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

背景技術(shù)：

螺桿鉆具馬達是目前最為廣泛使用的一種井下動力鉆具，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，對鉆井過程中應用的鉆具設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定子存在熱力分布不均、機械效率低等缺陷，而等壁厚螺桿鉆具能夠?qū)崿F(xiàn)整機長度短，扭矩大的特點，隨著鉆井要求的提高，內(nèi)外螺旋馬達定子就應運而生，內(nèi)外螺旋馬達能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井效率高，巖屑排出快，使得鉆井進尺快，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現(xiàn)內(nèi)螺旋的加工，而對于外螺旋的加工還沒有切實可行的方法。

技術(shù)實現(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定子的方法，針對現(xiàn)有加工工藝存在的難點，提供一種內(nèi)外螺旋螺桿馬達定子的加工方法，克服了冷加工的難度，且加工方便，不但提高了螺桿馬達定子的強度，而且對于提高螺桿鉆具的整機性能有很大的幫助。

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定子的方法，其特征在于：所述螺桿馬達定子為等壁厚內(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，并移動車床刀架至金屬管件尾部；

步驟D、參數(shù)設定，設置刀架的移動速度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，啟動高頻加熱線圈將金屬管件加熱至指定溫度，再啟動車床，使車床按步驟D中設置的參數(shù)進行旋轉(zhuǎn)和移動；

步驟F、拆卸及精整，待步驟E加工完成后將螺桿馬達定子拆卸下來，并按規(guī)定的尺寸對兩端進行剪切規(guī)整。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：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，連接架的六個內(nèi)側(cè)面的中間位置分別設置凹槽，凹槽內(nèi)安裝滑塊，滑塊沿凹槽內(nèi)滑軌內(nèi)外移動，滑塊背向連接架的外端面上設置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)端面上開設定位槽。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：連接架六個外側(cè)面中間位置設置安裝螺桿的螺紋孔，螺桿端部設置與定位槽相配合的定位法蘭。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：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)方案的進一步改進在于：定位槽的端面呈“凸”字型。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：定子成型模芯的外表面為螺旋曲面。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟E中設定的溫度為780℃～840℃。

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

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

將刀架的移動速度設置在171毫米/分，同時將三爪卡盤旋轉(zhuǎn)速度設置在0.285轉(zhuǎn)/分，使兩者配合緊密，三爪卡盤旋轉(zhuǎn)一周的時間正好為刀架行進兩個波峰之間距離的時間，避免出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)狀的螺旋。

采用高頻感應線圈進行加熱，加熱速度快，同時加熱到一定溫度所用的時間與刀架的移動速度相互配合，保證了加熱的即時性。另外將溫度設置在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)明對成型刀具進行了改進，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螺旋槽相對應，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與金屬管件的接觸點始終位于螺旋線的切線方向，隨著三爪卡盤和刀架的運動能夠滾壓出內(nèi)外等壁厚的螺桿馬達定子，且在整個加工過程中，滾壓輪與金屬管件之間始終保持點接觸和線接觸，減少了兩者的摩擦阻力，避免鍛造模具在行進過程，與金屬管件之間的阻力過大，對內(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定子的加工，擴大本發(fā)明的使用范圍。

連接架六個外側(cè)面中間位置設置安裝螺桿的螺紋孔，螺桿端部設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。

經(jīng)本發(fā)明生產(chǎn)的螺旋馬達定子，具有強度高，且相同壁厚的情況下，抗拉強度、抗壓強度提高了20％，為螺桿鉆具的安全運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。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：

如圖1所示，一種基于成型刀具加工螺桿馬達定子的方法，所使用的加工設備主要有車床、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，移動車床刀架至金屬管件尾部；

步驟D、參數(shù)設定，設置刀架的移動速度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)一周的時間正好為刀架行進兩個波峰之間距離的時間，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，啟動高頻加熱線圈4將金屬管件2加熱至指定溫度，再啟動車床，使車床按步驟D中設置的參數(shù)進行旋轉(zhuǎn)和移動，即車床刀架的移動速度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磁束，會將金屬管件加熱至一定的溫度。

將溫度參數(shù)設置在780℃～840℃，保證加熱到此溫度所需的時間與刀架的移動速度、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，進而影響螺旋馬達定子的強度，降低螺旋馬達定子的抗拉和抗壓強度。

步驟F、拆卸及精整：待步驟E加工完成后將螺桿馬達定子拆卸下來，并按規(guī)定的尺寸對兩端進行剪切規(guī)整。

另外，本發(fā)明的設計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連接也可以為固定連接，連接架7的六個內(nèi)側(cè)面的中間位置分別設置凹槽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，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)端面上開設定位槽11，定位槽11的端面呈“凸”字型，連接架7六個外側(cè)面中間位置設置安裝螺桿12的螺紋孔，螺桿12端部設置與定位槽相配合的定位法蘭13，螺桿正對滑塊9中心位置，在使用過程中，通過調(diào)整螺母就可以實現(xiàn)滑塊9的內(nèi)外移動，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定子的加工，擴大本發(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°，這樣設計的目的為保證滾壓輪的頂點與金屬管件的接觸點始終位于螺旋線的切線方向，隨著三爪卡盤和刀架的運動能夠滾壓出內(nèi)外等壁厚的螺桿馬達定子。

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