牙轮钻头轴承表面织构三种加工方法对比分析

目的研究牙轮钻头轴承上润滑减磨的有效织构加工方法,从而进一步深入牙轮钻头轴承上仿生表面织构的研究。方法开展精密雕刻、纳秒激光和飞秒激光三种加工方式在牙轮钻头轴承上加工织构的实验,观察加工织构底部形貌,从织构加工尺寸、加工精度、加工对象三个方面对比分析三种织构加工方式的优缺点。结果精密雕刻技术可获得较规则的织构三维形貌,但不适用加工熔点高的材料,且仅适用于直径大于400?m的织构。纳秒激光由于金属熔融堆积效应,织构加工质量较差。飞秒激光技术的加工质量高且不受材料限制,能获得较好的织构轮廓,合理织构直径应小于300μm。结论为织构化牙轮钻头滑动轴承的加工方法提供依据。综合织构加工尺寸范围、加工对象和加工精度,飞秒激光加工技术在牙轮钻头轴承上具有良好的应用前景,精密雕刻技术仅在织构尺寸较大时可采用。     

《表面技术》2009年第5期摘要

牙轮钻头金属密封环表面喷涂WC-Co涂层耐磨性研究金属密封环的密封稳定性直接影响到牙轮钻头的使用寿命,利用等离子喷涂技术在牙轮钻头金属密封环材料20CrNiMo合金钢表面喷涂WC-Co硬质涂层,     

矿用牙轮钻头轴承的可靠性分析

矿用牙轮钻头轴承的失效主要接触疲劳和磨损，本文应用可靠性原理，建立了牙轮钻头轴承的可靠性数学模型，深入分析了轴承的可靠性，也为牙轮钻头的可靠性设计奠定了基础。     

18CrNiMo7-6钢牙轮钻头轴承渗碳工艺的优化

为了确定18CrNiMo7-6钢牙轮钻头轴承的最优渗碳面和最优扩散系数,通过建立数值计算模型、扩散系数模型和物理模型,对两种可选择的渗碳面以及不同扩散系数的渗碳结果分别进行对比研究,并对最优结果进行验证。结果表明:牙轮钻头轴承最优的渗碳面是外表面,最优的扩散系数为1.5×10~(-6)m~2/s,满足了牙轮钻头轴承表面耐磨、芯部具有韧性的要求,为制定合格的渗碳工艺提供理论支撑。     

微型钻头磨床砂轮轴振动的分析与消除

微型钻头磨床砂轮轴振动严重地影响了钻头加工精度。通过对砂轮轴的传递矩阵建模分析，发现砂轮轴轴承刚工和砂轮尺寸是影响其振动的固有频率与振型的两个主要因素。轴承刚度越高，砂轮尺寸越小，基各阶固有频率越高；由于砂轮小对称布置，砂轮尺寸越大，各阶振型的振幅也越大。在调整砂轮轴轴承预紧前，采用Machinery Analyzer model 2130振动分析仪的测试结果也显示该砂轮轴在低频部分的振动较为严重，预紧轴承和精修砂轮后，振动消除。     

淬火硬度场数值模拟与PVD技术在牙轮钻头轴承套中的应用

建立了轴承套在淬火冷却过程中的有限元模型,分析了硬度场变化规律和分布状态。模拟结果表明:轴承套硬度值沿径向分布从外表面向内表面逐渐递减,满足了轴承套内柔外刚的要求。将模拟硬度值与实测硬度值进行比较,一致性较好,证明所建模型的有效性。同时,利用PVD技术试制镀TiN涂层轴承套式滑动轴承牙轮钻头,进行台架试验以及现场实钻对比试验,试验结果表明:镀TiN涂层轴承套式滑动轴承牙轮钻头比原牙轮钻头耐磨性好,工作效率和寿命均有较大的提高。     

