[发明专利]一种磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数求解方法

摘要

本发明涉及一种磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数求解方法，属于油气钻井工具的运动学领域。该方法主要是通过建立磨损齿几何模型、在钻进速度为零的情况下将磨损齿进行轴面投影并找出相邻齿、寻找切削截面上的零点、由零点开始进行双向遍历并记录遍历路径、将遍历路径离散成点、根据离散的点求解切削参数的几个步骤组成；本发明能够求解磨损齿的切削参数，解决目前还没有针对磨损齿切削参数求解的算法；本发明求解精度高，为1e‑5mm；能够准确计算出磨损齿的切削参数；结合受力与磨损模型，能准确预测切削齿的受力变化趋势以及磨损趋势，为PDC钻头的磨损设计提供了支撑。

主权项

1.一种磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数求解方法，方法的切削参数是指切削弧(19)的长度、切削截面(15)的面积、以及切削截面(15)绕中心轴(3)旋转一周形成的切削体积，其特征在于，该求解方法包括以下步骤：①建立磨损齿(1)的几何模型，磨损齿(1)为圆柱形，磨损面(2)设置为平面；②将钻头上的所有的磨损齿(1)在钻进速度为零的条件下绕中心轴(3)旋转投影到轴截面(4)上，得到磨损齿(1)的轴面投影(5)；所述轴面投影(5)中的磨损齿(1)的磨损面(2)共同形成了钻头切削齿的包络曲面(6)；③在轴面投影(5)上取出相邻的五颗磨损齿(1)，模拟PDC钻头的真实钻进，将五颗相邻磨损齿(1)在钻进速度不为零的情况下绕中心轴(3)螺旋旋转并投影到轴截面(4)上,得到了磨损齿(1)的切削截面(15)；④寻找切削截面(15)上的零点(18)，过当前齿投影轮廓线(7)上的齿心(16)做垂直于包络曲面(6)的法线(17)，法线(17)与切削弧(19)的交点即为零点(18)；⑤由零点(18)开始进行双向遍历，直至到终止点(28)时终止遍历；⑥将遍历路径离散成K个点，构建K边形，并求出K个点在钻头轴截面4内的坐标[xi,yi]，其中，i＝1,2,…,K；⑦将切削弧(19)的遍历路径长记为切削弧(19)的长度；⑧按公式(1)求解切削截面(15)的面积A；⑨按公式(2)求解切削体积V；