空心抽油杆成形及热处理工艺的模拟计算和试验研究

摘要

空心抽油杆作为一种新型的抽油杆，由于其独特的结构形式和功能，已经成为边际、难动用等油田开发过程中的一种重要装备。本文采用CAE模拟技术，对比分析手段和材料性能测试等方法，系统的研究了镦锻式空心抽油杆的成形及其热处理工艺。着重分析了CAE模拟镦锻式空心抽油杆的成形过程中温度、锻造力和成形尺寸之间的关系，并且重点分析了镦锻式空心抽油杆热处理过程中，工艺参数、组织、性能之间的关系。研究结果表明:
　　以20CrMo为原材料，采用整体镦锻式的结构形式和加工方法，可以制造出具有较高性价比的空心抽油杆。
　　采用一次聚料、二次成形等锻造过程设计，镦锻式空心抽油杆杆头在模具初始温度为300℃、原材料锻造温度在950～1150℃之间、成形力不小于2.01×105N时，第一次聚料可以达到原材料1.5倍壁厚的要求，并且聚料效果良好;锻造温度在930～1050℃之间，成形力不小于1.6×105N，终锻成形可以达到杆头的设计要求。
　　采用一次聚料、二次成形等锻造过程设计，镦锻式空心抽油杆接箍在模具初始温度为300℃、原材料锻造温度在914～1110℃之间、成形力不小于2.01×105N时，第一次聚料可以达到原材料1.5倍壁厚的要求，并且聚料效果良好;锻造温度在995～1130℃之间，成形力不小于2.54×105N，终锻成形可以达到接箍的设计要求。
　　现场试验表明，采用加热温度为880℃，保温时间为68min，20℃水冷的淬火处理，配合550℃加热，保温120min，空冷的回火处理，可以得到细小、均匀分布的回火索氏体组织，各项力学性能指标达到SY/5550-2012《空心抽油杆》的要求，能够满足油田用空心抽油杆的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题研究的目的和意义

1．2．1 课题研究的目的

1．2．2 课题研究的意义

1．3 国内外现状

第二章 D级镦锻式空心抽油杆的设计

2．1 原材料选择

2．2 结构形式选择

2．2．1 杆头成形结构形式

2．2．2 接箍成形结构形式

2．2．3 结构参数

2．3 小结

第三章 镦锻式空心抽油杆模具设计

3．1 模具材料的选择

3．2 模具结构设计

3．2．1 模具工步设计

3．2．2 杆头端成形模设计

3．2．3 接箍端成形模设计

3．3 冷却与润滑设计

3．4 小结

第四章 镦锻式空心抽油杆成形数值模拟

4．1 镦锻工艺设计

4．2 刚粘塑形有限元法理论

4．2．1 金属热成形中的粘性问题

4．2．2 刚粘塑性有限元的基本方程

4．2．3 刚粘塑性变分原理

4．3 DEFORM-3D软件简介

4．4 镦锻式空心抽油杆杆头的模拟过程

4．4．1 材料模型建立

4．4．2 边界条件设计

4．4．3 模拟过程

4．4．4 模拟结论

4．5 镦锻式空心抽油杆接箍成形过程的模拟

4．5．1 边界条件

4．5．2 模拟过程

4．5．3 模拟结论

4．6 小结

第五章 镦锻式空心抽油杆热处理工艺分析

5．1 淬火

5．1．1 淬火温度与加热时间

5．1．2 淬火效果分析

5．2 高温回火

5．2．1 回火加热时间

5．2．2 回火温度

5．3 小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文