一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置制造方法及图纸

一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，包括底座，底座上设有钻杆夹持旋转机构、外致动器轴向运动机构和内致动器轴向运动机构，所述钻杆夹持旋转机构包括第一电机和钻杆侧向支撑总成，钻杆的一端由第一电机带动旋转，钻杆另一端由钻杆侧向支撑总成支撑；外致动器轴向运动机构由第二电机经螺旋传动带动外致动器总成沿钻杆外壁轴向运动；内致动器轴向运动机构经油缸、伸缩架带动内致动器总成沿钻杆内壁轴向运动。本发明专利技术可以实现致动器沿钻杆内外壁全覆盖式冷锻加工，具有工作效率高、加工质量好、强化层易控等特点，采用本发明专利技术可为制造出长寿命、高可靠性的铝合金钻杆提供技术支持。

An ultrasonic cold forging device for inner and outer wall of aluminium alloy drill pipe

The utility model relates to an ultrasonic cold forging processing device for the inner and outer walls of an aluminium alloy drill pipe, comprising a base, which is provided with a drill pipe clamping rotating mechanism, an external actuator axial motion mechanism and an internal actuator axial motion mechanism. The drill pipe clamping rotating mechanism comprises a first motor and a drill pipe lateral support assembly. One end of the drill pipe is driven by a first motor, and the other end of the drill pipe is supported by a drill pipe lateral support assembly. The external actuator's axial motion mechanism is driven by the second motor through the screw drive, and the external actuator assembly moves along the outer wall of the drill pipe; the internal actuator's axial motion mechanism moves along the inner wall of the drill pipe by the cylinder and the telescopic frame. The invention can realize the full-coverage cold forging process of the actuator along the inner and outer walls of the drill pipe, and has the characteristics of high working efficiency, good processing quality, easy control of the strengthening layer, etc. The adoption of the invention can provide technical support for the manufacture of long-life and high reliability aluminium alloy drill pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置
本专利技术涉及一种钻杆加工装置，特别是铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置。
技术介绍
