PDC钻头模具覆膜砂成型技术.pdf

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石油机械一82一CHINAPETROLEUMMACHINERY2010年第38卷第1期●经验集锦PDC钻头模具覆膜砂成型技术黄继庆于连杰张松峰魏向辉田波韩俊敏(渤海装备制造中成机械制造有限公司)摘要针对胎体PDC钻头模具中水槽块成型困难的问题，开发了PDC钻头模具覆膜砂成型技术。介绍了该技术的工艺过程，分析了该技术的实施效果。结果表明，覆膜砂成型技术能够很好地保证产品的一致性，降低工人的劳动强度，提高工作效率；该技术能完全反映设计意图，操作者可独立完成制模工序；利用该技术生产，单只钻头可节约生产成本100元以上，扩大了产品的利润空间；覆膜砂成型技术的应用既可提高产品质量，又可保证产品的市场竞争需求。关键词PDC钻头模具覆膜砂成型技术工艺过程一致性数控；0HT_程序，再利用数控机床加工。PDC钻头0引言模具覆膜砂成型技术就是集设计与制造于一体的模具数控成型方法，其优点是工艺简单，生产效率胎体式PDC钻头的基体形状是通过模具的形高，生产成本低，产品精度高，一致性好。状而间接实现的。PDC钻头模具的底模是设计和加工中最重要的部分，钻头的复杂曲面特征、冠部1技术分析形状、切削齿空间位置、水力结构等参数都要在底模上体现，所以底模加工的好坏直接关系到钻头的1．1覆膜砂成型技术最终使用效果。覆膜砂成型技术是针对胎体PDC钻头模具中目前，国内PDC钻头模具的加工方法主要有3水槽块的成型问题而开发的，其工艺过程为：首先种：第1种是利用普通车床车削形成钻头冠部形利用计算机进行水槽块三维实体建模，将钻头的刀状，然后分度头手工划线定位、普通铣床铣削完成翼、冠部形状及水力流道等要素完整、准确地体现切削齿和水眼的加工，再通过手工修模完成曲面造在三维造型上，再用数控机床对该造型进行加工，型等工序。这种加工方法的缺点是工人劳动强度形成阳模或覆膜砂水槽(图18)，使它与外轮廓相大，加工精度低，难以控制和保证质量，很难达到吻合的阴模或覆膜砂底模(图1b)配合，加上水设计要求。第2种是数控加工，就是利用数控机床眼替棒共同组装成水槽块的母模。使用时，以水槽加工形成钻头的冠部形状和切削齿空间位置，然后块母模为模型，采用覆膜砂成型材料经浇灌、烘干再通过手工修模形成模具。这种加工方法并未实现翻出供烧结钻头用的水槽块(图1C)。完全意义上的数控加工，切削平面确立和过渡还需手工进行完善，存在一定的误差。第3种是利用橡胶模成型，首先将加工好的模具形成橡胶模，再利用此橡胶模通过浇铸形成模具。这种加工方法的缺●o●点是模具改型困难，橡胶模的质量要好，相应的加工工艺要完善，尤其是获得橡胶模的原始模具必须图1模具及总装三维模拟示意图保证质量。1．1．1三维实体造型国外PDC钻头用CAD／CAM一体化技术高度母模是制作覆膜砂水槽块的原始模具，要求其集成，将设计和制造有机结合起来。首先进行产品精度高，表面质量好，能够充分体现设计意图，这设计，由二维数据形成三维模型，根据三维模型编样才能翻制出合适的覆膜砂水槽块。经试验对比， 2010年第38卷第1期黄继庆等：PDC钻头模具覆膜砂成型技术一83一选石墨作为母模材料。应用三维绘图软件建立阳模膜砂成型技术后，在设计制造覆膜砂水槽块的母模的实体造型。造型时需注意以下几点：①模型中各时，就将设计者的意图体现在母模上，这样烧制出元素要完整、准确地体现，如刀翼的位置和形状、来的覆膜砂水槽块就能完全反映设计意愿且具有很冠部流道圆弧面、水眼位置等；②合理设计模具组好的重复性。