数控车工毕业设计钻杆接头的加工.docx
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数控车工毕业设计钻杆接头的加工
毕业设计报告
课题:
钻杆接头的加工
系部：
数控技术系
专业：
模具设计与制造
班级：
０７高职模具（２）班
姓名：
学号：
070702221
指导老师：
2011．9.11
摘要.................................................................................................................................4
第一章石油钻具的产品介绍.......................................................................................5
1.1钻杆接头..................................................................................................................6
1.1.1规格型号.............................................................................................................6
1.1.2产品描述.............................................................................................................6
1.1.3主要性能.............................................................................................................6
1.1.4主要用途.............................................................................................................6
1.2钻杆..........................................................................................................................7
1.2.1加重钻杆列表.....................................................................................................7
1.2.2产品描述.............................................................................................................8
1.2.3主要性能.............................................................................................................8
1.2.4主要用途.............................................................................................................8
1.3钻铤..........................................................................................................................9
1.3.1产品规格.............................................................................................................9
1.3.2规格型号.............................................................................................................9
1.3.3主要用途.............................................................................................................9
1.3.4钻铤列表............................................................................................................10
.第二章石油钻杆接头加工..........................................................................................11
2.1石油钻杆接头试制过程.........................................................................................11
2.2钻杆接头加工流程................................................................................................12
2.3检验及加工量具清单……....................................................................................13
2.4数控车床的切削量的选择……............................................................................14
第三章母接头的工艺分析..........................................................................................17
3.1母接头零件图.........................................................................................................17
3.2母接头精加工工艺卡.............................................................................................17
3.3母接头刀具卡.........................................................................................................18
3.4钻杆母接头镗孔加工编程.....................................................................................19
