本發(fā)明涉及一種用于石油、天然氣鉆井領(lǐng)域用的螺桿馬達(dá)定子的加工方法，尤其是一種基于成型刀具加工螺桿馬達(dá)定子的方法。

背景技術(shù)：

螺桿鉆具馬達(dá)是目前最為廣泛使用的一種井下動(dòng)力鉆具，主要用于定向井、水平井的造斜以及扭方位施工。隨著鉆井工藝和鉆井技術(shù)的迅速現(xiàn)代化程度的提高，對(duì)鉆井過程中應(yīng)用的鉆具設(shè)備以及鉆井的效率也提出更高的要求。

目前，常規(guī)螺桿馬達(dá)定子是由丁腈橡膠澆鑄在鋼體泵筒內(nèi)形成的，襯套內(nèi)表面是螺旋曲面，一般具備不等壁厚和等壁厚兩種形式，其中不等壁厚螺桿馬達(dá)定子存在熱力分布不均、機(jī)械效率低等缺陷，而等壁厚螺桿鉆具能夠?qū)崿F(xiàn)整機(jī)長(zhǎng)度短，扭矩大的特點(diǎn)，隨著鉆井要求的提高，內(nèi)外螺旋馬達(dá)定子就應(yīng)運(yùn)而生，內(nèi)外螺旋馬達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井效率高，巖屑排出快，使得鉆井進(jìn)尺快，井底清理干凈，不易卡鉆。能夠縮短鉆井周期短，節(jié)約鉆井成本。但是，等壁厚螺桿鉆具主要難點(diǎn)在于內(nèi)螺旋的加工，目前大多采用電解法加工和拉削加工來實(shí)現(xiàn)內(nèi)螺旋的加工，而對(duì)于外螺旋的加工還沒有切實(shí)可行的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種基于成型刀具加工螺桿馬達(dá)定子的方法，針對(duì)現(xiàn)有加工工藝存在的難點(diǎn)，提供一種內(nèi)外螺旋螺桿馬達(dá)定子的加工方法，克服了冷加工的難度，且加工方便，不但提高了螺桿馬達(dá)定子的強(qiáng)度，而且對(duì)于提高螺桿鉆具的整機(jī)性能有很大的幫助。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于成型刀具加工螺桿馬達(dá)定子的方法，其特征在于：所述螺桿馬達(dá)定子為等壁厚內(nèi)外螺旋扭曲狀，其原始狀態(tài)為金屬管件，其加工方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟A、將成型刀具、高頻加熱線圈裝配到刀架，且成型刀具與高頻加熱線圈位于刀架的兩側(cè)；

步驟B、將定子成型模芯放置于金屬管件內(nèi)孔中；

步驟C、夾緊固定，將定子成型模芯的首端用車床的三爪卡盤固定，尾端用車床的尾部工裝頂緊，成型刀具內(nèi)表面與金屬管件的外表面相貼合，并移動(dòng)車床刀架至金屬管件尾部；

步驟D、參數(shù)設(shè)定，設(shè)置刀架的移動(dòng)速度171毫米/分和三爪卡盤旋轉(zhuǎn)速度0.285轉(zhuǎn)/分；

步驟E、金屬管件的加工，啟動(dòng)高頻加熱線圈將金屬管件加熱至指定溫度，再啟動(dòng)車床，使車床按步驟D中設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)；

步驟F、拆卸及精整，待步驟E加工完成后將螺桿馬達(dá)定子拆卸下來，并按規(guī)定的尺寸對(duì)兩端進(jìn)行剪切規(guī)整。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：成型刀具包括刀柄和與刀柄相連接的中空的六邊形連接架，連接架的六個(gè)內(nèi)側(cè)面的中間位置分別設(shè)置凹槽，凹槽內(nèi)安裝滑塊，滑塊沿凹槽內(nèi)滑軌內(nèi)外移動(dòng)，滑塊背向連接架的外端面上設(shè)置U型槽，U型槽內(nèi)通過銷軸安裝滾壓輪，滑塊靠近連接架的內(nèi)端面上開設(shè)定位槽。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：連接架六個(gè)外側(cè)面中間位置設(shè)置安裝螺桿的螺紋孔，螺桿端部設(shè)置與定位槽相配合的定位法蘭。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：滾壓輪的軸線與連接架中心線的夾角為30°。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：定位槽的端面呈“凸”字型。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：定子成型模芯的外表面為螺旋曲面。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟E中設(shè)定的溫度為780℃～840℃。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：