任何一个操作者都可独立完成制模工装及拆卸用的分型面、拔模角，以免给实际生产造序，无需人为指导操作。成不便；③根据模具及型砂的热胀和冷缩特点手工操作制模时，会使用石墨泥来修缮圆角、定义合适的收缩余量和公差配合参数；④分模面以缝隙等地方。石墨泥中的水分等其它杂质的掺人会下尽量避免负角度的出现。在冠部表面产生很多烧结瘤、气坑等烧结缺陷。由1．1．2数控加工于覆膜砂材料的引用，钻头冠部表面因制模时引入建立模具的三维模型后，还需要对数控加工工杂质造成烧结缺陷的几率降到5％以下。艺、计算机辅助制造(计算机辅助数控编程)、数普通钻头模具的使用是一次性的，经破模后已控加工程序的编辑等进行研究，确定加工工艺，熟无使用价值，这会增加钻头的制造成本。覆膜砂材练运用CAM软件，再结合具体数控机床和工艺要料采用较经济的型砂来代替石墨水槽块，其母模采求进行修改和添加就能得到数控加工中心接受的程用一次成型、可反复使用的石墨材料。这种新工艺序文件，这其中就包括加工刀具、刀具轨迹以及加可减少钻头的制造成本，扩大产品的利润空间。工参数的选择，再经过试加工模具、不断地探索和调整，就能掌握相应的数控加工工艺技术。3结论1．2工艺流程覆膜砂母模制作完成后将进入覆膜砂水槽块的(1)覆膜砂成型技术能够很好地保证产品的成型阶段，即模具组装、灌砂、烘干等工序。这一一致性，降低工人的劳动强度，提高工作效率。阶段的基本工艺流程为：清理模具一组装阴、阳模(2)该技术能安全反映设计意图且具有很好一组装水眼棒一灌覆膜砂一烘干一起模。的重复性，操作者可独立完成制模工序。(3)利用该技术生产，单只钻头可节约生产2实施效果成本100元以上，扩大了产品的利润空间。(4)覆膜砂成型技术的应用既可提高产品质覆膜砂成型的烧结工艺与普通石墨模具的烧结量，又可保证产品的市场竞争需求。工艺相同，这样不会因为水槽块的材料改变而改变参考文献工艺。覆膜砂具有以下优点：好的流动性，容易充满复杂的模具型腔；固化后有良好的仿真性；良好[1]SolidWorks公司．SolidWorks模具设计[M]．北京：的脱模效果；一定的强度和适当的硬度；受缩率小机械工业出版社，2005．于0．5％；经久耐用，长期使用不老化。砂块的[2]晏初宏．数控加工工艺与编程[M]．北京：化学母模采用石墨材料，经数控机床加工成型。这种工工业出版社，20o4．艺能够充分保证PDC钻头的制造精度和一致性。[3]杨芳．CAD／CAM与制造业信息化[M]．北京：选择覆膜砂作为新的水槽块材料来代替原来的清华大学出版社，2006．石墨水槽块，是因为覆膜砂经加热后成为具有一定形状的固体，且在高温下性状稳定，满足钻头生产第一作者简介：黄继庆，高级工程师，生于1969年，需要。覆膜砂水槽块经简单修锉就可使用，其上的1991年毕业于吉林工业大学机械制造专业，2000年毕业于水眼定位孑L也可同时成型，避免了再次机加工。采美国内布拉斯加大学工商管理专业，获硕士学位，现从事用覆膜砂成型新工艺后，可降低工人的劳动强度，石油钻采机械的设计和研究工作。地址：(300280)天津市大制模时间由2～3h缩短为0．5h以内，提高制模效港区。电话：(022)25961018。E—mail：hjq@dg—zhongcheng率4倍以上。．con0因手工制模工艺采用手工修锉，所以需要有人收稿日期：2009—10—23现场指导操作，且操作者之间也存在差异。采用覆(本文编辑丁莉萍)