專利名稱：一體化鑄造缸體及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑿巖及石油鉆井提速用射流沖擊器的缸體機(jī)構(gòu)，特別涉及液動射流沖擊器的一體化結(jié)構(gòu)的鑄造缸體及制造方法。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的射流式液動沖擊器一般由射流元件、缸體、活塞、沖錘等部件組成，缸體、缸蓋、元件等部件之間有多種密封方式，但是受沖擊器缸體自身結(jié)構(gòu)形式限制和使用條件的影響，每種密封方式都存在不足而使射流式液動沖擊器主要部件之間密封容易失效， 進(jìn)而影響沖擊器的正常的工作。CN2385068Y公開了一種深井鉆孔液動射流式?jīng)_擊器，內(nèi)缸和外缸之間設(shè)置橡膠密封圈，使內(nèi)缸外側(cè)壁的條形豁口與外缸內(nèi)壁之間形成密封通道，從而達(dá)到使來自射流元件的高壓流體進(jìn)入缸體下腔的目的。這種密封形式在基本能夠滿足石油鉆井和鉆探的使用要求。但是，在鉆井和鉆進(jìn)過程中，隨著鉆進(jìn)深度的增加，溫度不斷升高，加之鉆井液的沖蝕， 零部件之間的磨損，橡膠密封圈容易老化、破損而導(dǎo)致密封失效，進(jìn)而導(dǎo)致影響工具的正常工作和使用壽命。CN2550477Y中公開的一種射流式?jīng)_擊器的主要部件之間的密封進(jìn)行了改進(jìn)，將使用橡膠密封圈密封而形成的封閉通道改為一體化通道，即用一個(gè)與柱形缸體外表面相吻合的圓弧狀長條金屬片將缸體上的側(cè)腔通道焊接密封。這種密封方式在使用過程中存在焊接部位開裂導(dǎo)致密封失效的潛在風(fēng)險(xiǎn)。CN201433708Y公開了一種射流式?jīng)_擊器缸體和缸蓋結(jié)構(gòu)，該射流式液動沖擊器缸體和缸蓋通過焊鑲和粘貼而成為一體，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于活塞和沖錘的反復(fù)沖擊，焊鑲和粘貼部位同樣存在容易開裂導(dǎo)致泄漏、泄壓的現(xiàn)象，從而影響沖擊器的使用壽命。由于現(xiàn)場條件惡劣，以上幾種密封方式均未能經(jīng)得住泥漿的長時(shí)間沖蝕，沖擊器的整體壽命較低。一方面頻繁的起下鉆消耗巨額的鉆井成本，另一方面由于密封圈所受影響因素多，沖擊器工作性能不穩(wěn)定，不利于工具破巖。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決射流式液動沖擊器在應(yīng)用過程中，缸體出現(xiàn)的密封失效、焊接開裂、質(zhì)量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，本發(fā)明提供了一種液動射流沖擊器中的一體化結(jié)構(gòu)的鑄造缸體及制造方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一體化鑄造缸體，所述的缸體采用整體鑄造方式成型。在結(jié)構(gòu)上，所述缸體內(nèi)一端開有活塞孔5，另一端開有兩個(gè)孔，分別是活塞上腔進(jìn)排水孔和活塞下腔進(jìn)排水孔；其中上腔進(jìn)排水孔與活塞孔直接相通，下腔進(jìn)排水孔通過活塞下腔進(jìn)排水流道與活塞孔相通；
在所述活塞下腔進(jìn)排水流道的內(nèi)壁上設(shè)計(jì)有軸向加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋的作用是提高缸體強(qiáng)度，減小缸體在軸向力作用下產(chǎn)生變形量，進(jìn)而保證活塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動自由。加強(qiáng)筋將所述活塞下腔進(jìn)排水流道一分為二，加強(qiáng)筋不影響流體的正常流動。所述缸體采用高性能熱做模具鋼HHD (High Hot-work Die Steel)，該種材料具有高強(qiáng)度、高耐磨、高韌性、適合氮化等優(yōu)點(diǎn)，且具有良好的機(jī)械性能。另外，所述缸體內(nèi)壁表面采用氮化-氧化表面工藝處理。制造所述的一體化鑄造缸體的方法，所述方法包括以下步驟(1)選材選用高性能熱做模具鋼；(2)鑄造；(3)表面處理對缸體內(nèi)壁進(jìn)行均勻氮化，然后進(jìn)行氧化處理，氮化后氧化可改善滲氮層的耐腐蝕性和耐磨性。所述步驟( 具體包括以下步驟(21)準(zhǔn)備造型材料，然后制砂芯、造型；(22)準(zhǔn)備熔化材料，然后使用中頻爐熔化高性能熱做模具鋼；(23)澆注；(24)鑄件落砂；(25)清理去除交口、冒口及毛刺；(26)鑄件檢查；(27)退火；(28)入庫。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為(1)缸體采用整體鑄造方式成型，代替了現(xiàn)有技術(shù)中的焊接工藝，從根本上避免了以往沖擊器缸體中存在的密封失效、焊接開裂等問題；(2)本發(fā)明中采用新型材料HHD鋼，解決了沖擊器缸體的磨損、沖蝕、變形等問題；(3)缸體表面采用液體氮化+氧化工藝處理，使得缸體內(nèi)壁被均勻氮化，既提高缸體內(nèi)壁的耐磨性，又提高其潤滑性，提高了缸體的整體使用壽命。


