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【正文】 第五章 工程技術(shù)方案 300萬米超高強(qiáng)度抽油桿。 認(rèn)真貫徹技術(shù)進(jìn)步的方針，按照高起點(diǎn)、專業(yè)化的方向建設(shè)。 積極 采用新技術(shù)、新工藝和高效專用設(shè)備，提高產(chǎn)品質(zhì)量，拓 技術(shù)引進(jìn)和消化吸收相結(jié)合，積極創(chuàng)新，提高產(chǎn)品開發(fā)能力。 為保證生產(chǎn)能力產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平，本項(xiàng)目重點(diǎn)投資所需設(shè)備和檢測儀器，并考慮相應(yīng)配套工程。 本項(xiàng)目涉及的車間有下料車間、鍛造車間、熱處理車間、機(jī)加工車間、噴漆車間和成品庫等。其中，下料車間、鍛造車間、熱處理車間、機(jī)加工車間、噴漆車間利用原廠的相應(yīng)車間廠房，成品倉庫利用原有的成品倉庫。 本項(xiàng)目其它組成部分可利用廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有公用及服務(wù)性設(shè)施，以滿足生產(chǎn)需要，主要包括： a、輔助生產(chǎn)部門：試驗(yàn)室、化驗(yàn)室、機(jī)修、電修。 b、公用動(dòng)力部門和系統(tǒng)：供暖系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。 c、服務(wù)設(shè)施：主要包括辦公室及相應(yīng)設(shè)施。 ： 工藝流程 技術(shù)改造后的超高強(qiáng)度抽油桿生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝如下： 下料→調(diào)質(zhì)處理→桿頭鍛造→漏磁探傷→淬火、回火處理→桿體表面噴丸處理→桿頭加工→尺寸檢驗(yàn) → 磁粉和超聲波檢查 →入庫 ： 按照產(chǎn)品的毛坯尺寸下料， 主要是鋼管，主要設(shè)備是無齒鋸。下料 采用先進(jìn)的德國產(chǎn)直讀光譜儀進(jìn)行材質(zhì)分析，保證所用材質(zhì)的可靠性。 鍛造車間工藝 ： 將管坯進(jìn)行一次加熱，在平鍛機(jī)上，經(jīng)過四個(gè)工步，制造成頭部具有凸緣、方部和凸臺等結(jié)構(gòu)的整體空心抽油桿。 （ 1）第一工步聚料鐓粗，聚料模膛采用倒錐模膛，凸、凹模之間的雙邊隙為 ，模膛小底端采用適當(dāng)長度的直壁段，以減小鐓鍛比。 （ 2）第二工步聚料鐓粗比成型工步鐓粗比大，在凸緣處，使鐓粗后的管坯截面積大于方部的截面積，便于下一步的卡方成型，同第一工步一樣，采用凹模倒錐模膛 。 （ 3）第三工步為成方形工步，包括壓方、芯軸擴(kuò)孔、墩擠成行三個(gè)變形階段。壓方是將第二工步聚料后的坯料置于凹模體上的凹模鑲塊中，通過平鍛機(jī)的側(cè)滑塊運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)側(cè)滑塊閉合后（這時(shí)側(cè)滑塊保持夾緊不動(dòng)狀態(tài)），裝于凸模上的芯軸通過主滑塊的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)入坯料將其擴(kuò)孔，并使坯料在凹模中填充凸緣及方部各角；當(dāng)主滑塊繼續(xù)向前行程時(shí)，主滑塊上的凸模對坯料進(jìn)行墩擠，形成凸臺；變形量小的圓柱部分在凸模內(nèi)成型，多余金屬，在凸模、凹模的分模面間形 成徑向飛邊。 （ 4）第四工步為切邊工步，將形成工步中產(chǎn)生的徑向飛邊切除。 熱處理車間工藝： （ 1）使抽油桿的行走速度在 23 米 /分，進(jìn)行整體中頻淬火回火，其頻率在 25008000 赫茲，加熱抽油桿到 750900℃ 噴水淬火，自然回火； （ 2）再使用整體高頻淬火，抽油桿行走速度為 23 米 /分，頻率2500035000 赫茲，加熱到 750900℃ ，噴水淬火； （ 3）最后對抽油桿進(jìn)行拋丸處理。