KX84系列牙轮钻头牙爪大跑道的失效分析

KX84系列牙轮钻头工作一段时间后,因牙爪大跑道失效而报废。通过赫兹应力分析、显微硬度测试、剖面金相观察和断口分析,对牙轮钻头牙爪大跑道的失效形式进行分析,并对裂纹萌生的深度进行预测。结果表明：牙爪大跑道失效形式为接触疲劳。当轴压低于6.895 MPa时,45°切应力τ_zy45°与最大水平切应力τ_0max低于疲劳极限σ_-1,疲劳裂纹不会萌生;当轴压超过6.895 MPa,疲劳裂纹开始萌生;当轴压达到13.79 MPa时,可以利用接触面半宽b对裂纹深度进行预测。KX84-250和KX84-310牙轮钻头的牙爪大跑道裂纹预测深度为0.27、0.34 mm,实际深度为0.28、0.38 mm。为了提高牙轮钻头的钻孔深度,牙轮钻头在安装时注意避免极端情况的出现,同时控制轴压,避免疲劳裂纹的萌生。     

硬质合金齿面的高频堆焊

为满足石油井下工况的要求 ,三牙轮铣齿钻头齿面要堆焊一层硬质合金颗粒 ,目前主要用氧乙炔火焰堆焊 ,工艺有两种 :一种用管装碳化钨焊条 ;另一种是“胶焊法” ,即先将碳化钨颗粒用氧化铜和水玻璃粘附在待焊表面 ,然后加热 ,使钢基体熔化后碳化钨颗粒沉积在齿面上。就生产现场情况看 ,气焊的主要不足是 :①变形较大 ,影响牙轮轴承孔加工精度 ,甚至出现钻头组装后牙轮互相干涉 ;②管装焊条堆焊层中碳化钨密度低 ,影响抗磨性能 ;③容易产生气孔 ;④焊层厚度不均匀。用“胶焊法”也经常因碳化钨颗粒粘附不牢被气体火焰吹失。为了避免气焊时因热…     

牙轮钻头金属密封环表面喷涂WC-Co涂层耐磨性研究

金属密封环的密封稳定性直接影响到牙轮钻头的使用寿命,利用等离子喷涂技术在牙轮钻头金属密封环材料20CrNiMo合金钢表面喷涂WC—Co硬质涂层,以期提高其表面耐磨性能,从而提高牙轮钻头的寿命。用显微硬度仪测试涂层的硬度,用MFT-4000型高速往复摩擦磨损实验机对涂层进行耐磨性能实验,并用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的截面形貌和相结构。结果表明：等离子喷涂WC—Co涂层后,试样表面硬度显著提高,摩擦因数减小,抗磨损性能大幅提高。     

42CrMo钢牙轮钻头球面固定套轴承激光淬火数值模拟

为了确定42CrMo钢牙轮钻头球面固定套轴承激光淬火工艺的最优参数,考虑牙轮钻头轴承的实际工况,通过建立数值计算模型,利用SYSWELD软件,对不同扫描速度、激光功率和光斑尺寸下的激光淬火数值模拟结果进行对比研究。结果表明：球面固定套轴承激光淬火的最优扫描速度为55 mm/s、最优的激光功率为1000 W、最优的光斑尺寸为f3.5 mm;在最优参数下,轴承经激光处理后,硬化层深度约为0.9 mm,硬化层硬度约为632 HV,心部硬度约为400 HV,符合牙轮钻头轴承的使用性能要求。     

高速钢麻花钻使用寿命的提高

高速钢直柄麻花钻是量大面广的金属钻孔工具,提高其使用寿命意义重大。要使麻花钻具有高的使用寿命,首先要选用优质材料。为此,介绍了内部控制的常用高速钢的主要化学成分。热处理也是确保麻花钻使用寿命的关键之一,特别是要严格控制钻头的淬火态晶粒度和回火后的硬度。此外,麻花钻的使用寿命还与其加工角度等几何尺寸及质量评价体系有关,是一项系统工程,应关注影响钻头使用寿命的每一个细节。     

