專利名稱：具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣、礦山及地質(zhì)鉆探的牙輪鉆頭，包括三牙輪鉆頭、兩牙輪鉆頭、單牙輪及多牙輪鉆頭，特別涉及一種其軸承部位表面具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭。
牙輪鉆頭主要由牙輪和牙掌兩部分構(gòu)成，牙輪牙掌通過(guò)它們的軸承部位相接合，并能相對(duì)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。牙輪鉆頭根據(jù)它們的工作性能和軸承部位的結(jié)構(gòu)分為兩種類型，其一是滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，包括軸承部位安設(shè)襯套的滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭；其二是滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭。
衡量牙輪鉆頭優(yōu)劣的一個(gè)重要使用指標(biāo)是它的轉(zhuǎn)速和鉆壓，即PV值的大小，而牙輪軸承的工作性能是決定該使用指標(biāo)的一個(gè)重要因素。就滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)外鉆頭公司在牙輪鉆頭的軸承部位普遍采用刷鍍銀涂層作為固體潤(rùn)滑層，該涂層具有較強(qiáng)的減摩耐磨、抗咬合和散熱效果，使鉆頭取得良好的現(xiàn)場(chǎng)使用指標(biāo)。但在高轉(zhuǎn)速、高鉆壓條件下，刷鍍銀涂層的耐磨性、持久性下降，從而導(dǎo)致牙輪鉆頭的使用壽命降低，此外，刷鍍銀涂層也存在涂層結(jié)合強(qiáng)度低，受鍍層厚度影響大，工藝較難控制，鍍液昂貴，成本高，軸承小部位加工操作性差的問(wèn)題，且一般為手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低。襯套結(jié)構(gòu)中的襯套也存在著類似的問(wèn)題。對(duì)于滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭，其主要失效形式是疲勞磨損，包括牙輪軸承部位的內(nèi)外回轉(zhuǎn)表面和滾動(dòng)體表面所產(chǎn)生的疲勞磨損。理論研究和實(shí)驗(yàn)表明疲勞磨損的產(chǎn)生與軸承副潤(rùn)滑狀況及表面光潔度密切相關(guān)。因此，減少和降低疲勞磨損是提高滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭整體性能的一個(gè)關(guān)鍵。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在的不足而提供一種不僅性能優(yōu)，而且易加工、成本低的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為包括有牙輪、牙掌，牙輪、牙掌通過(guò)其軸承部位相接合，其不同之處在于在軸承部位的一個(gè)或多個(gè)表面存在有一層滲硫?qū)印?br> 按上述方案，所述的軸承部位的結(jié)構(gòu)可以為滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，包括安設(shè)襯套的滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，也可以是滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，所述的軸承部位的表面為軸承的孔、軸表面，軸承的端面表面；襯套的各個(gè)表面；滾動(dòng)體的各個(gè)表面。本發(fā)明的滲硫處理為產(chǎn)品的最后一道加工工序，流硫?qū)涌捎傻蜏仉x子滲硫工藝技術(shù)加工而成，通常滲硫表面可進(jìn)行滲碳淬火等表面硬化的預(yù)處理，并經(jīng)精加工，滲硫?qū)拥暮穸葹?.001-0.30mm，為一層形成于產(chǎn)品基體表面、其分布濃度由表及里成梯度狀、與基體形成冶金結(jié)合的、主要合金層為金屬硫化物的固體潤(rùn)滑層。