加熱溫度為 900℃177。 10℃，噴水壓力為 公斤 /厘米 2，噴水角度與工件前進(jìn)方向成 30度角，工件以 /分速度自行旋轉(zhuǎn)。 機(jī)加工車間工藝： 用數(shù)控機(jī)床對桿頭部分流水線 加工，一次成型。 主要工藝流程如下： 材料檢驗(yàn)→冷較直→定長→鍛造→調(diào)質(zhì)處理→熱較直→桿頭機(jī)加工→表面淬火→拋丸強(qiáng)化→裝配→上護(hù)帽→包裝→防腐 （ 1）原材料檢驗(yàn) 檢查、驗(yàn)收抽油桿原材料的化學(xué)成分、機(jī)械性能、尺寸精度及外觀質(zhì)量。 （ 2）冷校直 對驗(yàn)收合格但直線度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且在允許冷較直范圍內(nèi)的桿料進(jìn)行校直。 （ 3）定長 將校直后的桿料根據(jù)鍛造比計(jì)算確定的毛坯長度定長。 （ 4）鍛造桿頭 1）將桿料的一端放入燃燒加熱爐或感應(yīng)加熱爐內(nèi)加熱至鍛造始鍛溫度。 2）將被加熱的桿頭鐓粗 并鍛造成形，監(jiān)控終鍛溫度。 3）將桿料的另一端加熱至鍛造始鍛溫度。 4）將被加熱的另 — 端桿頭鐓粗并鍛造成形，監(jiān)控終鍛溫度。 （ 5）調(diào)質(zhì)處理 1）把鍛造成形后經(jīng)檢驗(yàn)合格的抽油桿進(jìn)行淬火處理。 2）將淬火后的抽油桿回火處理，使其機(jī)械性能達(dá)到 D 級抽油桿的要求。 （ 6）熱校直 回火出爐的抽油桿在熱狀態(tài)下進(jìn)行拉伸校直。 （ 7）桿頭機(jī)械加工 按圖紙要求將抽油桿兩端各加工表面加工成形，滾壓外螺紋，并滾壓螺紋卸荷槽及卸荷槽圓弧。 （ 8）表面淬火 將桿體表面（包括扳手方、凸緣及過渡段表面）感應(yīng) 加熱和淬火，使其產(chǎn)生深度為抽油桿體直徑 5％～ 8％左右的馬氏體表層，表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 （ 9）拋丸強(qiáng)化 拋丸處理，使抽油桿表面進(jìn)一步加大壓應(yīng)力。 （ 10）裝配 抽油桿一端的外螺紋按預(yù)緊力要求上好接箍。 （ 11）上護(hù)帽 1）抽油桿未上接箍的一端外螺紋接頭帶上護(hù)帽，防止碰傷螺紋。 2）接箍端上好護(hù)堵。 （ 12）包裝 將抽油桿按品種規(guī)格包裝成捆。 （ 13）防腐 包裝成捆的抽油桿整捆浸漆防腐，防腐后涂上明顯的等級標(biāo)色，準(zhǔn)備發(fā)送。 在應(yīng)用較先進(jìn)的抽油桿自動(dòng)涂裝裝置進(jìn)行防腐蝕時(shí)，防腐工序安排在包裝工序之 前。 抽油桿鍛造工藝流程的組成工序?yàn)椋簜淞瞎ば?、加熱工序、變形工序、清理工序和檢驗(yàn)工序。 （ 1）備料工序 包括原料校直、原料定長。 （ 2）加熱工序 抽油桿的鍛造加熱工序，按加熱方式分為火焰加熱和感應(yīng)加熱，目前主要采用感應(yīng)加熱。 在感應(yīng)加熱中，有多根順序加熱和單根加熱兩種。 （ 3）變形工序 即鍛造工序，抽油桿鍛造是局部鐓粗成型，采用平鍛機(jī)鐓粗。目前，有垂直分模平鍛和水平分模干鍛二種。 （ 4）清理工序 該工序包括頭部拋丸清理 ，清理的目的在于除去氧化皮以便檢驗(yàn)。 （ 5）檢驗(yàn)工序 按照質(zhì)量要求包括形狀和尺寸檢驗(yàn)、位置精度檢驗(yàn)、金相組織檢驗(yàn)和表面質(zhì)量檢驗(yàn)。對于鍛造工藝已定型的批量生產(chǎn)的工序進(jìn)行 檢驗(yàn)。主要檢驗(yàn)形狀和尺寸以及表面質(zhì)量。 無論是國外的 EB型、 EL 型，還是國內(nèi)的 H 型、 Hl型，一般環(huán)向、軸向的壓應(yīng)力均在 300MPa 以上；具有高的抗拉強(qiáng)度，均在 1000MPa以上。 工藝型超高強(qiáng)度抽油桿是采用普通合金鋼，利用表面淬火工藝使其達(dá)到超高強(qiáng)度抽油桿指標(biāo)的。