金刚石钻头水道及布齿结构的计算机辅助设计

叙述利用CAD技术进行金刚石钻头水道和布齿设计的原理和方法 ,并简要介绍了西南石油学院钻头研究室设计开发的金刚石钻头计算机辅助设计软件的内容、功能以及编制原理。     

基于有限元的镶齿牙轮钻头压齿力计算

采用有限元技术对镶齿牙轮钻头压齿力进行了计算,论述了81/2XHP3型钻头压齿力有限元模拟的关键技术与实现方法,建立了有限元计算模型,获得压齿力的变化规律。结果表明方法有实用价值。     

北方风雷公司成功试制钻具新产品——PDC钻头

近日,中国兵器工业集团北方风雷公司成功试制出了外观精美、性能合格的5刀翼双排齿PDC钻头。PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称,是石油钻井行业常用的一种钻井工具。自接到研发任务后,研发设计人员进驻油田钻井一线,认真观察钻井实际情况,根据油田的地质情况,设计出最适合油田使用的5刀翼双排齿PDC钻头,在齿的设计技术和布齿方面实现了重大的突破。     

用NURBS方法进行PDC钻头冠部设计

介绍了PDC钻头冠部设计原理,在此基础上采用NURBS曲线方法确定PDC钻头冠部剖面轮廓曲线,并在三维CAD软件中进行设计和分析。     

磨损状况下聚晶金刚石钻头切削齿的切削参数求解

针对磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数预测方法尚未建立,无法很好地开展等磨损布齿设计的问题,建立了磨损齿的几何模型,并提出了求解切削参数的零点遍历法。基于MATLAB平台对零点遍历法进行编译,并对切削齿的切削弧长、切削面积和切削体积进行求解。结果表明,提出的零点遍历法能够用于磨损齿和未磨损齿的切削参数求解（误差在2%以下）;结合切削齿的受力与磨损模型,能够预测PDC钻头每颗齿的磨损趋势。     

径向力平衡式齿轮泵的配齿计算

常规的二齿轮式齿轮泵是一种径向力不平衡液压装置，较大的径向不平衡力，使得齿轮轴的轴承过早损坏，易造成泵提前报废，是制约齿轮泵奉命的主要因素。应用行星齿轮传动原理的径向力平衡式齿轮泵，有效地解决了二齿轮式齿轮泵的径向力不平衡问题，是一种值得研究和开发的新型齿轮泵。但是，如何确定这种新型齿轮泵中各个齿轮的齿数？本文综合运用机械原理及液压元件的有关知识，提出了齿数选择的几个条件，可供新型齿轮泵配齿计算时参考。     

基于ABAQUS的PDC钻头切削齿温度场分析与仿真

基于有限元分析软件ABAQUS的Drucker-Prager材料模型以及破坏准则,模拟PDC钻头切削齿在切削过程中的温度场,并讨论在切削过程中摩擦产生的热在切削齿后倾角的温度分布和磨损平面的温度分布情况。仿真分析结果能真实地表明在切削齿与岩石作用过程中的温度场、应力场的分布情况,为以后PDC钻头的设计提供有效的依据。     

“璇玑”系统钻头选型研究

“璇玑”系统是中海油服自研旋转导向及随钻测井系统,目前已经完成1 000口井的作业。为了使“璇玑”系统保持竞争力并得到进一步推广,“璇玑”系统配接的钻头选型至关重要。基于“璇玑”系统导向工具的结构特征和导向机理,阐述钻头选型的原则和方法,从“璇玑”系统应用角度提出适合该系统应用的钻头选型方法,并通过实钻实验分析得到钻头选型的特征参数,从而总结出“璇玑”系统在钻头选型方面的原则,可为“璇玑”系统推广应用提供技术参考和理论依据。     

克里金模型及其在全局优化设计中的应用

介绍了克里金模型的基本理论,并采用以克里金模型为近似模型的贝叶斯分析算法,对函数关系复杂、难以计算情况下的全局优化问题进行求解.该算法使用实验设计的方法选取初始样本点,通过样点填充准则找到新的样本点来更新克里金模型,不断循环,从而找到全局最优点.通过实例计算证明,与传统优化算法相比,此方法计算速度快、精度良好.     

