采用自由锻工艺生产套管吊卡

文/李伟阳，李岭·宝鸡石油机械有限责任公司研究院工艺材料研究所

采用自由锻工艺生产套管吊卡

文/李伟阳，李岭·宝鸡石油机械有限责任公司研究院工艺材料研究所

套管吊卡是石油钻采机提升设备中的关键配件，所有提升载荷均由吊卡承受，其对材料及力学性能要求都十分严格，而且吊卡必须符合API 8C的要求。吊卡系列包括75t、150t、250t、350t、500t、750t、1000t等规格，其外形尺寸如图1所示，重量一般在100～2500kg之间，长度在400～1200mm之间，宽度在250～800mm之间，高度在200～600mm之间。

套管吊卡的锻造工艺极其复杂，而且需要采用整体锻造来完成。吊卡一般为小批量生产，工步多且对加工参数的要求极高。小吊卡可以在模锻设备上进行生产，也可以在自由锻设备上进行生产。

图1 套管吊卡的形状

吊卡的锻造过程一般分为三种：⑴直接锻为方块，然后利用机械切削加工来成形。⑵压出中间凹槽，其余利用机械切削加工来成形。⑶利用模具锻出形状。

我们根据多年的生产实践经验，摸索出一套成功锻造吊卡的工艺，利用简单的工具，采用独特的加工过程，所制造的吊卡，锻件外形和成品外形相似，弓背可不进行机械加工。这种加工工艺的优势主要有以下4点：

⑴锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整。

⑵其力学性能指标优于机械加工件，能够保证完整的金属流线走向。

⑶不用进行机械切削，节省原材料，降低成本，提高质量。

⑷利用自由锻工艺，解决了原有技术中存在的不合理和不科学工步，以及成品合格率低等问题。

石油钻采吊卡所采用的材料为20SiMn2MoVA，锻造吊卡全过程包括以下步骤：

⑴下料。根据不同吊卡规格，选择下料所需钢锭规格。

⑵制坯锻方（图2）。考虑在压槽时，金属自身在高度方向上的收缩性，为了保证吊卡的尺寸，经过多次试验，250t（含）以下的吊卡锻方高度尺寸要比锻件图规定的尺寸大20mm；350～500t吊卡锻方高度尺寸要比锻件图规定的尺寸大30mm；750t以上吊卡锻方高度尺寸要比锻件图规定的尺寸大40mm；宽度的尺寸不需要加大，按照吊卡工艺要求的尺寸来选择就可以。

图2 制坯锻方规格

图3 用小圆钢压痕

图4 压槽冲子沿正中间压痕向下锻造

图5 锻完后的多余部分

⑶用小圆钢压痕（图3）。在要压槽的正中间用小圆钢压痕，向左右量出凸台宽度尺寸，用小圆钢压痕。

⑷上下胎。将下胎置于下砧上，将压痕过的坯料放在下胎上。

⑸压槽。用压槽冲子沿正中间压痕向下锻造，如图4所示。此时，由于向下锻造时会有部分金属向两侧流动，所以不能一次锻压到底。在锻到工艺尺寸一半的位置时，将压槽冲子取出，然后将坯料翻转90°，将流向两侧的金属回笼，也就是将两侧的料压回去，此时只要轻击，锻平就可以了。然后再将压槽冲子沿正中间位置放回去压到底，最后再将坯料翻转90°，轻轻回笼两侧的金属锻平，这样就满足工艺尺寸要求了。

⑹锻两边翅膀。将方形坯料放在一侧（坯料厚度与凸台高度一样），以压痕为定位基准，如图4所示，锻打坯料与凸台平齐。然后再将坯料翻转90°，轻轻回笼并锻平两侧的金属；锻完一边再锻另一边翅膀，最后对锻好的翅膀进行修正。

⑺氧气热切两端。由于在锻制两边翅膀时金属会向周边流动，流向两侧的凸出金属可以锻回去，保持表面平整，而流向两边翅膀端部的金属，由于吊卡较长，却无法锻回，并且中间已经压好中间槽，回锻会使中间槽变形。传统的锻造方法是在下料时多下一些料，锻完后切除多余部分（图5）。

图6 端部预先压凹心

现在，我们采用一种全新的锻造工艺，在工步2制坯锻方时，采用端部预先压凹心的方法（图6）来满足锻造工艺要求。端部预先压凹心可以平衡流向端面的多余金属，使端面保持平齐。

具体方法是工步2制坯锻方时，其他要求不变，在两端分别用圆弧工具压凹心，经过反复试验得出结论：250t（含）以下的吊卡压凹心深度为80～90mm；350～500t吊卡压凹心深度为100～120mm；750t以上吊卡由于锻件太大采用其他方法。

由于预先用圆弧工具压凹心，在锻制翅膀时锻造过程向端部流动的金属会将凹心填满，使端部不会产生较大的凸出。只需修正或稍微将端部用氧气修平，即可满足工艺要求。经过生产实践证明，250t（含）以下的吊卡可以节约金属25kg，350～500t吊卡可以节约金属35kg。我们厂年产吊卡1000只，可节约原材料30t。