[发明专利]用于镦锻金属材料管的端部的压力机

说明书

发明领域

本发明涉及用于金属材料产品例如石油开采应用管的镦锻工艺和设备的领域。特别地，本发明涉及用于镦锻之前被加热的金属材料管的端部的镦锻压力机（upsetting press）。本发明还涉及用于借助于所述镦锻压力机镦锻金属材料管的端部的方法。

现有技术

已知，在一些工业领域中使用具有一个或两个已镦锻的端部的金属材料管。一个示例是石油开采，其中使用这些管的宽泛用途。特别地，预期用于此类应用的管一般地被称为“含油管”。为了允许含油管的连接，每个管的一个端部具有外螺纹或内螺纹以允许使用或不使用套筒的帮助而连接于另一个管。在成螺纹之前，管的端部经受所谓的镦锻操作，借助于该镦锻操作，增加了端部自身的厚度。该操作一般借助于被称为镦锻压力机的装置来实施。

镦锻压力机根据其操作而分为两个主要的类别。第一个类别由其中移动零件通过把待被移动的构件接合于借助于马达保持转动的飞轮而致动的机械压力机组成。第二个类别代替地由其中构件或操作构件组件由液压工具致动的液压压力机组成。

传统的液压压力机包括界定待被镦锻的管沿着其布置的纵向轴线的支撑结构。在待被镦锻的端部已经在几分钟内从环境温度加热至约1200摄氏度的温度之后，管插入压力机中。在已经插入压力机中之后，管借助于锁定工具阻挡，锁定工具把管保持在沿着纵向轴线的预定位置中。

待被镦锻的端部被关闭在界定用于镦锻材料的模具的一对半模具之间。为此，镦锻借助于在待被镦锻的端部处轴向地进入管中的冲头的动作而实施。特别地，冲头具有第一锥形部分和第二部分，第一锥形部分的较大直径大体上等于或小于管的内腔的直径，第二部分具有大于管的内径并且大体上等于已镦锻的管的外径的直径。第二圆柱形部分向端部中的穿透导致加热金属材料的局部压缩，加热金属材料根据模具的形状再分配。

一般地，液压压力机包括半模具的允许半模具在冲头穿透期间保持正确位置的锁定工具。半模具一般借助于在压力机的与正在被加工的管在其处插入和抽出的侧相反的第二侧操作的活塞而致动。

类似地已知的是，含油管的端部的镦锻可以使用“一次打击（one blow）”或“两次打击”来完成。在第一种情况下，在加热之后，镦锻使用单一模具和一个冲头的单一穿透来完成。在两次打击的情况下，镦锻工艺包括借助于第一模具和第一冲头进行的第一镦锻，以及借助于不同于第一模具的第二模具和不同于第一冲头的第二冲头在第一镦锻之后立即进行的第二镦锻。在一些情况下，含油管需要同一个端部的第三次镦锻，即“三次打击”，第三次镦锻一般在已经第二次加热待被镦锻的端部之后来进行。

同样地已知的是，在每次镦锻操作结束时，所使用的模具和冲头必须被必要地冷却（例如，使用水）和润滑（例如，使用石墨）以便再次使用。实际上，这些维护介入（洗涤-润滑）由于材料所达到的温度以及在该温度下形成的氧化物的恒定存在而是绝对地必需的。一般地，半模具和冲头借助于一旦已经完成镦锻操作被致动的合适的装置而冷却和润滑。

在传统的液压镦锻压力机中，模具被刚性地连接于压力机的支撑结构的合适模具保持工具支撑。这些模具保持工具使半模具在围绕待被镦锻的端部的关闭位置和其中半模具分离并且可以因此被冷却和润滑的打开位置之间移动。半模具的这种打开状态允许管移动入和出压力机。在几乎所有的情况下，半模具把实质上在压力机的支撑结构内部的位置保持为也在其打开位置中。这本质上意味着半模具在由支撑结构界定的压力机的工作空间内冷却和润滑。

已经看到，该方面由于各种原因而是关键的，原因中的第一个是需要把支撑结构制造为在尺寸上更大以支撑模具保持工具并且同时保证用于洗涤装置和润滑装置的足够空间。另一个关键的方面是以下事实，即用于冷却和润滑的水和石墨在压力机的可移动构件上混合和沉积，在支撑结构的底部积聚。这个事实导致支撑结构和压力机的其他零件的清洗和维护操作频率的增加，以避免压力机自身的非期望锁定或故障。这明显地转化为停滞时间的增加，即生产率的减小。

目前压力机的由半模具的持续地“内”位置及其向支撑结构的直接连接所决定的另一个缺点在使用另一对半模具更换一对半模具的困难中被发现，例如当具有不同于之前一批管的特征的一批管必须被镦锻时或简单地当半模具由于磨损而不再保证最小必需公差时。实际上已经看到，半模具的更换目前是需要特别地熟练的细心专家人员的介入的操作。实际上，模具的重量和在压力机自身的内部零件之间移动的需要使得半模具的准备-更换操作（压力机设置）是特别地长且棘手的。