油井管接头内锥螺纹加工受力模型优化研究

论文摘要

随着国内外石油开采量的日益增长,油井管的需求量越来越大,相应的石油开采难度也不断增加。而油井管的运用环境以及使用特性主要取决于油井管的材质和螺纹形式,这样油井管的螺纹加工就成了油井管生产的技术关键,而难度最大的就是油井管接头内锥螺纹加工。油井管接头的主要作用是连接油管,为保证石油输送的安全性和可靠性,它对螺纹圆度有很高的要求。但油井管接头是典型的薄壁筒状工件,它的内锥螺纹加工有较大的难度。宝钢是国内特殊扣油井管接头内锥螺纹加工的主要生产厂家,但其在接头内锥螺纹加工工序中,常发生因夹紧力过大造成内壁圆度超差的情况,严重地影响了生产效率和加工成本。本文就宝钢油井管接头内锥螺纹加工中产生的受力模型展开研究,主要进行以下几个方面的研究工作:1.分析油井管接头的加工工艺过程,通过接头夹具结构形式以及油井管接头内锥螺纹质量检验数据入手,分析现有接头内锥螺纹加工工序中存在的主要缺陷原因。2.分析夹紧力和主切削力之间的关系,得到加工过程中夹紧力与切削力之间的平衡模型;并通过实验测量加工过程中主切削力的大小,采用BP人工神经网络建立切削用量与主切削力之间的映射关系,对主切削力进行预测,并利用有限元软件对车削过程进行建模仿真,对所得切削力与夹紧力的平衡模型进行检验。3.利用功的互等定理,分析油井管接头内锥螺纹加工过程中截面的变形情况,推导夹紧力、接头变形误差两者之间的关系,建立接头内锥螺纹圆度变形误差的数学模型;4.在夹紧力与接头内锥螺纹加工切削力和夹紧变形的模型基础上,分析探讨基于切削力和变形误差标准的夹紧力优化控制模型,从而得出油井管接头内锥螺纹加工过程中夹紧力的取值范围。并通过夹紧过程有限元模型、接头夹紧与加工过程实际实验验证理论模型的正确性和准确性。通过上述内容的研究,得出了基于加工工艺安全与质量保证的油井管接头内锥螺纹加工夹紧力优化控制模型,对现有油井管接头内锥螺纹加工工艺与相关结构进行优化改造,形成了以下创新成果:1.多点式新型浮动接头内锥螺纹加工夹具:从而避免了夹紧压力的集中引起的加工变形;2.可控式油井管内锥螺纹加工夹紧力控制技术:从而保证了整个加工过程中夹紧力的最优化,确保了加工产品的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 目前存在的问题和原因
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题意义和主要研究内容
• 1.4 论文的主要架构
• 第二章 接头加工过程与缺陷原因分析
• 2.1 引言
• 2.2 接头加工夹紧形式
• 2.3 接头夹紧有限元模拟
• 2.4 接头加工工序质量分析
• 2.4.1 影响加工质量的因素
• 2.4.2 接头产品不合格形式
• 2.5 本章小结
• 第三章 接头加工切削力分析
• 3.1 引言
• 3.2 切削力
• 3.2.1 切削力的分解
• 3.2.2 影响切削力大小的因素
• 3.3 夹紧力和切削力的平衡方程式
• 3.4 主切削力测量实验
• 3.4.1 实验装置
• 3.4.2 标定实验
• 3.4.3 主切削力测量实验数据
• 3.4.4 切削力有限元模型
• 3.4.5 基于BP 神经网络技术的切削力预测模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 接头加工受力变形分析
• 4.1 引言
• 4.2 基于三点均布夹紧形式的变形模型
• 4.2.1 接头截面变形分析
• 4.2.2 功的互等定理
• 4.2.3 夹紧变形理论模型
• 4.2.4 夹紧变形有限元模型
• 4.3 基于四点均布夹紧形式的变形模型
• 4.4 三点均布夹紧形式和四点均布夹紧形式的受力变形比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 夹紧力优化控制模型及试验
• 5.1 引言
• 5.2 夹紧力的确定原则
• 5.3 基于螺纹加工安全的夹紧力确定
• 5.3.1 夹紧力与切削力的关系
• 5.3.2 夹紧力下限值
• 5.4 基于圆度标准的夹紧力确定
• 5.4.1 弹复过程理论模型
• 5.4.2 螺纹圆度误差预测
• 5.4.3 夹紧力上限值
• 5.5 夹紧力优化控制模型
• 5.6 优化模型试验
• 5.6.1 三点均布夹紧试验
• 5.6.2 接头螺纹加工过程实验
• 5.6.3 四点均布夹紧实验
• 5.7 本章小结
• 第六章 研究成果运用与总结
• 6.1 研究成果运用
• 6.2 本文总结
• 6.3 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 致谢