CN110397401A - 一种混合tc轴承 - Google Patents

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    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/003Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass bearings
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Abstract

本发明公开了一种混合TC轴承包括承静圈和承动圈,所述承静圈和承动圈包括钢体,所述钢体有承静钢体和承动钢体,所述承静钢体的外部烧结有若干交错排列的硬质合金块,所述硬质合金块在承静钢体的外周面上沿圆周方向呈环形排列,所述硬质合金块的宽度相同但长度不一,所述承静圈和承动圈摩擦面的两端烧结有超耐磨材料,所述硬质合金块位于两端的超耐磨材料之间,混合TC轴承可多次使用,增加了混合TC轴承的使用寿命,大大降低了螺杆钻具成本。

Description

一种混合TC轴承
技术领域
本发明涉及轴承装置,具体的说是涉及石油钻采的混合TC轴承。
背景技术
目前,螺杆钻具已经成为应用最广泛的井下动力工具,在石油钻井和修井获得了广泛应用,如附图1所示主要由旁通阀、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等组成。
其中,传动轴总成中径向轴承是易损件中价格最高的,如附图2所示,该部分主要由壳体、传动轴、推力轴承组、TC轴承及其他辅助零件组成。
螺杆钻具在使用到200小时完井后,传动轴总成要进行拆解维护。其中TC轴承、推力轴承组将要更换。现有TC轴承在使用后TC轴承面两端磨损最为严重,甚至无法二次利用报废。因此,发明了一种混合TC轴承。
发明内容
本发明要解决的技术问题是使混合TC轴承可多次使用,增加了混合TC轴承的使用寿命,大大降低了螺杆钻具成本。
为解决上述技术问题,本发明包括承静圈和承动圈,所述承静圈和承动圈包括钢体,所述钢体有承静钢体和承动钢体,所述承静钢体的外部烧结有若干交错排列的硬质合金块,所述硬质合金块在承静钢体的外周面上沿圆周方向呈环形排列,所述硬质合金块的宽度相同但长度不一,所述承静圈和承动圈摩擦面的两端烧结有超耐磨材料,所述硬质合金块位于两端的超耐磨材料之间。
作为优选的技术方案,两端的所述超耐磨材料在所述承静钢体上的面积配比为20%—25%。
作为优选的技术方案,所述硬质合金块选用YG8类材料。
混合TC轴承的制造方法包括承静圈和承动圈的制造方法,承静圈和承动圈的制造方法步骤大致相同,不同之处在于步骤⑤中的衬套加工,
该方法包括以下步骤:
①下料:圆柱钢体下料成钢体胚体;
②锻打:将钢体胚体进行模锻,模锻可使流线分布更为完整合理,从而进一步提高零件的使用寿命;
③粗加工:在钢体胚体检验合格后进行粗加工,;
④钢体精加工:将钢体加工到钢体图纸尺寸,精加工使用数控车床HTC50100精车;
⑤衬套加工:将衬套加工到衬套图纸尺寸,承静圈的衬套制作时用锯床把无缝钢管切割,并在一端密封焊接凸面型帽头制成衬套,衬套的长度长于混合TC轴承的设计长度1cm,使用数控机床将衬套外圆精加工至图纸尺寸;承动圈的衬套为锻打一体成型的帽头不采用焊接式帽头;
⑥组装:将所述钢体粘结硬质合金和超耐磨材料后与衬套组装,并填装碳化钨粉和焊料,所述焊料为铜、镍、锌特殊配比的焊料;
⑦烧结:将组装好的工件放入高温炉内烧结;
⑧半精车:对工件进行半精加工;
⑨精加工:对工件进行内孔、外圆和端面精磨。
作为优选的技术方案,步骤②中,锻件表面应平整,不得有缺陷,不得有裂纹和翻皮,尺寸公差在±0.3mm范围内,保证平面度和垂直度,HB为260。
作为优选的技术方案,步骤⑥中,包括以下工艺:
A、粘接超耐磨材料和硬质合金;在钢体外圆周面上用粘接剂粘接若干块长方形的超耐磨材料和硬质合金块,并使得若干块超耐磨材料和硬质合金块呈在钢体外周面上沿圆周方向均布排列;
B、装套;将粘接完硬质合金块的钢体装入衬套内,并使得钢体孔端与衬套的一端平齐,并将该端钢体与衬套的连接处密封焊接;
