一种石油钻杆内螺纹接头的温挤压成形工艺

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内螺纹接头的温挤压成形工艺，该成形工艺包括以下工序：(1)下料；(2)表面清洗；(3)浸涂润滑剂；(4)感应加热；(5)温挤压成形预制坯；(6)温挤压成形锻件；(7)冲连皮；(8)热处理；(9)机加工；(10)外观涂装。所述成形工艺中，坯料在三向压应力的作用下，提高了金属塑性，改善金属内部流线型，从微观组织上提高了锻件质量和力学性能，提高了预制坯和锻件的质量。本成形工艺不产生强烈氧化，通过模具进行挤压，实现坯料成形，提高了原料的利用率，缩短了制备周期，而且减少了金属坯料的氧化程度和坯料成形后的变形量，提高了锻件质量，降低了生产成本。

说明书

技术领域

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内螺纹接头的 温挤压成形工艺。

背景技术

随着全球能源供应紧缺，各大工业国正在加紧对石油、天然气等地下能源 的钻探和开采生产。在石油开采中，对钻具的需求越来越旺盛，性能要求越来 越高。石油钻具主要由钻杆、连接套、稳定器和钻挺等组成，主要适用于油气 勘探开发过程中的深井、水平井和大位移井的施工，工作环境恶劣，一般在几 百米甚至几千米的地下工作，需要承受拉、压、扭、冲、剪等各种作用力，甚 至还将承受瞬间的突变载荷。其中石油钻杆接头是石油钻杆的重要连接部件， 在钻井过程中接头处要经常拆卸，接头表面承受相当大的大钳咬合力，并且在 钻井过程中,接头本身承受扭曲、拉伸、压缩等复合力的作用，受力条件复杂， 所以钻杆接头是石油钻杆的薄弱环节，对接头毛坯的材料和力学性能有着严格 的要求，对工艺选择要求也越来越高。

当前，石油钻杆接头的一般成形过程是通过机械加工的方式制造接头预制 坯，经感应加热，最后通过闭式模锻挤压成形。该成形方法为了保证深孔锻件 的成形，机加工采用增加锻造余量、余块的方式来提高成品率，增加了金属量， 这样使得材料利用率仅达到20-30％，同时产生大量废料，生产周期长、生产 成本高。并且金属经机械加工，破坏了金属本身的流线，降低了金属的成形性 能及力学性能，影响锻件质量。石油钻杆接头材质为高强度合金钢，这种合金 硬度大，强度高，经机械加工的预制坯没能改善金属的成形性能，对金属流线 型的破坏增加了成形难度。

预制坯形状及连皮位置对锻件质量及成形过程有很大影响，一般采用的预 制坯形状为两种，一种是连皮位于预制坯中间，导致锻件底部很难充满；另一 种是连皮位置位于预制坯底部，导致载荷大，行程长，凸模容易弯折，锻件很 容易抱死在凸模上。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油钻杆内螺纹接头的温挤压成形工艺，该工艺 提高了原材料的利用率、锻件的质量及成形精度，延长了石油钻杆内螺纹接头 的使用寿命，降低了生产成本。

本发明的目的通过一下技术方案来实现：

一种石油钻杆内螺纹接头的温挤压成形工艺，其特征在于：该成形工艺包 括以下工序：(1)下料；(2)表面清洗；(3)浸涂润滑剂；(4)感应加热；(5) 温挤压成形预制坯；(6)温挤压成形锻件；(7)冲连皮；(8)热处理；(9)机 加工；(10)外观涂装。

所述工序(1)中，根据石油钻杆内螺纹接头的体积，将材质为中碳合金 钢的圆形棒料锯切成长度为4-6米的坯料。

温挤压成形工艺中，对挤压件的尺寸精度和表面质量的要求较高。所以要 进行表面清理，表面清理的方法是采用抛丸机抛丸处理。处理后的坯料应表面 光整，无油污、细小的毛刺等异物，表面呈现细小的麻点，以便牢固地附着润 滑剂。

