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1引言 

多年來，許多國(guó)家都在不斷研究、改進(jìn)和提高抽油桿的使用性能，增加抽油桿的強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕能力，提高抽油桿的使用可靠性，一些新型抽油機(jī)在開采稠袖、冷凝油、高含氣油等方面做出了卓越的貢獻(xiàn)�，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的抽油桿如圖la所示，由桿體、凸緣、扳手方、大圓臺(tái)和螺紋連接部分組成。左端凸緣和右端大圓臺(tái)之間的扳手方為方形，截面變化較大，凸緣在承受吊拄以及大圓臺(tái)在支承接箍時(shí)易發(fā)生斷裂，而如圖1b所示的圓柱筋條式抽油桿就是一種抗疲勞強(qiáng)度好且拆卸方便的新型抽汕桿。我們將原來的方形截面改成圓形截面并增設(shè)四根筋條，在拆卸時(shí)可以不受扳手90°轉(zhuǎn)角限制，且能防止液壓鉗滑動(dòng)。同時(shí)將原來凸緣處的圓弧過渡改為平臺(tái)過渡，以增加抽油桿的抗拉強(qiáng)度，本文通過理論分析，制定了該抽油桿的徽鍛工藝并設(shè)計(jì)出模具，而且通過有限元模擬軟件和實(shí)踐驗(yàn)證了該工藝和模具的合理可行性。 
  

2工藝分析

考慮到抽油桿的特點(diǎn)，其頭部有多個(gè)臺(tái)階，且形狀復(fù)雜，不易充滿，只適合用可分凹模鐓鍛，因此生產(chǎn)中采用平鍛機(jī)鐓鍛成形。根據(jù)局部鐓鍛的基本原則，當(dāng)坯料上需要鐓鍛部分長(zhǎng)度1o。與直徑do之比值ψ≤2.5時(shí)，可將坯料一次鐓鍛到任意尺寸而不會(huì)引起坯料彎曲，但抽油桿屬于細(xì)長(zhǎng)桿件，變形量大，鐓鍛部分長(zhǎng)徑比ψ最小的抽油桿，其值也在14以上，且需多次聚料，鐓鍛時(shí)，極易發(fā)生彎曲，因此采用錐形凸模聚料方式鐓鍛。錐形模膛聚料具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)錐形模膛有利于金屬充填;(2)錐形模膛帶有斜度，坯料壓縮后脫落的氧化皮可由凸模的錐形斜面滑出;(3)錐形坯料端面平整無毛刺，給下道工步創(chuàng)造了有利條件，以保證鍛件質(zhì)量。

圓柱筋條式抽油桿鍛件相對(duì)于普通抽油桿鍛件在鐓鍛時(shí)具有以下兩個(gè)難點(diǎn):

(1)要在圓柱截面上壓出4根1 mm高筋條，因此，需先在預(yù)鍛時(shí)成形圓柱面，再在終鍛時(shí)將圓柱面擠壓出筋條。由于筋條為擠壓變形，當(dāng)兩半凹模合模時(shí)，鍛件的圓柱部分幾乎只是單向受壓，容易壓成橢圓形，如圖2a所示，另外在受擠壓時(shí)金屬流動(dòng)情況復(fù)雜，有可能沿水平方向流動(dòng)過多，沿高度方向流動(dòng)較少，導(dǎo)致筋條兩邊角充不滿，如圖2b所示，也有小部分金屬會(huì)沿著軸向流動(dòng)，因此預(yù)鍛的圓柱形毛坯截面應(yīng)稍大于鍛件相應(yīng)處的截面積。

為避免上述情況，預(yù)鍛時(shí)，將鍛件直徑鍛到Φ38 mm，終鍛時(shí)，當(dāng)圓截面被壓至Φ36 mm后，保證有足夠的金屬坯料充填筋條，同時(shí)將此4根筋條采用如圖3所示凹模分兩步來完成。首先成形對(duì)立面的兩根筋條，然后在同一凹模內(nèi)將鍛件旋轉(zhuǎn)90°成形另兩根筋條。這里，在兩半凹模的分模面處將Φ36 mm的圓柱面加圓角為R18，一方面可以保證先壓出的兩根筋條在轉(zhuǎn)動(dòng)90°之后不與模具發(fā)生干涉，另一方面可以避免在第一次擠壓筋條時(shí)坯料沿軸向流動(dòng)過多，導(dǎo)致在成形剩下兩根筋條時(shí)坯料不足。

(2)如圖la所示，API抽油桿的凸緣為圓弧過渡，而圓柱筋條式抽油桿為平臺(tái)過渡，且平臺(tái)寬達(dá)8 mm，如圖1所示。

圓弧過渡易于充填，而改成圓柱形平臺(tái)后，不利于成形，易出現(xiàn)尖角處充不滿，且在成形工步第二次擠壓另兩根筋條時(shí)不易將工件放入型槽等情況，而模具尖角處加工困難，容易引起應(yīng)力集中，降低模具壽命。針對(duì)此情況，將鍛件在原有5m。寬平臺(tái)上加一圓弧R變成圓弧過渡，如圖4所示。在后續(xù)的機(jī)加工時(shí)切削掉圓弧部分，使之符合設(shè)計(jì)要求。另根據(jù)預(yù)鍛工步設(shè)計(jì)原則，為保證充滿鐓鍛模膛，應(yīng)使設(shè)計(jì)的預(yù)鍛坯料在終鍛模膛內(nèi)盡可能是鐓粗成形，而對(duì)于不易充滿的部分，應(yīng)在預(yù)鍛工步首先成形，因此，將此處放在預(yù)鍛時(shí)成形。

3工藝參數(shù)確定

經(jīng)過上述分析，最終確定圓柱筋條式抽油桿的鍛件圖，如圖5所示。

4結(jié)論

通過工藝分析，依照?qǐng)D5所示各個(gè)工步相關(guān)的變形參數(shù)如鐓鍛比、壓下量等，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際鐓鍛情況設(shè)定模擬時(shí)的摩擦、潤(rùn)滑、傳熱等相關(guān)參數(shù)，建立了相應(yīng)工步的三維模型。使用DEFORM-3D有限元模擬軟件對(duì)該抽油桿的鐓鍛過程進(jìn)行了模擬。模擬過程中發(fā)現(xiàn)平臺(tái)過渡區(qū)圓弧處充填不是很好，圓弧表面不平整，而筋條處則基本能達(dá)到鍛件要求。根據(jù)圖5中工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的模具投產(chǎn)使用后，已鍛造出完全合格的鍛件，證明了上述鐓鍛模具設(shè)計(jì)合理可行。 
 

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