CN109915044B - 一种装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式螺杆钻具金属定子及其轴向加工装配工艺，包括套管、锁紧接头和多段等长的定子短节，通过螺栓周向定位以及锁紧接头轴向定位将多段定子短节安装在套管内，从而装配形成所需长度的螺杆钻具金属定子。本发明采用分段旋转拼接、两端悬挂锁紧、耐高温圆形密封圈密封、圆管套装、螺栓固定和内螺表面镀铬强化的方法，大大降低了加工难度，提高配合精度，进而提高全金属螺杆钻具的工作性能和使用寿命。采用分段等长加工的方式使实际加工长度小，使用拉刀铣削或数控铣床加工，易控制加工精度，使径向加工精度更高，只需一个数控加工程序，循环多次加工进行组装串接即可形成所需长度、精度的金属定子，解决了定子加工精度不够的难题。

Description

一种装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺

技术领域

本发明涉及定子加工领域，尤其涉及一种套装拼接式全金属螺杆定子及其加工方法。

背景技术

当前，螺杆钻具一般为橡胶定子和金属转子，两者之间采用过盈配合，但这种常规螺杆钻具仅可应用于180℃及以下的井下环境。当钻遇高温地层时，橡胶定子发生老化、变形，甚至碳化等问题，导致定子、转子之间的配合失效，使得以静压容积式原理工作的螺杆钻具无法正常工作。

全金属螺杆钻具采用金属定子和金属转子，两者之间为间隙配合，定子因其为内螺旋曲面结构，加工精度决定了螺杆钻具的工作性能和使用寿命。当前，国内外螺杆定子多采用圆棒了内拉刀成形、电解腐蚀加工、薄壁定子套外压成形等方法，但普遍存在加工控制难度大、精度低，难以表面强化等问题，使得研制的金属螺杆钻具工作性能低、寿命短，主要原因在于定子加工长度较长，径向精度达不到要求，导致定子、转子之间的配合失效。

发明内容

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种能极大降低全金属定子加工难度的套装拼接式定子以及该定子的加工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种装配式螺杆钻具金属定子，包括套管、锁紧接头和多段等长的定子短节，每段定子短节的长度为其螺距的倍数；沿各定子短节的周向均布至少三个螺栓孔；多段定子短节的端面依次对接，对接后的定子短节的内螺旋曲线依次接续形成连续的内螺旋曲面；所述套管套在对接在一起的多段定子短节上；所述套管对应定子短节上的全部螺栓孔均开设有与其孔径、螺距均相同的螺栓孔，所述套管上的螺栓孔和定子短节上的螺栓孔通过螺栓穿连；在装填定子短节的套管两端均安装有所述锁紧接头；所述锁紧接头通过与套管内腔之间的螺纹配合旋入套管，并与靠近套管端部的定子短节的端面抵接。