异形PDC齿切削破岩提速机理研究

在室内切削实验基础上基于有限元二次开发建立了异形齿切削及全钻头破碎非均质花岗岩的三维数值仿真模型,研究了12种形状聚晶金刚石复合片(PDC)齿切削非均质岩石过程中的切向力、法向力、岩屑、破岩比功,并研究了齿形对全尺寸钻头破岩效率的影响。研究结果表明：锥形齿的切向力最小,破岩比功最高,对应的锥形齿钻头的进尺也最小;三平面齿的法向力和切向力均为最大;破岩比功最低的齿为双曲面齿;进尺最大的全钻头齿形为更易吃入岩石的鞍形齿、双曲面齿以及斧形齿。     

聚晶金刚石复合片的电火花线切割机理与形貌

开展了聚晶金刚石复合片（PDC）的电火花线切割实验，提出了PDC的电火花线切割模型。通过扫描电镜与拉曼光谱仪对切割试件进行显微观察与成分分析，发现聚晶金刚石层表面存在明显石墨化现象，而且聚晶金刚石层与硬质合金层之间的富钴界面层存在严重过量去除现象。按聚晶金刚石层、富钴界面层与硬质合金层三个部分剖析了PDC放电蚀除机理，并对PDC的电火花线切割热损伤进行了分析。研究表明，解决富钴界面层的过量去除问题是提高PDC电火花线切割加工质量的关键。     

聚晶金刚石的Nd:YAG激光切割与电火花线切割损伤分析

采用近红外Nd:YAG激光切割方法与电火花线切割方法进行了聚晶金刚石(polycrystalline diamond compacts,PDC)切割加工实验,并分别利用细砂纸打磨、金刚石微粉抛光以及王水腐蚀等表面处理方法对试件进行了表面处理,通过扫描电镜显微观察与拉曼光谱分析等方法对试件进行了显微观察与分析。经分析发现:尽管近红外Nd:YAG激光切割速度较快,然而因脉宽较大导致热损伤大,加工表面存在明显的残留层,而且金刚石与硬质合金层界面存在明显的裂纹;电火花线切割表面质量好于激光切割加工,但金刚石界面处存在材料过量去除现象,而且切割速度比近红外激光切割加工小得多。为获得较好的PDC切割质量与切割效率,需采用脉宽更短的Nd:YAG激光或紫外激光。     

PDC刀具切削参数对切削力和表面粗糙度的影响

研究了PDC刀具的切削参数对切削力和表面粗糙度的影响。结果表明进给量和背吃刀量是影响切削力的主要因素,切削速度对切削力的影响较小。小进给量、高切削速度有助于提高工件表面光洁度。     

聚晶金刚石复合片电火花线切割加工电极丝损耗研究

采用电火花线切割方法对聚晶金刚石复合片（PDC）进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察了电极丝表面的显微形貌。从微观角度研究了PDC超硬材料电火花线切割加工的电极丝损耗机理,探讨了电参数和冲液条件等因素对电极丝损耗的影响。实验研究发现,采用贴附式高压喷液方式在高电压、小脉宽、大峰值电流的加工条件下,PDC切割效率为19.35mm2/min,电极丝损耗为1.5~2μm(104mm2切割量),较常压喷液方式切割效率提高51.6%,丝损降低15.2%。     

PCD工具的研制现状与发展

对国内外PCD工具研制现状进行了综合评述 ,认为加热方式、钎料钎剂的选择与合理使用以及焊接接头的结构设计是影响PCD工具焊接质量的主要因素 ,而加热方式对于PCD工具制作具有革命性意义。介绍了各种焊接方法的优缺点以及钎料、钎剂的开发进展。     

PCD刀具几何参数对铝合金切削力的影响

研究了不同几何参数的PCD刀具车削铝合金时切削力的变化规律。分别改变刀具的前角、后角和刀尖圆弧半径三个几何参数进行单因素切削试验,通过Kistler测力仪获取三向切削力,通过所获试验数据分析了金属切削过程和PCD刀具几何参数对切削力的影响。     

转子线圈PCD铣刀设计工艺

针对大型电站设备零部件600MW转子线圈(材质为GB/T5231加工铜),设计了聚晶金刚石(PCD)铣刀,对其切削力进行了计算并对设计的刀体部分进行了强度、刚度校核,在切削时产生的切屑具有良好的屑型。     

变螺旋铣刀铣削力系数识别试验研究

基于变螺旋铣削模型,采用快速标定法,建立了变螺旋铣刀铣削力系数模型。对变螺旋铣刀铣削力系数识别进行了实验研究,在所给定的条件下获得了变螺旋铣刀铣削力系数。试验结果为后续铣削力实验的设计和数据处理提供了理论依据。