本文關(guān)鍵詞：高速PDC鉆頭設(shè)計制造的集成技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著目前國際原油價格的不斷探底,油田都已經(jīng)拋棄了原來只注重產(chǎn)量的提升轉(zhuǎn)而注重效率的提升以及成本的降低。對于井下工具提出了新的要求,需要開發(fā)出更快速高效的鉆井工具,目前國外已經(jīng)開發(fā)出了高速鉆頭,通過現(xiàn)場實踐,高速鉆頭已經(jīng)體現(xiàn)了相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)勢：能夠很大程度提升鉆井效率、節(jié)省鉆井成本。但目前國內(nèi)還沒有對其進(jìn)行系統(tǒng)的研究,基于此,本文以高速PDC鉆頭為研究對象,研究了其設(shè)計與加工,其設(shè)計部分借助于幾何學(xué)、靜力學(xué)、顯示動力學(xué)等,研究了其適合的冠部形狀以及相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)、此外其刀翼數(shù)目,刀翼布置形式及其布齒也做了相應(yīng)的研究,布齒包含其徑向坐標(biāo)、周向坐標(biāo)及其周向位置角,此外還有切削齒的側(cè)轉(zhuǎn)角與后傾角。通過具體的參數(shù),設(shè)計了高速PDC鉆頭的模型并校核其強度。其制造部分,借助于虛擬加工軟件UG8.0對鋼體式高速PDC鉆頭進(jìn)行了加工制造研究,完成了模擬制造加工,找到了適合其加工的工藝參數(shù),并通過VB6.0、access對SolidWorks進(jìn)行了相應(yīng)的二次開發(fā),實現(xiàn)了高速PDC鉆頭的簡單的設(shè)計與制造的集成化。高速PDC鉆頭的性能要求其布齒數(shù)量多,因而其剖面線的長度較長,通過PDC鉆頭冠部的特點分析,通過一定的假設(shè)與簡化,選擇為直線—圓弧—圓弧形剖面。選定冠部剖面后,需要對鉆頭的切削齒的位置進(jìn)行設(shè)計：徑向布齒與周向布齒設(shè)計,徑向布齒,即確定其徑向坐標(biāo)及井底覆蓋圖,周向布齒,即確定其刀翼數(shù)目、刀翼類型、周向位置角、軸向坐標(biāo)。通過非線性軟件ANSYS LS-DYNA對后傾角與側(cè)轉(zhuǎn)角進(jìn)行了相應(yīng)的研究,通過對比其最大軸向力與最大切向力,得出后傾角的設(shè)計范圍為15°～21°,最佳角度為21。,側(cè)轉(zhuǎn)角的推薦范圍為15°～19°,最佳的側(cè)轉(zhuǎn)角取值為19。；通過坐標(biāo)體系的構(gòu)建,確定高速PDC鉆頭切削齒所在的空間位置與角度,并利用ANSYS WORKBENCH分析了最終裝配體的強度。數(shù)值模擬結(jié)果顯示本文設(shè)計的高速PDC鉆頭滿足強度需要,理論上能夠滿足現(xiàn)場需求。針對目前國內(nèi)提出的“中國制造2025”,及未來制造業(yè)的發(fā)展要求,研究了適合現(xiàn)場大規(guī)模推廣的鋼體式高速PDC鉆頭的加工技術(shù),由于高速PDC鉆頭外形復(fù)雜：曲面接近垂直、水眼很多且齒窩數(shù)量很多,加工難度較大,本文對其制造部分的機械加工知識進(jìn)行了基本的介紹,結(jié)合目前先進(jìn)的虛擬制造軟件UG8.0,對設(shè)計的鉆頭產(chǎn)品模型進(jìn)行了加工模擬研究,其加工部分可以分為三軸與五軸數(shù)控加工,三軸數(shù)控加工分為四個部分,五軸數(shù)控加工分為2個部分。重點對于其數(shù)控加工工藝以及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)的研究,得出了適合的工藝參數(shù)。針對于以上各種問題的研究,通過對SolidWorks軟件中API函數(shù)的論述,編程語言VB6.0、access數(shù)據(jù)庫的介紹,以及VB對SolidWorks二次開發(fā)原理的介紹,研制了相應(yīng)的軟件,該軟件采用VB6.0、access數(shù)據(jù)庫對SolidWorks進(jìn)行了二次開發(fā),該軟件包含六個部分：冠部形狀、刀翼系統(tǒng)、PDC切削齒齒窩、布齒設(shè)計、裝配體與制造系統(tǒng),這些六大部分基本涵蓋了高速PDC鉆頭的設(shè)計與加工的全部內(nèi)容,通過本文對該二次開發(fā)軟件的實例演示,可以看出本軟件基本可以滿足高速PDC鉆頭的設(shè)計,但是制造過程中只有部分工藝參數(shù),制造部分還有待完善,該軟件能夠?qū)ΜF(xiàn)場實踐有一定的指導(dǎo)意義。通過本文的研究,首先高速PDC鉆頭的設(shè)計部分：冠部形狀、布齒都有了一定的成果,通過對比三種冠部剖面的特點并結(jié)合高速PDC鉆頭的特性,找到了契合高速PDC鉆頭的冠部剖面,通過相應(yīng)的參數(shù)完成了其設(shè)計,通過對比切削齒處于不同工作角下受到的最大切向力與最大軸向力,對其工作角進(jìn)行了一定的優(yōu)化選取；其次,其制造部分通過UG8.0的仿真加工完成了高速PDC鉆頭的多軸數(shù)控加工,并得到了其加工工藝參數(shù)及刀具軌跡圖,通過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)可以更好的滿足生產(chǎn)實踐并指導(dǎo)其實踐；最后,通過VB6.0、access數(shù)據(jù)庫對SolidWorks進(jìn)行了二次開發(fā),完成了高速PDC鉆頭設(shè)計制造軟件的研制,該軟件將高速PDC鉆頭的設(shè)計、制造部分的子模塊整合起來,通過該軟件可以使高速PDC鉆頭的設(shè)計簡單化、參數(shù)化,節(jié)省大量的時間,提升效率,其加工工藝參數(shù)可以進(jìn)行查看�？傮w而言,本文的研究,為今后高速PDC鉆頭的發(fā)展及推廣能夠產(chǎn)生積極的影響作用。
【關(guān)鍵詞】：高速PDC鉆頭 設(shè)計參數(shù) 數(shù)值模擬 數(shù)控加工
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE921.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 高速PDC鉆頭簡介11-13
• 1.2 PDC鉆頭切削機理13-14
• 1.3 PDC鉆頭設(shè)計理論的發(fā)展14-17
• 1.4 PDC鉆頭最新技術(shù)17
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 高速PDC鉆頭的設(shè)計19-49
• 2.1 高速PDC鉆頭冠部設(shè)計19-27
• 2.2 高速PDC鉆頭布齒設(shè)計27-47
• 2.3 本章小結(jié)47-49
• 第3章 高速PDC鉆頭的加工方案研究49-66
• 3.1 鉆頭機械加工技術(shù)49-52
• 3.2 高速PDC鉆頭零件工藝分析52-64
• 3.3 本章小結(jié)64-66
• 第4章 高速PDC鉆頭設(shè)計制造集成化軟件的開發(fā)66-80
• 4.1 SolidWorks二次開發(fā)66-69
• 4.2 高速PDC鉆頭設(shè)計制造集成化軟件69-79
• 4.3 本章總結(jié)79-80
• 第5章 結(jié)論與展望80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻(xiàn)82-85
• 個人簡介85-86

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本文編號：344923