1引言

　　多年來，許多國家都在不斷研究、改進和提高抽油桿的使用性能，增加抽油桿的強度、耐磨性、耐腐蝕能力，提高抽油桿的使用可靠性，一些新型抽油機在開采稠袖、冷凝油、高含氣油等方面做出了卓越的貢獻。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的抽油桿如圖la所示，由桿體、凸緣、扳手方、大圓臺和螺紋連接部分組成。左端凸緣和右端大圓臺之間的扳手方為方形，截面變化較大，凸緣在承受吊拄以及大圓臺在支承接箍時易發(fā)生斷裂，而如圖1b所示的圓柱筋條式抽油桿就是一種抗疲勞強度好且拆卸方便的新型抽汕桿。我們將原來的方形截面改成圓形截面并增設(shè)四根筋條，在拆卸時可以不受扳手90°轉(zhuǎn)角限制，且能防止液壓鉗滑動。同時將原來凸緣處的圓弧過渡改為平臺過渡，以增加抽油桿的抗拉強度，本文通過理論分析，制定了該抽油桿的徽鍛工藝并設(shè)計出模具，而且通過有限元模擬軟件和實踐驗證了該工藝和模具的合理可行性。

　　2工藝分析

　　考慮到抽油桿的特點，其頭部有多個臺階，且形狀復(fù)雜，不易充滿，只適合用可分凹模鐓鍛，因此生產(chǎn)中采用平鍛機鐓鍛成形。根據(jù)局部鐓鍛的基本原則，當(dāng)坯料上需要鐓鍛部分長度1o。與直徑do之比值ψ≤2.5時，可將坯料一次鐓鍛到任意尺寸而不會引起坯料彎曲，但抽油桿屬于細長桿件，變形量大，鐓鍛部分長徑比ψ最小的抽油桿，其值也在14以上，且需多次聚料，鐓鍛時，極易發(fā)生彎曲，因此采用錐形凸模聚料方式鐓鍛。錐形模膛聚料具有如下優(yōu)點:(1)錐形模膛有利于金屬充填;(2)錐形模膛帶有斜度，坯料壓縮后脫落的氧化皮可由凸模的錐形斜面滑出;(3)錐形坯料端面平整無毛刺，給下道工步創(chuàng)造了有利條件，以保證鍛件質(zhì)量。

　　圓柱筋條式抽油桿鍛件相對于普通抽油桿鍛件在鐓鍛時具有以下兩個難點:

　　(1)要在圓柱截面上壓出4根1 mm高筋條，因此，需先在預(yù)鍛時成形圓柱面，再在終鍛時將圓柱面擠壓出筋條。由于筋條為擠壓變形，當(dāng)兩半凹模合模時，鍛件的圓柱部分幾乎只是單向受壓，容易壓成橢圓形，如圖2a所示，另外在受擠壓時金屬流動情況復(fù)雜，有可能沿水平方向流動過多，沿高度方向流動較少，導(dǎo)致筋條兩邊角充不滿，如圖2b所示，也有小部分金屬會沿著軸向流動，因此預(yù)鍛的圓柱形毛坯截面應(yīng)稍大于鍛件相應(yīng)處的截面積。

　　為避免上述情況，預(yù)鍛時，將鍛件直徑鍛到Φ38 mm，終鍛時，當(dāng)圓截面被壓至Φ36 mm后，保證有足夠的金屬坯料充填筋條，同時將此4根筋條采用如圖3所示凹模分兩步來完成。首先成形對立面的兩根筋條，然后在同一凹模內(nèi)將鍛件旋轉(zhuǎn)90°成形另兩根筋條。這里，在兩半凹模的分模面處將Φ36 mm的圓柱面加圓角為R18，一方面可以保證先壓出的兩根筋條在轉(zhuǎn)動90°之后不與模具發(fā)生干涉，另一方面可以避免在第一次擠壓筋條時坯料沿軸向流動過多，導(dǎo)致在成形剩下兩根筋條時坯料不足。

　　(2)如圖la所示，API抽油桿的凸緣為圓弧過渡，而圓柱筋條式抽油桿為平臺過渡，且平臺寬達8 mm，如圖1所示。

　　圓弧過渡易于充填，而改成圓柱形平臺后，不利于成形，易出現(xiàn)尖角處充不滿，且在成形工步第二次擠壓另兩根筋條時不易將工件放入型槽等情況，而模具尖角處加工困難，容易引起應(yīng)力集中，降低模具壽命。針對此情況，將鍛件在原有5m。寬平臺上加一圓弧R變成圓弧過渡，如圖4所示。在后續(xù)的機加工時切削掉圓弧部分，使之符合設(shè)計要求。另根據(jù)預(yù)鍛工步設(shè)計原則，為保證充滿鐓鍛模膛，應(yīng)使設(shè)計的預(yù)鍛坯料在終鍛模膛內(nèi)盡可能是鐓粗成形，而對于不易充滿的部分，應(yīng)在預(yù)鍛工步首先成形，因此，將此處放在預(yù)鍛時成形。

　　3工藝參數(shù)確定

　　經(jīng)過上述分析，最終確定圓柱筋條式抽油桿的鍛件圖。

　　4結(jié)論

　　通過工藝分析，依照圖5所示各個工步相關(guān)的變形參數(shù)如鐓鍛比、壓下量等，同時，根據(jù)實際鐓鍛情況設(shè)定模擬時的摩擦、潤滑、傳熱等相關(guān)參數(shù)，建立了相應(yīng)工步的三維模型。使用DEFORM-3D有限元模擬軟件對該抽油桿的鐓鍛過程進行了模擬。模擬過程中發(fā)現(xiàn)平臺過渡區(qū)圓弧處充填不是很好，圓弧表面不平整，而筋條處則基本能達到鍛件要求。根據(jù)圖5中工藝參數(shù)設(shè)計的模具投產(chǎn)使用后，已鍛造出完全合格的鍛件，證明了上述鐓鍛模具設(shè)計合理可行。