楊宏偉，李艷麗，朱立強，閆路，張慧杰，王克虎

38 mm直徑小規(guī)格鉆桿的研制

楊宏偉，李艷麗，朱立強，閆路，張慧杰，王克虎

(石家莊探礦機械廠,石家莊 050000)

本文根據(jù)我廠生產(chǎn)38 mm直徑小規(guī)格鉆桿的實際過程，闡述了該鉆桿制造方法以及應該注意的問題和難點，最后提出一些建議，希望大家能夠從中獲益。

鉆桿；問題；研制

1 概述

我們公司是生產(chǎn)鉆桿的專業(yè)廠家，生產(chǎn)各種規(guī)格的鉆桿，包括符合API要求的各種常規(guī)的鉆桿，地質(zhì)上用的細牙螺紋鉆桿，也生產(chǎn)反循環(huán)用的雙壁鉆桿。2016年8月，接到一小規(guī)格的鉆桿任務，要求對38 mm直徑鉆桿進行鐓粗，管體壁厚為6.35 mm，總長度為1324 mm。管體材質(zhì)為30CrMo，經(jīng)整體調(diào)質(zhì)處理后進行校直，直線度要求1 mm/m。我們根據(jù)客戶的需求對鉆桿進行了設計，制定了合理的工藝流程，生產(chǎn)的產(chǎn)品符合客戶的要求。

2 38 mm直徑鉆桿制造過程

2.1 問題的分析

鉆桿制造首先需要分析以下幾個問題：①現(xiàn)有設備的能力是否滿足其要求；②鉆桿鐓粗所有的模具及沖頭的加工；③鐓粗后調(diào)質(zhì)處理及力學性能檢驗；④調(diào)質(zhì)后校直來滿足直線度要求。通過分析，由于現(xiàn)有設備的鐓粗能力能夠滿足?50～127 mm鉆桿的鐓粗能力，所以設備的鐓粗能力肯定沒有問題。模具及沖頭需要根據(jù)客戶產(chǎn)品要求進行設計，其他兩項不存在問題。

2.2 38 mm直徑鉆桿結構

鉆桿結構如圖1所示。鉆桿的加厚形式分為外加厚型(EU)、內(nèi)加厚型(IU)、內(nèi)外加厚型(IEU)三種加厚形式。通過圖1我們可以看出該鉆桿的加厚形式為外加厚型(EU)。

圖1 38 mm直徑鉆桿結構圖

2.3 管端鐓粗方法及注意問題

2.3.1 管端鐓粗方法

由于管端加厚部位與管體非加厚部位長度相差非常懸殊，因此只對管材端部進行局部加熱后鐓粗成型。鐓粗變形方式為端部軸向壓縮，即徑向加壓壓緊，軸向加壓鐓粗成型。

2.3.2 鐓粗中應注意的問題

為了能夠達到預期的鐓粗效果，必須注意以下幾個問題：

(1)鐓粗前對管端的局部加熱溫度控制在合理范圍內(nèi)，一般控制在1100℃以上。如果溫度過低，鐓粗成型困難效果不理想；如果溫度過高，將會造成管端過燒現(xiàn)象，其塑性和沖擊韌性將會嚴重降低成為廢品。

(2)鐓粗模具必須嚴格根據(jù)鉆桿的加厚尺寸進行設計，包括成型模具和沖頭的設計。根據(jù)圖紙要求我們采用一次鐓粗成型的工藝，模具、沖頭以及鐓粗見圖2。

圖2 鐓粗模具及沖頭示意圖

(3)準確地計算壓縮量確保內(nèi)外表面美觀、尺寸符合要求。如果壓縮量過大，鐓粗過程就會出現(xiàn)脹模具現(xiàn)象出現(xiàn)外飛邊，最后需要打磨方式去除，增加不必要的工作量；如果壓縮量過小就會出現(xiàn)因送料不足導致內(nèi)表面或外表面凹坑缺陷，需要二次復鐓增加工費電費等成本。因此鐓粗過程中需要計算并控制好送料量。

2.4 樣品實例

鉆桿樣品見圖3。

圖3 鉆桿樣品圖

通過嚴格控制生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)，鐓粗成型后對該鉆桿的外觀和公稱尺寸進行了檢驗，總體長度：1340～1350 mm，加厚端直徑50 mm(通過機加工后保證48 mm)，內(nèi)孔直徑25 mm，加厚端長度和過渡區(qū)域外等均能符合要求，外觀不存在凹坑、過燒等現(xiàn)象，順利完成了400支鉆桿的鐓粗任務。

2.5 力學性能檢驗

力學性能是一項非常重要的指標。根據(jù)API Spec 5DP-2009標準的要求，對其進行屈服、抗拉、沖擊功的檢驗以及硬度檢驗。鐓粗成型后進行了整體調(diào)質(zhì)處理，并取樣做破壞性力學性能試驗，試驗結果達到以下數(shù)值：屈服強度 875 MPa，抗拉強度1020 MPa，沖擊功82 J，伸長率13.5%，硬度檢驗HB290～320范圍之內(nèi)，試驗結果符合設計的要求。

2.6 直線度檢驗

管體調(diào)質(zhì)處理后，我們逐根對其直線度進行檢驗。根據(jù)API Spec 5DP-2009要求，從管體一端到管體另一端(加厚端除外)，采用直尺或拉緊金屬線的方法進行測量，偏離直線或弦高不應超過管體長度的0.2%。由于該鉆桿比較短，采用1 m直尺加塞尺的檢驗手段，管體在滾動過程中，1 m直尺貼靠在管體外徑母線上(加厚端除外)，用塞尺對其間隙進行測量。測量數(shù)值偏離值范圍≤1.3 mm/m，對于超差的管體進行校直以滿足直線度要求。

3 生產(chǎn)過程中的難點

通過本次的生產(chǎn)任務，總結出以下幾點值得注意：第一，管體整體長度比較短，總長1324 mm，在鐓粗過程中，加熱及向鐓粗模具送料時相對困難；第二，管體直徑比較細，調(diào)質(zhì)過程容易使管體產(chǎn)生彎曲變形，部分管體必須經(jīng)過校直才能滿足要求，工作任務量大；第三，由于管體加厚端內(nèi)徑比較小，只有25 mm，這就要求沖頭直徑較小，在鐓粗過程中容易引起沖頭的斷裂。

4 幾點建議

鉆桿端部的鐓粗是一項艱巨的任務，為了能夠確保鐓粗后達到預定的要求，鐓出高質(zhì)量的鉆桿在此提出一些建議供大家參考。

(1)鐓粗前進行準確的分析和計算，設計符合要求的模具和沖頭；

(2)制定出合理的鐓粗工藝，編制工藝工程作業(yè)指導書；

(3)對鐓粗人員做好技術交底工作或進行必要的培訓，提高操作人員技術；

(4)鐓粗過程中做好跟蹤和檢驗，發(fā)現(xiàn)問題及時改正；

(5)調(diào)質(zhì)過程中控制好直線度，減少校直工作量。

[1] 郭立珍, 王瑞年, 滿旭波. 鉆桿管端加厚工藝[J]. 西部探礦工程, 2011, 23(6):106-109.

2016-11-24

楊宏偉(1981-)，男，河北唐山人，石家莊探礦機械廠高級工程師，機械設計專業(yè)，主要從事鉆井設備、地質(zhì)鉆具的研發(fā)工作，石家莊市鹿泉區(qū)昌盛大街69號，Tel：13933089572，E-mail：1216516102@qq.com。

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