CN107891113B - 无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置及其加工方法，通过三个夹持块半体外侧整个圆周360°范围内均布三组夹紧油缸,实现钻杆挤压过程中夹紧及钻杆挤压前的安装和挤压后的取出；通过分体式外模挤压工艺将三角圆弧凸棱杆体两端进行局部墩粗，在墩粗的杆体两端分别加工钻杆内、外螺纹接头，使钻杆杆体与与钻杆接头成无焊接连接的一体式结构；本发明实现了三角圆弧凸棱一体式钻杆的加工制造，极大的提高了三角圆弧凸棱钻杆整体强度与抗扭性能；同时避免了插接式三角圆弧凸棱钻杆与摩擦焊接式三角圆弧凸棱钻杆采用手工电弧焊或摩擦焊接的质量缺陷，推动了我国三角圆弧凸棱加工工艺技术的进步与坑道钻探事业的发展。

Description

无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置及其加工方法。

背景技术

目前国内三角圆弧凸棱钻杆由于瓦斯助排放能力强，旋转阻力小，钻进速度快等特点在国内各大矿区广泛使用。由于三角圆弧凸棱钻杆杆体截面为三角形管环状，接头为带有锥度的管螺纹，钻杆结构特殊，以往的三角圆弧凸棱钻杆普遍采用插接式结构，即两端接头加工成台阶，台阶的大头端与钻杆体三角形外形一致，台阶的小头端与钻杆体内三角形一致，小头端插入钻杆杆体内三角形内，在三角圆弧凸棱杆体外侧加工三面坡口，与两端接头手工电弧焊形成角焊缝，实现插接式焊接(附图12)，由于生产效率低，后来通过工艺技术改进形成了三角圆弧凸棱钻杆摩擦焊接式钻杆(附图13)，生产效率大大提高。但摩擦焊的缺陷也时刻困扰着三角圆弧凸棱杆体制造事业的发展。长期以来广大技术人员，不断从钻杆结构与工艺方法上下功夫，在实现无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆上花费了不少心血，但是制造工艺方法一直没有更好的突破，亟待改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提供无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置及其加工方法，实现三角圆弧凸棱一体式钻杆的加工制造，设计合理，结构紧凑。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置，包括机座、杆体夹持机构和挤压成型机构，所述杆体夹持机构为三个半体组合结构，所述半体组合结构分别通过驱动件一实现对截面为三角圆弧凸棱管状杆体的周向外侧面紧密贴合夹紧，以此形成均匀一致的夹紧压紧力；所述挤压成型机构与所述杆体的端面相对设置，并通过驱动件二带动成型内模沿所述杆体长度方向移动，以此实现所述杆体端部的局部墩粗；所述杆体夹持机构和挤压成型机构均设在所述机座上。

进一步地，挤压成型机构包括驱动件二和成型内模；所述驱动件二包括水平液压油缸、连接座和导向座；所述水平液压油缸的一端与所述机座的支撑板连接，另一端通过连接座与所述成型内模的一端连接；所述成型内模穿设在所述导向座上，并沿着所述导向座上的导向通道轴向水平移动。

进一步地，所述成型内模的前端从前到后依次设有圆锥形成型头、三角圆弧凸棱凸台和连接部；通过圆锥形成型头伸入挤压钻杆杆体内进行导向并在挤压的过程中形成钻杆接头所需的锥形通孔；通过三角圆弧凸棱凸台与杆体的端面外形尺寸及成型外模的型腔截面尺寸一致，实现成型内模在所述半体组合结构形成的杆体放置腔内移动，同时实现对杆体端部的抵接；通过连接部轴向穿过导向座，并向外延伸与连接座连接，实现成型内模轴向水平运动。

进一步地，所述半体组合结构包括驱动件一、导向轴、夹持块半体和外模半体；所述驱动件一为夹紧油缸；所述夹紧油缸的一端与所述机座的支撑框架连接，另一端与所述导向轴连接，通过所述导向轴带动所述夹持块半体和外模半体沿垂直杆体侧边面方向移动，以此实现所述外模半体对所述杆体的周向外侧面夹紧；所述夹持块半体通过螺栓固定设在所述外模半体外侧面。

