一种新型抽油杆的镦锻工艺及其数值模拟

论文摘要

近年来随着石油工业的发展,我国抽油杆锻造技术不断提高。为满足各种高难度油井采油的需要,许多新型抽油杆相继被研发出来并应用于实际生产当中,取得了良好的社会效益和经济效益。这些新型抽油杆与普通抽油杆相比较,分别采用了新技术、新工艺或者新的结构形式,各种性能指标均有所提高,大大延长了其服役周期。本课题所研究的插接式扭矩杆就是最近开发的一种结构形式新颖的抽油杆。它在杆的两端分别设计了斜槽和凸楔,工作时在用接箍连接的同时还实现了插接连接,从而防止了杆与杆之间的相对转动,避免了连接处松动、偏磨、断脱等情况的产生。　本文首先介绍了抽油杆的研发及应用现状和金属塑性成形的模拟方法,并具体阐述了抽油杆镦锻工艺分析和模具设计所依据的基本原理和准则。　采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对插接式扭矩杆精锻成形工艺及其关键技术进行了深入研究。通过对插接式扭矩杆镦锻工艺的分析,拟定了两种工艺方案。分别对该两种方案制定工艺步骤,调整工艺参数,设计镦锻成形的工步图。根据拟定的工步图对插接式扭矩杆锻件及其成形模具进行三维实体建模。设定合适的前处理参数,运用有限元模拟软件DEFORM-3D对两种工艺的镦锻成形过程分别进行数值模拟。通过分析对比模拟结果,我们可以获得成形过程中的应力、应变、温度、载荷等关键参数的分布情况,并能预测分析工件可能产生的主要缺陷的形式、部位和原因。掌握了插接式扭矩杆塑性成形的金属流动规律,同时考虑模具的制造成本和成形稳定性,就能确定插接式扭矩杆的最终成形工艺方案。　根据模拟结果,对所设计的工艺及模具进行优化,并对抽油杆模锻成形的工艺设计及数值模拟方面需要进一步深入研究和改进的地方提出自己的观点和看法。目前,由该工艺设计的模具已经成功的应用于插接式扭矩杆端部镦锻成形的生产制造中,取得了良好效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 简要介绍金属塑性成形过程模拟方法
• 1.3 抽油杆研制及应用现状
• 1.4 拟定本课题的研究任务
• 2 插接式扭矩杆成形工艺及其锻模设计
• 2.1 金属塑性成形过程中的一些基本问题
• 2.2 概述模锻成形工艺的特点及设计过程
• 2.3 插接式扭矩杆结构及成形工艺分析
• 2.4 确定两种方案的工艺参数并分别设计工步图
• 2.5 插接式扭矩杆成形设备的选取
• 2.6 设计插接式扭矩杆镦锻模具
• 3 插接式扭矩杆塑性成形有限元模拟
• 3.1 有限元模拟理论及其系统简介
• 3.2 三维有限元模型的建立
• 3.3 设置有限元模拟的前处理参数
• 3.4 方案一的模拟结果分析
• 3.5 方案二的模拟结果分析
• 3.6 对比模拟结果选取最终工艺方案
• 4 本文总结及展望
• 4.1 全文总结
• 4.2 有待继续研究的问题
• 致谢
• 参考文献