内置液性塑料式小径磁力滚压刀具研究

针对磁力滚压过程中载荷多变、接触应力不均的问题,对磁力滚压机理进行了理论分析,依据液性塑料的不可压缩性、均匀传压的特点研发了一套新型刀具。基于Ansoft对系统磁路进行了有限元仿真,确定了磁力滚压刀具的磁力线分布与单磁极平均径向磁力,结合ANSYS Workbench静态场仿真,验证了刀具结构的合理性;利用Fluent对液性塑料在预应力与载荷变化工况下进行了数值模拟,分析得出了液性塑料的引入能使各滚珠滚压力在滚压过程中保持均匀分布,当工况变化时,在0.008 s的时间内即可完成均匀传压;最后对新刀具的加工性能进行了试验验证。研究结果表明:采用内置液性塑料磁力滚压刀具加工,可使不锈钢管内壁R_a由0.828降低到0.187,粗糙度值与周向残余应力分布趋于均匀;该结果对提高长不锈钢管内表面加工质量有积极意义。     

淬硬钢模具型腔铣削稳定性分析

在淬硬钢模具型腔铣削加工过程中,模具型腔表面曲线曲率不断的变化会引起实际切削参数的变化,偏离程序中设定的名义参数,各刀齿铣削状态不再完全相同。针对淬硬钢模具型腔曲线铣削过程的未变形动态切削厚度,实际径向切深、刀具-工件接触区域等进行修正,并建立铣削动力学模型,运用全离散法进行铣削稳定性分析,得到铣削稳定叶瓣图;并分析模具型腔形状参数和铣削工艺参数对铣削稳定性的影响,为铣削加工时切削参数的选择,改善工件的表面质量提供依据。     

土耳其盐穴地下储气库大井眼钻井技术

土耳其Tuz G?lü盐矿区拟建造地下天然气储气库,存在2个可能性风险:矿床实际深度与原计划钻探深度的偏离;钻井与建腔过程中侵出CO2气体,因此该气库建造存在一定的地质及工程风险。为加快该项目进展,满足盐穴储气库钻井要求,通过优化方案采用国内没有应用过的生产套管大尺寸井眼井身结构,采用液压扩孔器扩眼,并形成钻井配套技术。文中从井身结构、钻头优选及螺杆钻具应用、钻井液体系优选、固井以及钻探效果等方面,阐述Tuz G?lü天然气地下储气库钻井技术。通过实施,有效降低了钻井事故复杂时率、缩短钻井周期,机械钻速得到提高,取得了显著的经济效益。     

复合冲击频率配合特性模拟研究

目前,对于传统的轴向冲击破岩和扭力冲击破岩机理的研究较多,而复合冲击钻井破岩机理的研究正处于起步阶段,且现有的研究成果极少。鉴于此,利用ABAQUS动力学冲击模块计算平台建立了PDC钻头单齿-岩石相互作用的动力冲击数值模型,考虑切削齿在钻压、转速、交变冲击扭矩和交变轴向冲击力等多个载荷的共同作用下,分析了复合冲击破岩方式、轴向冲击和扭向冲击频率配合方式、钻压等几个因素对复合冲击破岩效果的影响。研究结果表明:岩石单元内部拉应力与压应力破坏区域交替分布;冲击条件相同,且在轴向冲击频率为扭向冲击频率的1/2时,岩石破碎效率最高;如果冲击频率太小,而不能及时有效地破碎钻遇岩石,即发生黏滑振动;如果冲击频率太大,载荷作用时间太短,则破岩过程中冲击能量无法及时分配,冲击力微弱,因此,复合冲击频率配合数量关系存在一个冲击频率极值。复合冲击钻井技术破岩机理的研究为新型钻井工具的进一步开发和优化改进奠定了理论基础。     

旋切式PDC钻头水力结构优化

旋切式PDC钻头比常规PDC钻头的结构更复杂,工作原理也比较特殊,常规的数值模拟方法不能全面描述旋切式PDC钻头水力结构及井底流场特性。鉴于此,采用标准k-ε模型和离散相模型(DPM)对旋切式PDC钻头井底流场进行仿真模拟,并对钻头的水力结构进行优化设计,对优化前后旋切式PDC钻头的井底流场进行对比分析。研究结果表明:刀盘形状的改变有利于工作流体的流动,可以降低刀盘附近岩屑颗粒的质量浓度;采用带有曲率的喷嘴可以增强旋切式PDC钻头刀盘区域的井底清洗效果;当采用曲率为1/50的喷嘴时,刀盘区域的井底清洗效果最好;当采用中心喷嘴直径12. 0 mm和边缘喷嘴直径8. 8 mm的组合方案时,旋切式PDC钻头的清洗和携岩能力达到最优。研究结果对未来页岩气开采方式的研究具有一定的指导意义。     

发动机正时系统RU型和YU型带轮刀具齿廓齿形研究与设计

针对GB/T 10414-2017 《同步带传动汽车同步带轮》标准中没有提供RU型和YU型带轮标准刀具齿形参数的问题,对带轮与刀具齿廓齿形之间共轭谐应关系进行了研究。基于啮合原理,对带轮齿廓的共轭刀具齿面进行包络,利用圆弧曲线对包络曲线离散数据进行数学拟合,确定刀具齿廓数学模型;其次,通过刀具对带轮的二次包络过程发现,加工带轮齿廓齿顶处存在根切。通过带轮根切机理研究,揭示了刀具曲面存在奇异点的原因,提出消除刀具齿廓曲线奇异点的齿廓模型,基于带轮齿廓齿形误差在标准公差范围内,对刀具齿廓参数再设计。     

复杂曲面宽行数控加工的刀位和刀具姿态综合整体优化的内蕴几何学方法

阐述了复杂曲面非球面刀具单触点宽行加工中刀位和刀具姿态综合整体优化的通用方法。基于微分几何的曲面活动标架理论,推导了以刀具曲面和设计曲面运动不变量描述非球面刀具宽行数控加工复杂曲面的刀具运动方程;在综合考虑刀位和刀具姿态的影响下,分别以一个走刀过程的加工效率和加工精度最优为目标,建立能确保刀具相对工件运动连续光滑的刀位和刀具姿态优化的泛函极值模型。最后,分别以一个鼓形曲面刀具通过旋转的主切削运动和一个椭圆抛物曲面片刀具通过直线平动的主切削运动数控加工复杂曲面的仿真实例论证了本方法的精确性、有效性和通用性。     

PDC钻头水力结构优化设计研究

在PDC钻头工作过程中，钻井液对钻头体表面的冲洗、冷却和润滑是保证钻头正常工作的一个非常重要的条件。对PDC钻头而言，水力结构（主要是中心水眼和冠部水道）设计的重要性尤其突出。以前,对钻头水力系统研究只能通过实验的方法进行,研究周期长、成本高、结构调整不方便，而数值模拟的方法在几年前还不成熟，甚至静态的复杂结构流场问题基本无法解决。为此，在提出PDC钻头水力结构优化设计原则的基础上，对PDC钻头的三维流场进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的喷嘴布置位置、直径、数量以及切削齿对流场的影响。计算结果表明，原设计在喷嘴布置位置和喷射角度上存在不足，以此为基础进行了水力结构的优化设计。文中的研究成果成功地应用在新型钻头水力结构的设计中，研究方法为PDC钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。