3.5钻杆母接头外圆加工编程.....................................................................................20
3.6钻杆母接头内螺纹加工编程.................................................................................21
第四章公接头工艺分析...............................................................................................23
5.1公接头零件图.........................................................................................................23
5.2公接头精加工工艺卡.............................................................................................23
5.3公接头刀具卡.........................................................................................................24
5.4钻杆公接头外圆加工编程.....................................................................................25
5.5钻杆公接头镗孔加工编程.....................................................................................26
5.6钻杆公接头外螺纹加工编程.................................................................................27
结束语.............................................................................................................................30
致辞................................................................................................................................31
参考文献.......................................................................................................................32
钻杆接头加工
摘要
目前，石油钻杆接头（对焊接头）是石油、天然气、钻井作业中使用的与钻杆管体对焊接头，用来连接钻杆、转换以及传递扭矩的作用。
我所在的单位主要从事钻具的加工，本设计主要介绍了石油钻井作业中使用到的钻具、石油钻杆接头的试制过程以及钻杆接头加工编程中刀具、切削用量、量具的选择。
我厂对钻杆接头进行了新的结构改进，所述钻杆接头由具有外螺纹的公接头和具有内螺纹的母接头通过梯形螺纹形成过盈配合。
本实用新型连接强度高、密封性能好，便于推广和应用。
关键字：
钻杆接头钻杆管体加工编程梯形螺纹过盈配合
第一章石油钻具的产品介绍
1.1钻杆接头
1.1.1钻杆接头规格型号φ79.4——φ279.4
1.1.2钻杆接头产品描述
使用AISI4137H铬钼钢制造，对微量元素的含量进行有效的控制，接头螺纹表面进行磷化或镀铜处理。
根据外形与使用分为三种型式。
A型（同径式）：
一只转换接头只有一个外径尺寸。
B型（异径式）：
一只转换接头有两个外径尺寸。
C型（左旋式）：
转换接头的连接螺纹为左旋形式。
1.1.3钻杆接头主要性能
外径范围
屈服强度MPa
抗拉强度MPa
伸长率%
布氏硬度HB
夏比冲击功J
mm
in
79.4～196.4
31/8～73/4
≥760
≥965
≥13
≥285
≥54
203.2～279.4
8～11
≥690
≥930
≥277
1.1.4钻杆接头主要用途
钻柱的最重要组成部分之一，在不同规格的钻具中起连接、转换以及传递扭矩的作用。
1.2钻杆
1.2.1加重钻杆列表
整体加重钻杆规格
外径
内径（E）
管体
单根
质量
KG
加厚部分尺寸
mm
in
mm
in
中部D
端部B
mm
mm
ZH-JZ-65/8FH-Ⅰ
168.3
65/8
114.3
41/2
184.2
176.21
965
ZH-JZ55-51/2FH-Ⅰ
139.7
51/2
92.1
35/8
152.4
144.5
730
ZH-JZ50-NC50-Ⅰ
127.0
5
76.2
3
139.7
130.2
700
ZH-JZ45-NC46-Ⅰ
114.3
41/2
71.4
213/16
127.0
117.5
585
ZH-JZ35-NC38-Ⅰ
88.9
31/2
52.39
21/16
101.6
101.6
370
ZH-JZ50-NC50-Ⅱ
127.O
5
76.2
3
139.7
130.2
945
ZH-JZ45-NC46-Ⅰ
114.3
41/2
71.4
213/16
127.0
117.5
790
1.1.2钻杆产品描述
使用AISI4145H铬钼钢制造，对微量元素的含量进行有效的控制。
钻杆中部有一部分加厚段，接头和中间加厚部分的外表面敷焊硬质合金耐磨带，可以有效地保护不受磨损。
根据长度分为Ⅰ型（单根长度9300mm）和Ⅱ型（单根长度13500mm）内螺纹接头与钻杆吊卡结合处可按需方要求制成18°或直角台肩。
1.1.3钻杆主要性能
屈服强度MPa
抗拉强度MPa
伸长率%
硬度HB
夏比冲击功J
≥758
≥964
≥13
285～341
平均值≥54
最小值≥47
1.1.4主要用途
钻柱的最重要组成部分之一。
加重钻杆是普通钻杆与钻铤之间的过渡钻柱段，它能有效地缓解钻铤与钻杆在结合中过渡段的应力集中，提供钻压并能有效地减少钻柱与井壁的联接面积及外径磨损率。
1.3钻铤
1.3.1钻铤规格
Ф89 Ф105 Ф121 Ф146 Ф159 Ф165 Ф178 Ф203
1.3.2钻铤产品描述
使用轧制或锻造的AISI4137H铬钼合结钢制造，对化学成分及微量元素的含量进行有效的控制。
根据钻铤的外形与材料分为三种形式：
A型（圆柱式）：
用普通合金钢制造，管体横截面内外皆为圆形的钻铤。
B型（螺旋式）：
用普通合金钢制造，管体外表面具有螺旋槽的钻铤。
C型（无磁式）：
用磁导率很低的不锈合金钢制造，管体横截面内外皆为圆形的钻铤。
1 头外锥面与母接头在相对应位置所设的内锥面形成过盈配合。
.3.3钻铤主要用途
钻柱的最重要组成部分之一,具有向钻头提供钻进的压力及提高钻柱刚性的作用。
1 头外锥面与母接头在相对应位置所设的内锥面形成过盈配合。
.3.4钻铤列表
钻铤螺纹型号
外径
内径
长度
mm
台肩倒角
直径mm
弯曲强
度比1
mm
in
mm
in
NC44-60
152.4
6
71.4
213/16
