CN106312096B - 一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法，螺杆马达定子为等壁厚内外螺旋扭曲状，其原始状态为金属管件，其加工方法包括以下几个步骤：步骤A、将成型刀具、高频加热线圈装配到刀架，且成型刀具与高频加热线圈位于刀架的两侧；步骤B、将定子成型模芯放置于金属管件内孔中；步骤C、夹紧固定；步骤D、参数设定；步骤E、金属管件的加工；步骤F、拆卸及精整。本发明针对现有加工工艺存在的难点，提供一种内外螺旋螺杆马达定子的加工方法，克服了冷加工的难度，且加工方便，不但提高了螺杆马达定子的强度，而且对于提高螺杆钻具的整机性能有很大的帮助。

Description

一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法
技术领域
本发明涉及一种用于石油、天然气钻井领域用的螺杆马达定子的加工方法，尤其是一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法。
背景技术
螺杆钻具马达是目前最为广泛使用的一种井下动力钻具，主要用于定向井、水平井的造斜以及扭方位施工。随着钻井工艺和钻井技术的迅速现代化程度的提高，对钻井过程中应用的钻具设备以及钻井的效率也提出更高的要求。
目前，常规螺杆马达定子是由丁腈橡胶浇铸在钢体泵筒内形成的，衬套内表面是螺旋曲面，一般具备不等壁厚和等壁厚两种形式，其中不等壁厚螺杆马达定子存在热力分布不均、机械效率低等缺陷，而等壁厚螺杆钻具能够实现整机长度短，扭矩大的特点，随着钻井要求的提高，内外螺旋马达定子就应运而生，内外螺旋马达能够实现钻井效率高，岩屑排出快，使得钻井进尺快，井底清理干净，不易卡钻。能够缩短钻井周期短，节约钻井成本。但是，等壁厚螺杆钻具主要难点在于内螺旋的加工，目前大多采用电解法加工和拉削加工来实现内螺旋的加工，而对于外螺旋的加工还没有切实可行的方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法，针对现有加工工艺存在的难点，提供一种内外螺旋螺杆马达定子的加工方法，克服了冷加工的难度，且加工方便，不但提高了螺杆马达定子的强度，而且对于提高螺杆钻具的整机性能有很大的帮助。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法，其特征在于：所述螺杆马达定子为等壁厚内外螺旋扭曲状，其原始状态为金属管件，其加工方法包括以下几个步骤：
步骤A、将成型刀具、高频加热线圈装配到刀架，且成型刀具与高频加热线圈位于刀架的两侧；
步骤B、将定子成型模芯放置于金属管件内孔中；
步骤C、夹紧固定，将定子成型模芯的首端用车床的三爪卡盘固定，尾端用车床的尾部工装顶紧，成型刀具内表面与金属管件的外表面相贴合，并移动车床刀架至金属管件尾部；
步骤D、参数设定，设置刀架的移动速度171毫米/分和三爪卡盘旋转速度0.285转/分；
步骤E、金属管件的加工，启动高频加热线圈将金属管件加热至指定温度，再启动车床，使车床按步骤D中设置的参数进行旋转和移动；
步骤F、拆卸及精整，待步骤E加工完成后将螺杆马达定子拆卸下来，并按规定的尺寸对两端进行剪切规整。
本发明技术方案的进一步改进在于：成型刀具包括刀柄和与刀柄相连接的中空的六边形连接架，连接架的六个内侧面的中间位置分别设置凹槽，凹槽内安装滑块，滑块沿凹槽内滑轨内外移动，滑块背向连接架的外端面上设置U型槽，U型槽内通过销轴安装滚压轮，滑块靠近连接架的内端面上开设定位槽。
本发明技术方案的进一步改进在于：连接架六个外侧面中间位置设置安装螺杆的螺纹孔，螺杆端部设置与定位槽相配合的定位法兰。
本发明技术方案的进一步改进在于：滚压轮的轴线与连接架中心线的夹角为30°。
本发明技术方案的进一步改进在于：定位槽的端面呈“凸”字型。