所述工序(3)中，先将坯料预热至150-170℃，然后将坯料浸没在水基石 墨润滑剂中直至形成一层薄而均匀的石墨层为止。

所述工序(4)中，将坯料放入中频感应炉内加热至800-900℃。优选的， 将坯料放入中频感应炉内加热至850℃。

所述工序(5)中，将加热好的坯料放入预先制好的闭式模锻挤压模具的 型腔内，成形预制坯。闭式模锻挤压模具是根据所要挤压成形的预制坯形状进 行制模的。

所述工序(6)中，将预制坯放入预先制好的闭式模锻挤压模具的型腔内， 形成锻件。闭式模锻挤压模具是根据所要挤压成形的锻件形状进行制模的。

所述工序(8)中，将冲连皮后的锻件放入淬火油中快速冷却至室温，然 后再加热至550-650℃，保温3-5min，最后再放入淬火油中冷却至室温。

所述工序(9)中，将热处理后的锻件进行粗车，去除加工余量，再加工 出锻件内螺纹，制得石油钻杆内螺纹接头。

所述工序(10)中，将石油钻杆内螺纹接头进行镀膜、油漆、涂装处理。

本发明的有益效果是：

1、本发明的石油钻杆内螺纹接头的温挤压成形工艺，坯料在三向压应力 的作用下，提高了金属塑性，改善金属内部流线型，从微观组织上提高了锻件 质量和力学性能，提高了预制坯质量，有利于锻件的成形，也进一步提高了锻 件的成形质量。

2、本成形工艺不产生强烈氧化，通过模具进行挤压，实现坯料成形，提 高了原料的利用率，缩短了制备周期，而且减少了金属坯料的氧化程度和坯料 成形后的变形量，提高了锻件质量，降低了生产成本。

3、本成形工艺的锻件的温度分布更均匀，应力应变降低，而且加工前不 需要进行坯料的退火热处理，工艺更加简便。

4、通过本发明的成形工艺得到的石油钻杆内螺纹接头的表面质量好，精 度高，材料利用率高，而且模具的使用寿命长，成本低。

附图说明

图1是采用本发明成形工艺中的石油钻杆内螺纹接头的成形工序图，其中 (a)为下料成形图，(b)为温挤压成形预制坯的成形图，(c)为温挤压成形 锻件的成形图，(d)为冲连皮的成形图，(e)为机加工成形图。

图2为本发明一种石油钻杆内螺纹接头的温挤压成形工艺的工艺流程示意 图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

实施例1

(1)下料，根据指定的石油钻杆内螺纹接头的体积来计算其坯料的尺寸， 选定圆形截面的37CrMnMo中碳合金钢为原材料，采用定尺带锯锯切长度为4-6 米的圆形棒料为坯料长度。具体如图1中的图(a)所示。

(2)表面清洗，温挤压是一种金属材料少无切削的成形工艺，对挤压件 的尺寸精度和表面质量的要求较高。所以需要对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抛丸机 抛丸处理，处理后的坯料应表面光整，无油污及细小的毛刺等异物，表面呈现 细小的麻点，以便牢固地附着润滑剂。

(3)浸涂润滑剂，将清洗干净的坯料预热至160℃，然后浸没在水基石墨 润滑剂，使得坯料表面形成一层薄而均匀的石墨层，防止坯料加热时的氧化。

(4)感应加热，将表面清理并涂有石墨的坯料装入料筒，然后进入中频 感应加热炉内进行预热，热透至850℃，保温3-5min后出炉。

(5)温挤压成形预制坯，将预热好的坯料放入预先根据所需成形的预制 坯的形状而设计好的闭式模锻温挤压模具的型腔内直接成形预制坯。模内采用 循环冷却装置进行冷却。具体如图1中的图(b)所示。

(6)温挤压成形锻件，将成形的预制坯放入预先根据所需锻件形状而设 计好的闭式模锻温挤压模具的型腔内直接成形锻件。模内采用循环冷却装置进 行冷却。具体如图1中的图(c)所示

(7)冲连皮，在装有冲孔模的油压机上将连皮去除。具体如图1中的图 (d)所示。

(8)热处理，将冲连皮后的锻件放入淬火油中进行快速冷却至室温，再 将锻件加热至600℃，保温3-5min，再放入淬火油中冷却。

(9)机加工，粗车：将热处理后的锻件在车床上进行粗车，去除加工余 量，达到尺寸要求；车螺纹：在内螺纹加工机床上按精度要求加工锻件内螺纹， 得到石油钻杆内螺纹接头。具体如图1中的图(e)所示。

(10)外观涂装，将石油钻杆内螺纹接头进行镀膜、油漆等涂装处理。

图2为本发明一种石油钻杆内螺纹接头的温挤压成形工艺的工艺流程示意 图。

本发明的成形工艺与机械加工成形工艺相比，坯料在模膛内在三向压应力 状态下，使得零件的强度、塑性等有了明显的提高，组织更加致密，且具有流 线型，而且原材料的利用率提高，生产成本低。

本发明的预制坯的连皮在中间位置，避免了凸模过长所带来的危害。可提 高锻件质量，降低应力应变，改善金属流动状况，并能缩短行程，防止了实际 生产中凸模折弯的现象，提高了模具的使用寿命。

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。