浅谈工艺工具制造中的工装夹具设计.pdf

87 技术研究2023年第9期测井工艺工具对测井、射孔作业至关重要，工艺工具装备能有效提高作业质量和效率，保障现场施工安全，在工艺工具的加工制造过程中工装夹具起着至关重要的作用。工装夹具是一种装夹工具的工艺装备，在生产实践中用来固定工件的机构，工件在外力的影响下产生运动，夹具起到定位和夹紧的作用。使工件与刀具或焊具等设备处于相对稳定的位置。从而达到对产品加工精度的要求和设备安装的目的，其广泛用于机械加工、装配、检验、热处埋、焊接等工艺过程中1。在实际生产中为了满足工件的加工要求，常常需要设计制作一些专用工装夹具予以辅助，这也从侧面反映了一个生产单位的技术和加工能力。1 工装夹具设计的基本要求随着测井工艺工具产品种类增多，分类日趋规范。到目前为止测井施工使用的工具装备分为裸眼井、生产井、射孔三种作业类型，每类作业又分为井口工具、井下工具、打捞工具、水平井工具四种。整体标准化、系列化的工具已达 300 余种。为满足不同类型的测井工艺工具生产制造要求，又衍生了多种多样的工装夹具。工装夹具按照其应用范围与特点，可大致分为专用夹具、通用夹具、通用可调夹具、组合夹具和成组夹具等。本文所举例探讨的夹具为专用工装夹具，是为测井工艺工具的某一工件的某道工序所专门设计制作的。1.1 专用夹具工装设计的基本要求工件的定位和夹紧，保证工件加工精度；在设计工装夹具过程中，保证工件的定位和夹紧是很重要的一点。其中定位又可分为加工定位和导向定位两种，一般有面定位、外圆柱面定位、孔（即内圆柱面）定位等。定位不准会对产品的加工精度造成影响，定位出错甚至会造成零件的报废。工件的夹紧通过夹具的夹紧装置来完成。夹紧装置一般由夹紧机构和动力装置两部分组成，在夹紧工件时夹紧力要适当，既要使工件相对于夹具的位置固定且不震动，又不能过大使工件损伤变形。除了夹紧装置，一般夹具还包含定位机构、导引机构、连接元件、夹具体等部分。当然并非所有夹具都需要具备这几部分，定位机构和夹紧机构是其核心，对加工工件的外形、尺寸等要素产生直接作用，决定了工件的加工精度和质量。用经常加工的鱼雷护丝举例来说，因为其主体为毛坯铸造件，装卡定位困难，在铣键槽时很难保证其加工精度。其精加工只有螺纹部位，易损伤且装卡困难。通过反复试验各种材料在装卡下的弹性及变形量，最终确定满足需要的工装材料和壁厚，设计出对鱼雷护丝进行装卡定位的专用工装，通过与射孔鱼雷护丝的快速装卡定位完成加工，保证加工精度。图示如图1：浅谈工艺工具制造中的工装夹具设计牛奔 李岩艳 钱德隆 张恒 葛海娅 宁娜中国石油集团测井有限公司 陕西 西安 710077摘要：工装夹具是在生产加工时对工件进行快速紧固、定位的工具总称。在工艺工具制造中应用工装夹具，有效保证工件加工精度和互换性，降低对工人技术水平的要求，缩短工人装卸工件时间，降低工人劳动强度；便于工人劳动生产，提升劳动效率的同时节约生产成本，扩展机床加工范围，提升机床加工能力。关键词：工艺工具制造基准夹紧定位精度D i s c u s s i o n o n t h e D e s i g n o f C l a mp i n g F i x t u r e s i n P r o c e s s T o o l Ma n u f a c t u r i n gN i u B e n，L i Y a n y a n，Q i a n D e l o n g，Z h a n g H e n g，G e H a i y a，N i n g N aChina Petroleum Group Logging Co.，Ltd.