一种石油钻机吊卡活动翼板锻件模锻成形的工艺

摘要

本发明涉及一种专门用于制造石油钻机吊卡活动翼板的模锻成形工艺，根据石油钻机吊卡活动翼板模锻件重量，选择重量大于该锻件重量15%的矩形钢坯置入炉中加热至始锻温度；然后将之置入锤锻模的成形模腔内，锻打一次或一次以上至使锤锻模上下模面闭合即可；将模锻成形的锻件放到切边模的凹模刃口上，然后开启切边压力机,使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，被切除了飞边的锻件落入模架底部,继而被推入料框内.优点：一是采用本申请所设计的锻模及切边模可以使模锻件的机械加工余量降至仅为锻件重量的15.4%左右，不仅使材料费大为节约，而且省工、节能；二是结构设计新颖、简单、独特、模锻效果好。

权利要求

1.一种用于石油钻机吊卡活动翼板锻件模锻成形的工艺，其特征是:模锻前准备工作：⑴对模锻件结构进行工艺性的修正并绘制合理的模锻件图，通过调整分模面的角度，消除分模面的落差，以达到平衡模锻过程中的水平错移力，并通过对锻件进行工艺上的修正，使锻件能顺利出模；

⑵锻模：锻模的分模面两端在同一平面，构成的分模过渡面为弧形，将模膛分为容积大致相近的上下两部分，以保证金属受锤击变形时在上下模膛中的顺利分配与流动，最终成形符合图纸要求的锻件形状；

⑶切边模：切边模中凹模的工作刃口是一个封闭的轮廓，它与石油钻机吊卡活动翼板锻件分模面的飞边带的轮廓相吻合，以保证其在工作中能精确有效地将锻件的飞边切除；

切边模中凸模是模具工作过程中以之传递压力的零件，凸模的模膛与石油钻机吊卡活动翼板锻件的上模部分的轮廓相吻合，以免锻件在切边过程中受其损伤，为使凸模能进入凹模以完成飞边从锻件上的脱离，其周围设有与凹模刃口相匹配的轮廓形状，且与凹模刃口具有一定的间隙；

模锻：

⑴根据石油钻机吊卡活动翼板模锻件的重量，选择重量大于该锻件重量15%的矩形钢坯置入炉中加热至始锻温度；

⑵然后将之置入锻模的成形模膛内，锻打一次或一次以上,使锻模上下模闭合即可；

⑶将模锻成形的锻件放到切边模的凹模刃口上，然后开启切边压力机，使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，被切除了飞边的锻件落入模架底部，继而被推入料框内，其后被堆放在车间某处空冷并进行锻后热处理和调质处理。

2.根据权利要求1所述的用于石油钻机吊卡活动翼板锻件模锻成形的工艺，其特征是：所述锻模的分模面两端在同一平面,构成的分模过渡面为弧形,锻模上模膛分模面的弧面半径为R180mm，下模膛分模面的弧面半径为R220mm。

说明书

一种石油钻机吊卡活动翼板锻件模锻成形的工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种专门用于制造石油钻机吊卡活动翼板锻件模锻成形的工艺，属模锻工艺制造领域。

背景技术

[0002] <翼板>是石油钻机吊卡部件上的重要零件，由合金结构钢(42CrMo)锻造而成(见附图3-1～3-3)。由于零件结构的特殊性和复杂性，传统的锻造工艺仅仅是将零件简化成一个简单的六面体，其不足之处是：一个机械加工后重量约55公斤的零件，其锻件重量却高达149公斤(见附图4-1～4-2)，锻件毛坯重量竟然是零件重量的2.7倍，不仅原材料利用率低，而且机械加工效率低、能耗高。

发明内容

[0003] 设计目的：避免背景技术中的不足之处，由模锻锻出的活动翼板模锻件尽可能接近了零件的轮廓形状，最大限度地减少了机械加工的部位和加工余量。 [0004] 设计方案：为了实现上述设计目的。1、对锻件结构进行工艺性的修正并绘制合理的模锻件图:调整锻件分模面的角度，消除分模面的落差，以达到平衡模锻过程中产生的水平错移力的目的,为此必须对锻件进行工艺性的修正以满足模锻的锻出条件。简单地说，就是弥补由于分模面角度的调整而导致的出模斜度的不利变化— 锻件由本可以出模而变为不可以出模，但在对锻件进行工艺上的修正以后使锻件变得仍然可以顺利出模。如此处理丝毫无损于锻件的整体结构而又完全克服了上面所列的各种不利因素，使该零件由传统的自由锻锻出改由模锻成形变得现实而又可靠。2、模具的设计，以满足锻件的顺利锻出并达到锻件的技术要求为前提，同时必须保证模具的足够强度和寿命及生产过程中的安全可靠。本申请以上述理念为基础，设计出了10t锤上模锻的锻模(图1-1～1-3)及与之相匹配的10000KN的切边液压机上的切边模(图2-1～2-4)。3、原始坯料形状和规格的合理选择对于锻件的成形和模膛的充满程度、金属流线的合理分布、飞边的适量与否及其分布的均匀性都会产生重要的影响。经过试锻，本工艺选择择了一种合适的尺寸规格的矩形截面的坯料.