9150或9450
144.5
2.84:
1
NC44-62
158.8
61/4
57.2
21/4
9150或9450
149.2
2.91:
1
NC44-65（4IF）
165.1
61/2
57.2
21/4
9150或9450
154.8
2.76:
1
NC44-65（4IF）
165.1
61/2
71.4
213/16
9150或9450
154.8
3.05:
1
NC44-67（4IF）
171.4
63/4
57.2
21/4
9150或9450
159.5
3.18:
1
NC50-672（41/2IF）
171.4
63/4
71.4
213/16
9150或9450
159.5
2.37:
1
NC50-70（41/2IF）
177.8
7
57.2
21/4
9150或9450
164.7
2.54:
1
NC50-72（41/2IF）
184.2
71/4
71.4
213/16
9150或9450
169.5
3.12:
1
NC56-77
196.8
73/4
71.4
213/16
9150或9450
185.3
2.70:
1
NC56-80
203.2
8
71.4
213/16
9150或9450
190.1
3.02:
1
NC61-90
228.6
9
71.4
213/16
9150或9450
212.7
3.17:
1
75/8REG
241.3
91/2
76.2
3
9150或9450
223.8
2.81:
1
NC70-97
247.6
93/4
76.2
3
9150或9450
32.6
2.57:
1
NC70-100
254.0
10
76.2
3
9150或9450
237.3
2.81:
1
85/8REG
279.4
11
76.2
3
9150或9450
266.7
2.84:
1
1弯曲强度比：
内螺纹危险断面抗弯截面模数于外螺纹危险断面抗弯截面模数之比
2仅适用C型钻铤
卡瓦槽、吊卡槽及耐磨环等应满足要求
该产品按照SY/T5144-1997标准制造或按照API SPEC.7-1制造。
第二章石油钻杆接头加工
2.1石油钻杆接头试制过程：
一、制定石油钻杆接头技术条件及工艺流程：
下料、热冲、热处理、机加，组织锻造分厂、有色金属分厂和机加分厂进行试制前工艺工装的准备工作。
二、取样：
对购回的原材料37CrMnMoФ170㎜进行取样，送计量理化处进行材料化学成分分析，结果符合AISI4137（H）的要求。
锻造分厂首次进行试制。
工艺路线如下：
下料：
高速带锯机；
加热：
自制500KW中频加热炉；
压型、点窝、冲孔：
630T油压机（双工位）；
检验：
尺寸检验、壁厚差检验、外观检验。
由于毛坯重达75KG左右,要用平衡吊把它吊到中频炉口,再用空气推进炉体内,从第一个毛坯开始加热到出来,长达45MIN.加热温度控制在1245度，温度加热基本均匀，可以冲压！
三.冲压成型进行热处理
工艺如下：
石油钻杆接头热处理工艺，包括淬火、回火热处理，其特征是按如下步骤和工艺参数进行操作：
（1）装框：
将石油钻杆的半成品接头装入料框，焊颈端朝下，相邻接头间距不小于25.4mm；
（2）淬火：
a、将井式淬火炉升温至850℃～900℃，接头装炉，加热，保温45～95分
钟;
b、出炉前5～10分钟搅拌淬火液，淬火液为AQ364水溶液，温度调
整为34℃～38℃；
c、接头吊出炉膛，10秒钟内快速进入淬火液，并作周向转动8～10转，冷却时间至少为5分钟；
d、每炉抽出一只接头进行洛氏硬度检验；
（3）回火：
将井式回火炉升温至560℃～670℃，接头装炉，启动风机，加热，保温120～180分钟；再将接头吊出炉膛，冷却至常温；
（4）检验：
回火后的接头每件进行布氏硬度检验，合格者入库；
（5）硬度不合格接头重新热处理：
硬度偏高的接头重新回火，硬度偏低的接头
重新返淬，返淬次数最多三次。
四、检验结果
2.2钻杆接头加工流程
在机加分厂：
先打孔
粗车外圆去黑皮
粗镗孔
车外圆
装框
粗加工分厂：
粗车端面
粗车外圆
粗镗孔
装框
精加工分厂：
精车外圆
精镗孔
内外螺纹精加工
最终检验
装框
入库
2.3检验及加工量具清单
序号
量具名称
规格
数量
01
杠杆百分表
0.01mm
1
02
游标卡尺
0.02mm
1
03
深度千分尺
0.01mm
1
04
螺纹齿高测量仪
0.01mm
1
05
螺距测量仪
0.01mm
1
06
锥度测量仪
0.01mm
06
外径千分尺
0.01mm
1
07
麻花钻
65mm
1
2.4数控车床的切削量的选择
1.切削用量的选择
切削用量（ap、f、v）选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。
粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度v。
增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。
精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，因此选择精车切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。
因此精车时应选用较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度v。
2.背吃刀量ap的确定
在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。
当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，这里取精车余量为0.5㎜。
3．进给量f（有些数控机床用进给速度Vf）
进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。
在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000㎜/min以下）。
在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。
当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。
粗车时，取f=0.8㎜/r，精车时取f=0.3㎜/r，切断时f=0.2㎜/r。
4．主轴转速的确定
光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
切削速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。
需要注意的是，交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。
2.5加工顺序的确定
在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工顺序时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。
只有这样，才能使所制定的加工顺序合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。
1.先粗后精
为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性
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