，Xian 710077Abstract：Fixture is a general term for tools that quickly tighten and position workpieces during production and processing.Applying fixtures in the manufacturing of process tools effectively ensures the machining accuracy and interchangeability of workpieces，reduces the requirements for workers technical level，shortens the time for workers to load and unload workpieces，and reduces labor intensity；Facilitate labor production for workers，improve labor efficiency while saving production costs，expand the scope of machine tool processing，and enhance machine tool processing capabilities.Keywords：Process tools；Manufacturing；Benchmark；Clamping；Positioning；Accuracy技术研究 88 2023年第9期图1 鱼雷护丝工装1.2 工艺性好，具有足够的强度、刚度，满足加工受力要求工装夹具的设计要满足机床受力的需要，例如根据铣床顺铣和逆铣时受力不同，要预估加工过程的受力情况，计算夹紧力的大小及夹紧时对工件的影响。在条件允许的情况下充分利用加工时受力的相互抵消来减轻工装夹具的重量和夹紧力。对于一些大型的焊接件，还需要考虑受力平衡2。同时还需要夹具具有足够的强度和刚度以保证工作平稳，夹紧可靠，满足加工的要求。目前各类EILog 马龙头密封接头均采用31芯进行装配，仪器配接就需要内盲孔的准确加工来保证31芯的装配位置，杜绝其在加工过程中由于划线不准及让刀等现象产生的加工误差，在保证其装卡位置的同时还要考虑到机床的受力情况。通过选取满足受力要求的定位孔进行装卡定位，设计出插针式卧铣定位座工装，极大地提高了密封连接头在卧铣内盲孔加工时的精度和效率。通过这个工装，可快速对密封连接头进行定位加工，代替原来划线找正的加工工艺，有效保证了加工的相位关系，排除了人为因素造成的误差，同时保证了定位受力满足加工要求。图示如图2：图2 插针式卧铣定位座工装1.3 根据工厂生产的特点考虑工装夹具的经济性和应用性设计工装夹具需要考虑产品批量以及加工的复杂程度，以工件钻孔举例来说，对于加工小批量的生产井滚轮扶正器等，可以采用自由装夹；加工中批量的鱼雷马龙头密封接头，在钻孔时可以采用钻模工装进行定位；加工大批量的工件就可以考虑设计专用装置、永久性夹具，或设计专门的流水生产线，统一工件定位基准，实现装夹一致。如射孔枪管车间利用链条辊子实现工件传动，定制盲孔机床自动定位进行盲孔加工，实现半自动加工生产线。对于一些小批量的精细复杂加工件，需要保证加工的精准，如果没有专门的工装夹具就很难实现，因此也需要设计制作夹具。例如需要对工件进行多次焊接，就需要使用由预先制作好的标准元件和合件组成的、设计和组装拆卸便捷的组合夹具。通过合理的运用夹具在生产制造过程中进行辅助，大大提高了不同产量的、多类型产品的生产效率，有效节约了生产成本。1.4 便于操作，拆装时有必要的操作空间设计工装夹具的结构还要考虑工人加工时的操作习惯，预留对工装夹具进行维修和组装拆卸的充足操作空间。以31芯配钻为例进行分析，每年31芯的配钻数量高达七百件，工人需要反复进行划线装卡，不仅效率低下，极大浪费时间和人力，还会出现因配钻不准确导致的报废件。因此我们设计制作一件31芯配钻工装来解决此问题：通过使用工装达到装配状态后进行配钻作业，配钻完成后进行拆除，从而实现 100%的配钻合格率。考虑到其数量大且需要反复拆卸，在工装的定位装卡及31芯的拆装上均预留位置以实现不借助任何工具的情况下完成手工拆卸，图示如图3：图3 31 芯配钻工装2 注意事项夹具设计一定要充分考虑如何有效的提高加工效率、加工精度，使夹具具有较好的的通用性，能有效的降低加工过程中的生产成本，扩展机床的加工能力以及有利于旧机床的改造，迎合加工行业的智能化的发展。夹具设计是一项相当复杂的工作，设计过程中要首先要保证工件机加工的精度要求，同时能够提高生产效率，可操作性强，无安全隐患；还要考虑机加工过程中各种力和热的对工件材料及生产设备造成的影响。设计完成后，进行生产制作，实际试用。