专利名称：一体化铸造缸体及制造方法
技术领域：
本发明涉及凿岩及石油钻井提速用射流冲击器的缸体机构，特别涉及液动射流冲击器的一体化结构的铸造缸体及制造方法。
背景技术：
目前现有的射流式液动冲击器一般由射流元件、缸体、活塞、冲锤等部件组成，缸体、缸盖、元件等部件之间有多种密封方式，但是受冲击器缸体自身结构形式限制和使用条件的影响，每种密封方式都存在不足而使射流式液动冲击器主要部件之间密封容易失效， 进而影响冲击器的正常的工作。CN2385068Y公开了一种深井钻孔液动射流式冲击器，内缸和外缸之间设置橡胶密封圈，使内缸外侧壁的条形豁口与外缸内壁之间形成密封通道，从而达到使来自射流元件的高压流体进入缸体下腔的目的。这种密封形式在基本能够满足石油钻井和钻探的使用要求。但是，在钻井和钻进过程中，随着钻进深度的增加，温度不断升高，加之钻井液的冲蚀， 零部件之间的磨损，橡胶密封圈容易老化、破损而导致密封失效，进而导致影响工具的正常工作和使用寿命。CN2550477Y中公开的一种射流式冲击器的主要部件之间的密封进行了改进，将使用橡胶密封圈密封而形成的封闭通道改为一体化通道，即用一个与柱形缸体外表面相吻合的圆弧状长条金属片将缸体上的侧腔通道焊接密封。这种密封方式在使用过程中存在焊接部位开裂导致密封失效的潜在风险。CN201433708Y公开了一种射流式冲击器缸体和缸盖结构，该射流式液动冲击器缸体和缸盖通过焊镶和粘贴而成为一体，但是在实际应用过程中，由于活塞和冲锤的反复冲击，焊镶和粘贴部位同样存在容易开裂导致泄漏、泄压的现象，从而影响冲击器的使用寿命。由于现场条件恶劣，以上几种密封方式均未能经得住泥浆的长时间冲蚀，冲击器的整体寿命较低。一方面频繁的起下钻消耗巨额的钻井成本，另一方面由于密封圈所受影响因素多，冲击器工作性能不稳定，不利于工具破岩。
发明内容
为了解决射流式液动冲击器在应用过程中，缸体出现的密封失效、焊接开裂、质量不稳定等现象，本发明提供了一种液动射流冲击器中的一体化结构的铸造缸体及制造方法。本发明采用的技术方案如下一体化铸造缸体，所述的缸体采用整体铸造方式成型。在结构上，所述缸体内一端开有活塞孔5，另一端开有两个孔，分别是活塞上腔进排水孔和活塞下腔进排水孔；其中上腔进排水孔与活塞孔直接相通，下腔进排水孔通过活塞下腔进排水流道与活塞孔相通；
在所述活塞下腔进排水流道的内壁上设计有轴向加强筋。加强筋的作用是提高缸体强度，减小缸体在轴向力作用下产生变形量，进而保证活塞在缸体中往复运动自由。加强筋将所述活塞下腔进排水流道一分为二，加强筋不影响流体的正常流动。所述缸体采用高性能热做模具钢HHD (High Hot-work Die Steel)，该种材料具有高强度、高耐磨、高韧性、适合氮化等优点，且具有良好的机械性能。另外，所述缸体内壁表面采用氮化-氧化表面工艺处理。制造所述的一体化铸造缸体的方法，所述方法包括以下步骤(1)选材选用高性能热做模具钢；(2)铸造；(3)表面处理对缸体内壁进行均勻氮化，然后进行氧化处理，氮化后氧化可改善渗氮层的耐腐蚀性和耐磨性。所述步骤( 具体包括以下步骤(21)准备造型材料，然后制砂芯、造型；(22)准备熔化材料，然后使用中频炉熔化高性能热做模具钢；(23)浇注；(24)铸件落砂；(25)清理去除交口、冒口及毛刺；(26)铸件检查；(27)退火；(28)入库。与现有技术相比，本发明的有益效果为(1)缸体采用整体铸造方式成型，代替了现有技术中的焊接工艺，从根本上避免了以往冲击器缸体中存在的密封失效、焊接开裂等问题；(2)本发明中采用新型材料HHD钢，解决了冲击器缸体的磨损、冲蚀、变形等问题；(3)缸体表面采用液体氮化+氧化工艺处理，使得缸体内壁被均勻氮化，既提高缸体内壁的耐磨性，又提高其润滑性，提高了缸体的整体使用寿命。