进一步地，所述外模半体的两端的内侧边还设有倒角面。

进一步地，所述外模半体上设有所述夹持块半体的限位槽C。

基于焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置的加工方法，依次包括如下步骤：

A、轴向初定位:准备工作完成后，将半体组合结构分别通过驱动件一推动外模半体向内初步形成杆体的放置腔，以此形成杆体周向外侧面支撑初定位状态；

B、周向定位夹紧：将杆体沿其轴向放置于放置腔内，并分别再驱动驱动件一向内推动外模半体，使外模半体周向外侧面紧密贴合夹紧杆体的中间部分，且杆体端部与成型内模相对设置；

C、杆体端部定位：成型内模的圆锥形成型头伸入挤压杆体内，并通过三角圆弧凸棱凸台与杆体端面外形对应设置；

D、杆体一端墩粗：在水平液压油缸的驱动下，通过成型内模H面挤压安装在杆体夹持机构内的杆体，从以实现对杆体端部的墩粗；

E、杆体另一端墩粗：在墩粗杆体的一端后，将杆体取出，将杆体掉头再次挤压另一端，之后对杆体再进行轴向初定位和周向定位夹紧，从而完成钻杆的两端墩粗；

H、杆体的两端部分别进行墩粗后，将杆体取出，墩粗的杆体两端分别加工钻杆内、外螺纹接头，最终形成成无焊接连接的一体式结构，增强了钻杆的抗扭性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明利用三角形管体型材采用专用模具液压夹紧装置，三个夹持块半体分布在三个成型外模半体外侧，并通过螺栓连接。在三个夹持块半体外侧整个圆周360°范围内又均布三组夹紧油缸，夹紧油缸通过导向轴与三个夹持块半体连接，夹紧油缸作为模具夹紧装置的动力源；在夹紧油缸的作用下带动夹持块的闭合与开启，夹持块半体的移动带动三个成型外模半体的移动；采用液压夹紧动作平稳，同步性强，夹持效果好，效率高，实现了模具的张开与闭合的自动化。

2、本发明的三个夹持块半体和外模半体通过螺栓连接，夹持块半体的移动带动成型外模三半体的移动实现钻杆挤压过程中夹紧，便于外模的更换，可实现外模外形尺寸一致，型腔尺寸不同的外模使用。

3、本发明液压夹紧装置夹持块圆周360°范围内均布三组夹紧油缸夹持力度均匀，适用性强，既适用三角圆弧凸棱钻杆的夹持又适用光面圆钻杆的夹持。

4、本发明内模与水平布置的液压缸连接，在杆体夹紧后通过水平挤压油缸带动内模位移，在内外模的作用下完成三角圆弧凸棱一体式钻杆的加工,内模更换速度快，实现不同规格形状三角圆弧凸棱一体式钻杆及光面一体式圆钻杆的挤压加工。

5、本发明提高了产品的生产的工艺性，操作简单、无需熟练掌握，通过改变的外模的型腔结构与外模结构即可实现三角圆弧凸棱一体式钻杆与光面一体式圆钻杆机械化化生产，产品再现性好，生产效率高，制造成本低。

6、本发明提供了一种切实又经济可靠地制作工艺，实现三角圆弧凸棱一体式钻杆的加工制造，由于钻杆杆体与接头为一体式结构，极大的提高了三角圆弧凸棱钻杆整体强度与抗扭性能，同时避免了插接式三角圆弧凸棱钻杆与摩擦焊接式三角圆弧凸棱钻杆采用手工电弧焊或摩擦焊接的质量缺陷，推动了我国三角圆弧凸棱加工工艺技术的进步与坑道钻探事业的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明加工装置结构示意图；

图2为本发明图1中加工装置A-A剖面图；

图3为本发明图1中加工装置B-B剖面图；

图4为本发明杆体放入成型外模夹持后的结构示意图；

图5为本发明杆体放入成型外模夹持后的侧视图；

图6为本发明外模半体组合的三角圆弧凸棱一体钻杆无内倒角的结构示意图；

图7为本发明外模半体组合的三角圆弧凸棱一体钻杆无内倒角的侧视图；

图8为本发明外模半体组合的三角圆弧凸棱一体钻杆增加内倒角的结构示意图；

图9为本发明外模半体组合的三角圆弧凸棱一体钻杆增加内倒角的侧视图；

图10为本发明成型内模结构示意图；

图11为本发明侧成型内模D-D剖面图；

图12为现有插接式钻杆结构示意图；

图13为现有摩擦式钻杆结构示意图；

图14为采用本发明挤压后的工件毛坯结构示意图；

图15为采用本发明加工后的最终产品结构示意图；

图中标号说明：

1、机座；11、支撑板；12、支撑框架；13、横撑；2、杆体夹持机构；21、半体组合结构；211、驱动件一；212、导向轴；213、夹持块半体；214、外模半体；3、挤压成型机构；31、驱动件二；311、水平液压油缸；312、连接座；313、导向座；32、成型内模；321、圆锥形成型头；322、三角圆弧凸棱凸台；323、连接部；4、杆体；5、螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图14和图15，对本发明作进一步地说明：

