一种热挤压与冷拉伸相结合制作射孔弹弹壳的工艺方法与流程

本发明涉及金属材料加工技术领域，更具体而言，涉及一种热挤压与冷拉伸相结合制作射孔弹弹壳的工艺方法。

背景技术：
油气井射孔是石油勘探和开发中的一项关键技术，射孔弹的作用是射穿井下封闭目的层的套管、水泥环并深入目的层，形成目的层与井管的有效渗流通管，保证油气井获得应有的产能。除在石油射孔完井方面的应用，射孔弹在其他方面的应用也正在逐渐被发现和使用。射孔弹弹壳是射孔弹的主要构成部件，射孔弹弹壳的加工技术是生产射孔弹的关键技术，它的生产也经历了不断创新和技术革命，使其产品质量及生产产量都有了很大的提高，生产成本也大大降低。目前生产射孔弹弹壳的方法主要有热挤压毛坯和冷挤压毛坯两种方法，以127射孔弹弹壳为例，热挤压的工艺路线是：钢棒下料-墩饼、热挤压-粗车外圆-车口部-钻底-粗车内孔-精车圆及外锥-定长-精车内孔-铣R槽-钻中心孔-道内毛刺-钻压丝孔-镀锌；冷挤压的工艺路线是：钢棒下料-退火-酸洗磷化-预造型-退火-酸洗磷化-成型挤压-车口部-精车圆及外锥-定长-铣R槽-钻中心孔-道内毛刺-钻压丝孔-镀锌。两种工艺相比较，热挤压工艺所用材料为45#钢，其硬度在HB150-170左右。因为射孔弹弹壳要有一定的硬度，以便在压药时不至于由于变形而使弹壳退模困难致使弹壳外表面损伤，同时弹壳的硬度对射孔也有一定的影响，原则上弹壳硬度越硬对射孔穿深越好，这种加工基本上就是45#原始强度。它的优点是生产设备简单、生产效率高、模具制作简单，材料利用率在65%左右，所需原材料规格品种少，射孔弹弹壳毛坯可通过热挤压前的墩饼来获得，采购钢材容易。缺点是机架内孔没有冲压精度高，加工速度没有冲压快，材料利用率没有冲压高，需要车床、人员多，刀具消费大。冷挤压工艺所用的材料为15#或20#钢，其硬度通过冷作硬化后可到达HB140-160左右。其优点是内孔精度高，材料利用率高，可达到70%左右。其缺点是所需原材料规格品种多，根据射孔弹弹壳的大小，需要准备各种型号的钢材，采购钢材难，零件退火时间长，影响生产效率，所需600吨以上的油压机，模具制作周期长，且制作难度大，要求严，对于射孔弹弹壳外径在48mm以上的弹壳不能加工，不利于多品种生产。因此，有必要对现有技术中所存在的不足进行改进。

