一種pdc鑽頭體的3d列印製造方法
2023-12-03 10:50:56 1
一種pdc鑽頭體的3d列印製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種PDC鑽頭體的3D列印製造方法。其技術方案是包括以下步驟：建立PDC鑽頭體的三維模型；對上述三維模型進行二維化處理；根據上述形成的二維圖形生成相應的雷射掃描路徑；在增材製造設備加工平臺上均勻地鋪設多層金屬材料粉末；按所述雷射掃描路徑掃描所述加工平臺上的金屬材料粉末，採用線切割的方式將PDC鑽頭體從加工平臺表面分離；以設計的PDC鑽頭體的技術要求為準，對鑽頭體進行噴焊耐磨層各種工藝處理；經探傷、清洗，最終形成製造完成PDC鑽頭體。有益效果是：克服了採用傳統減材製造方法製作的PDC鑽頭體結構形式單一的問題，同時其極大地彌補了傳統機加工和鑄造工藝的缺陷，提高了PDC鑽頭的整體性能、製作效率、降低了製作成本。
【專利說明】一種PDC鑽頭體的3D列印製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石油開發鑽井裝置，特別涉及一種PDC鑽頭體的3D列印製造方法。
【背景技術】
[0002]石油鑽井過程中，PDC鑽頭由於具有使用壽命較長、鑽進速度較快等特性而被廣泛應用，PDC鑽頭體主要由與鑽杆連接的絲扣、鑽頭體和焊接在鑽頭體的刀片三個部分組成，鑽頭體上設置有噴嘴孔，鑽頭體是金剛石鑽頭上起關鍵作用的部件，目前，PDC鑽頭體的製造主要有兩種方法，一是採用粉末冶金與鋼體經模具組合燒結而成，另一種是採用圓鋼經鍛造車銑加工而成，再將切削齒鑲嵌在鑽頭體上，屬於「減材製造」的機械生產方法，這兩種方法製造周期長、成本高，並且焊接處成為鑽頭的薄弱環節，難以實現降能環保和降低鑽井成本的需求。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種PDC鑽頭體的3D列印製造方法，克服傳統PDC鑽頭體製作繁瑣、成本高、周期長的問題。
[0004]其技術方案是包括以下步驟:
(1)建立PDC鑽頭體的三維模型；
(2)對上述三維模型進行二維化處理，即將所述電腦三維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成一系列二維圖形；
(3)根據上述形成的二維圖形生成相應的雷射掃描路徑；
(4)在增材製造設備加工平臺上均勻地鋪設第一層金屬材料粉末，所述金屬材料粉末的顆粒直徑在30-60Mm左右，厚度約為0.0lmm-0.05mm ；
(5)利用高能雷射或電子束按所述雷射掃描路徑掃描所述加工平臺上的金屬材料粉末，掃描後的金屬材料粉末熔化後固結於所述加工平臺表面上；
(6)在已經熔結了一層金屬材料粉末的加工平臺表面上鋪設第二層金屬材料粉末，厚度約為 0.0lmm-Q.05mm ；
(J)依次重複步驟(5)、(6)，直至PDC鑽頭體熔結完畢；
(8)再將熔結成型後的roc鑽頭體與加工平臺一起從增材製造設備中移出，清理roc鑽頭體表面與內部浮粉，採用線切割的方式將PDC鑽頭體從加工平臺表面分離；
(9)以設計的PDC鑽頭體的技術要求為準，對鑽頭體進行噴焊耐磨層各種工藝處理；
(10)經探傷、清洗，最終形成製造完成PDC鑽頭體。
[0005]上述的金屬材料粉末採用碳化鎢、合金鋼或者是二者的混合物。
[0006]本發明的有益效果是:採用增材製造的方法來進行PDC鑽頭體的製作，通過電腦控制聚焦高能雷射束或電子束的掃描路徑，在高溫下局部熔化粉末金屬材料、並逐層堆積，從而根據三維複雜電腦模型直接生成緻密的PDC鑽頭實體，因而能根據客戶要求設計製造不同結構的PDC鑽頭體，克服了採用傳統減材製造方法製作的PDC鑽頭體結構形式單一的問題，同時其極大地彌補了傳統機加工和鑄造工藝的缺陷，提高了 PDC鑽頭的整體性能、製作效率、降低了製作成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]附圖1是本發明的結構示意圖；