优选地，所述套管内壁上的螺纹的导程大于套管端面与和其最接近的定子短节的端面的间距，通过锁紧接头与套管之间的螺纹配合调节锁紧接头与定子短节之间的预紧力。

优选地，所述锁紧接头为环形接头，其内环开口大于定子短节的内螺旋端面开口轮廓。

优选地，在相邻的两定子短节的端面之间设置有密封圈。

优选地，各定子短节上的螺纹孔均为盲孔。

优选地，所述螺栓为十字槽凹穴六角头螺栓。

一种装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺，包括如下步骤：

S1，加工N段定子短节，N段定子短节的长度之和等于待加工定子的长度，各定子短节的长度为其螺距的倍数；

S2，根据待加工定子的长度、端面型线、螺距和旋转圈数加工出与待加工定子螺纹配合的夹具；

S3，将N段定子短节依次拧到夹具上，使各段定子短节内螺旋曲线形成连续的内螺旋面；

S4，将步骤S3中装配的N段定子短节和夹具插入到一根套管中；

S5，在套管两端旋入锁紧接头，通过锁紧接头抵紧定子短节，对套管内的N段定子短节进行轴向固定；

S6，在套管圆周面对应每段定子短节铣削螺栓孔，加工时铣刀穿透套管后再继续深入对定子短节加工形成盲孔；对应套管和定子短节上的螺栓孔旋入螺栓进行轴向定位；

S7，将夹具从定子内旋出。

优选地，在步骤S7完成后，还包括如下步骤：

S8，在转配形成的金属定子内螺旋曲面镀铬。

优选地，在加工定子短节的内螺旋面时，通过拉刀铣削或者数控铣床加工。

优选地，所述工艺过程可替换为S2→S1→S3→S4→S5→S6→S7。

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：

本发明采用分段旋转拼接、两端悬挂锁紧连接、耐高温圆形密封圈密封、圆管套装螺栓固定加工和内螺表面镀铬强化的方法，可大大降低加工难度，提高配合精度，进而提高全金属螺杆钻具的工作性能和使用寿命。

采用分段等长加工的方式使实际加工长度小，使用拉刀铣削或数控铣床加工，易控制加工精度，使径向加工精度更高；选取加工长度为待加工定子螺距的倍数，只需一个数控加工程序，循环多次加工进行组装串接即可形成所需长度、精度的金属定子，从而解决定子加工精度不够的难题。

附图说明

图1为本发明装配式螺杆钻具金属定子的结构示意图；

图2为本发明装配式螺杆钻具金属定子装配过程中利用的夹具结构示意图；

图3为本发明装配式螺杆钻具金属定子与夹具的装配体剖面示意图；

图4为图3中A处局部放大图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，一种装配式螺杆钻具金属定子，包括套管1(本申请中的套管1为钢管)、锁紧接头3和多段等长的定子短节2(在本申请中，定子短节2中的“短”并不指代具体的长度，而是相对于待加工定子的整体长度相对而言的概念)，每段定子短节2的长度为其螺距的倍数；沿各定子短节2的周向均布至少三个螺栓孔5；多段定子短节2的端面依次对接，对接后的定子短节2的内螺旋曲线依次接续形成连续的内螺旋曲面；所述套管1套在对接在一起的多段定子短节2上；所述套管1对应定子短节2上的全部螺栓孔5均开设有与其孔径、螺距均相同的螺栓孔5，所述套管1上的螺栓孔5和定子短节2上的螺栓孔5通过螺栓穿连；在装填定子短节2的套管1两端均安装有所述锁紧接头3；所述锁紧接头3通过与套管1内腔之间的螺纹配合旋入套管1，并与靠近套管1端部的定子短节2的端面抵接。.

所述套管1内壁上的螺纹的导程大于套管1端面与和其最接近的定子短节2的端面的间距，通过锁紧接头3与套管1之间的螺纹配合调节锁紧接头3与定子短节2之间的预紧力。

所述锁紧接头3为环形接头，其内环开口大于定子短节2的内螺旋端面开口轮廓。

各定子短节2上的螺纹孔均为盲孔。

所述螺栓为十字槽凹穴六角头螺栓，该螺栓为标准件(GBT29.2-1988)。

一种装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺，包括如下步骤：

S1，加工N段定子短节2，N段定子短节2的长度之和等于待加工定子的长度，各定子短节2的长度为其螺距的倍数，该整数倍优选为整数倍，这样各定子短节2形成的内螺旋曲面一致，从而使得每节加工程序都一样。

S2，根据待加工定子的长度、端面型线、螺距和旋转圈数加工出与待加工定子螺纹配合的夹具4；加工夹具4时，夹具4内螺纹各项参数与整个导程的定子内螺旋参数完全一致，其主要用来对接各分段定子内螺旋端面，使其内螺旋曲线形成连续的内螺旋面。