金屬硫化物中也可以含有少量金屬氧化物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于滲硫?qū)泳邆涠嗫障丁訝罱M織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而具有良好的自潤(rùn)滑性能和抗咬合性能，使它保留了刷鍍銀涂層所具有的減摩、散熱特性，而且較其更耐磨，持久性更好，與基體的結(jié)合強(qiáng)度更高，可有效提高現(xiàn)有牙輪鉆頭軸承部位承受壓力和轉(zhuǎn)速的性能；而對(duì)于滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，滲硫?qū)涌纱蟠鬁p少滾動(dòng)接觸面間的剪應(yīng)力，因此也就減少了產(chǎn)生疲勞裂紋傾向，提高了其表面抗疲勞性能，同時(shí)減少了相互間的粘著磨損，從而提高牙輪鉆頭的整體性能，使牙輪鉆頭更為適應(yīng)現(xiàn)代鉆井工藝技術(shù)高轉(zhuǎn)速、高鉆壓的要求；本發(fā)明的滲硫工藝操作簡(jiǎn)便，適應(yīng)大批量生產(chǎn)，不僅加工成本低，而且可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖2為圖1中牙輪軸承部位結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3為圖1中牙掌軸承部位結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖4為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖6為本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖7為圖6中牙輪軸承部位結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖8為圖6中牙掌軸承部位結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖9為本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)圖。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
第一個(gè)實(shí)施例如圖1、2、3所示，為一種滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭，包括有牙輪1和牙掌8，牙輪和牙掌通過(guò)它們的軸承部位相接合，牙輪牙掌由鎖緊元件14進(jìn)行軸向鎖定，在它們接合處的下端安有密封圈15，牙輪的軸承部位表面為牙輪內(nèi)孔的各表面牙輪大軸孔2表面、牙輪小軸孔3表面、牙輪二道止推面5、牙輪一道止推面6、以及牙輪鎖緊槽4表面，可在上述任意一個(gè)或多個(gè)表面滲有滲硫?qū)?；牙?的軸承部位表面為牙掌軸頸的各表面大軸頸9表面、小軸頸10表面、軸頸一道止推面13、軸頸二道止推面12以及軸頸鎖緊槽11表面，可在上述任意一個(gè)或多個(gè)表面滲有滲硫?qū)?，通常在牙掌的軸承部位一些表面根據(jù)情況可堆焊耐磨合金23，鎖緊元件表面也可滲有滲硫?qū)?，此外，在安設(shè)密封圈的密封槽表面，包括牙輪內(nèi)孔的密封槽7表面和牙掌軸頸的密封面16表面滲有滲硫?qū)?，如果密封圈為金屬組合密封圈，其中的金屬元件也可滲有滲硫?qū)?；根?jù)情況，為進(jìn)一步增加牙輪軸承部位的耐磨性能和表面應(yīng)力強(qiáng)度，可在滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭的軸承部位的一個(gè)或多個(gè)表面的滲硫?qū)酉孪葷B有一層滲硼層，通常是在牙掌軸頸表面的滲硫?qū)酉孪葷B一層滲硼層，滲硼層的厚度為0.05-0.1mm，由此而形成一個(gè)滲硼滲硫復(fù)合層。本實(shí)施例的加工處理過(guò)程為零件經(jīng)熱處理和精加工后，進(jìn)行清洗，放進(jìn)爐中進(jìn)行低溫離子滲硫處理，處理溫度180-190℃，滲硫介質(zhì)H2S和CS2或?yàn)榧兞蛘魵?，處理時(shí)間為6-8小時(shí)，滲硫?qū)雍穸葹?.02-0.03mm。若需要滲硼滲硫復(fù)合層，則須先進(jìn)行滲硼處理后再進(jìn)行滲硫處理。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例如圖4所示，為一種襯套滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，它與上一個(gè)實(shí)施例的主要不同之處在于在牙輪牙掌相接合的軸承部位安設(shè)有滑動(dòng)襯套，滑動(dòng)襯套包括浮動(dòng)襯套和固定襯套；浮動(dòng)襯套與牙輪鉆頭軸承部位各配合面為間隙配合，浮動(dòng)襯套包括大軸浮動(dòng)襯套17、二道止推片18、小軸浮動(dòng)襯套、一道止推片或者小軸浮動(dòng)襯套與一道止推片結(jié)合成一體的小軸浮動(dòng)帽19，這些浮動(dòng)襯套可由高強(qiáng)度鋼4Cr5MoSiV1(相當(dāng)于美國(guó)H13鋼)制成，在浮動(dòng)襯套的一個(gè)或多個(gè)表面滲入一層滲硫?qū)?，滲硫處理的浮動(dòng)襯套可以是上述這些襯套的部分或全部。