[发明专利]全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极型面设计方法

说明书

本发明属于电解加工技术领域，具体涉及一种全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极型面设计方法。将阴极型面轮廓曲线按照不等间隙设计形成点阵，从而获得轮廓曲线控制点、阶数和节点向量，构造算符,利用积分样条算符控制轮廓曲线的全局形状，实现阴极轮廓的粗拟合；当阴极轮廓曲线的平方曲率相对于其弧长积分最小时，该曲线曲率最均匀，构造阴极轮廓曲线拟合指标，依次计算阴极轮廓曲线各点处的离散曲率，实现阴极轮廓曲线的精确拟合，误差可控制在0.002mm精度范围内；采用supgt;“/supgt;B‑τsupgt;”/supgt;样条内轮廓积分法对全金属石油螺杆钻具定子阴极型面进行设计。本发明具有阴极设计周期短、成型精度高、显著降低阴极制造成本的优点。

技术领域

本发明提出了一种全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极型面设计方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

螺杆钻具因其具有输出扭矩大、易操控、结构简单等优点，广泛应用于定向井、水平井等钻井中，是当前应用最广泛的井下动力钻具之一。随着深井、超深井、地热井钻井作业的发展，井下温度普遍在120～300℃，传统的橡胶衬套式螺杆钻具因衬套强度低、承压小、受力不均匀、磨损快等缺点无法满足实际生产需求，而全金属螺杆钻具定子具有远超传统螺杆钻具的耐高温性，具有广阔的应用前景。传统机械方法加工全金属石油螺杆钻具定子难以满足要求，且定子和衬套的寿命较短。电解加工是利用金属在电解液中发生电化学反应原理，实现工件一次成形的一种特种加工方法，具有表面质量好、生产率高、无工具损耗、无切削应力等优点，是先进制造业中一个不可或缺的技术手段，广泛应用于石油钻采、航空航天、兵器装备、汽车制造、医疗器械等领域。

全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极型面复杂，且电化学蚀除过程中存在“各向异性”。目前就现有不同加工工件的阴极制造方法而言，阴极的设计方法较为局限，如cosθ法存在着阴极研制周期长的缺点；多项式曲线拟合法拟合迭代的次数显著增加，整个研制过程格外复杂。这些问题在实际应用中都亟待解决。对此，本专利针对全金属石油螺杆钻具定子电解加工的阴极型面设计，提出了一种新设计方法，有效的解决了上述问题。

发明内容

本发明提供一种全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极型面设计方法，要解决现有技术存在的cosθ法研制阴极周期长，多项式曲线拟合迭代次数较多、研制过程复杂的技术问题。

为达到本发明的目的，本发明提供以下技术方案：一种全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极型面设计方法，包括以下步骤

步骤一.根据全金属石油螺杆钻具定子轮廓曲线，确定其轮廓曲线方程，利用反拷法设计全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极；

步骤二.确定新轮廓曲线模型：将阴极型面的轮廓曲线按照非等间隙设计形成点阵，并选取一组轮廓曲线的控制点阶数r和节点向量利用基础函数构造r阶S_n算符；借助分段线性函数的插值点将S_n算符的第j个通用分量通过积分平均值替换，得到积分样条算符R_n，生成新轮廓曲线模型；

步骤三.对阴极轮廓曲线全局粗拟合：通过对给定集进行全局变换得到新的控制点集产生新的轮廓曲线模型，在积分样条算符R_n中引入形状参数τ，对阴极轮廓曲线全局粗拟合；

步骤四.对阴极轮廓曲线局部精拟合：根据拟合指标G，依次计算阴极轮廓曲线上点的离散曲率，对阴极轮廓曲线局部精拟合；

步骤五.采用B-τ样条内轮廓积分法拟合后的阴极轮廓曲线构建阴极型面模型，判断是否符合曲线拟合要求，如果符合拟合要求，则进入下一步，否则重新进入步骤四；

步骤六.根据构建的阴极型面模型，制作全金属石油螺杆钻具定子电解加工阴极。

进一步的，所述步骤二具体包括如下步骤

(一)r阶S_n算符：