它在鍛造、熱處理、拋丸強(qiáng)化、探傷等方面與 D 級抽油桿不同 。 （ 1）鍛造 鍛造缺陷，尤其是折紋、折疊、發(fā)紋和缺肉是造成抽油桿早期失效的最重要原因，對于承受特重變動(dòng)載荷的超高強(qiáng)度抽油桿更為突出。因此避免以上缺陷的產(chǎn)生，嚴(yán)格控制鍛造質(zhì)量，是超高強(qiáng)度抽油桿鍛造的關(guān)鍵。 ，不得有過熱現(xiàn)象發(fā)生；控制鍛造速度，使始鍛溫度保持在合理范圍內(nèi)，不使晶粒粗大。 ，提高上下模合模精度，減少折疊。 合模精度是產(chǎn)生縱向折疊的主要原因，也是產(chǎn)生橫向折疊的原因 之一。合模精度還是影響夾緊程度產(chǎn)生夾筋的關(guān)鍵因 素。造成合模精度降低的主要原因是夾緊機(jī)構(gòu)中搖桿上下孔間隙加大。由于工作條件惡劣和長期處于小角度磨合，搖桿上下孔間隙增大很快，并且兩側(cè)搖桿不均勻，使偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整量不能發(fā)揮作用。因此，生產(chǎn)中經(jīng)常保持潤滑、不使臟物進(jìn)入搖桿銅套，并及時(shí)修換間隙已經(jīng)超標(biāo)的銅套是提高合模精度、減少折疊缺陷的關(guān)鍵。 ，減少折紋和發(fā)紋產(chǎn)生。 修改鍛件圖，使其適合感應(yīng)表面淬火工藝需要及減少鍛造缺陷。 （ 2）探傷檢驗(yàn)從消除鍛造缺陷 鍛造所形成的缺陷，除晶粒粗大外，都應(yīng)通過探傷檢驗(yàn)和打磨消除。對 縱向央筋和折疊，也應(yīng)打磨消除。不允許有熒光磁粉探傷可發(fā)現(xiàn)的發(fā)紋和折疊存在，否則必須打磨去除。 （ 3）熱處理 超高強(qiáng)度抽油桿的熱處理包括中間熱處理和最終熱處理。中間熱處理多采用正火＋回火或淬火＋高溫回火。不論是哪一種工藝，中間熱處理是十分重要的，應(yīng)保證熱處理質(zhì)量的均一性和可靠性。 超高強(qiáng)度抽油桿的最終熱處理采用表面淬火，它是最關(guān)鍵的一道工序，應(yīng)該注意以下幾方面： 1）桿體和桿頭部分加熱的溫度應(yīng)均勻并達(dá)到要求的溫度 由于抽油桿端部和桿體的截面相差懸殊、變化起伏大、這給表面淬 火造成很大的困難。為了使溫度均勻，保證淬硬層厚度及金相組織達(dá)到要求，使淬硬層連續(xù)均勻，國內(nèi)、外超高強(qiáng)度抽油桿的研究開發(fā)者們采用以下幾種方法解決： ，盡量減小鄰近效應(yīng)，使適合于感應(yīng)加熱，有利于均勻連續(xù)加熱。 。由于桿體直徑小，感應(yīng)器與抽油桿間的間隙較大，電效率低造成加熱比功率低，所以抽油桿加熱時(shí)的移動(dòng)速度應(yīng)適當(dāng)放慢。 ，使抽油桿端部和桿體部分采用不同的功率。 。 2）采用合理的回 火工藝 超高強(qiáng)度抽油桿經(jīng)表面淬火后還應(yīng)回火，一般情況下采用自身回火工藝。為了保證回火溫度，保持工藝參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、抽油桿移動(dòng)速度、輸出功率、冷卻水量及壓力等的穩(wěn)定是至關(guān)重要的。 3）防止變形 盡管是表面淬火，但由于抽油桿是長徑比達(dá) 263～ 703 的超細(xì)長桿，大功率加熱和急驟的冷卻過程中發(fā)生變形甚至大的變形是不可避免的，因此在表面淬火過程中，必須有防止和消除變形的措施。目前大多采用在拉伸狀態(tài)下加熱和冷卻，效果良好。 4）防止軟帶和控制硬度變化范圍 超高強(qiáng)度抽油桿表面淬火大多 采用等徑感應(yīng)器通過式加熱，這就使感應(yīng)器與工件之間的間隙變化很大，為了提高比功率，感應(yīng)器單匝寬度不能太大，快速的移動(dòng)容易產(chǎn)生硬度變化大和軟帶。目前大多采用工件旋轉(zhuǎn)、優(yōu)選轉(zhuǎn)速和移動(dòng)速度來解決。 