本发明技术方案的进一步改进在于：定子成型模芯的外表面为螺旋曲面。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中设定的温度为780℃～840℃。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
改变了传统的加工方式，在现有的车床的基础上进行改进，简化了加工步骤，降低了加工难度，同时提高了加工效率。
将刀架的移动速度设置在171毫米/分，同时将三爪卡盘旋转速度设置在0.285转/分，使两者配合紧密，三爪卡盘旋转一周的时间正好为刀架行进两个波峰之间距离的时间，避免出现断断续续状的螺旋。
采用高频感应线圈进行加热，加热速度快，同时加热到一定温度所用的时间与刀架的移动速度相互配合，保证了加热的即时性。另外将温度设置在780℃～840℃，避免出现过烧或者温度不足的现象，致使内外螺旋升角角度出现缺陷。
本发明对成型刀具进行了改进，包括刀柄和与刀柄相连接的中空的六边形连接架，连接架的六个内侧面上分别安装滚压轮，滚压轮的位置正好与定子成型模芯的六个螺旋槽相对应，且压轮的轴线与连接架中心线的夹角为30°，能够保证滚压轮的顶点与金属管件的接触点始终位于螺旋线的切线方向，随着三爪卡盘和刀架的运动能够滚压出内外等壁厚的螺杆马达定子，且在整个加工过程中，滚压轮与金属管件之间始终保持点接触和线接触，减少了两者的摩擦阻力，避免锻造模具在行进过程，与金属管件之间的阻力过大，对内外螺旋的形状造成损伤。
将滚压轮安装在能够沿连接架的凹槽内的滑轨前后移动的滑块上，可以改变滚压轮之间围成的圆周的半径，适用于多种类型螺杆马达定子的加工，扩大本发明的使用范围。
连接架六个外侧面中间位置设置安装螺杆的螺纹孔，螺杆端部设置与定位槽相配合的定位法兰，可以方便操作滑块的前后移动。
经本发明生产的螺旋马达定子，具有强度高，且相同壁厚的情况下，抗拉强度、抗压强度提高了20％，为螺杆钻具的安全运行提供了可靠的保障。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明成型刀具的结构示意图；
图3是本发明滑块的局部示意图；
图4是本发明螺杆的局部示意图；
其中，1、定子成型模芯，2、金属管件，3、三爪卡盘，4、高频加热线圈，5、成型刀具，6、刀柄，7、连接架，8、凹槽，9、滑块，10、滚压轮，11、定位槽，12、螺杆，13、定位法兰。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法，所使用的加工设备主要有车床、高频加热圈4、成型刀具5、定子成型模芯1，所生产的螺杆马达定子为等壁厚螺旋扭曲状，其原始状态为金属管件2，其加工方法主要包括以下几个步骤：
步骤A、将成型刀具5、高频加热线圈4装配到刀架，且成型刀具5与高频加热线圈4位于刀架的两侧；
步骤B、将定子成型模芯1放置于金属管件2内孔中；金属管件2的内径与定子成型模芯1的外径相匹配，避免金属管件内径过大，造成加工过程中出现褶皱，同时也避免金属管件的内径过小，形成间隙配合，在加热过程中形成粘连。
步骤C、夹紧固定，定子成型模芯1的首端用车床的三爪卡盘3固定，尾端用车床的尾部工装顶紧，使成型刀具5内表面与金属管件2的外表面相贴合，移动车床刀架至金属管件尾部；
步骤D、参数设定，设置刀架的移动速度171毫米/分和三爪卡盘旋转速度0.285转/分，使两者配合紧密，三爪卡盘旋转一周的时间正好为刀架行进两个波峰之间距离的时间，避免出现断断续续状的螺旋。
步骤E、金属管件的加工，启动高频加热线圈4将金属管件2加热至指定温度，再启动车床，使车床按步骤D中设置的参数进行旋转和移动，即车床刀架的移动速度171毫米/分和三爪卡盘旋转速度0.285转/分。
主要的工作原理为：高频电流流向被绕制成环状或者其他形状的加热线圈，线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，会将金属管件加热至一定的温度。
