專利名稱：一種滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油天然氣、礦山及地質鉆探中使用的牙輪鉆頭，包括三牙輪鉆頭、兩牙輪、單牙輪及多牙輪鉆頭，特別是涉及一種表面具有滲硫層的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭。
牙輪鉆頭主要由牙輪和牙掌兩大部分組成，牙輪和牙掌通過它們的軸承部位相接合，在它們的軸承部位接合處設置滑動襯套即構成滑動襯套軸承結構的牙輪鉆頭。滑動襯套從配合和使用狀態上分為浮動襯套和固定襯套兩種，由于滑動襯套尤其是浮動襯套軸承結構的牙輪鉆頭具有耐高鉆壓、高應力、高鉆速的特性，目前已被愈益廣泛的應用。上述這類滑動襯套通常是選擇自潤滑性能、散熱性能均好的有色金屬材料制成。美國的Reed公司早在70年代就成功地將鍍青銅材料用于牙輪鉆頭的浮動襯套，并在襯套表面依次刷鍍Ag、Pb、In涂層(詳見US4074922)，此外，近年來，對軸承部位的二道止推片材料采用了含鉆為18-25％的高鎳合金鋼，其硬度為HRC50-55。美國Smith公司牙輪鉆頭中的滑動襯套元件從80年代起由原來的鋁青銅改為CuNiSn(Spinodal)材料，表面進行了刷鍍銀抗咬合處理，也都取得了較好的效果。然而，隨著現代鉆井工藝技術向著高轉速、高鉆壓強化鉆井工藝方向的發展，要求牙輪鉆頭具備更高的PV值，鈹青銅、CuNiSn合金、鋁青銅制成的滑動襯套在日益升高的PV值下產生高摩擦和高熱量，在溫度超過269℃時，這些合金的屈服強度迅速下降，而且表面的刷鍍金屬層會產生強度降低以及軸溫超過熔點而導致鍍層功能失效，由此而使牙輪鉆頭性能的進一步提高受到限制。
本實用新型的目的在于針對上述提出的問題而提供一種既耐高溫、高壓又潤滑性好、具備較高PV值的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭。
實現本實用新型目的的技術方案如下包括有牙輪1、牙掌2，在牙輪牙掌相接合的軸承部位設有滑動襯套，其不同之處在于所述滑動襯套的一個或多個表面滲有一層滲硫層。
按上述方案，本實用新型的滑動襯套包括浮動襯套和固定襯套；浮動襯套與牙輪鉆頭軸承部位各配合面為間隙配合，浮動襯套包括大軸浮動襯套、小軸浮動襯套、一道止推片、二道止推片、小軸浮動帽(小軸浮動襯套與一道止推片結合為一體)、L型浮動襯套(小軸浮動襯套與二道止推片結合為一體)中的任意一個或多個；固定襯套與牙輪鉆頭軸承部位某一個配合面(孔或軸)為過盈配合，固定襯套包括大軸固定襯套、小軸固定襯套、小軸固定帽、L型固定襯套中的任意一個或多個。滑動襯套由高強度、高硬度、高韌性、高彈性并具高耐溫力學性能的合金鋼材制成，滲硫層可由低溫離子滲硫工藝技術加工而成，滲硫層的厚度為0.001-0.30mm。滲硫層由金屬硫化物形成，也可含有少量的金屬氧化物。
本實用新型通過將具有良好耐高溫力學性能的合金鋼材作為滑動襯套的基體并在其表面滲一層含有金屬硫化物的固體潤滑層，由于滲硫層具有良好的自潤滑性能和抗咬合性能，而且與基體表面有良好的結合強度，因而使滑動襯套在高溫狀態仍保持高強度和高硬度以及良好的抗咬合性能，因而也使得能適應更高鉆壓、更高轉速工況即具有更高PV值的牙輪鉆頭的出現成為可能。試驗表明，本實用新型較現有的滑動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一步的提高。
圖1為本實用新型一個實施例的剖視結構圖。
圖2為本實用新型另一個實施例的剖視結構圖。
本實用新型的一個實施例如
圖1所示，為一種浮動襯套軸承結構牙輪鉆頭，包括有牙輪1和牙掌2，牙輪和牙掌通過它們的軸承部位相接合，在牙輪牙掌相接合的軸承部位安設有浮動襯套，包括大軸浮動襯套3、二道止推片4、小軸浮動襯套與一道止推片結合為一體成小軸浮動帽5，上述這此浮動襯套由高強度鋼4Cr5MoSiV1(相當于叛國H13鋼)制成，經熱處理、精加工后，進行清洗，然后進爐進行低溫離子表面滲硫處理，處理溫度160-190℃，滲硫介質為H2S和CS2或為純硫蒸氣，處理時間6-8小時，在各浮動襯套的表面形成一層厚度為0.02-0.04mm的滲硫層，此外，在牙輪牙掌的接合處還設有密封圈7，牙輪牙掌由鎖緊元件7進行軸向鎖定。
本實用新型第二個實施例如圖2所示，它與上一實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有大軸浮動襯套3、二道止推片和小軸浮動襯套結合為一體的L型浮動襯套8。
權利要求1.一種滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭，包括有牙輪(1)、牙掌(2)，在牙輪牙掌相接合的軸承部位設有滑動襯套，其特征在于所述滑動襯套的一個或多個表面滲有一層滲硫層。
2.按權利要求1所述的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭，其特征在于滑動襯套由合金鋼材制成，滲硫層厚度為0.001-0.30mm。
3.按權利要求1或2所述的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭，其特征在于滑動襯套包括浮動襯套和固定襯套。
4.按權利要求3所述的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭，其特征在于所述的浮動襯套包括大軸浮動襯套、小軸浮動襯套、一道止推片、二道止推片、小軸浮動帽、L型浮動襯套中的任意一個或多個。
5.按權利要求3所述的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭，其特征在于固定襯套包括大軸固定襯套、小軸固定襯套、小軸固定帽、L型固定襯套中的任意一個或多個。
6.按權利要求4所述的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭，其特征在于在牙輪牙掌相接合的軸承部位安設有大軸浮動襯套(3)、二道止推片(4)、小軸浮動帽(5)，大軸浮動襯套、二道止推片、小軸浮動帽均由高強度鋼4Cr5MoSiV1制成，各浮動襯套的表面形成一層厚度為0.02-0.04mm的滲硫層。
7.按權利要求4所述的滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭，其特征在于在牙輪牙掌相接合的軸承部位安設有大軸浮動襯套(3)、L型浮動襯套(8)。
專利摘要本實用新型涉及一種滑動襯套軸承結構牙輪鉆頭,包括有牙輪、牙掌、在牙輪牙掌相接合的軸承部位設有滑動襯套,在滑動襯套的一個或多個表面滲有一層滲硫層。本實用新型的滲硫層厚度通常為0.001—0.30mm。本實用新型通過將具有良好耐高溫力學性能的合金鋼材作為滑動襯套的基體并在其表面滲覆一層含有金屬硫化物的固體潤滑層,與現有的滑動襯套牙輪鉆頭相比,在耐高溫、高壓磨損,抗咬合性能、承載能力等方向均有進一步的提高。
文檔編號E21B10/22GK2424294SQ0022976
公開日2001年3月21日 申請日期2000年4月24日 優先權日2000年4月24日
發明者毛紅兵 申請人:江漢石油鉆頭股份有限公司