抽油杆精密模锻工艺及其有限元模拟研究

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1、华中科技大学硕士学位论文抽油杆精密模锻工艺及其有限元模拟研究姓名：向和军申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：黄早文20060419华中科技大学硕士学位论文摘要抽油杆是机械采油中的关键部件。采用精密模锻工艺生产的抽油杆，克服了头部焊接式抽油杆在采油时主要承受交变载荷而产生疲劳断裂的缺点，精密模锻工艺同时具有生产效率高、产品质量稳定等优点。随着石油开采业的迅速发展，抽油杆品种日益增多，但其模具仍采用手工设计与传统方法制造，制约了该成形工艺的应用。随着塑性加工过程的计算机模拟技术飞速发展，用有限元模拟来辅助工艺制定和模具设计是一种非常好的途径。模

2、拟方法可以在模具的虚拟制造阶段就能充分检验模具设计的合理性，减少新产品模具的开发研制时间，对用户需求做出快速响应，大大缩短了探索和试验周期和费用，提高整体经济效益，增强企业的综合实力。本文基于三维刚粘塑性有限元法的理论基础，分析了目前对锻造成形进行有限元法数值模拟分析的关键技术。以抽油杆精密成形平锻工艺为核心，通过成形工艺的分析，阐述模具设计关键过程和方法。以CYG3/4″HY为例，用DEFORM3D对该抽油杆锻造成形过程进行数值模拟，获得了锻造成形过程中的应力、应变、温度分布场和材料流动状态，并分析了工件的成形状况和产生缺陷的形式、部位和原因。抽油

3、杆实际的生产结果和有限元仿真结果吻合得很好，证明本文建立的抽油杆锻造模拟系统是有效的。以上的模拟结果为优化抽油杆成形工艺和模具结构提供了科学的依据。关键词：抽油杆精密模锻锥形模膛DEFORM3D有限元计算机模拟I华中科技大学硕士学位论文AbstractThesuckerrodisakeypartinpetroleumextractionsystemwithmechanical-drivenmethod.Thesuckerrodmadewithprecisionforgingtechniqueovercomesthefatalbugoffatiguef

4、ractureofthesuckerrodmadeofjointingtheheadandthepoleforthesuckerrodbearsthealternateloadduringitsworking,andtheformingprocesspresentsmanyadvantagessuchashighmanufacturingefficiency,stableproductquality.Thetypesofsuckerrodbecomemoreandmorevariouswiththerapiddevelopmentofpetroleu

5、mextractionindusty.Howeverthediesofsuckerrodarestilldesignedbyhandworkandmadebyconventionalmethodsthatrestricttheapplicationoftheprecisionformingprocess.Withtherapiddevelopmentofcomputernumericalsimulationofplasticprocessing,itisaperfectwayforthedesigningofprocessandproductiono

6、fdieaidedbyFiniteElement(FEM)simulation.Therationalityofdiedesigningisfullyvalidatedbythesimulationmethodduringthevirtualmanufacturingprocess,andhencedecreasingtheR&Dtimeofthenewproduct,quicklyrespondingthecustomer'srequirements,tremendouslyshorteningthecycletimeandcostofthetri

7、alanderrortest.Asaresult,thewholeeconomicperformanceandthecomprehensivestrengthofenterprisesareupgrading.Basedonthetheoriesof3-Drigid-viscoplasticFEM,thispaperanalysesthekeytechniqueswhichhaveeffectsonsimulationofforgingDEFORMation;AfteranalyzingtheDEFORMationfeaturesofrodsucke

8、rduringdieforgingprocessandthekeydesignmethodsofdiefor