[发明专利]一种铁钻工冲扣钳辊子结构化表面的制备装置及制备方法

说明书

本发明涉及了一种铁钻工冲扣钳辊子结构化表面的制备装置及制备方法，该装置包括电极运动系统、辊子装夹系统、激光加工系统、电解液循环系统、电源和工作台，电极运动系统主要由多孔喷射电极、电机、滑移架、导轨、法兰组成；辊子装夹系统包括夹具体、分度盘、分度盘底座、活动顶针；激光加工系统主要由激光器、全反射镜和聚焦透镜组成；电解液循环系统主要由电解液、电解液池、耐蚀泵、球阀、输液管和回流管组成，利用激光对辊子整个外圆表面进行轴向激光刻蚀，再用多孔喷射电解光整凹坑表面，实现辊子结构化表面的制备，提高了加工精度和效率，使得辊子的耐磨损性和使用寿命都得到了提高，对提高铁钻工操作的稳定性和安全性有重要作用。

技术领域

本发明涉及一种铁钻工冲扣钳辊子结构化表面的制备装置和制备方法，尤其涉及一种利用激光刻蚀和多孔喷射电解加工复合制备阵列凹坑的装置。

背景技术

随着人类对石油需求量的日趋增大，石油机械也在蓬勃发展，在开采石油钻井过程中，井口机器人铁钻工是重要的设备，在高频大扭矩工况条件下，冲扣钳辊子表面极易磨损，由于冲扣钳辊子的磨损会导致铁钻工夹紧钻杆、套管时打滑，严重影响了整体的工作效率和质量。故而对辊子表面采取结构化处理，可以提高其耐磨损性能，延长使用寿命，以提高铁钻工操作的稳定性和安全性。

目前在金属材质表面进行结构化表面制备的方法主要有：电火花加工、激光加工、喷射电解加工等，电火花加工虽然成型电极的电极损耗小，但是电极制作困难；激光加工具有加工效率高等优点，对于微坑的加工，其加工表面还需要更进一步的光整加工处理；电解喷射加工可达性好，并且不需要制作成型阴极。但是也存在单孔加工效率低、重复精度差、定域性差等工艺缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对铁钻工冲扣钳辊子外圆表面进行有效、高效的结构化处理的装置及其制备方法。本发明的另一目的是提供一种对辊子多个位置同时进行电化学腐蚀的新型的多孔喷射电极。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种铁钻工冲扣钳辊子结构化表面的制备装置，包括电极运动系统、辊子装夹系统、激光加工系统和电解液循环系统，所述电极运动系统包括多孔喷射电极、电极基座、绝缘套、电机、滑移架、直线导轨、滚珠丝杠、立柱和法兰，所述多孔喷射电极安装在电极基座上，所述电极基座通过法兰与滑移架连接固定，所述直线导轨固定在立柱上，所述电机固定在立柱上端，与滚珠丝杠连接，所述滑移架与滚珠丝杠连接，所述绝缘套套装在多孔喷射电极上；所述辊子装夹系统包括夹具体、分度盘、分度盘底座、活动顶针，所述分度盘安装在分度盘底座上，所述分度盘底座装在夹具体左侧，所述活动顶针固定在夹具体右侧；所述激光加工系统主要由激光器、全反射镜和聚焦透镜组成，所述激光器固定在立柱上端，所述全反射镜固定在辊子上方，所述聚焦透镜垂直固定在全反射镜和辊子之间；所述电解液循环系统主要由电解液池、电解液、过滤装置、输液管、回流管、球阀和水泵组成，所述电解液池底座固定在工作台上，所述输液管一端与法兰端口连接，另一端接入电解液池中。

进一步地，所述多孔喷射电极与电极基座装配后形成内外两层流道，内外两层流道之间通过电极基座的侧壁通孔相连通；所述多孔喷射电极和绝缘套沿着周向一侧都设有微小群孔，通过销钉定位，使多孔喷射电极的周向一侧群孔和绝缘套群孔位置相对应；所述多孔喷射电极与法兰连接处有凹槽，用于安装密封垫圈，形成封闭空间。

进一步地，所述夹具体固定于工作台，所述分度盘通过轴承和分度盘底座进行固定，所述分度盘带动辊子的转动，将销子插到分度定位孔和底座上的凹槽中可实现分度定位。

进一步地，所述全反射镜将激光器发出的激光束反射至聚焦透镜上，再由聚焦透镜将激光束聚焦到辊子表面。

进一步地，所述水泵在电解喷射加工过程中提供电解液，通过调节球阀来控制电解液的流速；电解液池中安装有过滤装置。