C、填装填充料;将填充料装入到衬套与钢体具有帽头的一端之间,然后边装边振动,使得填充料完全将相邻硬质合金块之间的间隙填满;
D、填装焊料;将焊料添加到衬套内与钢体具有帽头的一端之间。
作为优选的技术方案,步骤⑦中,将填装完焊料后的所述钢体和衬套装入台车炉内烧结,烧结温度是按每小时450度的升温速度,在升到1300度-1400度时停炉降温,自降至400度左右时将工件取出,在烧结过程中,加入惰性气体,从而减少了超耐磨材料、硬质合金和填充料性质的变化,更增加了硬度及其耐磨性。
作为优选的技术方案,步骤⑧中,用车床Q1319-1A对上一步骤的工件进行粗车,粗车时工价根据粗车图纸进行,加工完检验员按照图纸逐项检验,检验合格进入下一工序。
作为优选的技术方案,步骤⑨中,用内圆磨床M2120A进行内孔的精磨;精磨完内孔,进行外圆精磨,用M131W外圆磨床精磨外圆;最后进行端面加工,使用HZ-500平面磨床进行端面加工,内孔、外圆和端面的粗糙度要求达到1.6以上。
采用上述技术方案后,使得混合TC轴承可以多次反复利用,提高了使用寿命,从而降低了螺杆钻具制造和维护成本。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
附图1是本发明背景技术中螺杆钻具的结构示意图;
附图2是本发明背景技术中传动轴结构示意图;
附图3是本发明实施例中承静圈粘接超耐磨材料块、硬质合金块位置结构示意图;
附图4是图3的右视图;
附图5是本发明实施例中承动圈粘接超耐磨材料块、硬质合金块位置结构示意图;
图6是图5的右视图;
附图7是本发明实施例中承静圈装入填充料、焊料结构示意图;
附图8是本发明实施例中承动圈装入填充料、焊料结构示意图;
附图9是本发明实施例中承静圈、承动圈组合结构示意图;
图10是图9的右视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,进一步阐述本发明。在下面的详细描述中,只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑,本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。
参照附图,该混合TC轴承包括承静圈1和承动圈2,所述承静圈1和承动圈2包括钢体,钢体有承静钢体11和承动钢体21,承静钢体11的外部烧结有若干交错排列的硬质合金块4,硬质合金块4在承静钢体11的外周面上沿圆周方向呈环形排列,硬质合金块4的宽度相同但长度不一,承静圈1和承动圈2摩擦面的两端烧结有超耐磨材料5,两端的超耐磨材料在承静钢体11上的面积配比为20%—25%,超耐磨材料为碳化硼或碳化钴,硬质合金块4位于两端的超耐磨材料5之间,硬质合金块4选用YG8类材料,此处的YC8材料采用的是钨钴类硬质合金或钨钛类硬质合金材料。
混合TC轴承的制造方法包括承静圈1和承动圈2的制造方法,承静圈1和承动圈2的制造方法步骤大致相同,不同之处在于步骤⑤中的衬套加工,
该方法包括以下步骤:
①下料:圆柱钢体下料成钢体胚体;
②锻打:将钢体胚体进行模锻,模锻可使流线分布更为完整合理,从而进一步提高零件的使用寿命,锻件表面应平整,不得有缺陷,不得有裂纹和翻皮,尺寸公差在±0.3mm范围内,保证平面度和垂直度,HB为260;
③粗加工:在钢体胚体检验合格后进行粗加工,;
④钢体精加工:将钢体加工到钢体图纸尺寸,精加工使用数控车床HTC50100精车;
⑤衬套加工:将衬套加工到衬套图纸尺寸,承静圈1的衬套制作时用锯床把无缝钢管切割,并在一端密封焊接凸面型帽头12制成衬套13,衬套13的长度长于混合TC轴承的设计长度1cm,使用数控机床将衬套13外圆精加工至图纸尺寸;承动圈2的衬套23为锻打一体成型的帽头22不采用焊接式帽头;
组装:将钢体粘结硬质合金和超耐磨材料后与衬套组装,并填装碳化钨粉7和焊料6,焊料6为铜、镍、锌特殊配比的焊料,在本步骤中,包括以下工艺:
A、粘接超耐磨材料5和硬质合金4;在钢体外圆周面上用粘接剂粘接若干块长方形的超耐磨材料5和硬质合金块5,并使得若干块超耐磨材料5和硬质合金块4呈在钢体外周面上沿圆周方向均布排列;