钻杆是钻探装备中最主要的，而又最容易损坏的部件。通过钻杆组成的钻杆柱，在钻进过程要实现扭矩和钻压的递送、钻井液输送、岩心提取、钻头更换及事故处理，是决定勘探深度的首要因素，钻杆柱钻深能力直接决定能否获取地下更深的岩心等宝贵实物资料，以及能否建立测录井通道以获取更多地质信息。在超深井钻探中，当钻井超过某一深度时，钻杆柱的自重即能使钻杆发生破坏，铝合金钻杆的性能显得更为重要。铝合金与其他金属一样面临着严重的磨损与腐蚀问题。钻井过程中，钻柱的运动状态十分复杂，主要包括：自转、涡动、纵向振动、扭转振动、横向振动等，复杂工况致使铝合金钻杆柱与井筒摩擦磨损频繁，导致钻杆偏向磨损以及易产生划痕和压痕等损伤，致使钻杆柱承载力降低，加大了井内事故隐患；加之，铝合金钻杆在超深井高温条件下具有力学性能衰减的特性，其组织结构、力学性能、磨损性能均发生劣化。同时，在自然条件下，铝合金表面容易形成一层厚约4nm的自然氧化膜，但该膜多孔且不均匀，难以抵抗恶劣环境的腐蚀，导致钻杆腐蚀失效。钻井过程低固相、无固相、水基和油基等泥浆体系中含有机和无机添加剂，钻井液在井内高温高压的作用下具有较强的腐蚀性，致使铝合金钻杆极易发生化学或电化学反应；同时，钻杆柱还将承受自重带来较大的拉伸应力，拉长的晶界为腐蚀提供了通道，加之与井壁的摩擦磨损致使腐蚀产物易被剥离，复杂的服役工况条件致使钻杆极易发生腐蚀失效。面对磨损与腐蚀问题，急需加强钻杆内外表面的抗磨、抗腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，利用所述装置可实现钻杆内外表面超声波冷锻加工，从而提高钻杆内外表面抗磨、防腐及硬化性能。本专利技术所述问题是以下述技术方案解决的：一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，包括底座，底座上设有钻杆夹持旋转机构、外致动器轴向运动机构和内致动器轴向运动机构，所述钻杆夹持旋转机构包括第一电机和钻杆侧向支撑总成，钻杆的一端由第一电机带动旋转，钻杆另一端由钻杆侧向支撑总成支撑；外致动器轴向运动机构由第二电机经螺旋传动带动外致动器总成沿钻杆外壁轴向运动；内致动器轴向运动机构经油缸、伸缩架带动内致动器总成沿钻杆内壁轴向运动。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，所述内致动器总成位于钻杆的孔内，内致动器总成包括对称设置的两块转动盘，各转动盘的孔内套装固定盘，转动盘与固定盘之间设有轴承；转动盘的外周均布可调支撑杆，各可调支撑杆的端部设有滚轮，滚轮与钻杆内壁滚动摩擦；两块固定盘之间设置数个致动器，每个致动器的两侧分别铰接致动器支撑杆的近端，两致动器支撑杆的远端分别铰接各固定盘；两固定盘之间还均布数套预紧组件，每套预紧组件由依次相连的拉簧、预紧螺母、预紧螺杆构成，各预紧组件的两端分别连接两块固定盘。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，底座远离第一电机的一侧设有右支撑板，第二电机固定在右支撑板上部；所述外致动器总成包括丝母安装架、致动器安装座和压簧调整板，丝母安装架与致动器安装座为插接结构，二者间由螺钉锁紧，致动器安装座装配数个致动器，各致动器顶部设有压簧，压簧调整板位于压簧上部，与丝母安装架螺纹配合的调整螺钉穿过丝母安装架的顶部，调整螺钉底端触压在压簧调整板上；丝母安装架设有两个丝母，每个丝母与一根丝杠螺纹配合，各丝杠两端分别由左、右支撑板支撑，两根丝杠右端分别连接一个从动齿轮，两从动齿轮对称设置在主动齿轮两侧，各从动齿轮分别与主动齿轮啮合连接，主动齿轮与第二电机输出轴键连接。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，所述钻杆侧向支撑总成平行设置两侧向支架，两侧向支架的相对面分别设置侧向支撑滚轮，各侧向支架分别固接螺旋方向相反的侧向支撑丝母，侧向支撑丝杠分别与两侧向支撑丝母螺纹配合，侧向支撑丝杠两端由丝杠支座支撑，侧向支撑丝杠的一端设有手柄。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，右支撑板上固接筒状短节，筒状短节的内径与钻杆内径匹配，筒状短节的外径与钻杆外径匹配，筒状短节对接钻杆右端部。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，所述伸缩架由多个平行四边形连杆机构构成，伸缩架穿过右支撑板和筒状短节，伸缩架末端与靠近伸缩架的固定盘连接，伸缩架的首端连接油缸的活塞杆，油缸连接导向块，导向块上设有两条对伸缩架首端连杆运动导向的导向槽。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，内致动器总成的两转动盘之间还设有伸缩杆，伸缩杆的轴线与两固定盘的轴线同轴，伸缩杆的两端分别对接各固定盘。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，第一电机经传动箱的主轴连接卡盘。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，各侧向支架底部设有导轨，导轨方向与钻杆轴向垂直，侧向支架与导轨滑动配合，导轨与底座固定。上述铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，内致动器总成的致动器和预紧组件间隔分布。本专利技术设有内、外致动器轴向运动机构和钻杆夹持旋转机构，并通过设置桶状短节可实现致动器沿钻杆内外壁全覆盖式冷锻加工；内、外致动器总成分别可以调整致动器对钻杆内外表面所加的加载力，通过调整致动器的加载力、钻杆转速及内、外致动器总成的轴向速度，配合致动器的冲击频率与幅值的控制，可使钻杆的内外表面获得纳米级至微米级的强化层，实现钻杆内外表面抗腐蚀性及硬度的提升。