改變了傳統(tǒng)的加工方式，在現(xiàn)有的車床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，簡(jiǎn)化了加工步驟，降低了加工難度，同時(shí)提高了加工效率。

將刀架的移動(dòng)速度設(shè)置在171毫米/分，同時(shí)將三爪卡盤旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置在0.285轉(zhuǎn)/分，使兩者配合緊密，三爪卡盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間正好為刀架行進(jìn)兩個(gè)波峰之間距離的時(shí)間，避免出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)狀的螺旋。

采用高頻感應(yīng)線圈進(jìn)行加熱，加熱速度快，同時(shí)加熱到一定溫度所用的時(shí)間與刀架的移動(dòng)速度相互配合，保證了加熱的即時(shí)性。另外將溫度設(shè)置在780℃～840℃，避免出現(xiàn)過燒或者溫度不足的現(xiàn)象，致使內(nèi)外螺旋升角角度出現(xiàn)缺陷。

本發(fā)明對(duì)成型刀具進(jìn)行了改進(jìn)，包括刀柄和與刀柄相連接的中空的六邊形連接架，連接架的六個(gè)內(nèi)側(cè)面上分別安裝滾壓輪，滾壓輪的位置正好與定子成型模芯的六個(gè)螺旋槽相對(duì)應(yīng)，且壓輪的軸線與連接架中心線的夾角為30°，能夠保證滾壓輪的頂點(diǎn)與金屬管件的接觸點(diǎn)始終位于螺旋線的切線方向，隨著三爪卡盤和刀架的運(yùn)動(dòng)能夠滾壓出內(nèi)外等壁厚的螺桿馬達(dá)定子，且在整個(gè)加工過程中，滾壓輪與金屬管件之間始終保持點(diǎn)接觸和線接觸，減少了兩者的摩擦阻力，避免鍛造模具在行進(jìn)過程，與金屬管件之間的阻力過大，對(duì)內(nèi)外螺旋的形狀造成損傷。

將滾壓輪安裝在能夠沿連接架的凹槽內(nèi)的滑軌前后移動(dòng)的滑塊上，可以改變滾壓輪之間圍成的圓周的半徑，適用于多種類型螺桿馬達(dá)定子的加工，擴(kuò)大本發(fā)明的使用范圍。

連接架六個(gè)外側(cè)面中間位置設(shè)置安裝螺桿的螺紋孔，螺桿端部設(shè)置與定位槽相配合的定位法蘭，可以方便操作滑塊的前后移動(dòng)。

經(jīng)本發(fā)明生產(chǎn)的螺旋馬達(dá)定子，具有強(qiáng)度高，且相同壁厚的情況下，抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度提高了20％，為螺桿鉆具的安全運(yùn)行提供了可靠的保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明成型刀具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明滑塊的局部示意圖；

圖4是本發(fā)明螺桿的局部示意圖；

其中，1、定子成型模芯，2、金屬管件，3、三爪卡盤，4、高頻加熱線圈，5、成型刀具，6、刀柄，7、連接架，8、凹槽，9、滑塊，10、滾壓輪，11、定位槽，12、螺桿，13、定位法蘭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：

如圖1所示，一種基于成型刀具加工螺桿馬達(dá)定子的方法，所使用的加工設(shè)備主要有車床、高頻加熱圈4、成型刀具5、定子成型模芯1，所生產(chǎn)的螺桿馬達(dá)定子為等壁厚螺旋扭曲狀，其原始狀態(tài)為金屬管件2，其加工方法主要包括以下幾個(gè)步驟：

步驟A、將成型刀具5、高頻加熱線圈4裝配到刀架，且成型刀具5與高頻加熱線圈4位于刀架的兩側(cè)；

步驟B、將定子成型模芯1放置于金屬管件2內(nèi)孔中；金屬管件2的內(nèi)徑與定子成型模芯1的外徑相匹配，避免金屬管件內(nèi)徑過大，造成加工過程中出現(xiàn)褶皺，同時(shí)也避免金屬管件的內(nèi)徑過小，形成間隙配合，在加熱過程中形成粘連。