图1为射流式液动冲击器的局部结构示意图；图2为本发明一体化铸造缸体的结构示意图；图3为本发明一体化铸造缸体的加工方法的步骤框具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。如图1所示，所述缸体1安装在射流式液动冲击器的外筒内，缸体内装有活塞2，在缸体1的一端盖有缸盖3。如图2所示，所述的缸体1采用整体铸造方式成型。在结构上，所述缸体1内一端开有活塞孔6，另一端开有两个孔，分别是活塞上腔进排水孔7和活塞下腔进排水孔8 ；其中上腔进排水孔7与活塞孔6直接相通，下腔进排水孔8通过活塞下腔进排水流道5与活塞孔6相通；在所述活塞下腔进排水流道5的内壁上设计有轴向加强筋4。轴向加强筋4的作用是提高缸体1的强度，减小缸体1在轴向力作用下产生变形量，进而保证活塞在缸体1中往复运动自由。轴向加强筋4将所述活塞下腔进排水流道5 —分为二，轴向加强筋4不影响流体的正常流动。所述的缸体1采用HHD钢材料制成，该材料具有高强度、高耐磨、高韧性、适合氮化等优点，且具有良好的机械性能。HHD钢材的机械性能如下表1所示
实验温度，°C 抗拉强度，MPa 屈服强度，MPa 延伸率，断面收缩率，% 硬度，HRC 26.718001295O θΓδ48 6
200166013705 3ΙδΤδ
400157513405 326
6009838885 524 5表 1所述的缸体1内壁表面采用氮化-氧化表面工艺处理。制造所述的一体化铸造缸体的方法，如图3所示，所述方法包括以下步骤(1)选材选用高性能热做模具钢；(2)铸造；(3)表面处理，对缸体内壁进行均勻氮化，然后进行氧化处理。所述步骤( 具体包括以下步骤(21)准备造型材料，然后制砂芯、造型；(22)准备熔化材料，然后使用中频炉熔化高性能热做模具钢；(23)浇注；(24)铸件落砂；(25)清理去除交口、冒口及毛刺；(26)铸件检查；(27)退火；(28)入库。通过试验测量缸体1在使用前后的尺寸，表明该种方法加工出的缸体耐磨损、抗冲蚀、机械性能好，大大提高了冲击器缸体的寿命。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。
权利要求
1.一体化铸造缸体，所述缸体用于射流式液动冲击器中，其特征在于 所述的缸体采用整体铸造方式成型。
2.根据权利要求1所述的一体化铸造缸体，其特征在于所述缸体内一端开有活塞孔，另一端开有两个孔，分别是活塞上腔进排水孔和活塞下腔进排水孔；其中上腔进排水孔与活塞孔直接相通，下腔进排水孔通过活塞下腔进排水流道与活塞孔相通；在所述活塞下腔进排水流道的内壁上设计有轴向加强筋。
3.根据权利要求1或2所述的一体化铸造缸体，其特征在于 所述的缸体选用高性能热做模具钢制成。
4.根据权利要求1或2所述的一体化铸造缸体，其特征在于 所述的缸体内表面采用氮化-氧化表面工艺处理。
5.一种制造权利要求1或2所述的一体化铸造缸体的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)选材选用高性能热做模具钢；(2)铸造；(3)表面处理对缸体内壁进行均勻氮化，然后进行氧化处理。 所述步骤( 具体包括以下步骤(21)准备造型材料，然后制砂芯、造型；(22)准备熔化材料，然后使用中频炉熔化高性能热做模具钢；(23)浇注；(24)铸件落砂；(25)清理去除交口、冒口及毛刺；(26)铸件检查；(27)退火；(28)入库。
全文摘要
本发明涉及一种钻探及油气钻井机构，尤其是油气钻井岩土钻凿冲击回转钻进用的射流式液动冲击器的一体化结构的铸造缸体。在本发明中，所述缸体采用整体铸造方式成型，从根本上避免了以往冲击器缸体中存在的密封失效、焊接开裂等问题；所述缸体采用新型材料HHD钢，解决了冲击器缸体的磨损、冲蚀、变形等问题；所述缸体的内表面处理采用液体氮化加氧化工艺，缸体内壁均匀氮化，既提高缸体内壁的耐磨性，又提高其润滑性，提高了缸体的整体寿命。
文档编号E21B1/26GK102454359SQ201010520168
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者刘建华, 刘鹏, 张海平, 涂玉林, 牛新明, 索忠伟, 胡彦峰, 陈天成, 陶兴华 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院