三牙轮钻头牙掌柔性线接近开关国产化浅析

一、概述接近开关以电压范围宽、输出电流大、正负逻辑双向输出、功耗小、使用寿命长、操作频率高、动作迅速可靠等优点,正在得到广泛的应用。接近开关按工作原理分为感应式、电容式、电磁式和光电式;按信号分有信号指示接近开关、高精度接近开关及位移量接近开关。接近开关是无触点行程开关,有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型多种,其中以高频振荡型最为常用,它由装在运动部件上的一个金属片接近或离开振荡线圈来实现控制。三牙轮钻头牙掌柔性线上采用的是高频振荡型接近开关。我厂三牙轮钻头牙掌柔性线从意大…     

“磨鞋”的碳弧堆焊

“磨鞋”是钻探单位用以磨去井下落物(钻杆、钻头、牙轮或其它工具)的一种工具。为了提高其使用寿命,需要在其底部堆焊一层硬质合金(钨钢)粉末,以形成磨齿形堆焊层。通常是采用氧乙炔焰进行堆焊的。但由于磨鞋的体积较大,只能选用能率最大的H01-30焊炬对其加热,因而氧气的耗量很大。     

金属粉末价格变化与金刚石工具面临的新挑战

本分析了近期主要金属粉末的价格变化原因及其对各类金刚石工具制造的影响，提出在地质钻头、石油钻头和烧结扩孔器类工具的胎体材料中采取“以铁代WC”的方式来减少胎体材料成本。     

大直径全面钻进牙轮钻头填补国内空白

首批川石牌36英寸36s124cw型全面钻进牙轮钻头8月15日交付用户。 西南煤气田公司装备制造公司历时两年研制拥有自主知识产权的这种钻头为目前国内直径最大的全面钻进三牙轮钻头,一举填补国内空白。     

高速钢半硬化处理在牙轮钻头上的应用

针对矿用牙轮钻头轴承系统的衬套普遍存在破裂现象。通过半硬化处理和优化工艺参数，韧性大幅度提高，破裂率由传统的90%～96%，下降到7%～13%。钻头穿孔米道提高了17%。     

镶硬质合金柱的牙轮钻头在露天矿场工作的研究及其结构改进的途径

成批生产的钻石油和天然气井所用的牙轮钻头在采矿工业中使用的经验表明,在磨料性的水成岩、变质岩和火成岩中,主要由于牙轮齿的磨损而使成批的牙轮钻头很快就损坏了。因此,全苏钻探技术科学研究院(ВНИИБТ)在1959年进行创造和改进用于上述岩石中钻爆破孔的牙轮钻头的工作。试验研究工作表明,对钻磨料性岩石最有效的是镶硬质合金柱的牙轮钻具,也就是用硬质合金齿加强牙轮。同时也确定,对钻坚硬和特别坚硬、具有足够的脆性的磨料性     

钻头技术与钻井活动同步发展（一）

据美国《世界石油》杂志报道，随着钻井作业商将兴趣逐渐转向固定切削齿钻头，各钻头制造商也迅速投入新产品的开发以满足钻井市场日益增长的需求，同时也仍有各种特殊的牙轮钻头结构面世以满足特定的钻井用途。     

稀土渗碳提高矿用牙轮钻头轴承寿命的应用研究

研究了稀土元素对牙轮钻头渗碳过程的影响。试验结果表明，加入稀土元素使渗碳速度提高20％－30％，经渗碳－渗硼复合强化后，钻头的轴承寿命提高24．8％－27．8％，钻头的钻孔进尺增加了153－190m，提高率达25％－28％。     

适合强研磨性硬地层的新型混合钻头设计及现场应用

为提高金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头在强研磨性硬地层中的破岩效率和使用寿命,设计2只由PDC切削齿和金刚石孕镶块组合作为切削单元的PDC-金刚石孕镶块新型混合钻头,并在冀中某断层区块石英岩地层进行现场试验。试验结果表明:与同井段使用过的牙轮钻头的平均值相比,1#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速提高52.30%,平均钻头进尺提高97.30%;与牙轮钻头的平均值和M1375D PDC钻头相比,2#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速分别提高30.85%和 32.30%,平均钻头进尺分别提高70.50%和 47.40%。PDC-金刚石孕镶块混合钻头极大地提高了强研磨性硬地层中的钻进效率,降低了钻井成本。