结合附图1、图2和图3，一种无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置，包括机座1、杆体夹持机构2和挤压成型机构3，所述杆体夹持机构2为三个半体组合结构21，所述半体组合结构21分别通过驱动件一211实现对截面为三角圆弧凸棱管状杆体4的周向外侧面紧密贴合夹紧，以此形成均匀一致的夹紧压紧力；所述挤压成型机构3与所述杆体4的端面相对设置，并通过驱动件二31带动成型内模32沿所述杆体4长度方向移动，以此实现所述杆体4端部的局部墩粗；所述杆体夹持机构2和挤压成型机构3均设在所述机座1上。

挤压成型机构3包括驱动件二31和成型内模32；所述驱动件二31包括水平液压油缸311、连接座312和导向座313；所述水平液压油缸311的一端与所述机座1的支撑板11连接，另一端通过连接座312与所述成型内模32的一端连接；所述成型内模32穿设在所述导向座313上，并沿着所述导向座313上的导向通道轴向水平移动。

所述半体组合结构21包括驱动件一211、导向轴212、夹持块半体213和外模半体214；所述驱动件一211为夹紧油缸；所述夹紧油缸的一端与所述机座1的支撑框架12连接，另一端与所述导向轴212连接，通过所述导向轴212带动所述夹持块半体213和外模半体214沿垂直杆体4侧边面方向移动，以此实现所述外模半体214对所述杆体4的周向外侧面夹紧；所述夹持块半体213通过螺栓5固定设在所述外模半体214外侧面。夹持块半体213的移动带动成型外模三半体的移动实现钻杆挤压过程中夹紧，便于外模的更换，可实现外模外形尺寸一致，型腔尺寸不同的外模使用。

三个所述支撑框架12设在所述机座1上，所述驱动件一211设在所述支撑框架12内，所述导向轴212穿设在所述支撑框架12上，并在支撑框架12的通道内前后移动。

所述支撑板11与所述支撑框架12相对设置；所述支撑板11与所述支撑框架12之间还设有横撑13，所述横撑13的两端分别与所述支撑板11与所述支撑框架12固定连接，加强了整体机构在墩粗时的稳定性。

结合附图10、图11、图14和图15，所述成型内模32的前端从前到后依次设有圆锥形成型头321、三角圆弧凸棱凸台322和连接部323；通过圆锥形成型头321伸入挤压杆体4内进行导向并在挤压的过程中形成钻杆接头所需的锥形通孔；通过三角圆弧凸棱凸台322与杆体4的端面外形尺寸及成型外模的型腔截面尺寸一致，实现成型内模32在所述半体组合结构21形成的杆体4放置腔内移动，同时实现对杆体4端部的抵接；通过连接部323轴向穿过导向座313，并向外延伸与连接座312连接，实现成型内模32轴向水平运动；以此实现将所述杆体4两端在规定长度内外形挤压成三角形，内孔挤压成带有一定锥度通孔的一体式钻杆毛坯。钻杆两端挤压所需的成型内模32与水平布置的水平液压油缸311连接，在钻杆夹紧后通过水平液压油缸311带动成型内模32位移，将三角形管环面的圆弧凸棱杆体4两端分别在规定长度内外形挤压成三角形，内孔挤压成带有一定锥度的通孔。通过分体式外模挤压工艺将三角圆弧凸棱杆体4两端进行局部墩粗，在墩粗的杆体4两端分别加工钻杆内、外螺纹接头，使杆体4与与钻杆接头成无焊接连接的一体式结构，增强了钻杆的抗扭性能。

所述连接部323外侧壁轴向方向还设有条状限位槽G，通过在导向座313上设置与条状限位槽G配合的固定限位块，通过固定限位块可沿轴向条状限位槽G移动，实现在所述连接部323轴向移动时，由于固定限位块的侧边限位，避免了连接部的323轴向转动，便于后续有效的定位加工。

