一種用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置制造方法及圖紙

一種用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，包括底座，底座上設有鉆桿夾持旋轉機構、外致動器軸向運動機構和內致動器軸向運動機構，所述鉆桿夾持旋轉機構包括第一電機和鉆桿側向支撐總成，鉆桿的一端由第一電機帶動旋轉，鉆桿另一端由鉆桿側向支撐總成支撐；外致動器軸向運動機構由第二電機經螺旋傳動帶動外致動器總成沿鉆桿外壁軸向運動；內致動器軸向運動機構經油缸、伸縮架帶動內致動器總成沿鉆桿內壁軸向運動。本實用新型專利技術可以實現致動器沿鉆桿內外壁全覆蓋式冷鍛加工，具有工作效率高、加工質量好、強化層易控等特點，采用本實用新型專利技術可為制造出長壽命、高可靠性的鋁合金鉆桿提供技術支持。

A device for hardening the inner and outer walls of aluminum alloy drill pipe

【技術實現步驟摘要】
一種用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置
本技術涉及一種鉆桿加工裝置，特別是用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置。
技術介紹
鉆桿是鉆探裝備中最主要的，而又最容易損壞的部件。通過鉆桿組成的鉆桿柱，在鉆進過程要實現扭矩和鉆壓的遞送、鉆井液輸送、巖心提取、鉆頭更換及事故處理，是決定勘探深度的首要因素，鉆桿柱鉆深能力直接決定能否獲取地下更深的巖心等寶貴實物資料，以及能否建立測錄井通道以獲取更多地質信息。在超深井鉆探中，當鉆井超過某一深度時，鉆桿柱的自重即能使鉆桿發(fā)生破壞，鋁合金鉆桿的性能顯得更為重要。鋁合金與其他金屬一樣面臨著嚴重的磨損與腐蝕問題。鉆井過程中，鉆柱的運動狀態(tài)十分復雜，主要包括：自轉、渦動、縱向振動、扭轉振動、橫向振動等，復雜工況致使鋁合金鉆桿柱與井筒摩擦磨損頻繁，導致鉆桿偏向磨損以及易產生劃痕和壓痕等損傷，致使鉆桿柱承載力降低，加大了井內事故隱患；加之，鋁合金鉆桿在超深井高溫條件下具有力學性能衰減的特性，其組織結構、力學性能、磨損性能均發(fā)生劣化。同時，在自然條件下，鋁合金表面容易形成一層厚約4nm的自然氧化膜，但該膜多孔且不均勻，難以抵抗惡劣環(huán)境的腐蝕，導致鉆桿腐蝕失效。鉆井過程低固相、無固相、水基和油基等泥漿體系中含有機和無機添加劑，鉆井液在井內高溫高壓的作用下具有較強的腐蝕性，致使鋁合金鉆桿極易發(fā)生化學或電化學反應；同時，鉆桿柱還將承受自重帶來較大的拉伸應力，拉長的晶界為腐蝕提供了通道，加之與井壁的摩擦磨損致使腐蝕產物易被剝離，復雜的服役工況條件致使鉆桿極易發(fā)生腐蝕失效。面對磨損與腐蝕問題，急需加強鉆桿內外表面的抗磨、抗腐蝕性能。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，利用所述裝置可實現鉆桿內外表面超聲波冷鍛加工，從而提高鉆桿內外表面抗磨、防腐及硬化性能。本技術所述問題是以下述技術方案解決的：一種用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，包括底座，底座上設有鉆桿夾持旋轉機構、外致動器軸向運動機構和內致動器軸向運動機構，所述鉆桿夾持旋轉機構包括第一電機和鉆桿側向支撐總成，鉆桿的一端由第一電機帶動旋轉，鉆桿另一端由鉆桿側向支撐總成支撐；外致動器軸向運動機構由第二電機經螺旋傳動帶動外致動器總成沿鉆桿外壁軸向運動；內致動器軸向運動機構經油缸、伸縮架帶動內致動器總成沿鉆桿內壁軸向運動。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，所述內致動器總成位于鉆桿的孔內，內致動器總成包括對稱設置的兩塊轉動盤，各轉動盤的孔內套裝固定盤，轉動盤與固定盤之間設有軸承；轉動盤的外周均布可調支撐桿，各可調支撐桿的端部設有滾輪，滾輪與鉆桿內壁滾動摩擦；兩塊固定盤之間設置數個致動器，每個致動器的兩側分別鉸接致動器支撐桿的近端，兩致動器支撐桿的遠端分別鉸接各固定盤；兩固定盤之間還均布數套預緊組件，每套預緊組件由依次相連的拉簧、預緊螺母、預緊螺桿構成，各預緊組件的兩端分別連接兩塊固定盤。