[0005] 该工艺实施的基本工序为:下料-加热-清除氧化皮-模锻-切边-热整形-冷却-中间检验并打磨毛刺-锻后热处理(正火)-第二热处理(调质-淬火+回火)-清理-最终检验(包括锻件表面质量、尺寸公差、无损检测和机械性能试验)-交货。热处理:按严格的热处理规范,先实施锻后热处理-正火，其后进行第二热处理-调质处理(淬火+回火)，以满足锻件工作状态下的机械性能要求。

[0006] 技术方案：一种用于模锻石油钻机吊卡活动翼板成形的模锻工艺，模锻前准备工作：

[0007] ⑴对锻件结构进行工艺性的修正并绘制合理的模锻件图:通过调整分模面的角度，以达到平衡模锻过程中产生的水平错移力的目的，并通过对锻件进行了工艺上的修正，使锻件顺利出模；

[0008] ⑵锤锻模：锻模的分模面两端在同一平面，构成的分模过渡面为弧形,将模膛分为容积大致相近的上下两部分,以保证金属受锤击变形时在上下模膛中的顺利分配与流动,最终成形符合图纸要求的锻件形状；

[0009] ⑶切边模：切边模中凹模的工作刃口是一个封闭的轮廓，它与石油钻机吊卡活动翼板锻件分模面的飞边带的轮廓相吻合，以保证其在工作中能精确有效地将锻件的飞边切除；切边模中凸模是模具工作过程中以之传递压力的零件。凸模的模膛与石油钻机吊卡活动翼板锻件的上模部分的轮廓相吻合，以免锻件在切边过程中受其损伤。为使凸模能进入凹模以完成飞边从锻件上的脱离，其周围设有与凹模刃口相匹配的轮廓形状，且与凹模刃口具有一定的间隙。

[0010] 模锻：

[0011] ⑴根据石油钻机吊卡活动翼板模锻件的重量，选择重量大于该锻件重量15%的矩形钢坯置入炉中加热至锻始温度；

[0012] ⑵然后将之置入锤上锻模的成形模膛内，锻打一次或一次以上，使锻模上下模闭合即可；

[0013] ⑶将模锻成形的锻件放到切边模的凹模刃口上，然后开启切边压力机,使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，被切除了飞边的

[0014] 锻件落入模架底部,继而被推入料框内,其后被堆放在车间某处空冷并进行锻后热处理和调质处理。

[0015] 本发明与背景技术相比，一是采用本申请所设计的锻模及切边模可以使模锻件的机械加工余量降至仅为锻件重量的15.4%左右，不仅使材料费用大为节约，而且随之带来的机械加工工时及其相关联的能源、设备等方面的节约更是无法计量，其经济效益十分显著；二是结构设计新颖、简单、独特、模锻效果好。

附图说明

[0016] 图1-1是锻模的主视结构示意图。

[0017] 图1-2是图1-1的俯视结构示意图。

[0018] 图1-3是图1-1的侧视结构示意图。

[0019] 图2-1是切边凹模的结构示意图。

[0020] 图2-2是切边凹模的俯视结构示意图。

[0021] 图2-3是切边凸模的结构示意图。

[0022] 图2-4是切边凸模的俯视结构示意图。

[0023] 图3-1是背景技术的主视结构示意图。

[0024] 图3-2是背景技术的侧视结构示意图。

[0025] 图3-3是背景技术的俯视结构示意图。

[0026] 图4-1是简化后呈六面体的自由锻件图的主视结构示意图。

[0027] 图4-2是简化后呈六面体的自由锻件图的俯视结构示意图。

[0028] 图5是背景技术的锻模结构示意图，图中锻件的分模面两端构成很大的落差(104.4mm)。

具体实施方式

[0029] 实施例1：参照附图1-1～2-4。一种用于模锻石油钻机吊卡活动翼板成形的模锻工艺，模锻前准备工作：

[0030] ⑴对锻件结构进行工艺性的修正并绘制合理的模锻件图:通过调整分模面的角度，消除分模面的落差，以达到平衡模锻过程中产生的水平错移力的目的，并通过对锻件进行了工艺上的修正，使锻件顺利出模；

[0031] ⑵锤锻模：锻模的分模面两端在同一平面，构成的分模过渡面为弧形，将模膛分为容积大致相近的上下两部分，以保证金属受锤击变形时在上下模膛中的合理分配与流动，最终成形符合图纸要求的锻件形状；