步驟C、夾緊固定，定子成型模芯1的首端用車床的三爪卡盤3固定，尾端用車床的尾部工裝頂緊，使成型刀具5內(nèi)表面與金屬管件2的外表面相貼合，移動(dòng)車床刀架至金屬管件尾部；

步驟D、參數(shù)設(shè)定，設(shè)置刀架的移動(dòng)速度171毫米/分和三爪卡盤旋轉(zhuǎn)速度0.285轉(zhuǎn)/分，使兩者配合緊密，三爪卡盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間正好為刀架行進(jìn)兩個(gè)波峰之間距離的時(shí)間，避免出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)狀的螺旋。

步驟E、金屬管件的加工，啟動(dòng)高頻加熱線圈4將金屬管件2加熱至指定溫度，再啟動(dòng)車床，使車床按步驟D中設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，即車床刀架的移動(dòng)速度171毫米/分和三爪卡盤旋轉(zhuǎn)速度0.285轉(zhuǎn)/分。

主要的工作原理為：高頻電流流向被繞制成環(huán)狀或者其他形狀的加熱線圈，線圈內(nèi)產(chǎn)生極性瞬間變化的強(qiáng)磁束，會(huì)將金屬管件加熱至一定的溫度。

將溫度參數(shù)設(shè)置在780℃～840℃，保證加熱到此溫度所需的時(shí)間與刀架的移動(dòng)速度、三爪卡盤的旋轉(zhuǎn)速度相互配合，避免出現(xiàn)過燒或者溫度不足的現(xiàn)象，造成內(nèi)外螺旋角銜接不緊密的缺陷，進(jìn)而影響螺旋馬達(dá)定子的強(qiáng)度，降低螺旋馬達(dá)定子的抗拉和抗壓強(qiáng)度。

步驟F、拆卸及精整：待步驟E加工完成后將螺桿馬達(dá)定子拆卸下來，并按規(guī)定的尺寸對(duì)兩端進(jìn)行剪切規(guī)整。

另外，本發(fā)明的設(shè)計(jì)的加工過程中所使用的成型刀具5，如圖2所示，成型刀具5包括刀柄6和與刀柄6相連接的中空的六邊形連接架7，兩者之間可以為活動(dòng)連接也可以為固定連接，連接架7的六個(gè)內(nèi)側(cè)面的中間位置分別設(shè)置凹槽8，凹槽內(nèi)安裝滑塊9，滑塊9沿凹槽8內(nèi)滑軌前后移動(dòng)，其中，滑塊9的結(jié)構(gòu)如圖3所示，滑塊9背向連接架的外端面上設(shè)置U型槽，U型槽內(nèi)通過銷軸安裝滾壓輪10，滑塊9靠近連接架的內(nèi)端面上開設(shè)定位槽11，定位槽11的端面呈“凸”字型，連接架7六個(gè)外側(cè)面中間位置設(shè)置安裝螺桿12的螺紋孔，螺桿12端部設(shè)置與定位槽相配合的定位法蘭13，螺桿正對(duì)滑塊9中心位置，在使用過程中，通過調(diào)整螺母就可以實(shí)現(xiàn)滑塊9的內(nèi)外移動(dòng)，可以改變滾壓輪10之間圍成的圓周的半徑，適用于多種類型螺桿馬達(dá)定子的加工，擴(kuò)大本發(fā)明的使用范圍。

滾壓輪10的軸線與連接架7中心線的夾角為30°，這樣設(shè)計(jì)的目的為保證滾壓輪的頂點(diǎn)與金屬管件的接觸點(diǎn)始終位于螺旋線的切線方向，隨著三爪卡盤和刀架的運(yùn)動(dòng)能夠滾壓出內(nèi)外等壁厚的螺桿馬達(dá)定子。

另外滾壓輪10與金屬管件2之間始終保持點(diǎn)接觸和線接觸，減少了兩者的摩擦阻力，避免鍛造模具在行進(jìn)過程，與金屬管件之間的阻力過大，對(duì)內(nèi)外螺旋的形狀造成損傷。