本發(fā)明的浮動(dòng)襯套軸承結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭較現(xiàn)有的浮動(dòng)襯套牙輪鉆頭在耐高溫、高壓磨損、抗咬合性能、承載能力以及使用壽命方面均有進(jìn)一步的提高。固定襯套與牙輪鉆頭軸承部位某一個(gè)配合面(孔或軸)為過(guò)盈配合，固定襯套包括大軸固定襯套、小軸固定襯套、小軸固定帽，對(duì)上述這些固定襯套的部分或全部、對(duì)其中一個(gè)或多個(gè)表面滲入滲硫?qū)印?br> 本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例如圖5所示，也為一種襯套滑動(dòng)軸承，它與上一個(gè)實(shí)施例的主要不同之處在于對(duì)于浮動(dòng)襯套可將小軸浮動(dòng)襯套與二道止推片結(jié)合為一體構(gòu)成L形浮動(dòng)襯套20；對(duì)于固定襯套則可有L形固定襯套。
本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例如圖6、7、8所示，為一種滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭，它與第一個(gè)實(shí)施例的主要不同之處在于在牙輪大軸孔與牙掌大軸頸之間設(shè)置有環(huán)行滾道22，環(huán)行滾道中安設(shè)滾動(dòng)體21，滾動(dòng)體可為圓柱形，可在環(huán)行滾道、滾動(dòng)體之中的任意一個(gè)或多個(gè)表面滲入滲硫?qū)?，其它部分結(jié)構(gòu)與上一實(shí)施例相同。另外，根據(jù)情況，也可在滾動(dòng)軸承的其它部位設(shè)置二道止推片、小軸浮動(dòng)襯套、或者小軸頸浮動(dòng)襯套與二道止推片結(jié)合成一體的L形浮動(dòng)襯套，對(duì)上述這些浮動(dòng)襯套的部分或全部、一個(gè)或多個(gè)表面滲入一層滲硫?qū)?。也可在牙掌的小軸表面和二道止推面上堆焊耐磨合金23。本實(shí)施例的密封部位設(shè)置金屬組合密封圈15，由金屬密封圈和橡膠或者塑料密封圈組合而成，可在金屬密封圈的各個(gè)表面滲入滲硫?qū)印?br> 本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例如圖9所示，它與第四個(gè)實(shí)施例的主要不同之處在于在牙輪小軸孔和牙掌小軸頸之間設(shè)置環(huán)形滾道，環(huán)行滾道中安設(shè)有滾動(dòng)體21，滾動(dòng)體可為圓柱形，這樣構(gòu)成一個(gè)全滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭，可在環(huán)行滾道、滾動(dòng)體之中的任意一個(gè)或多個(gè)表面滲入滲硫?qū)印?br> 權(quán)利要求
1.一種具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，包括有牙輪、牙掌，牙輪、牙掌通過(guò)其軸承部位相接合，其特征在于在軸承部位的一個(gè)或多個(gè)表面存在有一層滲硫?qū)印?br> 2.按權(quán)利要求1所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于滲硫?qū)拥暮穸葹?.001-0.30mm。
3.按權(quán)利要求1或2所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于所述的軸承部位的結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求3所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于牙輪(1)的軸承部位表面為牙輪內(nèi)孔的各表面牙輪大軸孔(2)表面、牙輪小軸孔(3)表面、牙輪二道止推面(5)、牙輪一道止推面(6)，牙掌(8)的軸承部位表面為牙掌軸頸的各表面大軸頸(9)表面、小軸頸(10)表面、軸頸一道止推面(13)、軸頸二道止推面(12)，在上述任意一個(gè)或多個(gè)表面滲有滲硫?qū)印?br> 5.按權(quán)利要求4所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于在滑動(dòng)軸承部位的一個(gè)或多個(gè)表面的滲硫?qū)酉孪葷B一層滲硼層，由此形成一個(gè)滲硼滲硫復(fù)合層。