5）淬火機(jī)床應(yīng)能滿足以上要求并有良好的穩(wěn)定性和可靠性 對于超高強(qiáng)度抽油桿表面淬火機(jī)床，要具備使工件旋轉(zhuǎn)、拉伸、移動(dòng)等功能，而且在操作過程中保持參數(shù)變化小，穩(wěn)定可靠。要有一個(gè)可靠的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)達(dá)到一定的自動(dòng)化程度。 6）選擇適用的電源 電源選擇包括電源形式、功率和頻率的選擇。 選擇頻率主要根 據(jù)淬硬層深度。但由于抽油桿的變截面特征，只要做好感應(yīng)器設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和匹配，頻率選擇的范圍可以放寬一些，從高頻 250kHz、超音頻 35kHz 一直到中頻 8kHz 都能達(dá)到要求，甚至還可用更低的頻率。 隨著頻率不同，目前國產(chǎn)設(shè)備高頻和超音頻一般采用電子管式高頻感應(yīng)加熱設(shè)備。這種電源用于超高強(qiáng)度抽油桿表面淬火，淬硬層容易控制，感應(yīng)器匹配簡單，但電效率較低。采用 8kHz或以下的頻率，可選用可控硅中頻電源或中頻發(fā)電機(jī)組，前者效率更高。但可控硅電源或中頻發(fā)電機(jī)組在控制淬硬層厚度上，感應(yīng)器的匹配上難度更大一些 。一般情況下，感應(yīng)器都要采用中頻變壓器進(jìn)行匹配。 （ 4）拋丸強(qiáng)化 超高強(qiáng)度抽油桿在進(jìn)行表面淬火以后，應(yīng)進(jìn)行拋丸強(qiáng)化。拋丸強(qiáng)化是對表面淬火的補(bǔ)充。盡管用了快速加熱，但由于高溫加熱的影響，表面脫碳和氧化不可避免，所以表面的最外層的殘余壓應(yīng)力較低。因此，在表面淬火以后再進(jìn)行拋丸強(qiáng)化對提高表層壓應(yīng)力有一定作用。 設(shè)備明細(xì) 主要生產(chǎn)設(shè)備（見下表） 主要生產(chǎn)設(shè)備表 序號 設(shè)備名稱 單價(jià) 臺（套）數(shù) 總價(jià) 備注 1 工器具費(fèi) 45 1 45 2 高頻電阻爐 20 10 200 3 數(shù)控車床 5 20 100 4 鉆床 50 20 100 5 銑床 10 10 100 6 保溫爐 30 2 60 7 無齒距 5 8 拋丸機(jī) 45 1 45 9 單梁行車 5 4 20 10 電子稱 5 1 5 11 2T 鍋爐 77 1 77 12 鍛壓機(jī) 20 10 200 13 蒸缸 2 3 6 14 螺桿壓縮機(jī) 1 15 雙梁行車 5 8 40 16 羅茨鼓風(fēng)機(jī) 4 10 17 牛頭刨床 10 5 18 起重機(jī) 6 2 12 合計(jì) 42/4 1050 總圖運(yùn)輸 a. 本項(xiàng)目廠區(qū)在 山東墨龍石油機(jī)械股份有限公司 ，占地面積18000m2，利用己建廠房，布置生產(chǎn)車間，按工藝流程分布。聯(lián)合廠房四面道路環(huán)繞，利于廠內(nèi)運(yùn)輸和消防。道路兩旁種植樹木花草，綠化美化環(huán)境。 其它如機(jī)修、計(jì)量、倉庫等由公司統(tǒng)一協(xié)調(diào)。 總平面主要指標(biāo) 序 號 項(xiàng) 目 單 位 指 標(biāo) 備 注 1 項(xiàng)目占地面積 M2 18000 2 建筑物 占地面積 M 2 9000 3 建筑系數(shù) % 50 4 道路面積 M 2 2021 5 綠化面積 M 2 7000 6 綠化系數(shù) % 運(yùn)輸 本項(xiàng)目廠外運(yùn)輸以汽車運(yùn)輸方式為主，年運(yùn)輸量約為 62040 噸，其中運(yùn)進(jìn)為 31040 噸（主要為鋼管），運(yùn)出量為 31000 噸（主要為成品和廢料）。廠內(nèi)運(yùn)輸用鏟車、手推車和叉車。 總運(yùn)輸量表 序 號 貨物名稱 單 位 運(yùn)輸量 備 注 （一） 運(yùn)進(jìn) 噸 31040 1 鋼管 噸 31000 2 NBR 橡膠 噸 10 3 其他 噸 30 （二） 運(yùn)出 噸