本专利技术具有工作效率高、加工质量好、强化层易控等特点，采用本专利技术可为制造出长寿命、高可靠性的铝合金钻杆提供技术支持。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的结构示意图；图2是侧向支撑总成的结构示意图；图3是外致动器总成的C向视图；图4是内致动器总成的D向视图；图5是图4的A-A剖视图；图6是图4的B-B剖视图。图中各标号为：1第一电机，2、左支撑板，3、传动箱，4、卡盘，5、钻杆，6、外致动器总成，6-1、丝母安装架，6-2、从动齿轮，6-3、主动齿轮，6-4、压簧，6-5、调整螺钉，6-6、压簧调整板，6-7、致动器安装座，7、丝杠，8、内致动器总成，8-1、滚轮，8-2、可调支撑杆，8-3、转动盘，8-4、固定盘，8-5、拉簧，8-6、预紧螺母，8-7、预紧螺杆，8-8、伸缩杆，8-9、致动器支撑杆，9、伸缩架，10、筒状短节，11、右支撑板，12、第二电机，13、油缸，14、限位块，15、底座，16、侧向支撑总成，16-1、侧向支架，16-2、侧向支撑丝母，16-3、侧向支撑丝杠，16-5、丝杠支座，16-6、手柄，16-7、侧向支撑滚轮，17、主轴，18、致动器。具体实施方式参看图1，本专利技术包括底座15，底座上设有驱动钻杆5旋转的钻杆夹持旋转机构、对钻杆外壁进行冷锻加工的外致动器轴向运动机构和对钻杆内壁进行冷锻加工的内致动器轴向运动机构。底座两侧分别固定左支撑板2、右支撑板11，钻杆夹持旋转机构包括第一电机1和钻杆侧向支撑总成16，第一电机固定在左支撑板处，第一电机输出轴经传动箱3带动主轴17旋转，主轴带动卡盘4旋转，卡盘夹持钻杆的左侧，钻杆的右侧由钻杆侧向支撑总成支撑。外致动器轴向运动机构、内致动器轴向运动机构均设有致动器18，致动器选择压电陶瓷致动器。外致动器轴向运动机构由固定在右支撑板上的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，其特征在于：包括底座(15)，底座上设有钻杆夹持旋转机构、外致动器轴向运动机构和内致动器轴向运动机构，所述钻杆夹持旋转机构包括第一电机(1)和钻杆侧向支撑总成(16)，钻杆(5)的一端由第一电机带动旋转，钻杆另一端由钻杆侧向支撑总成支撑；外致动器轴向运动机构由第二电机(12)经螺旋传动带动外致动器总成(6)沿钻杆外壁轴向运动；内致动器轴向运动机构经油缸(13)、伸缩架(11)带动内致动器总成(8)沿钻杆内壁轴向运动。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，其特征在于：包括底座(15)，底座上设有钻杆夹持旋转机构、外致动器轴向运动机构和内致动器轴向运动机构，所述钻杆夹持旋转机构包括第一电机(1)和钻杆侧向支撑总成(16)，钻杆(5)的一端由第一电机带动旋转，钻杆另一端由钻杆侧向支撑总成支撑；外致动器轴向运动机构由第二电机(12)经螺旋传动带动外致动器总成(6)沿钻杆外壁轴向运动；内致动器轴向运动机构经油缸(13)、伸缩架(11)带动内致动器总成(8)沿钻杆内壁轴向运动。2.根据权利要求1所述的铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，其特征在于：所述内致动器总成位于钻杆的孔内，内致动器总成包括对称设置的两块转动盘(8-3)，各转动盘的孔内套装固定盘(8-4)，转动盘与固定盘之间设有轴承；转动盘的外周均布可调支撑杆(8-2)，各可调支撑杆的端部设有滚轮(8-1)，滚轮与钻杆内壁滚动摩擦；两块固定盘之间设置数个致动器，每个致动器(18)的两侧分别铰接致动器支撑杆(8-9)的近端，两致动器支撑杆的远端分别铰接各固定盘；两固定盘之间还均布数套预紧组件，每套预紧组件由依次相连的拉簧(8-5)、预紧螺母(8-6)、预紧螺杆(8-7)构成，各预紧组件的两端分别连接两块固定盘。3.根据权利要求2所述的铝合金钻杆内外壁超声波冷锻加工装置，其特征在于：底座远离第一电机的一侧设有右支撑板(11)，第二电机固定在右支撑板上部；所述外致动器总成包括丝母安装架(6-1)、致动器安装座(6-5)和压簧调整板(6-6)，丝母安装架与致动器安装座为插接结构，二者间由螺钉锁紧，致动器安装座装配数个致动器，各致动器(18)顶部设有压簧(6-4)，压簧调整板位于压簧上部，与丝母安装架螺纹配合的调整螺钉(6-5)穿过丝母安装架的顶部，调整螺钉底端触压在压簧调整板上；丝母安装架设有两个丝母，每个丝母与一根丝杠(7)螺纹配合，各丝杠两端分别由...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁健，尹浩，孙建华，李鑫淼，李宽，张金昌，王成彪，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11