PDC钻头模具三维设计和数控加工技术研究与应用.doc

《PDC钻头模具三维设计和数控加工技术研究与应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、PDC钻头模具三维设计和数控加工技术研究与应用摘要本文对PDC钻头模具三维设计和数控加工一体化技术的方法、步骤和相关工艺技术进行了研究。解决了PDC钻头模具辅助设计二维数据的三维转化问题，提出了模具三维造型和参数化开发的方法，并应用CAD／CAM系统软件PRO／E建立了PDC钻头模具三维模型，应用PRO／PROGRAM(程序)开发模块进行PDC钻头模具造型的参数化开发，并编制了相应的参数化开发软件，提高了PDC钻头模具造型速度和准确性。在建立PDC钻头模具三维造型的基础上，确定了模具数控加工工艺，摸索出一

2、套利用PRO／E软件进行PDC钻头模具计算机辅助制造的方法和步骤，实现了PDC钻头模具一次装卡、一次成形的高精度自动化数控加工技术。 关键词PDC钻头模具 三维设计 数控加工技术 CAD／CAM   聚晶金刚石复合片钻头(简称PDC钻头)由钻头体、接头组成，根据钻头体按材料的不同分为胎体PDC钻头和钢体PDC钻头。胎体PDC钻头的钻头体是采用铸造碳化钨粉和浸渍料经无压浸渍烧结而成的。钻头体形状是通过模具的形状而间接实现的。模具由底模、中模和上模三部分组成。模具的中模和上模的设计与加工都很容易实现。但底模是

3、具有复杂曲面特征的实体，PDC钻头的冠部形状参数、切削齿位置和方向参数、水力结构参数等都是通过底模的形状来实现的。因此底模的设计和加工是模具设计和加工中最重要的一部分，其设计的好坏和加工的精度都直接关系到钻头的最终使用效果。高质量的模具是保证PDC钻头质量的关键因素之一。                     目前国内PDC钻头模具的形成主要有三种方法。第一种(应用最多的，如图1所示)是利用普通车床车削形成钻头冠部形状，依靠分度头手工划线定位、普通万能铣床铣削完成切削齿和水眼的加工，再通过手工修模完成水

4、力结构的造型等多道工序完成的。这种加工方法的缺点是工人劳动强度大、加工精度低、人为误差大，难以控制和保证质量，很难达到设计的要求。   第二种是数控加工，利用数控机床加工形成钻头的冠部形状和切削齿的定位，然后再通过手工修模或者粘上相应形状成形的水力结构(粘上以后也要进行一定的手工修理)而最后形成模具的。这种加工方法的缺点是并未实现完全意义上的数控加工，切削平面确立和过度还需手工进行完善，存在一定的误差。   第三种是利用橡胶模进行成形，首先将加工好的模具先形成橡胶模，再利用此橡胶模通过浇铸形成模具。这种加

5、工方法的缺点是产品的改形困难，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保证质量，而实现模具的形状必然要通过上述两种方法，这两种方法的缺点也必然体现在它的上面。国外PDC钻头CAD／CAM一体化高度集成，设计和制造有机结合起来。首先进行产品设计，由二维数据形成三维模型，利用此三维模型生成数控加工程序，利用数控加工机床实现数控加工。目前国内进行PDC钻头模具三维设计和完全意义上实现模具数控加工，把模具的设计和制造有机的结合起来还处于探索阶段。石油大学(北京)方面开展了PDC钻头三

6、维实体造型设计的初步研究。它可将PDC钻头二维计算机辅助设计软件的输出结果三维化，并可输出图纸和图形数据文件，具备了一定的三维设计功能，但是与计算机辅助制造并没有结合前来，而且建立的三维模型也是经过简化的，准确性不够。在牙轮钻头方面国内也进行了CAD／CAM相结合的研究，已经取得了成功。可见面对面的人机交互式的计算机辅助设计(三维设计)和高精度自动化设备的数控加工技术两者的有机结合是未来PDC钻头模具设计和加工的发展方向。针对这一问题进行了PDC钻头模具三维设计和数控加工一体化技术研究，实现PDC钻头模具

7、的三维设计和数控加工，集车模、划线、铣模、修模四道工序与一体，模具一次装卡、模具一次成形。大大降低工人劳动强度，提高模具加工精度和质量，对钻头性能指标起到极大的促进作用，进一步缩短了钻头改型和制造周期，更好地适应市场需求。1 PDC钻头模具三维设计与参数化造型研究1.1 PDC钻头模具辅助设计数据三维转化原理研究1.1.1 PDC钻头模具辅助设计二维数据的分析   形成钻头PDC钻头底模的数据是通过以下三个图反映的。底模剖面图反映了PDC钻头冠部形状尺寸；底模排屑块图反映了水力结构数据；PDC钻头的布齿图

8、反映各个切削齿和水眼的空间位置参数和空间方向参数。在加工时先按照图2底模剖面图上冠部形状尺寸用普通车床车削形成钻头冠部形状，再依靠分度头按照图3钻PDC钻头的布齿图上数据手工划线定位，用普通万能铣床铣削完成切削齿和水眼的加工，最后按照图4底模排屑块图上的数据通过手工修模完成水力结构造型。从图5至图7我们看到PDC钻头底模是一个曲面特征复杂的实体，最关键的就是切削齿位置如何准确定位，图中粘贴的石墨片位置就是最后切削齿的位置，石墨