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1、36ANHUIMETALLURGY2007年第2期石油钻井小环件轧制成形工艺的研究黄松林(马鞍山钢铁股份有限公司)摘要根据环件轧制工艺及原理,介绍了对一种石油钻井用特殊小环件的轧制成形工艺进行研究和验证的情况,并分析了该工艺特点及所带来的经济效益。关键词石油钻井小环件毛坯轧制RollingandFormingProcessesoftheMinorRingforOilDrillingEquipmentHuangSonglin(MaanshanIron&SteelCo.Ltd.)AbstractTheresearchandtestoftherolli
2、ngandformingprocessesforaspecialringusedinoildrillingequip2mentareintroducedinlightofringrollingprocessandprinciple.Theprocesscharacteristicsandeconomicbenefitsbroughtaboutareanalyzed.Keywordsminorringforoildrillingequipmentblankrolling0前言小的弊病,从而导致环件在成型时金属充填型腔困石油钻井小环件用于海上石油钻井
3、,为钻井工难,在局部地方易形成折迭等缺陷,见图1。另外,作时的易耗品,使用量非常大。产品外形属于高度切边、冲孔时定位困难,需增加定位凸台,也使材料尺寸相对较大的薄壁小孔径环形件。该环件目前有消耗有所增加。模锻工艺材料利用率为35%左右。两种规格:外圈尺寸为566mm×453mm×218mm;内圈尺寸为546mm×453mm×187mm。产品材质接近20Mn2,但有一定改进。本文以生产难度较大的内圈为例具体介绍这种石油钻井小环件的轧制成形工艺。1工艺分析1.1自由锻过去该产品较多的是采用自由锻马架扩孔成形1-金属充填不满处;2-折迭产生处;的方法,
4、环件尺寸波动大,加大余量大,表面质量不3-切边、冲孔定位凸台好,材料利用率仅为约40%,生产效率也不高,且环图1采用模锻工艺易形成的缺陷示意图件综合机械性能也较差。1.2模锻工艺1.3轧制工艺该产品也可采用模锻成型,但难度极大,材料利(1)轧制工艺特点用率也不高,实际中很少采用。主要原因是该环件轧制需先在压力机上镦粗坯料并冲孔,然后进具有高度尺寸相对外径而言较大,壁厚较小,小孔径行径轴向环轧机轧制。特点是坯料旋转,变形是连等外形特点,这就造成锻模型腔深度较大,而宽度较续的,压下量小,具有表面变形特征。因此,轧制是局作者简介:黄林松,工程师,安徽省
5、马鞍山市(243000)马钢车轮公司2007年第2期安徽冶金37部变形积累达到整体成型的连续变形技术。所以,此环件按这种方法制坯,坯形如图3所示。(2)轧制工艺分析该产品若采用轧制成型工艺,既节约原材料,减少机加工工时,又能使产品金属流线成封闭的环形分布,从而大幅提高零件的综合机械性能。但具体到此环件,高度尺寸为187mm,相对于高度而言,环件外径为546mm,内径为453mm,而壁厚仅为46.5mm,比较薄,高宽比达到4.02。增加了轧制成形和轧制毛坯制坯的难度,这正是我们研究的主要课题。图3传统冲孔方式坯形2环件交货图的绘制要使坯形更好满足轧
6、制需要,必须设计新的冲根据零件图绘制环件交货图,见图2。由于是孔方式。新冲孔方式采用坯料先镦粗(镦粗量控制首次试轧,结合外形及轧制工艺的特点,略增加了环在50mm左右);再用压痕器压痕(大小:ª110mm×件余量和公差。20～40mm),压痕的目的是为穿孔器定中心;穿孔器放入压痕位置,用上模板或上冲头压穿孔器一次或两次打通料坯完成穿孔(孔径110mm)。坯料高度设计为205mm,按照体积不变定律即可以计算出毛坯外径,坯形图如图4所示。图2环件交货图3轧制毛坯设计由于该产品外形特殊,不能象普通轧制那样顺利成形。经验表明图4穿孔冲孔方式坯形图(毛坯尺
7、寸),在外径小于600mm的情况下,高宽比>2.5的环件,按常规方式制坯再进行轧制,将产生严重的轧制缺陷,即上下外交角无法充满。4轧制模具设计因此,为轧制提供合适的毛坯形状和尺寸,是轧制成由于本环件轧制的特殊性和复杂性,所以与常形工艺的关键。规轧制存在极大区别,需专门设计的模具主要有压传统冲孔方式是坯料先镦粗,后在下冲头上压痕,痕器、穿孔器、平冲盘以及轧机芯辊和主辊。再用上冲头打下冲块。该冲孔方式具有以下特点:根据1000t水压机的特点以及锻件形状和工艺(1)由于脱模需要,上下冲头均设计为有一定斜要求,冲孔结构示意图见图5。度的特殊形状。为保证穿
8、孔时坯料下部不出舌头(凸台),冲盘(2)由于冲块厚度控制在20～40mm,压痕深度孔设计为只比穿孔器大8mm,所以要求水压机定心较深。要
