胎体式PDC钻头基础模具设计与成型工艺的研究
摘要
胎体式PDC钻头以其长寿命、高效率的优点越来越广泛地被应用于石油钻探、煤田地质钻探等领域,但是其模具制造工艺复杂、工序多、生产周期长,难以形成规模化生产。软模成型方法较好地解决了模具成型问题,但基础模具加工困难是该成型方法顺利进行的瓶颈。
本项研究主要从设计和成型工艺两方面解决了基础模具成型问题。在设计部分,确定了基础模具的结构、各零件的材质以及它们的外形尺寸。在成型工艺部分,研究了各零件成型工艺,其中重点是底模成型工艺。在分析底模结构特征的基础上,提出了成型需解决的问题,制定了底模成型工艺流程,研制了专用成型工装夹具及刀具,完成了模具成型中最难的底模成型。利用研究成果,试制了10只φ96胎体式PDC钻头。室内实验和现场试验表明,模具生产效率高,钻头外观精美、一致性好,尺寸精度高,现场使用效果好,达到了预期的目的。
本文最后进行了总结,并提出了有待进一步研究的问题。
Matrix PDC bits have been used more and more in the oil drilling and coal drilling fields etc. for their advantages of long life and high efficiency. However, restricted by the complicated process, multiple procedures and long production cycle of the mould manufacture, it is hard for matrix PDC bits to achieve balanced scale production. Flexible die forming can solve this problem effectively, however, difficulties in the processing of the first moulds exist as the bottle-neck of this forming.
This Research came to solve the problem of the first mould forming mainly from aspects as follows: the design of the first moulds and the first mould forming process. As for the design, the structure of the first moulds, the materials and textures of various parts and their external sizes have been determined. With regards to the forming process, forming process of various parts have been studied, while the bottom mould forming process have been highlighted. Based on the analysis of the characteristics of bottom moulds, this Research has put forwards the issues that need to be solved in the forming, and formulated the bottom mould forming process, studied and made specific-purpose moulding frock, chucking fixtures and cutting appliances, thus fixing the bottom mould forming as the most difficult part in the mould forming. With the said research result, 10Φ96 matrix PDC bits have been made on trial basis. Indoor experiments and field production tests indicate high mould production efficiency and exquisite profile with good continuance, high precision, operation efficiency and consequently achieved the expected purpose.
This Article has made conclusion thereon and put forwards the issues pending on further improvement.
本项研究主要从设计和成型工艺两方面解决了基础模具成型问题。在设计部分,确定了基础模具的结构、各零件的材质以及它们的外形尺寸。在成型工艺部分,研究了各零件成型工艺,其中重点是底模成型工艺。在分析底模结构特征的基础上,提出了成型需解决的问题,制定了底模成型工艺流程,研制了专用成型工装夹具及刀具,完成了模具成型中最难的底模成型。利用研究成果,试制了10只φ96胎体式PDC钻头。室内实验和现场试验表明,模具生产效率高,钻头外观精美、一致性好,尺寸精度高,现场使用效果好,达到了预期的目的。
本文最后进行了总结,并提出了有待进一步研究的问题。
Matrix PDC bits have been used more and more in the oil drilling and coal drilling fields etc. for their advantages of long life and high efficiency. However, restricted by the complicated process, multiple procedures and long production cycle of the mould manufacture, it is hard for matrix PDC bits to achieve balanced scale production. Flexible die forming can solve this problem effectively, however, difficulties in the processing of the first moulds exist as the bottle-neck of this forming.
This Research came to solve the problem of the first mould forming mainly from aspects as follows: the design of the first moulds and the first mould forming process. As for the design, the structure of the first moulds, the materials and textures of various parts and their external sizes have been determined. With regards to the forming process, forming process of various parts have been studied, while the bottom mould forming process have been highlighted. Based on the analysis of the characteristics of bottom moulds, this Research has put forwards the issues that need to be solved in the forming, and formulated the bottom mould forming process, studied and made specific-purpose moulding frock, chucking fixtures and cutting appliances, thus fixing the bottom mould forming as the most difficult part in the mould forming. With the said research result, 10Φ96 matrix PDC bits have been made on trial basis. Indoor experiments and field production tests indicate high mould production efficiency and exquisite profile with good continuance, high precision, operation efficiency and consequently achieved the expected purpose.
This Article has made conclusion thereon and put forwards the issues pending on further improvement.