将温度参数设置在780℃～840℃，保证加热到此温度所需的时间与刀架的移动速度、三爪卡盘的旋转速度相互配合，避免出现过烧或者温度不足的现象，造成内外螺旋角衔接不紧密的缺陷，进而影响螺旋马达定子的强度，降低螺旋马达定子的抗拉和抗压强度。
步骤F、拆卸及精整：待步骤E加工完成后将螺杆马达定子拆卸下来，并按规定的尺寸对两端进行剪切规整。
另外，本发明的设计的加工过程中所使用的成型刀具5，如图2所示，成型刀具5包括刀柄6和与刀柄6相连接的中空的六边形连接架7，两者之间可以为活动连接也可以为固定连接，连接架7的六个内侧面的中间位置分别设置凹槽8，凹槽内安装滑块9，滑块9沿凹槽8内滑轨前后移动，其中，滑块9的结构如图3所示，滑块9背向连接架的外端面上设置U型槽，U型槽内通过销轴安装滚压轮10，滑块9靠近连接架的内端面上开设定位槽11，定位槽11的端面呈“凸”字型，连接架7六个外侧面中间位置设置安装螺杆12的螺纹孔，螺杆12端部设置与定位槽相配合的定位法兰13，螺杆正对滑块9中心位置，在使用过程中，通过调整螺母就可以实现滑块9的内外移动，可以改变滚压轮10之间围成的圆周的半径，适用于多种类型螺杆马达定子的加工，扩大本发明的使用范围。
滚压轮10的轴线与连接架7中心线的夹角为30°，这样设计的目的为保证滚压轮的顶点与金属管件的接触点始终位于螺旋线的切线方向，随着三爪卡盘和刀架的运动能够滚压出内外等壁厚的螺杆马达定子。
另外滚压轮10与金属管件2之间始终保持点接触和线接触，减少了两者的摩擦阻力，避免锻造模具在行进过程，与金属管件之间的阻力过大，对内外螺旋的形状造成损伤。

Claims (3)

1.一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法，其特征在于：所述螺杆马达定子为等壁厚内外螺旋扭曲状，其原始状态为金属管件（2），其加工方法包括以下几个步骤：
步骤A、将成型刀具（5）、高频加热线圈（4）装配到车床的刀架上，且成型刀具（5）与高频加热线圈（4）位于刀架的两侧；所述成型刀具（5）包括刀柄（6）和与刀柄（6）相连接的中空的六边形连接架（7），连接架（7）的六个内侧面的中间位置分别设置凹槽（8），凹槽内安装滑块（9），滑块（9）沿凹槽（8）内滑轨内外移动，滑块（9）背向连接架（7）的外端面上设置U型槽，U型槽内通过销轴安装滚压轮（10），滑块（9）靠近连接架（7）的内端面上开设定位槽（11）；所述连接架（7）六个外侧面中间位置设置安装螺杆（12）的螺纹孔，螺杆（12）端部设置与定位槽（11）相配合的定位法兰（13）；
步骤B、将定子成型模芯（1）放置于金属管件（2）内孔中；所述定子成型模芯（1）的外表面为螺旋曲面；
步骤C、夹紧固定，将定子成型模芯（1）的首端用车床的三爪卡盘（3）固定，尾端用车床的尾部工装顶紧，成型刀具（5）内表面与金属管件（2）的外表面相贴合，并移动车床刀架至金属管件（2）尾部；
步骤D、参数设定：设置刀架的移动速度171毫米/分和三爪卡盘旋转速度0.285转/分；
步骤E、金属管件的加工：启动高频加热线圈（4）将金属管件（2）加热至780℃～840℃，再启动车床，使车床按步骤D中设置的参数进行旋转和移动；
步骤F、拆卸及精整：待步骤E加工完成后将螺杆马达定子拆卸下来，并按规定的尺寸对两端进行剪切规整。
2.根据权利要求1所述的一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法，其特征在于：所述滚压轮（10）的轴线与连接架（7）中心线的夹角为30°。
3.根据权利要求1所述的一种基于成型刀具加工螺杆马达定子的方法，其特征在于：所述定位槽（11）的端面呈“凸”字型。
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