结合附图4、图5、图6、图7、图8和图9，所述外模半体214的两端的内侧边还设有倒角面；所述外模半体214上设有所述夹持块半体213的限位槽C。为便于挤压杆体4顺利放进所述杆体夹持机构2的三角形型腔内与成型内模32的导入外模，在所述杆体夹持机构2的三角形型腔两端分别加工60°的倒角，所述杆体夹持机构2合模时，成型外模左、右端带有台阶，三半体合模后台阶面C与夹持块断面接触，有利于防止钻杆挤压的过程中外模水平移动。

无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆的加工方法，依次包括如下步骤：

A、轴向初定位:准备工作完成后，将所述半体组合结构21分别通过驱动件一211推动外模半体214向内初步形成杆体4的放置腔，以此形成杆体4周向外侧面支撑初定位状态；

B、周向定位夹紧：将杆体4沿其轴向放置于放置腔内，并分别再驱动所述驱动件一211向内推动所述外模半体214，使所述外模半体214周向外侧面紧密贴合夹紧所述杆体4的中间部分，且所述杆体4端部与所述成型内模32相对设置；

C、杆体端部定位：所述成型内模32的圆锥形成型头321伸入挤压杆体4内，并通过三角圆弧凸棱凸台322与杆体4端面外形对应设置；

D、杆体一端墩粗：在所述水平液压油缸311的驱动下，通过成型内模32H面挤压安装在所述杆体夹持机构2内的杆体4，从以实现对杆体4端部的墩粗；

E、杆体另一端墩粗：在墩粗杆体4的一端后，将杆体4取出，将杆体4掉头再次挤压另一端，之后对杆体4再进行轴向初定位和周向定位夹紧，从而完成钻杆的两端墩粗；

H、杆体4的两端部分别进行墩粗后，将杆体4取出，墩粗的杆体4两端分别加工钻杆内、外螺纹接头，最终形成成无焊接连接的一体式结构，增强了钻杆的抗扭性能。

优选的，夹持块半体213与三角圆弧凸棱钻杆成型外模半体214均采用粗加工外形后，线切割成三半体，三半体在重新组合点组成一体后，再次加工成型后再次分成三半体，这样所述杆体夹持机构2在合模时三半体无间隙，型腔构成光滑的三角型柱面，与三角圆弧凸棱杆体4的外形一致，挤压的钻杆两端表面光滑平整，无台阶与飞边，保证了钻杆的外观质量；三角凸棱杆体杆体材质为R780、36Mn2v、40Cr、27SiMn,或D40、D50、D60。

本发明使用时，在三个夹持块半体213外侧整个圆周360°范围内又均布三组夹紧油缸夹紧油缸通过导向轴212与三个夹持块半体213连接，夹紧油缸作为模具夹紧装置的动力源，导向轴212作为夹紧油缸的导向装置。在夹紧油缸的作用下带动夹持块半体213的闭合与开启，夹持块半体213的移动带动三个成型外模半体214的移动，在夹紧油缸活塞杆伸出时夹持块半体213的移动带动三个成型外模半体214的合模构成模具型腔，并夹紧要挤压的杆体4，在夹紧油缸活塞杆缩回时夹持块半体213的移动带动三个成型外模半体214的分离，此时可放置挤压杆体4及挤压后杆体4的取出。本发明利用三角形管体型材采用专用模具液压夹紧装置，夹持块与成型外模为三半体结构，模具液压夹紧装置三个夹持块半体213分布在三个成型外模半体214外侧，并通过螺栓5连接。在三个夹持块半体213外侧整个圆周360°范围内又均布三组夹紧油缸，夹紧油缸通过导向轴212与三个夹持块半体213连接，夹紧油缸作为模具夹紧装置的动力源。在夹紧油缸的作用下带动夹持块的闭合与开启，夹持块半体213的移动带动三个成型外模半体214的移动。采用液压夹紧动作平稳，同步性强，夹持效果好，效率高，实现了模具的张开与闭合的自动化。本发明提高了产品的生产的工艺性，操作简单、无需熟练掌握，通过改变的外模的型腔结构与外模结构即可实现三角圆弧凸棱一体式钻杆与光面一体式圆钻杆机械化化生产，产品再现性好生产效率高，制造成本低。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.无焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置，其特征在于，包括机座(1)、杆体夹持机构(2)和挤压成型机构(3)，所述杆体夹持机构(2)为三个半体组合结构(21)，所述半体组合结构(21)分别通过驱动件一(211)实现对截面为三角圆弧凸棱管状杆体(4)的周向外侧面紧密贴合夹紧，以此形成均匀一致的夹紧压紧力；所述挤压成型机构(3)与所述杆体(4)的端面相对设置，并通过驱动件二(31)带动成型内模(32)沿所述杆体(4)长度方向移动，以此实现所述杆体(4)端部的局部墩粗；所述杆体夹持机构(2)和挤压成型机构(3)均设在所述机座(1)上；