6.按權(quán)利要求4所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于在牙輪牙掌相接合的軸承部位安設(shè)有浮動(dòng)襯套，包括大軸浮動(dòng)襯套(17)、二道止推片(18)、小軸浮動(dòng)襯套、一道止推片或者小軸浮動(dòng)襯套與一道止推片結(jié)合成一體的小軸浮動(dòng)帽(19)，或者由小軸浮動(dòng)襯套與二道止推片結(jié)合為一體的L形浮動(dòng)襯套(20)，對(duì)上述浮動(dòng)襯套的部分或全部、一個(gè)或多個(gè)表面滲入一層滲硫?qū)印?br> 7.按權(quán)利要求4所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于在牙輪牙掌相接合的軸承部位安設(shè)固定襯套，包括大軸固定襯套、小軸固定襯套或小軸固定帽或L形固定襯套，對(duì)上述這些襯套的部分或全部，對(duì)其一個(gè)或多個(gè)表面滲入滲硫?qū)印?br> 8.按權(quán)利要求1或2所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于所述的軸承部位結(jié)構(gòu)為滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)。
9.按權(quán)利要求8所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于牙輪的軸承部位表面為牙輪內(nèi)孔的各表面，牙掌的軸承部位表面為牙掌軸頸的各表面，在牙輪大軸孔與牙掌大軸孔之間設(shè)置有環(huán)行滾道(22)，環(huán)行滾道中安設(shè)滾動(dòng)體(21)，在環(huán)行滾道、滾動(dòng)體之中的任意一個(gè)或多個(gè)表面滲入滲硫?qū)印?br> 10.按權(quán)利要求9所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于在所述滾動(dòng)軸承的其它部位設(shè)置二道止推片、小軸浮動(dòng)襯套、或者由小軸浮動(dòng)襯套與二道止推片結(jié)合成一體的L形浮動(dòng)襯套，這些浮動(dòng)襯套的部分或全部、一個(gè)或多個(gè)表面滲入一層滲硫?qū)印?br> 11.按權(quán)利要求9所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于在牙輪小軸孔和牙掌小軸頸之間設(shè)置環(huán)形滾道，環(huán)行滾道中安設(shè)滾動(dòng)體，在環(huán)行滾道、滾動(dòng)體之中的任意一個(gè)或多個(gè)表面滲入滲硫?qū)印?br> 12.按權(quán)利要求1或2所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于牙輪牙掌由鎖緊元件(14)進(jìn)行軸向鎖定，在牙輪鎖緊槽(4)表面、牙掌軸頸鎖緊槽(11)表面滲有滲硫?qū)印?br> 13.按權(quán)利要求1或2所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于在牙輪牙掌的接合處的下端安有密封圈(15)，在安設(shè)密封圈的密封槽表面，包括牙輪內(nèi)孔的密封槽(7)表面和牙掌軸頸的密封面(16)表面滲有滲硫?qū)印?br> 14.按權(quán)利要求13所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于密封圈為金屬組合密封圈，由金屬密封圈和橡膠或塑料密封圈組合而成，在金屬密封圈的各表面滲入滲硫?qū)印?br> 15.按權(quán)利要求1或2所述的具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭，其特征在于在構(gòu)成滲硫?qū)拥慕饘倭蚧镏泻猩倭康慕饘傺趸铩?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有固體潤(rùn)滑層的牙輪鉆頭,它包括有牙輪、牙掌、牙輪、牙掌通過(guò)其軸承部位相接合,其不同之處在于在軸承部位的一個(gè)或多個(gè)表面存在有一層滲硫?qū)?。軸承部位的結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)襯套軸承結(jié)構(gòu)、滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不僅耐磨性強(qiáng)、散熱性好,而且滲層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高,可有效提高牙輪鉆頭的整體性能,本發(fā)明還具有加工簡(jiǎn)便,成本低、生產(chǎn)率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B10/22GK1274041SQ0011455
公開日2000年11月22日 申請(qǐng)日期2000年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月6日
發(fā)明者毛紅兵 申請(qǐng)人:江漢石油鉆頭股份有限公司