螺杆钻具马达转子的制作方法及其装置 本发明涉及一种石油钻井用螺杆钻具马达转子的制作方法及其装置。
镙杆钻具马达由定子和转子两部分组成，其中转子又是马达的主要部件，转子的加工水平是影响马达产量质量的重要因素。目前国外主要是采用电脑全自动铣床生产马达转子，其生产效率高，质量好，但是由于设备造价昂贵，因此进口产品的价格相当高。而国内生产厂家大都是采用常规铣床、自动铣床的方法生产马达转子，这种方法加工时间长、效率低，端面几何形状不稳定，产品质量和寿命都受到影响。特别是不论是普通铣床、自动铣床，还是电脑全自动铣床，都需要在铣床加工后，再进行内眼钻孔，以便镶管套，这样不但使加工费用进一步提高，而且造成原材料的进一步浪费。随着石油业的发展，定向井、纵式井和水平井的技术被列为国家重点项目，螺杆钻具马达转子的需求量迅速增加，目前国内的生产量远远不能满足市场需求，从而严重制约了石油钻采领域地发展。
针对上述问题，本发明的目的是提供一种产品质量高，生产效率高、成本低、又节省原材料的螺杆钻具马达转子的制作方法及其装置。
为实现上述目的，本发明采取以下设计：一种螺杆钻具马达转子的制作方法，其特征在于：它包括以下内容：
①在一包括有工作台、水平滑台、垂直工作台、后尾架和电机带动的水平传动机构的冷拔装置中，增设另一电机带动的旋转运动传动机构；
②将一沿径向具有若干凹凸棱、且所述凹凸棱沿轴向呈收缩状延伸的模具外模，与所述旋转运动传动机构连接安装在所述垂直工作台上；将一形状与所述外模相对应的内模通过一内模芯杆支承在所述外模内；
③采用无缝钢管作为制作马达转子的原材料，将无缝钢管一端进行墩头整形后，将其夹在所述内外模之间，并将伸出所述内外膜的无缝钢管头部卡紧在所述水平滑台上设置的卡具内；
④将所述水平滑台上与所述水平传动机构的输出端连接，通过所述电机带动的水平传动机构，拖动所述水平滑台带动无缝钢管做水平拉伸运动；
⑤在所述无缝钢管被水平拉伸的同时，启动另一电机带动的旋转运动传动机构，带动夹设有所述无缝钢管的内外模做旋转运动；
⑦将旋转拉伸后的所述无缝钢管定尺寸，锯头，镶管套。
为加强产品的表面硬度，在所述无缝钢管被旋转拉伸后，可以采用现有比较前沿的化学冷镀工艺进行冷镀。
也可以在所述无缝钢管被锯头、定尺、镶管套后，放入化学冷镀液中进行冷镀。
一种螺杆钻具马达转子的制作装置，它包括：一安装有滑轨的工作台；一安装有卡具的水平滑台，其滑动地安装在所述滑轨上；一电机带动的水平运动传动机构，其输出端与所述水平滑台连接；一垂直工作台，其设置在所述工作台一端；一模具外模，其设置在所述垂直工作台上；一后尾架，其与所述垂直工作台之间设置有保持两者距离的支承件；一模具内模，其设置在一内模芯杆的头部；其特征在于：它还包括另一电机带动的旋转运动传动机构；所述模具外模沿径向具有若干凹凸棱、且所述凹凸棱沿轴向呈收缩状延伸，所述模具外模与所述旋转运动传动机构的输出端连接，转动地安装在所述垂直工作台上；所述模具内模与所述模具外模形状相对应，且通过所述内模芯杆转动地支承在所述后尾架上。
为方便地推进内模至外模内，可以在所述后尾架上设置一内模向前推动装置。
所述内模向前推动装置为一气缸，所述气缸的活塞端部连接有一推板，所述推板上具有一可开合的孔，所述内模芯杆转动地连接在在所述孔中，在所述内模芯杆与所述推板连接处前部设置一定位块。
所述旋转运动传动机构的输出端可以是一斜齿轮，在所述斜齿轮内套设所述模具外模、且转动地安装在所述垂直工作台上。
支承在所述后尾架上的内模芯杆，其尾部套设一轴承的内圈，另一套设有所述轴承外圈的后盖与所述轴承内圈配合，可拆卸地安装在所述后尾架上。
本发明由于采用无缝钢管作为原材料，并通过具有凹凸棱的内外模具的旋转运动，将圆管拉伸成具有螺旋上升状凹凸棱的螺杆钻具马达转子，其具有以下优点：1、可以使马达转子的生产效率成几十倍的提高，比如：原来用普通铣床需要18小时加工一根，而采用本发明方法只需10几分钟便可以拔出一根。2、由于马达转子在石油钻采过程中所受的是轴向压力，因此，采用冷拔拉伸的方法与用普通铣床加工方法制作出的产品相比，整体强度可增加15％以上，表面强度可增加30％以上。3、由于采用本发明方法加工马达转子，其表面螺旋曲线的精确度只需通过对拉伸速度和旋转速度的控制即可达到，因此加工产品的曲线准确，不合格率有效地降低，产品性能和使用寿命可以超过国内外同类产品。4、由于本发明制作产品的原材料是无缝钢管，与铣床加工相比，不但在加工过程中原材料浪费很少，而且加工后不用钻孔，既省工省时，又使整个原材料的节省达30-60％。5、本发明的制作装置结构设计合理，其将冷拔拉伸原理与模具的旋转运动巧妙地结合在一起，从设备的投入、生产效率的提高、原材料的节省，产品不合格率的降低、以及使用寿命的延长几个方面有效地降低了产品的价格(比如：用常规方法生产加工成本需要3.9万元/根，而采用本发明仅需8000元/根)，其在国内外石油钻井行业具有非常广泛的发展前景。
