一种石油钻杆接头的成形工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于金属塑性成形【技术领域】，特别涉及一种石油钻杆接头的成形工艺，该成形工艺包括以下工序：(1)原材料质量检验；(2)下料；(3)镦粗；(4)预加热；(5)预成形；(6)表面清理；(7)二火加热；(8)二次挤压成形；(9)冲孔切连皮；(10)热处理；(11)锻件质量检验；(12)机加工。本发明的石油钻杆接头的成形工艺，采用分步成形，每步采用的都是闭式挤压成形工艺，并且无需确定连皮的位置，这样可以节约设计模具时的前期投入资金和时间。本成形工艺中的成形的石油钻杆接头的锥形端部组织致密，提高了锥形端部的成形质量，而且得到的石油钻杆接头的表面质量好，精度高，材料利用率高，成本低。
【专利说明】一种石油钻杆接头的成形工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于金属塑性成形【技术领域】，特别涉及一种石油钻杆接头的成形工艺。
【背景技术】
[0002]随着钻井深度的增加，矿井工况越加恶劣，对石油钻具的性能要求越来越高。钻具工作时需承受巨大的内外压力、扭转、弯曲、以及振动等，其质量、性能和可靠性，尤其是钻杆管端连接强度，对钻具的安全可靠工作起着至关重要的作用。加厚的钻杆管端通过焊接的方式与钻杆接头连接在一块，把钻杆连接成一个整体，以达到预定深度，并且能够传递扭矩，为钻头的钻进传递动力，所以，石油钻杆接头是钻杆的关节。
[0003]石油钻杆接头锻件主要采用自由锻造、分模模锻、水平分模双向热挤压等工艺锻造成形。自由模锻工艺成形的接头模锻件虽然能锻出中心孔但是锻件质量差、尺寸精度低、表面有锻造印迹且质量很差、预留有较大的加工余量。而且生产效率低，资源利用率低；分模模锻工艺生产，虽然钻杆接头模锻件表面质量好，尺寸精度高，中心孔锻出，但是锻件外表面轴向有明显的分模线痕迹，两端端头都有余料仓，加工余量大，材料利用率较低；水平分模双向热挤压工艺的锻件耗材低、机械强度较高，寿命延长，所挤盲孔的同轴度精度也显著提高。但是，在水平分模双向热挤压过程中，锻件的连皮位置不仅与钻杆接头两端的变形程度有关，还受金属的流动性及模具结构等因素的影响，特别是钻杆接头为两端不对称零件，成形时两端变形程度、模具结构不同这就造成锻件的连皮位置很难确定。而目前连皮位置的确定还没有形成理论，只能通过经验法不断的试验摸索，确定连皮的位置。这就意味着采用水平分模双向热挤压工艺的生产周期长，前期投入资金多，并且在生产过程中为保证锻件质量往往会加大加工余量，造成不必要的浪费。
[0004]石油钻杆接头锥形端部的成形是石油钻杆接头成形的一个难点。采用自由锻、分模模锻、水平分模双向热挤压等工艺成形的石油钻杆接头都通过增加锥形端部的加工余量来确保成形质量，不仅浪费了材料，而且影响锻件的成形质量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种石油钻杆接头的成形工艺，该工艺提高了原材料的利用率、锻件的质量及成形精度，延长了石油钻杆接头的使用寿命，降低了生产成本。
[0006]本发明的目的通过一下技术方案来实现:
[0007]一种石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:该成形工艺包括以下工序:(I)原材料质量检验；⑵下料；⑶镦粗；⑷预加热；(5)预成形；(6)表面清理；(7) 二火加热；(8)二次挤压成形；(9)冲孔切连皮；(10)热处理；(11)锻件质量检验；(12)机加工。
[0008]所述工序(I)中，原材料为中碳合金钢材质的圆柱形棒料,将原材料进行超声波探伤检验质量。
[0009]所述工序(4)中，将坯料放置在中频电感应加热炉中加热至1100-1200°C。优选的，将坯料放置在中频电感应加热炉中加热至1150°C。[0010]所述工序(5)中，将预加热的坯料放入模具型腔内热挤压成形，形成石油钻杆接头的锥形端部。
[0011]所述工序(7)中，将表面清理好的锻件放置在中频电感应加热炉中加热至1100-1200°C。优选的，将表面清理好的锻件放置在中频电感应加热炉中加热至1150°C。
[0012]所述工序(8)中，将加热后的锻件放入模具型腔内再次热挤压成形，形成终锻件。
[0013]所述工序(10)中，将终锻件进行调质处理。调制处理工艺为:淬火温度880°C，保温时间2.5h，油冷；回火温度605-610°C保温4h，水冷。
[0014]所述工序(12)中的机加工是，先车去终锻件加工余量，再车出锥形端部的螺纹，得到所需的石油钻杆接头。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]1、本发明的石油钻杆接头的成形工艺，采用分步成形，每步采用的都是闭式挤压成形工艺，并且无需确定连皮的位置，这样可以节约设计模具时的前期投入资金和时间。
[0017]2、本成形工艺中的预成形工序中成形的石油钻杆接头的锥形端部，在第二次挤压时受到三向压应力的作用，其组织就会变得更加致密，甚至能消除第一步成形时的缺陷，提高了锥形端部的成形质量。
[0018]3、本发明的成形工艺工序中，锻件经机加工车螺纹时，由于锻件的形状更接近零件的形状，使得金属流线沿锥形分布，切屑加工时可减少金属流线露头，有利于提高锥形处螺纹的强度，延长了石油钻杆接头的使用寿命，节约了成本。
