为了解决页岩气开采用螺杆钻具双等壁厚定子内螺旋曲面难加工的问题,建立双等壁厚定子的外高压成形数值模拟模型,研究管坯几何尺寸、液压力大小和回弹对定子成形质量的影响规律,通过实验和三维测量验证了数值模拟模型的准确性。结果表明:管坯几何尺寸与壁厚、等效塑性应变、位移、残余应力和间隙值成正比;成形液压力达到150 MPa及以上对等效塑性应变、壁厚几乎没有影响;定子胀型区域的回弹量大于过渡区域和接触区域;当成形液压力为210 MPa,管坯内径为88 mm,定子成形质量最优。

为了解决常规螺杆钻具寿命短与微小尺寸螺杆钻具等壁厚定子难加工的问题,本文采用充液压制成形工艺加工微小尺寸等壁厚螺旋管,基于304不锈钢拉伸实验,建立了充液压制成形等壁厚螺旋管有限元模型,用数值模拟方法研究管件外径、壁厚、液压力大小、液压力加载路径、压制速度、摩擦系数对螺旋管质量的影响。结果表明,管件外径为51.8 mm,壁厚为5.3 mm时,螺旋管质量较好,最大液压力为650 MPa,液压力加载路径为路径5,模具挤压速度为0.429 m/s,摩擦因数不超过0.125时,螺旋管加工质量较好,导程误差近似为0,壁厚误差小于8%,平均厚度为5 mm,螺旋管中部壁厚误差小于3%。研究结果可为生产实际中微小尺寸等壁厚不锈钢螺旋管的成形工艺提供参考。