石油钻具精密塑性成形锻件质量研究

发布时间：2017-07-30 06:00

  本文关键词：石油钻具精密塑性成形锻件质量研究

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【摘要】：随着以石油、天然气为代表的一次能源需求的增加,对钻具的需求量越来越大,性能要求也越来越高。石油钻具主要由钻杆、连接套、稳定器和钻挺等组成。钻具工作时需承受复杂的内外压应力、扭转应力、弯曲应力等外加载荷。尤其是钻杆接头连接强度,对钻具的安全可靠工作起着至关重要的作用。但是我国在钻杆接头的研究与生产方面,一般采用自由锻、分模锻及水平分模双向热挤压等工艺成形,与世界先进水平相比还有不少差距,企业生产大多仍属于粗放型,靠劳动密集型和资金密集型,以量取胜,材料利用率不高,技术含量低,产品难以适应复杂地质条件。为了提高材料利用率及改善成形后的综合力学性能,本文采取精密塑性成形的方式研究石油钻杆接头的成形工艺。通过热压缩实验和定量金相技术分析了37Cr Mn Mo合金钢在温度为850℃、950℃、1050℃、1150℃、1200℃和应变速率为0.001s-1、0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1、10 s-1等变形条件下的热力学性能,为研究石油钻杆接头精密塑性成形工艺做铺垫。将Zener-hollomon参数作为37Cr Mn Mo合金钢成形过程中宏观流变应力与微观晶粒尺寸的桥梁,建立了宏观流变应力和变形后奥氏体晶粒尺寸的关系式,并首次建立了37Cr Mn Mo合金钢宏观流变应力和变形后奥氏体晶粒尺寸间的关系模型,为研究石油钻杆接头精密塑性成形工艺奠定了理论基础。通过分析石油钻杆接头传统的成形工艺在成形性能(最大载荷,流动应力和应变)和锻件质量及材料利用方面的优劣,提出一种改进的成形工艺,石油钻杆接头分步成形工艺。通过正交实验和有限元分析,分析成形速率,坯料初始温度和摩擦系数等工艺参数对采用分步成形工艺成形的石油钻杆接头成形质量的影响,得到最优的成形工艺参数,工艺参数为坯料初始温度为1150℃,成形速率20mm/s,摩擦系数0.1。依据新的石油钻杆接头分步成形工艺,具体化其成形工艺方案。
【关键词】：石油钻杆接头 动态再结晶 分步成形 有限元分析
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316;TE921
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 引言12-13
• 1.2 精密塑性成形研究13
• 1.3 再结晶模型及与有限元分析的发展13-17
• 1.4 课题来源、研究意义及方法17-19
• 1.4.1 课题来源17
• 1.4.2 课题的研究意义17
• 1.4.3 课题研究方法17-19
• 第二章 石油钻具材料高温锻造过程中动态再结晶模型19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 动态再结晶机理19-21
• 2.3 试验材料及方法21-23
• 2.4 实验结果及分析23-27
• 2.5 动态再结晶模型27-35
• 2.5.1 动态再结晶临界条件的确定27-29
• 2.5.2 动态再结晶动力学模型29-32
• 2.5.3 动态再结晶晶粒尺寸模型32-35
• 本章小结35-36
• 第三章 石油钻具精密成形毛坯及预成形模型建立36-47
• 3.1 引言36-37
• 3.2 有限分析理论基础37-39
• 3.2.1 刚粘塑性理论基本假设37
• 3.2.2 刚粘塑性材料力学方程37-38
• 3.2.3 虚功原理38-39
• 3.2.4 变分原理39
• 3.3 毛坯及预成形形状模型建立39-46
• 3.3.1 一般水平分模对向热挤压成形工艺模拟41-44
• 3.3.1.1 模拟条件41
• 3.3.1.2 模拟结果分析41-44
• 3.3.2 新型毛坯及预成形形状模型建立及数值模拟44-46
• 3.3.2.1 分步成形工艺44
• 3.3.2.2 模拟结果分析44-45
• 3.3.2.3 数值模拟结果分析45-46
• 本章小结46-47
• 第四章 石油钻具精密塑性成形工艺参数优化47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 正交试验设计的发展47-48
• 4.3 正交试验设计的原理48-49
• 4.4 实验方案的确定49-51
• 4.5 实验结果分析51-56
• 4.5.1 因素显著性分析51-52
• 4.5.2 工艺参数对成形最大载荷的影响52-56
• 本章小结56-57
• 第五章 内部质量分析57-62
• 5.1 引言57
• 5.2 Deform模拟方案57-59
• 5.2.1 用户子程序结构57-58
• 5.2.2 模拟参数58-59
• 5.3 实验结果分析59-61
• 本章小结61-62
• 第六章 石油钻具精密塑性成形工艺设计62-67
• 6.1 引言62
• 6.2 石油钻杆接头成形工艺设计62-64
• 6.3 石油钻杆接头成形工艺实施方案64-66
• 本章小结66-67
• 第七章 总结与展望67-69
• 7.1 总结67-68
• 7.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

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本文编号：592739