[0019]4、通过本发明的成形工艺得到的石油钻杆接头的表面质量好，精度高，材料利用率高，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是采用本发明成形工艺中的石油钻杆接头的成形工序图，其中(a)为下料成形图，(b)为镦粗成形图，(C)为预成形的成形图，(d)为二次挤压成形图，(e)为冲孔切连皮成形图，(f)为机加工成形图。
[0021]图2为本发明一种石油钻杆接头的成形工艺的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例，对本发明作进一步说明:
[0023]实施例1
[0024](I)原材料检验，对材质为37CrMnM0中碳合金钢料段进行超声波探伤查看是否有显微裂纹等缺陷，确保在后续工序中锻件质量检测。本工序的成形图如图1中的图(a)所
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[0025](2)下料，根据石油钻杆接头的体积，选取截面为圆形的棒料为坯料，在定尺带锯设备上切断至5-8米长的圆柱形棒料为坯料。
[0026](3)镦粗，将工序⑴中的毛坯镦粗至所直径为120_的坯料。本工序的成形图如图1中的图(b)所不。
[0027](4)预加热，将镦粗的坯料在中频电感应加热炉里加热，使坯料温度达到1150°C。
[0028](5)预成形，将预加热好的坯料放入多向模锻液压机上的模具型腔内热挤压成形，形成石油钻杆接头的锥形端部。本工序的成形图如图1中的图(C)所示。
[0029](6)表面清理，采用抛丸机抛丸处理，处理后的锻件表面的氧化膜剥落，表面光洁，为挤压成形做准备。
[0030](7) 二火加热，对表面清理好的锻件放置在中频电感应加热炉中再次加热至1150。。。
[0031](8) 二次挤压成形，将加热后的锻件放入多向模锻液压机上的模具型腔内再次热挤压成形，形成终锻件。本工序的成形图如图1中的图(d)所示。
[0032](9)冲孔切连皮，将终锻件放入装在油压机上的冲孔模上，冲掉连皮。本工序的成形图如图1中的图(e)所示。
[0033](10)热处理，终锻件进行调质处理，调质工艺为:淬火温度880°C，保温时间2.5h油冷；回火温度605-610°C，保温4h，水冷。
[0034](11)锻件质量检验，利用超声波探伤，检测锻件是否有缺陷。
[0035](12)机加工，机加工为车除终锻件加工余量，车出锥形端部的螺纹，得到孔径为65.1mm,最大外径为127.2mm的石油钻杆接头。本工序的成形图如图1中的图(f)所示。
[0036]图2为本发明一种石油钻杆接头的成形工艺的工艺流程示意图。
[0037]本发明采用分步成形工艺，不需确定连皮的位置，成形的石油钻杆接头的锥形端部的组织更加细密，强度高，韧性好。终锻件在机加工车螺纹时，由于锻件的形状更接近零件的形状，使得金属流线沿锥形分布，切屑加工时可减少金属流线露头，有利于提高锥形处螺纹的强度，提高石油钻具接头的寿命，而且切屑量减少，节省了原材料。本发明成形的石油钻杆接头避免了飞边，压痕，充不足等缺陷。
[0038]上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
【权利要求】
1.一种石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:该成形工艺包括以下工序:(1)原材料质量检验；⑵下料；⑶镦粗；⑷预加热；(5)预成形；(6)表面清理；(7) 二火加热；(8)二次挤压成形；(9)冲孔切连皮；(10)热处理；(11)锻件质量检验；(12)机加工。
2.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:所述工序(I)中，原材料为中碳合金钢材质的圆柱形棒料，将原材料进行超声波探伤检验质量。
3.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:所述工序⑷中，将坯料放置在中频电感应加热炉中加热至1100-1200°C。
4.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:所述工序(5)中，将预加热的坯料放入模具型腔内热挤压成形，形成石油钻杆接头的锥形端部。
5.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:所述工序(7)中，将表面清理好的锻件放置在中频电感应加热炉中加热至1100-1200°C。
6.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:所述工序⑶中，将加热后的锻件放入模具型腔内再次热挤压成形，形成终锻件。
7.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:所述工序(10)中，将终锻件进行调质处理，调制处理工艺为淬火温度880°C，保温时间2.5h，油冷；回火温度605-610°C保温 4h，水冷。
8.根据权利要求1所述的石油钻杆接头的成形工艺，其特征在于:所述工序(12)中的机加工是，先车去终锻件加工余量，再车出锥形端部的螺纹，得到所需的石油钻杆接头。
【文档编号】B23P15/00GK103962801SQ201410171985
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】徐新成, 杨向东, 袁鹏斌, 周永其, 田娇, 赵旺初, 晏彬彬, 李培耀 申请人:上海工程技术大学, 上海海隆石油管材研究所