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解決方案

激光在金剛石復(fù)合片表面成形中的應(yīng)用

來源:菲鐳泰克2023-07-04 我要評論(0 )   

石油開采常利用鉆井技術(shù),先將鉆具破碎巖石,向地下鉆進(jìn),鉆出一定深度的井眼,獲取石油。鉆頭作為鉆井的主力軍,它核心部件是由金剛石復(fù)合片(PDC)組成。金剛石復(fù)合片...

石油開采常利用鉆井技術(shù),先將鉆具破碎巖石,向地下鉆進(jìn),鉆出一定深度的井眼,獲取石油。鉆頭作為鉆井的主力軍,它核心部件是由金剛石復(fù)合片(PDC)組成。

金剛石復(fù)合片被稱為自然界最硬的物質(zhì)。其采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金基片在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成的復(fù)合材料,因此既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導(dǎo)熱性,又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性,是鉆井鉆頭及其他耐磨工具的理想材料。

本文將與您探討:如此硬的金剛石,在激光方案中表面成型的應(yīng)用。

激光加工因效率高、無接觸、工件熱變形小、無材料損耗、性價比出眾等加工特點及優(yōu)勢,且激光束易控制,與精密機(jī)械、精密測量技術(shù)和電子計算機(jī)相結(jié)合,可實現(xiàn)金剛石復(fù)合片表面加工的高自動化和高精化。

隨著石油勘探面臨的環(huán)境越來越苛刻,尤其是傳統(tǒng)平面金剛石復(fù)合片鉆頭遇到高研磨性地層、極堅硬巖層、堅韌夾層等地質(zhì)巖層時,鉆頭難吃進(jìn),同時亦發(fā)生平面金剛石復(fù)合片不出刃、崩齒等嚴(yán)重失效形式。此時,需將鉆頭上的金剛石復(fù)合片平面結(jié)構(gòu),生產(chǎn)成屋脊?fàn)畹牟灰?guī)則形貌,以提升鉆頭的鉆探能力和效率。如下圖所示。

普通振鏡很難實現(xiàn)此要求,如果引入3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)激光加工工藝,那么一切都變得皆有可能。實驗中我們采用動態(tài)聚焦系統(tǒng),結(jié)合光纖mopa光纖激光器(100w)。在加工過程中的不規(guī)則形面處,動態(tài)聚焦系統(tǒng)Z向動態(tài)軸前后移動,實時調(diào)整焦點,實現(xiàn)磨平面,外圓,倒角等眾多造型的一次性精密3D減材制造。原理如下圖。

另外,在激光裝備設(shè)計中搭載旁軸視覺、同軸視覺高精度位置控制系統(tǒng),可進(jìn)一步提高加工過程中的精準(zhǔn)定位。激光雕刻效果如下圖。


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激光金剛石復(fù)合片
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