，工件的使用性能、抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有明显提高。经过滚压后，硬度可提高40～80％，表面硬度≥HB400，耐磨性提高30％，表面粗糙度从Ra6.3提高到Ra1.6～Ra0.8。无磁钻铤表面滚压加工方法有效解决了钻具表面硬度低、疲劳寿命短的技术难题，使处理后的钻具使用周期大大延长。
文档编号B23P9/02GK101559551SQ20091006502
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者张建刚, 张清明, 牛战波, 谢世龙 申请人:河南神龙石油钻具有限公司