附圖2是本發明的製作流程框圖；
上圖中:絲扣1、卸扣槽2、噴嘴孔3、刮刀翼4、PDC切削齒5、保徑與冠部6、鑽頭體7。
【具體實施方式】
[0008]為了進一步了解本發明的
【發明內容】
、過程和功效，以下結合技術方案和附圖以通過一種PDC鑽頭體的3D列印製造方法為例來說明本發明的具體實施例:
本實施例中的PDC鑽頭體結構示意圖，如圖1所示，其具體操作步驟如圖2所示。根據設計具體要求，使用如AutoCAD、Unigraphics NX, Pro-E或者CATIA等三維作圖軟體設計PDC鑽頭體的整體三維模型，包括PDC鑽頭體的絲扣1、卸扣槽2、噴嘴孔3、刮刀翼4、PDC切削齒5、保徑與冠部6、鑽頭體7等，使用軟體RP-Tools對PDC鑽頭體的三維模型進行二維化處理:
即將該結構在Z軸方向切割成層厚均為0.0lMffl的一系列二維圖形層片，再將該系列二維圖形導入軟體EOS PSW3.5，該軟體根據圖像自動計算出每一層二維圖形的雷射掃描路徑及使用參數，再在設備加工平臺表面鋪展第一層金屬材料粉末，然後計算機將根據導入PSW3.5的首張二維圖像控制聚焦雷射在粉層的相應位置進行掃描，高能的聚焦雷射熔化其掃描路徑範圍內的金屬材料粉末，並將其與加工平臺牢牢的固定在一起。第一層燒結完畢後，在加工平臺表面鋪展第二層金屬材料粉末，之後電腦控制雷射光源依照第二層數模的圖形選擇性熔化金屬材料粉末，並與第一層結構融合在一起，重複依次上述第二層燒結步驟，直到完成整個PDC鑽頭體的製造，然後將與熔結於加工平臺的PDC鑽頭體與加工平臺一起從增材製造設備中移出，清理PDC鑽頭體表面與內部浮粉，採用線切割的方式將PDC鑽頭體從加工平臺表面分離，根據設計要求再對成形的PDC鑽頭體進行各種工藝處理，並進行最後的探傷、清洗等工序，直至最終達到設計要求。
[0009]其中，上述提到的增材製造設備採用德國EOS公司生產的EOSINT M280金屬粉末雷射燒結系統，配套軟體為PSW3.5。
【權利要求】
1.一種PDC鑽頭體的3D列印製造方法，其特徵是包括以下步驟: (1)建立PDC鑽頭體的三維模型； (2)對上述三維模型進行二維化處理，即將所述電腦三維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成一系列二維圖形； (3)根據上述形成的二維圖形生成相應的雷射掃描路徑； (4)在增材製造設備加工平臺上均勻地鋪設第一層金屬材料粉末，所述金屬材料粉末的顆粒直徑在30-60Mm左右，厚度約為0.0lmm-0.05mm ； (5)利用高能雷射或電子束按所述雷射掃描路徑掃描所述加工平臺上的金屬材料粉末，掃描後的金屬材料粉末熔化後固結於所述加工平臺表面上； (6)在已經熔結了一層金屬材料粉末的加工平臺表面上鋪設第二層金屬材料粉末，厚度約為 0.0lmm-Q.05mm ； (J)依次重複步驟(5)、(6)，直至PDC鑽頭體熔結完畢； (8)再將熔結成型後的roc鑽頭體與加工平臺一起從增材製造設備中移出，清理roc鑽頭體表面與內部浮粉，採用線切割的方式將PDC鑽頭體從加工平臺表面分離； (9)以設計的PDC鑽頭體的技術要求為準，對鑽頭體進行噴焊耐磨層各種工藝處理； (10)經探傷、清洗，最終形成製造完成PDC鑽頭體。
2.根據權利要求1所述的PDC鑽頭體的3D列印製造方法，其特徵是:所述的金屬材料粉末採用碳化鎢、合金鋼或者是二者的混合物。
【文檔編號】B22F3/105GK104353833SQ201410621831
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】王明波, 孫曉東, 李羅鵬 申請人:中國石油大學(華東)