引文
[1]陈国庆.PDC 钻头的发展趋势,《石油机械》2003 年第 31 卷增刊
[2]马保松.PDC 钻头的新发展及应用,《世界地质》1996 年第 4 期
[3]彭军生.PDC 钻头技术的新进展,《石油机械》2001 年第 11 期
[4]李锁智.论扩大 PDC 钻头适应岩层范围的技术措施,《探矿工程》2002 年第 6 期
[5]申守庆.适用于软地层钻井的新型胎体钻头,《国外石油机械》1997 年第 3 期
[6]周龙昌.胎体钻头烧结模具快速成型新工艺,《石油机械》2005 年第 2 期
[7]吴姬昊.PDC 钻头底模成形技术的研究,《西部探矿工程》(岩土、钻掘和矿业工程) 1994 年第2 期
[8]李子章.金刚石钻头制造的新型模具材料及模具成型工艺,《探矿工程》1998 年第 6 期
[9]李仁杰.基于快速成型技术的快速模具制造技术,(硕士学位论文)大连理工大学 2005 年 3 月
[10]范君艳.快速制模技术的应用研究,(硕士学位论文)昆明理工大学 2002 年 3 月
[11]杨凯华:《新型金刚石工具研究》,中国地质大学出版社 2001 年 8 月
[12]朱禄利: 石墨烧结模具及其石墨材料,《炭素》1997 年第 2 期
[13]黄培云.《粉末冶金原理》,冶金工业出版社 1982 年 3 月
[14]张秀英.《橡胶模具设计方法与实例》,化学工业出版社 2003 年 10 月
[15]冯炳尧等.《模具设计与制造简明手册》,上海科学技术出版社 1998 年 7 月
[16]虞福荣.《橡胶模具使用手册》(第二版),化学工业出版社 2001 年 10 月
[17]党根茂.《模具设计与制造》,西安电子科技大学出版社 1995 年 12 月
[18]许发樾.《实用模具设计与制造手册》,机械工业出版社 2000 年 10 月
[19]李锁智等.烧结式 PDC 钻头及胎体成型方法的研究,(科学技术报告)煤炭科学研究总院西安分院,2004 年 12 月
[20]联合编写.《机械设计手册》上册,第一分册,化学工业出版社 1987 年
[21]阎其风.《模具设计与制造》,机械工业出版社 1995 年 11 月
[22]孙凤勤主编.《模具制造工艺与设备》,机械工业出版社 1999 年 10 月
[23]G.Mensa-Wilmot:“New PDC cutters improve drilling efficiency”, Oil&Gas journal,Oct.1997
[24]孙明光.适合多夹地层 PDC 钻头研究,(博士学位论文)西南石油学院,1999 年 5 月
[25]袁哲俊等.《刀具设计手册》,机械工业出版社 1999 年 6 月
[26]司效东.《中深井 PDC 钻头研制与应用》,(工程硕士学位论文)大庆石油学院,2005 年 3 月
[27] P.Dunne, S. P. Soe, G. Byrne, A. Venus, A. R.Wheatley. Some demands on rapid prototypes used as master patterns in rapid tooling for injection moulding. Journal of Materials Processing Technology,2004,
[28] E.M.Zeynaly-Andabily,S.Srahman.Measurement of Tight Rocks. Measu- rement Science Technology.1995
[29]郭铁良:《模具制造工艺学》,高等教育出版社 2002 年 7 月
[30]谭昌瑶等.《实用工程表面技术》,新时代出版社 1998 年 5 月
[31]秦国治等.《化学清洗使用技术》,中国石化出版社 1996 年 8 月
[32]肖开学.《实用金属防锈技术问答》,机械工业出版社 1997 年 6 月
[33]吴双成.低浓度碱性发蓝工艺,《表面技术》1998 年第 5 期
[2]马保松.PDC 钻头的新发展及应用,《世界地质》1996 年第 4 期
[3]彭军生.PDC 钻头技术的新进展,《石油机械》2001 年第 11 期
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[5]申守庆.适用于软地层钻井的新型胎体钻头,《国外石油机械》1997 年第 3 期
[6]周龙昌.胎体钻头烧结模具快速成型新工艺,《石油机械》2005 年第 2 期
[7]吴姬昊.PDC 钻头底模成形技术的研究,《西部探矿工程》(岩土、钻掘和矿业工程) 1994 年第2 期
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[10]范君艳.快速制模技术的应用研究,(硕士学位论文)昆明理工大学 2002 年 3 月
[11]杨凯华:《新型金刚石工具研究》,中国地质大学出版社 2001 年 8 月
[12]朱禄利: 石墨烧结模具及其石墨材料,《炭素》1997 年第 2 期
[13]黄培云.《粉末冶金原理》,冶金工业出版社 1982 年 3 月
[14]张秀英.《橡胶模具设计方法与实例》,化学工业出版社 2003 年 10 月
[15]冯炳尧等.《模具设计与制造简明手册》,上海科学技术出版社 1998 年 7 月
[16]虞福荣.《橡胶模具使用手册》(第二版),化学工业出版社 2001 年 10 月
[17]党根茂.《模具设计与制造》,西安电子科技大学出版社 1995 年 12 月
[18]许发樾.《实用模具设计与制造手册》,机械工业出版社 2000 年 10 月
[19]李锁智等.烧结式 PDC 钻头及胎体成型方法的研究,(科学技术报告)煤炭科学研究总院西安分院,2004 年 12 月
[20]联合编写.《机械设计手册》上册,第一分册,化学工业出版社 1987 年
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[22]孙凤勤主编.《模具制造工艺与设备》,机械工业出版社 1999 年 10 月
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[24]孙明光.适合多夹地层 PDC 钻头研究,(博士学位论文)西南石油学院,1999 年 5 月
[25]袁哲俊等.《刀具设计手册》,机械工业出版社 1999 年 6 月
[26]司效东.《中深井 PDC 钻头研制与应用》,(工程硕士学位论文)大庆石油学院,2005 年 3 月
[27] P.Dunne, S. P. Soe, G. Byrne, A. Venus, A. R.Wheatley. Some demands on rapid prototypes used as master patterns in rapid tooling for injection moulding. Journal of Materials Processing Technology,2004,
[28] E.M.Zeynaly-Andabily,S.Srahman.Measurement of Tight Rocks. Measu- rement Science Technology.1995
[29]郭铁良:《模具制造工艺学》,高等教育出版社 2002 年 7 月
[30]谭昌瑶等.《实用工程表面技术》,新时代出版社 1998 年 5 月
[31]秦国治等.《化学清洗使用技术》,中国石化出版社 1996 年 8 月
[32]肖开学.《实用金属防锈技术问答》,机械工业出版社 1997 年 6 月
[33]吴双成.低浓度碱性发蓝工艺,《表面技术》1998 年第 5 期