專利名稱：硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種牙輪鉆頭，特別是涉及一種滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其軸承的各摩擦工作面上均燒結(jié)或鑲焊有碳化鎢鈷類硬質(zhì)合金(以下簡(jiǎn)稱硬質(zhì)合金)，構(gòu)成一種新型硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭。
目前，滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭的牙爪用低碳合金鋼制造，牙爪軸各摩擦工作面一般用滲碳或滲硼進(jìn)行硬化，也有的在這些表面上堆焊一層高碳鈷鉻鎢耐磨合金。鉆頭牙輪也是用低碳合金鋼制造，牙輪內(nèi)外各表面除滲硼外，在內(nèi)孔各摩擦工作面上還鑲焊銀錳合金或其它銅合金，形成一副硬對(duì)軟的不同材質(zhì)的滑動(dòng)軸承，并在密封潤(rùn)滑條件下工作。但是現(xiàn)有滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)只能在低轉(zhuǎn)速下工作，轉(zhuǎn)速高時(shí)軸承密封迅速破壞，鉆井液中砂粒進(jìn)入軸承內(nèi)，很快導(dǎo)致軸承工作面的磨損。因此，現(xiàn)有滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭的轉(zhuǎn)速限制在150轉(zhuǎn)／分以下，而井下動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)速都比較高，所以現(xiàn)有滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭無(wú)法與井下動(dòng)力鉆具配合使用以提高鉆井速度。
為解決上述問(wèn)題，一種辦法是改進(jìn)軸承密封的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，但多年來(lái)的實(shí)踐表明這方面的進(jìn)展很慢，轉(zhuǎn)速提高的幅度也不大。另外一種辦法是改變軸承各摩擦工作面的材質(zhì)，其中如美國(guó)專利申請(qǐng)US4260203、US4756631和英國(guó)專利申請(qǐng)GB216873A提出采用人造聚晶金剛石復(fù)合片或聚晶金剛石塊作為滑動(dòng)軸承工作面的材質(zhì)，以提高軸承的耐磨性和轉(zhuǎn)速。但是這些材料的韌性差，加工整形困難，做成牙輪鉆頭成本高，至今尚在研制階段。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種以碳化鎢鈷類硬質(zhì)合金為軸承各摩擦工作面材質(zhì)的硬質(zhì)合金對(duì)硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，它能比現(xiàn)有滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭在更高的轉(zhuǎn)速下工作，以適應(yīng)井下動(dòng)力鉆具的高轉(zhuǎn)速，或在相同轉(zhuǎn)速下達(dá)到更高的工作壽命。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在牙輪鉆頭牙爪軸的各摩擦工作面上燒結(jié)或鑲焊一層硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金層，或者在牙爪軸上用螺紋固定一軸套，在其各摩擦工作面上燒結(jié)或鑲焊一層硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金層，在牙爪軸的端部用螺紋固定一限位止推環(huán)，在其一個(gè)端面上燒結(jié)或鑲焊一層硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金層，以上構(gòu)成滑動(dòng)軸承的不轉(zhuǎn)動(dòng)部分，與牙爪軸相匹配的是一牙輪滑動(dòng)套，在其各摩擦工作面上燒結(jié)或鑲焊一層硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金層，這是滑動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，牙輪則利用螺紋固定在牙輪滑動(dòng)套外面。這樣就構(gòu)成硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐磨性高、可承受高轉(zhuǎn)速的優(yōu)點(diǎn)，而且硬質(zhì)合金比聚晶金剛石耐沖擊，成本也低。由于硬質(zhì)合金的耐磨性高，本實(shí)用新型可用于非密封滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，同樣也可用于密封滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭。我們模擬牙輪鉆頭的工作條件，在含砂泥漿中作了耐磨性試驗(yàn)，所用硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承直徑40毫米、寬13.7毫米、牙輪外徑86毫米、轉(zhuǎn)速分別為100轉(zhuǎn)／分、200轉(zhuǎn)／分和250轉(zhuǎn)／分，鉆壓分別為1千牛、2千牛和5千牛。運(yùn)轉(zhuǎn)40小時(shí)后測(cè)得軸承直徑方向磨損量均小于0.06毫米。試驗(yàn)證明，在含砂泥漿中非密封硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承具有很高的耐磨性。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及其附圖給出。


圖1為鑲焊硬質(zhì)合金塊滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭剖面圖，圖2為敷焊硬質(zhì)合金層滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭剖面圖，圖3為錐形軸硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭剖面圖，圖4為帶軸套硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭剖面圖，圖5為密封硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭剖面圖，圖6為牙輪滑動(dòng)套側(cè)視圖。