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，底座遠離第一電機的一側設有右支撐板，第二電機固定在右支撐板上部；所述外致動器總成包括絲母安裝架、致動器安裝座和壓簧調整板，絲母安裝架與致動器安裝座為插接結構，二者間由螺釘鎖緊，致動器安裝座裝配數個致動器，各致動器頂部設有壓簧，壓簧調整板位于壓簧上部，與絲母安裝架螺紋配合的調整螺釘穿過絲母安裝架的頂部，調整螺釘底端觸壓在壓簧調整板上；絲母安裝架設有兩個絲母，每個絲母與一根絲杠螺紋配合，各絲杠兩端分別由左、右支撐板支撐，兩根絲杠右端分別連接一個從動齒輪，兩從動齒輪對稱設置在主動齒輪兩側，各從動齒輪分別與主動齒輪嚙合連接，主動齒輪與第二電機輸出軸鍵連接。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，所述鉆桿側向支撐總成平行設置兩側向支架，兩側向支架的相對面分別設置側向支撐滾輪，各側向支架分別固接螺旋方向相反的側向支撐絲母，側向支撐絲杠分別與兩側向支撐絲母螺紋配合，側向支撐絲杠兩端由絲杠支座支撐，側向支撐絲杠的一端設有手柄。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，右支撐板上固接筒狀短節(jié)，筒狀短節(jié)的內徑與鉆桿內徑匹配，筒狀短節(jié)的外徑與鉆桿外徑匹配，筒狀短節(jié)對接鉆桿右端部。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，所述伸縮架由多個平行四邊形連桿機構構成，伸縮架穿過右支撐板和筒狀短節(jié)，伸縮架末端與靠近伸縮架的固定盤連接，伸縮架的首端連接油缸的活塞桿，油缸連接導向塊，導向塊上設有兩條對伸縮架首端連桿運動導向的導向槽。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，內致動器總成的兩轉動盤之間還設有伸縮桿，伸縮桿的軸線與兩固定盤的軸線同軸，伸縮桿的兩端分別對接各固定盤。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，第一電機經傳動箱的主軸連接卡盤。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，各側向支架底部設有導軌，導軌方向與鉆桿軸向垂直，側向支架與導軌滑動配合，導軌與底座固定。上述用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，內致動器總成的致動器和預緊組件間隔分布。本技術設有內、外致動器軸向運動機構和鉆桿夾持旋轉機構，并通過設置桶狀短節(jié)可實現致動器沿鉆桿內外壁全覆蓋式冷鍛加工；內、外致動器總成分別可以調整致動器對鉆桿內外表面所加的加載力，通過調整致動器的加載力、鉆桿轉速及內、外致動器總成的軸向速度，配合致動器的沖擊頻率與幅值的控制，可使鉆桿的內外表面獲得納米級至微米級的強化層，實現鉆桿內外表面抗腐蝕性及硬度的提升。本技術具有工作效率高、加工質量好、強化層易控等特點，采用本技術可為制造出長壽命、高可靠性的鋁合金鉆桿提供技術支持。附圖說明下面結合附圖對本技術作進一步說明。圖1是本技術的結構示意圖；圖2是側向支撐總成的結構示意圖；圖3是外致動器總成的C向視圖；圖4是內致動器總成的D向視圖；圖5是圖4的A-A剖視圖；圖6是圖4的B-B剖視圖。