想要一次完成满足设计要求，这需要设计人员具有丰富的机械加工经验和多层次、多方面的知识储备。设计制作一套夹具需要各方面相关人员参与讨论并反复论证，但还有一个很容易被忽略的环节那就是夹具的实际生产。设计人员要了解实际应用和各台机床的操作，同时要下到一线与经验丰富的操作者请教交流，通过观察、学习、思考来吸收各种经验知识，紧跟（下转第9 1 页）91 技术研究2023年第9期替泥浆，压力控制在8MPa以内，顶通后上提排量至1.0m3/min，直至进出水口水质一致，停止替泥浆。4.3 投球坐封 从钻杆按0.5 m3/min排量投入坐封球，直至球到达井底坐封球座位置，在坐封悬挂器时要上提/下压200KN验证座挂，完成丢手后钻杆打压15MPa全井筒验封，送入工具重新插回悬挂器，环空打压20MPa验封。4.4 逐级压裂以4个压裂井为例，要逐级投球三次，球径大小由小到大，即第一采用38mm球，第二次采用45mm球，第三次采用50mm球，确保所有滑套顺利打开。4.5 应用效果在上述研究成果指导下，L气田先后实施水平井裸眼分段压裂10井次，平均单井加砂量110方，加混砂液量1400方，完成方案设计率100%，放喷投产后均取得较好生产效果，平均单井初期油压18MPa，日产气量18.5万方，满足经济评价要求。典型井以L15-H1为例，水平段长度300m，2019年11月10日分四段压裂，作业周期10小时，泵压5090MPa，加砂量120方，混砂液量1550方，压裂后6mm油嘴放喷求产，油压19.5MPa，套压20MPa，4小时产气量4.5万方，折日产气量27万方，20192.年12月5日放喷投产，初期油压20.5 MPa，日产气量30万方，目前油压8.5 MPa，日产气量5万方，阶段累产气量1.8亿方。5 结论及认识（1）对于层状致密气田，常规直井开发产能效果差，水平井分段压裂技术可以最大程度提高储量动用程度。（2）国内外水平井分段压裂技术主要有化学隔离技术、机械封隔分段压裂技术、限流压裂技术、水力喷砂压裂技术及裸眼分段压裂技术等。（3）结合L气田地质特征，从钻井、固井、射孔、压裂改造工艺等方面综合分析，确定L气田采用水平井裸眼分段压裂工艺技术，并对现场施工过程中进行分析，包括下入管柱、替泥浆、投球坐封逐级压裂等。（4）现场应用10井次，均取得较好生产效果，平均单井初期油压18MPa，日产气量18.5万方，满足经济评价要求，所取得成果及认识可为同类型气藏提供借鉴经验。参考文献1滕小兰等.水平井分段压裂技术在中江气田的应用 J.复杂油气藏.2014，7（4）：65-68.2 文田.我国低渗透油气田水平井分段压裂技术取得突破 J.石油钻采工艺，2011（6）：1-2.3 陈作等.大牛地气田长水平段水平井分段压裂优化设计技术 J.石油钻探技术.2013，41（6）：82-85.作者简介刘成桢，（1992.7），生辽宁盘锦，汉族，工程师，2018 年毕业于长江大学，现于中海油能源发展股份有限公司工程技术公司钻采工程研究院从事气藏、数值模拟工作。先进科学的技术和理念，不断提高工装夹具的实用性。在实际生产加工使用工装夹具的过程中，要正确使用，安装无误，螺栓螺母要锁紧到位。如果工装夹具的使用复杂，需编写使用说明书，操作人员按照使用说明书进行操作。3 结束语利用计算机辅助进行工装夹具设计，已经逐渐在生产制造企业得到重视并应用。使用计算机辅助系统在设计、改进工装夹具，进行仿真模拟、检验校正并完善设计方案，降低研发成本、提高设计效率等方面存在无与伦比的优越性。今后会有越来越多的夹具设计使用计算机辅助设计系统。机械加工产业正逐渐向着智能化、灵捷化、精密化发展，工装夹具的设计也随着新材料、新工艺的出现向高精度、结构紧凑等方向发展。使用夹具对工件进行装夹便于操作、定位精准，可以有效的提高生产加工的质量和效率，降低了生产过程中的成本，极大地提高了企业的收益。各制造企业单位和相关技术科研人员要提高对工装夹具设计的重视，增强工装夹具的设计研发和生产制造能力，保障机械加工行业的创新发。参考文献1 杜全麟.工装卡具设计方法的讨论 J.科技风，2013（10）：20-22.2 李晔维.工装夹具设计中材料及热处理问题的处理 J.机械工程师，2013（4）：82-83.（上接第8 8 页）