随着石油天然气勘探技术的发展,目前我国石油天然气勘探开发工作已从浅层井开发向深井、超深井开发迈进。螺杆钻具作为目前应用最广泛的井下动力钻具之一,随着钻井深度的增加,其工作环境逐渐进入到高温、高压的恶劣工况中。然而,目前钻井采用常规螺杆钻具马达由于存在变形不均匀、耐高温性能差等因素制约,无法很好的适应深井、超深井中高温、高压的恶劣环境,因此,针对常规螺杆钻具在超深井中的制约因素,高性能等壁厚螺杆钻具的提出与应用在石油钻探开发中起到了至关重要的作用。然而,传统制造技术加工大长径比内螺旋曲面的螺杆钻具定子难度大、效率低、精度差。基于以上问题的考虑,本文将液压成形技术与螺杆钻具定子结构相结合,设计高性能等壁厚螺杆钻具定子,并针对这一结构进行成形方法研究。等壁厚金属衬套的液压成形过程属于大变形弹塑性问题,涉及到几何、材料、边界等非线性问题,同时又受到管件材料的力学特性、几何尺寸、加载路径等诸多因素影响,成形过程极为复杂。本文采用数值模拟方法分析螺杆钻具定子衬套的成形过程,完成了以下研究工作:(1)介绍了等壁厚金属衬套的液压成形原理,并基于液压成形基本理论,分析了金属管件的成形参数、管件的失稳压力、管件的成形压力和最大加载压力;选择延展性较好的304号不锈钢作为成形材料;介绍了液压成形中的有限元理论基础与壳单元的网格划分技术。(2)基于常规液压成形方法,建立了等壁厚金属衬套有限元分析模型,分析管件几何尺寸、轴向进给参数、加载路径匹配、摩擦系数等常规影响因素对等壁厚金属衬套成形质量的影响。分析结果表明,在常规液压成形方法中,轴向进给在提供密封作用的同时还对管件成形起到材料补偿作用。但等壁厚金属衬套属于大长径比内螺旋曲面结构,轴向进给作用难以为其成形提供材料补偿作用。(3)针对常规加载方式对等壁厚金属衬套结构适应性差的缺点,提出采用内外压复合成形方法对等壁厚金属衬套进行成形加工。并以此设计了内外压复合成形加工模具、管件几何尺寸与加载路径,并对其进行有限元模拟仿真,获得了等壁厚金属衬套内外压复合成形方法中管件几何尺寸和加载路径的选择依据。分析结果表明,采用内外压复合成形方法可以大大提高等壁厚金属衬套的成形精度。因此,由仿真分析得出,采用内外压复合成形方法可以获得高精度的等壁厚金属衬套。本文通过理论推导和数值模拟的方法对等壁厚金属衬套的成形方法进行理论研究,通过上述工作,对常规液压成形方法在等壁厚金属衬套成形中的不足进行了分析,并提出了针对等壁厚金属衬套的内外压复合成形方法。此方法改善了等壁厚金属衬套的加工精度,为高精度、低成本的高性能螺杆钻具的加工生产提供了理论基础。