圖中各標號為：1第一電機，2、左支撐板，3、傳動箱，4、卡盤，5、鉆桿，6、外致動器總成，6-1、絲母安裝架，6-2、從動齒輪，6-3、主動齒輪，6-4、壓簧，6-5、調整螺釘，6-6、壓簧調整板，6-7、致動器安裝座，7、絲杠，8、內致動器總成，8-1、滾輪，8-2、可調支撐桿，8-3、轉動盤，8-4、固定盤，8-5、拉簧，8-6、預緊螺母，8-7、預緊螺桿，8-8、伸縮桿，8-9、致動器支撐桿，9、伸縮架，10、筒狀短節(jié)，11、右支撐板，12、第二電機，13、油缸，14、限位塊，15、底座，16、側向支撐總成，16-1、側向支架，16-2、側向支撐絲母，16-3、側向支撐絲杠，16-5、絲杠支座，16-6、手柄，16-7、側向支撐滾輪，17、主軸，18、致動器。具體實施方式參看圖1，本技術包括底座15，底座上設有驅動鉆桿5旋轉的鉆桿夾持旋轉機構、對鉆桿外壁進行冷鍛加工的外致動器軸向運動機構和對鉆桿內壁進行冷鍛加工的內致動器軸向運動機構。底座兩側分別固定左支撐板2、右支撐板11，鉆桿夾持旋轉機構包括第一電機1和鉆桿側向支撐總成16，第一電機固定在左支撐板處，第一電機輸出軸經傳動箱3帶動主軸17旋轉，主軸帶動卡盤4旋轉，卡盤夾持鉆桿的左側，鉆桿的右側由鉆桿側向支撐總成支撐。外致動器軸向運動機構、內致動器軸向運動機構均設有致動器18，致動器選擇壓電陶瓷致動器。外致本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，其特征在于：包括底座(15)，底座上設有鉆桿夾持旋轉機構、外致動器軸向運動機構和內致動器軸向運動機構，所述鉆桿夾持旋轉機構包括第一電機(1)和鉆桿側向支撐總成(16)，鉆桿(5)的一端由第一電機帶動旋轉，鉆桿另一端由鉆桿側向支撐總成支撐；外致動器軸向運動機構由第二電機(12)經螺旋傳動帶動外致動器總成(6)沿鉆桿外壁軸向運動；內致動器軸向運動機構經油缸(13)、伸縮架(9)帶動內致動器總成(8)沿鉆桿內壁軸向運動。

【技術特征摘要】
1.一種用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，其特征在于：包括底座(15)，底座上設有鉆桿夾持旋轉機構、外致動器軸向運動機構和內致動器軸向運動機構，所述鉆桿夾持旋轉機構包括第一電機(1)和鉆桿側向支撐總成(16)，鉆桿(5)的一端由第一電機帶動旋轉，鉆桿另一端由鉆桿側向支撐總成支撐；外致動器軸向運動機構由第二電機(12)經螺旋傳動帶動外致動器總成(6)沿鉆桿外壁軸向運動；內致動器軸向運動機構經油缸(13)、伸縮架(9)帶動內致動器總成(8)沿鉆桿內壁軸向運動。2.根據權利要求1所述的用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，其特征在于：所述內致動器總成位于鉆桿的孔內，內致動器總成包括對稱設置的兩塊轉動盤(8-3)，各轉動盤的孔內套裝固定盤(8-4)，轉動盤與固定盤之間設有軸承；轉動盤的外周均布可調支撐桿(8-2)，各可調支撐桿的端部設有滾輪(8-1)，滾輪與鉆桿內壁滾動摩擦；兩塊固定盤之間設置數個致動器，每個致動器(18)的兩側分別鉸接致動器支撐桿(8-9)的近端，兩致動器支撐桿的遠端分別鉸接各固定盤；兩固定盤之間還均布數套預緊組件，每套預緊組件由依次相連的拉簧(8-5)、預緊螺母(8-6)、預緊螺桿(8-7)構成，各預緊組件的兩端分別連接兩塊固定盤。3.根據權利要求2所述的用于鋁合金鉆桿內外壁硬化加工的裝置，其特征在于：底座遠離第一電機的一側設有右支撐板(11)，第二電機固定在右支撐板上部；所述外致動器總成包括絲母安裝架(6-1)、致動器安裝座(6-7)和壓簧調整板(6-6)，絲母安裝架與致動器安裝座為插接結構，二者間由螺釘鎖緊，致動器安裝座裝配數個致動器，各致動器(18)頂部設有壓簧(6-4)，壓簧調整板位于壓簧上部，與絲母安裝架螺紋配合的調整螺釘(6-5)穿過絲母安裝架的頂部，調整螺釘底端觸壓在壓簧調整板上；絲母安裝架設有兩個絲母，每個絲母與一根絲杠(7)螺紋配合，各絲杠兩端分別由左...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：尹浩，梁健，李鑫淼，李寬，孫建華，張金昌，張永勤，
申請(專利權)人：中國地質科學院勘探技術研究所，中國地質大學北京，
類型：新型
國別省市：河北,13