技术实现要素：
为了克服现有技术中所存在的不足，提供一种热挤压与冷拉伸相结合制作射孔弹弹壳的工艺方法，该工艺方法减少了射孔弹弹壳的加工难度、提高了产品质量、降低了产品的材料消耗。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种热挤压与冷挤压相结合制作射孔弹弹壳的工艺方法，选取钢棒，将其加热至700℃-900℃，然后放在冲床上进行墩饼挤压成型，造出射孔弹毛坯基本形状，放入料栏，用盐酸或硫酸浸泡20min-60min，水洗，放入磷化液中浸泡15min-25min，温度为40℃-60℃，再水洗，进入皂化液，在30℃-40℃的条件下浸泡为20min-30min，然后浸入开水中迅速拿出风干，产品表面形成皂化膜，采用100-200吨的油压机进行压底，消除底部麻坑并增加底部硬度，采用100-200吨的油压机对内孔形状及尺寸进行定型，用车床将产品底厚车出来，以底部定位将多余的料在口部切掉，然后以内孔定位将外圆及外锥车到合适尺寸，再将防滑槽和总长使用数控机床一次车到位，用铣床将产品的R槽铣出，用钻床将中心孔钻出并清除孔内毛刺，然后钻出压导火索的小孔，镀锌，检验包装出厂。所述钢棒选用45#钢或20#钢，采用锯床或钢棒剪断机将其定尺。采用工频炉将钢棒加热到800℃。将钢棒放到200吨的冲床上进行墩饼。所述磷化液为磷酸二氢锌和硝酸锌按1:3放入水中的混合液。所述皂化液为工业肥皂加水在加热状态下溶解的溶液。与现有技术相比本发明所具有的有益效果为：本发明生产的产品硬度可达HB180-240左右，材料利用率75%-80%左右，模具制作简单，粗车淬火后，数控车床可自行加工，产品的生产速度快，内孔不需加工即具有冷挤压加工的质量。本发明同时具有热挤压和冷拉伸两种工艺的优点，可加工任意大小的射孔弹弹壳。多年来对45#钢的拉伸、挤压都是技术上的禁区，本发明突破了技术上的瓶颈，完成了45#钢、35#钢等中碳钢的挤压和拉伸。附图说明下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本发明压底结构示意图；图2为本发明拉伸结构示意图；图3为本发明拉伸模结构示意图。图中：1为压底上模板、2为压底冲座、3为压底冲子、4为产品、5为压底模、6为拉伸上模板、7为拉伸冲座、8为拉伸冲子、9为拉伸模压板、11为拉伸模、12为下模座、13为入模口、14为入模角、15为过渡圆角、16为工作带、17为出模角、18为出模口。具体实施方式下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。1、下料：根据产品的不同选用不同直径的钢棒，钢棒牌号选用45#钢或20#钢，采用锯床或钢棒剪断机定尺。2、钢棒加热：使用工频炉将定尺的钢棒材料加热到800℃左右。3、热挤压：将加热的钢棒在200吨的冲床上进行墩饼挤压成型,造出射孔弹毛坯的基本形状。4、皂化：将热挤压后的射孔弹毛坯用料栏装好，用盐酸或硫酸浸泡20-60分钟,然后水洗，放入磷化液中浸泡20分钟左右，磷化液为磷酸二氢锌与硝酸锌按1:3混合水中，在40℃-60℃条件下工作；然后水洗进入皂化液，皂化液是用工业肥皂加水在加热状态下溶解的溶液，在30℃-40℃下工作20-30分钟，将皂化好的产品，浸入开水中迅速提出，在风扇中吹干，产品表面就形成了皂化膜。5、压底：采用100-200吨的油压机，目的是消除由于热压造型而带来的产品底部麻坑，底部增加硬度。6、拉伸：采用100-200吨的油压机，主要对内孔形状和尺寸进行定型。7、定底厚：用普通车床将产品底厚车出来。8、初定总长：用普通车床以底部定位将多余的料在口部切掉，一般给精车总长留1-0.8mm的余量。9、车外圆及外锥：用数控车床以内孔定位将外圆及外锥车到产品尺寸。10、定总长：用数控车床将产品的防滑槽和总长一次车到位。11、铣R槽：用铣床将产品的R槽铣出。12、钻中心孔：用钻床将中心孔钻出。13，倒中心孔毛刺：用钻床将钻好的中心孔内毛刺倒掉。14、钻小孔：用钻床钻出压导火索的小孔。15、镀锌。16、检验包装出厂。下面结合附图来对压底、拉伸来作进一步说明。压底主要是消除底部麻坑，增加底部硬度。如图1所示，1为压底上模板、2为压底冲座、3为压底冲子、4为产品、5为压底模，压底冲子的设计比拉伸要放大0.1mm-1mm，材料选用Cr12，热处理硬度为HRC58-62，表面抛光处理其粗糙度为0.4-0.8。压底模按产品毛坯底部尺寸设定，压力根据产品的大小设定在50-180吨，使用压力回程控制。拉伸主要是定型内孔形状及尺寸。如图2所示，6为拉伸上模板、7为拉伸冲座、8为拉伸冲子、9为拉伸模压板、4为产品、11为拉伸模、12为下模座，拉伸冲子的设计比产品内型尺寸放大0.2mm-0.8mm，材料选用Cr12，热处理硬度为HRC58-62，表面抛光处理其粗糙度为0.4-0.8。拉伸的变形量为12%-20%之间，对于低碳钢的变形量在20%-40%，变形量是决定拉伸成败的关键，变形量过大容易断料，变形量太小内孔型腔不能满足。拉伸模的设计也为本发明的关键。如图3所示，13为入模口、14为入模角、15为过渡圆角、16为工作带、17为出模角、18为出模口。材料采用T10A冷作模具钢，热处理HRC50-60，工作带和入模角表面进行抛光打滑，粗糙度为0.4-0.8。入模口直径大于工件5mm-15mm，入模口一般在12°-16°之间。过渡圆角取R4mm，工作带在5mm-15mm之间，出模角在12°-15°之间，出模口直径与入模口直径基本相同。工件退料利用油压机回程，在工作带下面与出模口之间被刮掉。将经过压底的工件放入拉伸模入模口，冲子压入工件通过入模口，工作带对内孔形状和尺寸进行定型，完成工件的变薄拉伸。当工件完全脱离工作带后，冲床开始回程，工件通过出模口,上模板完成自动退料后直接进入装料箱内。在拉伸过程中磷化也起着非常关键的作用，它对模具的使用寿命、产品的表面质量起着至关重要的作用，本发明使用的磷化液为磷酸二氢锌与硝酸锌按1:3混合在水中溶解，在40°-50°下工作。本发明用压底、拉伸、磷化代替了钻底、粗车内孔、精车内孔。一般正常生产时，粗车内孔需要3-5人，精车内孔3-5人，钻孔需要1人，而本发明压底、拉伸、磷化共需要4人，油压机1-2台，可节约车床6-10台，按年生产100万发射孔弹弹壳计算，可节约刀具上万元，节约钢材120吨左右，同时冲压的速度远远大于机加的速度，产品的质量也远远大于机加的质量，从人力、物力、财力都有了大量的节约，提高了企业的竞争力，特别是有些射孔弹厂明确要求射孔弹弹壳必须是冷拉伸或冷挤压。