挤压成型机构(3)包括驱动件二(31)和成型内模(32)；所述驱动件二(31)包括水平液压油缸(311)、连接座(312)和导向座(313)；所述水平液压油缸(311)的一端与所述机座(1)的支撑板(11)连接，另一端通过连接座(312)与所述成型内模(32)的一端连接；所述成型内模(32)穿设在所述导向座(313)上，并沿着所述导向座(313)上的导向通道轴向水平移动；

所述半体组合结构(21)包括驱动件一(211)、导向轴(212)、夹持块半体(213)和外模半体(214)；所述驱动件一(211)为夹紧油缸；所述夹紧油缸的一端与所述机座(1)的支撑框架(12)连接，另一端与所述导向轴(212)连接，通过所述导向轴(212)带动所述夹持块半体(213)和外模半体(214)沿垂直杆体(4)侧边面方向移动，以此实现所述外模半体(214)对所述杆体(4)的周向外侧面夹紧；所述夹持块半体(213)通过螺栓(5)固定设在所述外模半体(214)外侧面。

2.根据权利要求1所述的焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置，其特征在于，所述成型内模(32)的前端从前到后依次设有圆锥形成型头(321)、三角圆弧凸棱凸台(322)和连接部(323)；通过圆锥形成型头(321)伸入挤压杆体(4)内进行导向并在挤压的过程中形成钻杆接头所需的锥形通孔；通过三角圆弧凸棱凸台(322)与杆体(4)的端面外形尺寸及成型外模的型腔截面尺寸一致，实现成型内模(32)在所述半体组合结构(21)形成的杆体(4)放置腔内移动，同时实现对杆体(4)端部的抵接；通过连接部(323)轴向穿过导向座(313)，并向外延伸与连接座(312)连接，实现成型内模(32)轴向水平运动。

3.根据权利要求1所述的焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置，其特征在于，所述外模半体(214)的两端的内侧边还设有倒角面。

4.根据权利要求1所述的焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置，其特征在于，所述外模半体(214)上设有所述夹持块半体(213)的限位槽C。

5.基于焊接三角圆弧凸棱一体式钻杆夹紧装置的加工方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

A、轴向初定位:准备工作完成后，将半体组合结构(21)分别通过驱动件一(211)推动外模半体(214)向内初步形成杆体(4)的放置腔，以此形成杆体(4)周向外侧面支撑初定位状态；

B、周向定位夹紧：将杆体(4)沿其轴向放置于放置腔内，并分别再驱动驱动件一(211)向内推动外模半体(214)，使外模半体(214)周向外侧面紧密贴合夹紧杆体(4)的中间部分，且杆体(4)端部与成型内模(32)相对设置；

C、杆体端部定位：成型内模(32)的圆锥形成型头(321)伸入挤压杆体(4)内，并通过三角圆弧凸棱凸台(322)与杆体(4)端面外形对应设置；

D、杆体一端墩粗：在水平液压油缸(311)的驱动下，通过成型内模(32)H面挤压安装在杆体夹持机构(2)内的杆体(4)，从以实现对杆体(4)端部的墩粗；

E、杆体另一端墩粗：在墩粗杆体(4)的一端后，将杆体(4)取出，将杆体(4)掉头再次挤压另一端，之后对杆体(4)再进行轴向初定位和周向定位夹紧，从而完成钻杆的两端墩粗；

H、杆体(4)的两端部分别进行墩粗后，将杆体(4)取出，墩粗的杆体(4)两端分别加工钻杆内、外螺纹接头，最终形成成无焊接连接的一体式结构，增强了钻杆的抗扭性能。