下面结合附图对本发明进行详细地说明。
图1是本发明结构主视示意图
图2是图1俯视示意图
图3是本发明模具外模示意图
图4是本发明模具内模示意图
图5是本发明推板与内模芯杆连接示意图
如图1、图2所示，本发明包括一工作台1，其上安装有两滑轨2，一水平滑台3，其滑动地座落在滑轨2上。垂直工作台4设置在工作台1的一端，工作台1的另一端设置有电机5带动的水平传动机构。水平传动机构包括一级以上的齿轮减速器6，减速器6的输出端是一副链轮传动机构。链轮传动机构的一个链轮7位于工作台1的一端，另一个链轮8支承在靠近垂直工作台4的一端，链条9套在两链轮上位于两滑轨2之间。水平滑台3上设置有卡紧无缝钢管10头部的卡具11和一棘爪12，棘爪12可以插入链条9中，随链条9一起水平向前或向后运动。
垂直工作台3中心孔的一端具有一凸缘13，一电机14带动的旋转运动传动机构设置在垂直工作台3附近，旋转运动传动机构包括减速器15，减速器15的输出端是三个斜齿轮16、17、18，末端的斜齿轮18通过轴承19支承在凸缘13上。斜齿轮18的中心孔内固定一穿入垂直工作台中心孔的模具外模20，模具外模20可以在旋转运动传动机构的带动下在垂直工作台3中心孔内转动。模具内模21设置在一内模芯杆22的头部，其形状与模具外模20形状对应。内模芯杆22的尾部固定一轴承内圈23，一后盖24内设置一轴承外圈25，内模芯杆22可以在后尾架26的支承孔内移动，以穿设无缝钢管10，当内模21插入外模20后，将后盖24上的轴承外圈25压入内模芯杆22上的轴承内圈23，并将后盖24通过连接件固定在后尾架26。在后尾架26与垂直工作台4之间设置一使两者保持一定距离的支承件27，以防止在拉伸过程中后尾架26的移动。
如图3、图4所示，模具外模20的中心孔内沿径向具有若干凹凸棱28、29，凹凸棱28、29沿轴向呈收缩状延伸，模具内模21的形状与外模20的形状对应，其外表面具有凸凹棱29、28。
如图1、图5所示，在后尾架26上还设置有一内模芯杆推进装置。该推进装置包括一气缸30，气缸30的活塞31头部连接一推板32，推板32下部设置一可开合的孔33，以便通过连接件34将内模芯杆22连接其内。内模芯杆22与推板32的连接可以是转动连接，在内模芯杆22上设置一块状或环状定位块35，以便推板32通过推动定位块35推动内模芯杆22向前移动，将套有无缝钢管10的模具内模21推挤入模具外模20。内模芯杆22与推板32的连接也可以是固定连接，这样可以不设置定位块35，但将内模21推入外模20后，必须松开连接件34，以使内模芯杆22能够转动。
采用以上装置，可以实现本发明制作螺杆钻具马达转子的方法，其步骤如下：
首先将作为原材料的无缝钢管10一端进行墩头整形，再将无缝钢管10套在内模芯杆22上，启动气缸30，通过推板32将内模芯杆22头部的内模21和无缝钢管10送入外模20，并将伸出内外模21、20端部的无缝钢管10头部卡紧在水平滑台3上设置的卡具11内，再将后盖24固定在后尾架26上。然后，启动电机5带动的水平传动机构，通过链条9拖动水平滑台3带动无缝钢管10做水平拉伸运动；同时，启动电机14带动的旋转运动传动机构，通过连接有模具外模20的斜齿轮18的转动带动无缝钢管10做旋转运动。由于无缝钢管10头部被卡紧拉伸不能转动，因此模具内外模21、20的拉伸和旋转两种运动的结合使无缝钢管10被冷拔后，成为在径向截面看，是沿周向均匀分布的若干凹凸棱；在轴向看，是多头沿轴向呈螺旋上升状的凸条。最后，将拉伸好的马达转子毛坯进行定尺寸、锯头，以便进行常规的镶管套成为合格的马达转子产品。
上述制作工序中，还可以在定尺寸、锯头、镶管套之前或之后，对拉伸后的螺旋管进行化学冷镀，以进一步加强表面强度。由于化学冷镀是现有技术，因此在此不再赘述。
本发明可以根据不同的尺寸形状和螺旋头数的要求，制作各种不同的模具，以生产各种不同规格的螺杆钻具马达转子。至于螺旋曲线形成与水平拉伸和旋转运动的关系可以通过常规计算获得，并可以将数据输入计算机，通过计算机控制。
本发明的水平和旋转运动传动机构的部件组成、连接方式以及传动方式是可以变化的，内模芯杆的支承和推进装置，以及卡紧装置的设置都是可以变化的，本发明的主要内容是在具有冷拔拉伸运动的装置中增设了旋转运动装置，同时对模具进行设计，使圆形的无缝钢管，通过模具的拉伸和模具的旋转生产出现有各种铣床生产出的同类螺杆钻具马达转子产品。因此整个装置中的个别运动部件的组成、传动形式和连接结构的变化不应排除在本发明的保护范围之外。