[0032] ⑶切边模：切边模中凹模的工作刃口是封闭的,它与石油钻机吊卡活动翼板锻件分模面的飞边带轮廓相吻合，以保证其在工作中能精确有效地将锻件的飞边切除；切边模中凸模是模具工作过程中以之传递压力的零件。凸模的模膛与石油钻机吊卡活动翼板锻件的上模部分的轮廓必相吻合，以免使锻件在切边过程中受其损伤。为使凸模能进入凹模以完成飞边从锻件上的脱离，其周围设有与凹模刃口相匹配的轮廓,且与凹模刃口具有一定的间隙。

[0033] 模锻：

[0034] ⑴根据石油钻机吊卡活动翼板模锻件的重量，选择重量大于该锻件重量[0035] 15%的矩形钢坯置入炉中加热至始锻温度；

[0036] ⑵然后将之置入锤上锻模的成形模膛内，锻打一次或一次以上,使锻模上下模闭合即可；

[0037] ⑶将模锻成形的锻件放到切边模的凹模刃口上，然后开启切边压力机,使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，被切除了飞边的锻件落入模架底部,继而被推入料框内,其后被堆放在车间某处空冷并进行锻后热处理和调质处理。

[0038] 所述锤锻模上模膛分模面的弧面半径为R180mm，下模膛分模面的弧面半径为R220mm。

[0039] 也就是说，从附图3-1～3-3可以看出，通过对背景技术的模锻件分模面角度的调整，消除了分模面的落差，达到了平衡在模锻过程中产生的水平错移力的目的，并为弥补由于分模面角度的调整而导致的出模斜度的不利变化 - 锻件由本可以出模而变为不可以出模，继而对锻件进行了工艺上的修正而绘制的锻件图，使锻件变得仍然可以顺利出模，为下一步锻模的设计创造了可持续的条件。

[0040] 从附图1-1～1-3可以看出，通过调整锻件分模面的角度而设计的新型锻模有效地消除了分模面的落差，达到了平衡在模锻变形过程中产生的水平错移力的目的，此时设计在锻模上的4个角锁扣仅为模具工作过程中上下模打击时发挥定位的作用，以导正设备工作时由于各种外来因素而导致的上下模错移。必须说明的是，上述中的锁扣结构与附图5所示意的，由于分模面很大的落差导致的强大的水平方向的错移力而不得不设计粗厚的锁口与之平衡的结构在性质和作用上是不同的,即便如此,后者发挥的作用未必是理想有效的,且存在较大的安全隐患，非不得已而不取的。

[0041] 从附图2-1～2-4可以看出，基于锻件工艺结构和锻模设计的要求,设计出了与之相匹配的10000KN的切边液压机上的切边模。

[0042] 模具的设计以锻件图为依据和基础，以满足锻件的顺利锻出并达到锻件的技术要求为前提，同时必须保证模具的足够强度和寿命及生产过程中的安全可靠，以上的理念是本实施例的指导思想。

[0043] 值得提到的是：在工艺实施过程中，原始坯料形状和规格的合理选择对于锻件的成形和模膛的充满程度、金属流线的合理分布、飞边的适量与否及其分布的均匀性都会产生重要的影响。经过试锻，本工艺选择择了一种合适的尺寸规格的矩形截面的坯料。 [0044] 本工艺实施的基本工序为：下料-加热-清除氧化皮-模锻-切边-热整形-冷却-中间检验并打磨毛刺-锻后正火热处理-锻后第二热处理调质，淬火+回火-清理-最终检验(包括锻件表面质量、尺寸公差、形位公差，无损检测和机械性能试验)-交货。 [0045] 不难看出，如果完全保留零件原来的结构状态(图3-1～3-3)，分模面呈折线，转折处用大圆弧过渡(图3-1～3-3及图5)。如图5所示,分模面的落差为104.4 mm(冷锻件分模面落差为103.83mm)，为了平衡在模锻过程中产生的水平方向的错移力，必须设计强大的锁扣，但即便这样，由于其错移力是如此巨大，锁扣在工作过程中被击坏的机率是很大的，它将导致锻模的的短寿并失效；而巨大的错移力必将使锻件产生超过标准要求的错移公差，同时也会对设备带来不利的影响，还会给生产安全带来隐患。对于切边模而言，这样的锻件分模面的刃口状态和水平分力的存在则不利于锻件切边时的定位和切边工序的正常进行；在设计切边凸模时你还会发现，因此而导致凸模局部模壁十分单薄，无法保证其具有足够的强度来传递设备的切边力，凸模也会因此而迅速退火变形失效。 [0046] 需要理解到的是：上述各实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。