夹具4具体的加工原理：采用定子端面型线，其螺距和旋转圈数与定子完全一致，加工方法与加工转子一致，可采用数控车床加工铣削，具体结构如图2所示。

S3，将N段定子短节2依次拧到夹具4上，使各段定子短节2内螺旋曲线形成连续的内螺旋面。

S4，将步骤S3中装配的N段定子短节2和夹具4插入到一根套管1中。在定子短节2和夹具4的装配过程中，在相邻定子短节2之间的端面安装耐高温密封圈，定子短节2端面对应耐高温密封圈加工有环槽，耐高温密封圈采用半装填的方式装配至环槽内，待两定子短节2对接到一起后，通过两个定子短节2上的环槽将整个耐高温密封圈隐藏式封装在两个环槽形成的封闭腔6内(如图4所示)，耐高温密封圈与该封闭腔6之间采用胀紧配合的方式；定子短节2、耐高温密封圈和夹具4装配完成后，将装配后的整体插入到套管1中。

S5，在套管1两端旋入锁紧接头3，通过锁紧接头3抵紧定子短节2，对套管1内的N段定子短节2进行轴向固定，同时将耐高温密封圈挤压至封闭腔6内，增强密封效果。整体装配结构如图3所示。

S6，在套管1圆周面对应每段定子短节2铣削螺栓孔5，加工时铣刀穿透套管1后再继续深入对定子短节2加工形成盲孔；对应套管1和定子短节2上的螺栓孔5旋入螺栓进行周向定位。

S7，将夹具4从定子内旋出，夹具结构如图2所示。

在步骤S7完成后，还包括如下步骤：

S8，在转配形成的金属定子内螺旋曲面镀铬。

在加工定子短节2的内螺旋面时，通过拉刀铣削或者数控铣床加工。

所述工艺过程可替换为S2→S1→S3→S4→S5→S6→S7。

在本实施例中选用四头定子为例，以其1/4导程为一个定子短节2进行加工和固定，其定子串接完成后的结构如图1所示。

定子拼接组装流程：将各段定子短节2依次旋到夹具4上，随后置入预先设计好的套管1(套管1内径可和定子短节2外径相同或略大于定子短节2外径，方便定子短节2进入套管1)中并通过锁紧接头3预紧，防止定子短节2沿套管1轴向窜动；然后在套管1圆周面对应每段定子短节2铣削螺栓孔5，加工时铣刀穿透套管1后再继续深入对定子短节2加工形成盲孔；对应套管1和定子短节2上的螺栓孔5旋入螺栓进行周向定位(螺栓也具有限制定子短节2沿套管1轴向窜动的作用)。利用夹具4进行定子装配后得到的装配结构如图3所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1，加工N段定子短节，N段定子短节的长度之和等于待加工定子的长度，各定子短节的长度为其螺距的倍数；

S2，根据待加工定子的长度、端面型线、螺距和旋转圈数加工出与待加工定子螺纹配合的夹具；

S3，将N段定子短节依次拧到夹具上，使各段定子短节内螺旋曲线形成连续的内螺旋面；

S4，将步骤S3中装配的N段定子短节和夹具插入到一根套管中；

S5，在套管两端旋入锁紧接头，通过锁紧接头抵紧定子短节，对套管内的N段定子短节进行轴向固定；

S6，在套管圆周面对应每段定子短节铣削螺栓孔，加工时铣刀穿透套管后再继续深入对定子短节加工形成盲孔；对应套管和定子短节上的螺栓孔旋入螺栓进行轴向定位；

S7，将夹具从定子内旋出。

2.根据权利要求1所述的装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺，其特征在于，在步骤S7完成后，还包括如下步骤：

S8，在转配形成的金属定子内螺旋曲面镀铬。

3.根据权利要求1或2所述的装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺，其特征在于，在加工定子短节的内螺旋面时，通过拉刀铣削或者数控铣床加工。

4.根据权利要求1所述的装配式螺杆钻具金属定子轴向加工装配工艺，其特征在于，所述工艺过程可替换为S2→S1→S3→S4→S5→S6→S7。