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型提出的非密封硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭一組牙爪牙輪的剖面圖，包括牙爪軸2，牙輪滑動(dòng)套3，限位止推環(huán)4和牙輪5，以及止推環(huán)端面硬質(zhì)合金塊9，牙爪軸肩部及外圓硬質(zhì)合金塊10，滑動(dòng)套端面及內(nèi)孔硬質(zhì)合金塊11。
裝配時(shí)，先將牙輪滑動(dòng)套3套在牙爪軸2上，靠螺紋7將限位止推環(huán)4上緊在牙爪軸2的端部，用墊片6調(diào)整止推環(huán)4的位置，使滑動(dòng)套3在牙爪軸2上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但無(wú)軸向竄動(dòng)。用一圓柱銷穿過(guò)牙爪下部的孔(圖中未畫出)，插入牙輪滑動(dòng)套3相應(yīng)位置的盲孔(圖中未畫出)，將滑動(dòng)套臨時(shí)固定，靠螺紋12將牙輪5上緊到滑動(dòng)套3上，緊固后取出圓柱銷。螺紋7及12均為右旋螺紋，工作中摩擦力使它們?cè)缴显骄o。
工作時(shí)，部分鉆井泥漿經(jīng)牙爪孔1穿過(guò)牙爪軸，經(jīng)限位止推環(huán)4與牙輪5之間的間隙8，流過(guò)硬質(zhì)合金摩擦面之間，最后于間隙13處排出牙輪鉆頭，起到冷卻潤(rùn)滑的作用。
圖2是根據(jù)本實(shí)用新型提出的另一實(shí)施例，它與
圖1所示基本相同，只是用激光敷焊硬質(zhì)合金層代替燒結(jié)或鑲焊硬質(zhì)合金塊。硬質(zhì)合金層可以是一層或多層，各層的成分和硬度可以不同。
圖3是根據(jù)本實(shí)用新型提出的又一實(shí)施例，它與
圖1及圖2所示基本相同，只是牙爪軸2與牙輪滑動(dòng)套3的配合面為錐面，這樣可以省去左側(cè)的止推硬質(zhì)合金塊(層)。
圖4是根據(jù)本實(shí)用新型提出的再一實(shí)施例，它與
圖1、圖2及圖3所示基本相同，只是在牙爪軸2上靠螺紋14固緊一軸套15，在其各摩擦工作面上燒結(jié)或鑲焊一層硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金層10，軸套也可如圖3所示為錐形。
圖5是根據(jù)本實(shí)用新型提出的密封硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭一組牙爪牙輪的剖面圖，它與
圖1、圖2、圖3及圖4所示基本相同，只是在牙輪與牙爪之間保留了現(xiàn)有牙輪鉆頭的密封裝置，即″○″型橡膠圈16和尼龍圈17，牙爪孔1通向鉆頭儲(chǔ)油杯，為軸承補(bǔ)充潤(rùn)滑脂。
圖6是牙輪滑動(dòng)套3的側(cè)視圖，端面硬質(zhì)合金塊11沿圓周均勻分布，孔18是上緊牙輪5時(shí)插入圓柱銷的盲孔。
權(quán)利要求1.硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于牙爪軸的各摩擦工作面上為硬質(zhì)合金，在牙爪軸端部用螺紋固定一限位止推環(huán)，其一端面上為硬質(zhì)合金，借助墊片可以調(diào)整限位止推環(huán)的軸向位置，在牙爪軸上有一可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的牙輪滑動(dòng)套，其各摩擦工作面上為硬質(zhì)合金，牙輪用螺紋固緊在牙輪滑動(dòng)套上，并隨其一同轉(zhuǎn)動(dòng)，牙爪及牙爪軸上的通孔為鉆井泥漿通道，以對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙爪軸的外圓面及肩部燒結(jié)或鑲焊有鎢鈷類硬質(zhì)合金塊，或用激光敷焊一層或多層不同硬度的硬質(zhì)合金層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙爪軸的端部有右旋螺紋，用以緊固限位止推環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的限位止推環(huán)是用右旋螺紋緊固在牙爪軸端部，并用墊片調(diào)整限位止推環(huán)的軸向位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的限位止推環(huán)的一個(gè)端面上燒結(jié)或鑲焊有鎢鈷類硬質(zhì)合金塊，或用激光敷焊一層或多層不同硬度的硬質(zhì)合金層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙輪滑動(dòng)套的各摩擦工作面上燒結(jié)或鑲焊有鎢鈷類硬質(zhì)合金塊，或用激光敷焊一層或多層不同硬度的硬質(zhì)合金層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙輪滑動(dòng)套的外圓面上有右旋螺紋，用以緊固牙輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙輪是用右旋螺紋緊固在牙輪滑動(dòng)套上，并隨其一同轉(zhuǎn)動(dòng)，上緊時(shí)用圓柱銷將牙輪滑動(dòng)套臨時(shí)與牙爪固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙爪軸上借助右旋螺紋固緊有一個(gè)牙爪軸軸套。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙爪軸軸套的外圓及一端面上燒結(jié)或鑲焊有鎢鈷類硬質(zhì)合金塊，或用激光敷焊一層或多層不同硬度的硬質(zhì)合金層。
專利摘要本實(shí)用新型所涉及的硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭可廣泛用于石油、礦山等部門，它克服了現(xiàn)有滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭不能在高轉(zhuǎn)速下工作、不耐磨的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭主要包括牙爪軸2、牙輪滑動(dòng)套3、限位止推環(huán)4和牙輪5，它們的各摩擦工作面的材質(zhì)均為碳化鎢鈷類硬質(zhì)合金。與現(xiàn)有滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭相比本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐磨性高、可承受高轉(zhuǎn)速、耐沖擊、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B10/50GK2085850SQ9120488
公開日1991年10月2日 申請(qǐng)日期1991年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月2日
發(fā)明者蔡鏡侖, 孫宏壽, 王鎮(zhèn)泉 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(北京)