[發明專利]智能鉆桿用鈦合金薄片彈簧的制作方法

有效

• 申請號: 201210309600.7
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102847770A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 鞏曰道;陳修定;唐柏芬
• 申請（專利權）人: 揚州恒旺五金機械有限公司
• 主分類號: B21D22/20
• 分類號: B21D22/20;B21D37/10
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

技術領域

本發明涉及一種彈簧的制作方法，尤其是智能鉆桿用鈦合金薄片彈簧的制作方法。

背景技術

高強度的鈦合金薄片彈簧主要用于大口徑“垂直鉆井系統”中的智能鉆桿，智能鉆桿由多節鉆桿連接而成，其通信電纜與電源線分開單獨布線，每節鉆桿兩端采用磁感應式鉆桿接頭，鉆桿接頭由鉆桿槽、鐵氧體磁感應環、鈦合金薄片彈簧和線圈構成，鉆桿槽為在鉆桿內、外壁之間開出的凹形槽，鐵氧體磁感應環也為凹形槽狀，磁感應環放在鉆桿槽中，鈦合金薄片彈簧放在鐵氧體磁感應環中，線圈置于鈦合金薄片彈簧上并與鉆桿上的通信電纜相連接，這樣，每兩節鉆桿通信電纜之間就可通過電磁感應實現“軟連接”，這種非接觸傳輸方式解決了有線傳輸中對通信電纜的磨損問題。鉆桿不工作時通信電纜為“斷開”狀態，鉆桿工作轉動時，各節鉆桿接頭相互緊扣，通過電磁感應實現各節鉆桿間的信號連通，通信電纜為“開通”狀態。如果感應環內的鈦合金薄片彈簧因強度不夠發生了松弛或蠕變，通過電磁感應實現自動“通、斷”的“軟連接”目的就不能達到，而彈簧的強度與材料特性及制作工藝密切相關。

鈦合金材料強度高，密度小，鈦合金彈簧目前一般采用絲狀鈦合金材料卷制加工而成，工作強度高，耐熱強度高，表面抗蝕性好，低溫性能好。但是，滿足智能鉆桿的更高強度鈦合金薄片彈簧的制作存在如下技術難題：第一，高表面光澤度要求難以滿足。用于制作彈簧的鈦合金薄片要求表面粗糙度≤0.6μm，平面度＜0.05mm，厚度公差≤0.05mm。第二，磨削溫度高，加工變形系數大。由于鈦合金的導熱系數很小，只有45號鋼的1/5～1/7，磨削面的接觸長度極短，磨削時產生的熱不易傳出，集中在磨削區附近的較小范圍內，磨削溫度很高，磨削溫度比磨削45號鋼時高出一倍以上。在如此高的磨削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮，去除外皮非常困難；同時磨削過程中的塑性變形會造成表面硬化，降低薄片彈簧的抗疲勞強度。第三，砂輪易磨損，磨削表面精度低。由于鈦合金對砂輪材料的化學親和性強，在磨削溫度高和單位面積上磨削力大的情況下，砂輪很容易產生粘結磨損；同時，由于鈦合金的彈性模量小，加工時容易產生彎曲變形，加劇砂輪磨損，影響磨削表面精度。

發明內容

本發明的目的是為克服采用目前材料和工藝制得的鈦合金彈簧表面光澤度低及變形嚴重從而影響彈簧工作強度的缺點，提供一種智能鉆桿用鈦合金薄片彈簧的制作方法，該方法采用片狀鈦合金毛坯材料進行加工，對毛坯料邊磨削邊冷卻得到高光澤度的鈦合金薄片，對該薄片采用線切割落料和上下雙向復合拉伸模拉伸得到鈦合金薄片彈簧，經熱處理后達到所需強度。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種智能鉆桿用鈦合金薄片彈簧的制作方法，包括如下步驟：

（1）對鈦合金毛坯片進行磨削，通過冷卻液冷卻磨削面，制得表面粗糙度≤0.6μm，平面度＜0.05mm，厚度公差≤0.05mm的鈦合金薄片；

（2）對所述鈦合金薄片進行線切割落料，形成上螺旋切割區域和下螺旋切割區域；

（3）采用上下雙向復合拉伸模對所述鈦合金薄片上的上螺旋切割區域和下螺旋切割區域同時進行拉伸，形成上螺旋部和下螺旋部，制得鈦合金薄片彈簧；上下雙向復合拉伸模包括相對設置的上凹凸模和下凹凸模，上凹凸模上設有用于對下螺旋切割區域進行拉伸的拉伸凸頭，下凹凸模設有用于對上螺旋切割區域進行拉伸的拉伸凸頭。???????????

（4）對鈦合金薄片彈簧進行熱處理，包括β相熱處理、淬火處理和時效處理，其中β相熱處理將鈦合金薄片彈簧加熱到（α+β）/β相變點以下120～200℃，然后進行保溫處理。

與現有的鈦合金薄片彈簧制作工藝相比，采用本發明所述的制作方法加工出的智能鉆桿用鈦合金薄片彈簧表面光澤度高，無暗藏的表面裂紋，不會發生疲勞斷裂，經久耐用；通過數控線切割落料，提高了彈簧的尺寸精度，保證足夠的抗拉強度；通過雙向復合拉伸模一次成型，可以將彈簧的變形系數降到極小的范圍內，極大提高彈簧的成品優良率，便于批量生產，生產效率顯著提升。

附圖說明

圖1為本發明所述鈦合金薄片彈簧的制作流程圖。

圖2為本發明所述鈦合金薄片彈簧的俯視示意圖。

圖3為本發明所述鈦合金薄片彈簧的主視示意圖。

圖4為本發明所述線切割落料示意圖。

圖5為圖4的側視圖。

圖6為本發明所述的拉伸成型剖視圖。