圖1為射流式液動沖擊器的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一體化鑄造缸體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一體化鑄造缸體的加工方法的步驟框具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，所述缸體1安裝在射流式液動沖擊器的外筒內(nèi)，缸體內(nèi)裝有活塞2，在缸體1的一端蓋有缸蓋3。如圖2所示，所述的缸體1采用整體鑄造方式成型。在結(jié)構(gòu)上，所述缸體1內(nèi)一端開有活塞孔6，另一端開有兩個(gè)孔，分別是活塞上腔進(jìn)排水孔7和活塞下腔進(jìn)排水孔8 ；其中上腔進(jìn)排水孔7與活塞孔6直接相通，下腔進(jìn)排水孔8通過活塞下腔進(jìn)排水流道5與活塞孔6相通；在所述活塞下腔進(jìn)排水流道5的內(nèi)壁上設(shè)計(jì)有軸向加強(qiáng)筋4。軸向加強(qiáng)筋4的作用是提高缸體1的強(qiáng)度，減小缸體1在軸向力作用下產(chǎn)生變形量，進(jìn)而保證活塞在缸體1中往復(fù)運(yùn)動自由。軸向加強(qiáng)筋4將所述活塞下腔進(jìn)排水流道5 —分為二，軸向加強(qiáng)筋4不影響流體的正常流動。所述的缸體1采用HHD鋼材料制成，該材料具有高強(qiáng)度、高耐磨、高韌性、適合氮化等優(yōu)點(diǎn)，且具有良好的機(jī)械性能。HHD鋼材的機(jī)械性能如下表1所示
實(shí)驗(yàn)溫度，°C 抗拉強(qiáng)度，MPa 屈服強(qiáng)度，MPa 延伸率，斷面收縮率，% 硬度，HRC 26.718001295O θΓδ48 6
200166013705 3ΙδΤδ
400157513405 326
6009838885 524 5表 1所述的缸體1內(nèi)壁表面采用氮化-氧化表面工藝處理。制造所述的一體化鑄造缸體的方法，如圖3所示，所述方法包括以下步驟(1)選材選用高性能熱做模具鋼；(2)鑄造；(3)表面處理，對缸體內(nèi)壁進(jìn)行均勻氮化，然后進(jìn)行氧化處理。所述步驟( 具體包括以下步驟(21)準(zhǔn)備造型材料，然后制砂芯、造型；(22)準(zhǔn)備熔化材料，然后使用中頻爐熔化高性能熱做模具鋼；(23)澆注；(24)鑄件落砂；(25)清理去除交口、冒口及毛刺；(26)鑄件檢查；(27)退火；(28)入庫。通過試驗(yàn)測量缸體1在使用前后的尺寸，表明該種方法加工出的缸體耐磨損、抗沖蝕、機(jī)械性能好，大大提高了沖擊器缸體的壽命。上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選地，而并不具有限制性的意義。
權(quán)利要求
1.一體化鑄造缸體，所述缸體用于射流式液動沖擊器中，其特征在于 所述的缸體采用整體鑄造方式成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化鑄造缸體，其特征在于所述缸體內(nèi)一端開有活塞孔，另一端開有兩個(gè)孔，分別是活塞上腔進(jìn)排水孔和活塞下腔進(jìn)排水孔；其中上腔進(jìn)排水孔與活塞孔直接相通，下腔進(jìn)排水孔通過活塞下腔進(jìn)排水流道與活塞孔相通；在所述活塞下腔進(jìn)排水流道的內(nèi)壁上設(shè)計(jì)有軸向加強(qiáng)筋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體化鑄造缸體，其特征在于 所述的缸體選用高性能熱做模具鋼制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體化鑄造缸體，其特征在于 所述的缸體內(nèi)表面采用氮化-氧化表面工藝處理。
5.一種制造權(quán)利要求1或2所述的一體化鑄造缸體的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)選材選用高性能熱做模具鋼；(2)鑄造；(3)表面處理對缸體內(nèi)壁進(jìn)行均勻氮化，然后進(jìn)行氧化處理。 所述步驟( 具體包括以下步驟(21)準(zhǔn)備造型材料，然后制砂芯、造型；(22)準(zhǔn)備熔化材料，然后使用中頻爐熔化高性能熱做模具鋼；(23)澆注；(24)鑄件落砂；(25)清理去除交口、冒口及毛刺；(26)鑄件檢查；(27)退火；(28)入庫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆探及油氣鉆井機(jī)構(gòu)，尤其是油氣鉆井巖土鉆鑿沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的射流式液動沖擊器的一體化結(jié)構(gòu)的鑄造缸體。在本發(fā)明中，所述缸體采用整體鑄造方式成型，從根本上避免了以往沖擊器缸體中存在的密封失效、焊接開裂等問題；所述缸體采用新型材料HHD鋼，解決了沖擊器缸體的磨損、沖蝕、變形等問題；所述缸體的內(nèi)表面處理采用液體氮化加氧化工藝，缸體內(nèi)壁均勻氮化，既提高缸體內(nèi)壁的耐磨性，又提高其潤滑性，提高了缸體的整體壽命。
文檔編號E21B1/26GK102454359SQ201010520168
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者劉建華, 劉鵬, 張海平, 涂玉林, 牛新明, 索忠偉, 胡彥峰, 陳天成, 陶興華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院