B、装套;将粘接完硬质合金块4的钢体装入衬套内,并使得钢体孔端与衬套的一端平齐,并将该端钢体与衬套的连接处密封焊接;
C、填装填充料;将填充料装入到衬套与钢体具有帽头的一端之间,然后边装边振动,使得填充料完全将相邻硬质合金块4之间的间隙填满;
D、填装焊料6;将焊料6添加到衬套内与钢体具有帽头的一端之间;
⑥烧结:将组装好的工件放入高温炉内烧结,本步骤中,将填装完焊料6后的钢体和衬套装入台车炉内烧结,烧结温度是按每小时450度的升温速度,在升到1300度-1400度时停炉降温,自降至400度左右时将工件取出,在烧结过程中,加入惰性气体,从而减少了超耐磨材料、硬质合金和碳化钨粉7性质的变化,更增加了硬度及其耐磨性;
⑦半精车:对工件进行半精加工;
⑧精加工:对工件进行内孔、外圆和端面精磨,用车床Q1319-1A粗车,粗车时工价根据粗车图纸进行,加工完检验员按照图纸逐项检验,检验合格进入下一工序。
本混合TC轴承进行各项试验,实验数据与原有的TC轴承数据对比如下:
通过上述实验数据对比,可以得出在抗拉强度、耐磨时间、U型冲击功、和端面收缩率方面的测量数据显著提高,说明本混合TC轴承的使用寿命大大延长。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种混合TC轴承,其特征在于包括承静圈(1)和承动圈(2),所述承静圈(1)和承动圈(2)包括钢体,所述钢体有承静钢体(11)和承动钢体(21),所述承静钢体(11)的外部烧结有若干交错排列的硬质合金块(4),所述硬质合金块(4)在承静钢体(11)的外周面上沿圆周方向呈环形排列,所述硬质合金块(4)的宽度相同但长度不一,所述承静圈(1)和承动圈(2)摩擦面的两端烧结有超耐磨材料(5),所述硬质合金块(4)位于两端的超耐磨材料(5)之间。
2.如权利要求1所述的混合TC轴承,其特征在于两端的所述超耐磨材料在所述承静钢体(11)上的面积配比为20%—25%。
3.如权利要求1所述的混合TC轴承,其特征在于所述硬质合金块(4)选用YG8类材料。
4.如权利要求1所述的混合TC轴承的制造方法,其特征在于混合TC轴承的制造方法包括承静圈(1)和承动圈(2)的制造方法,承静圈(1)和承动圈(2)的制造方法步骤大致相同,不同之处在于步骤⑤中的衬套加工,
该方法包括以下步骤:
下料:圆柱钢体下料成钢体胚体;
锻打:将钢体胚体进行模锻,模锻可使流线分布更为完整合理,从而进一步提高零件的使用寿命;
粗加工:在钢体胚体检验合格后进行粗加工,;
钢体精加工:将钢体加工到钢体图纸尺寸,精加工使用数控车床HTC50100精车;
衬套加工:将衬套加工到衬套图纸尺寸,承静圈(1)的衬套制作时用锯床把无缝钢管切割,并在一端密封焊接凸面型帽头(12)制成衬套(13),衬套(13)的长度长于混合TC轴承的设计长度1cm,使用数控机床将衬套(13)外圆精加工至图纸尺寸;承动圈(2)的衬套(23)为锻打一体成型的帽头(22)不采用焊接式帽头;
组装:将所述钢体粘结硬质合金块(4)和超耐磨材料(5)后与衬套组装,并填装碳化钨粉(7)和焊料(6),所述焊料(6)为铜、镍、锌特殊配比的焊料;
烧结:将组装好的工件放入高温炉内烧结;
半精车:对工件进行半精加工;
精加工:对工件进行内孔、外圆和端面精磨。
5.如权利要求4所述的混合TC轴承的制造方法,其特征在于步骤②中,锻件表面应平整,不得有缺陷,不得有裂纹和翻皮,尺寸公差在±0.3mm范围内,保证平面度和垂直度,HB为260。
6.如权利要求4所述的混合TC轴承的制造方法,其特征在于步骤⑥中,包括以下工艺:
A、粘接超耐磨材料(5)和硬质合金(4);在钢体外圆周面上用粘接剂粘接若干块长方形的超耐磨材料(5)和硬质合金块(5),并使得若干块超耐磨材料(5)和硬质合金块(4)呈在钢体外周面上沿圆周方向均布排列;
B、装套;将粘接完硬质合金块(4)的钢体装入衬套内,并使得钢体孔端与衬套的一端平齐,并将该端钢体与衬套的连接处密封焊接;
C、填装填充料;将填充料装入到衬套与钢体具有帽头的一端之间,然后边装边振动,使得填充料完全将相邻硬质合金块(4)之间的间隙填满;
D、填装焊料(6);将焊料(6)添加到衬套内与钢体具有帽头的一端之间。
7.如权利要求4所述的混合TC轴承的制造方法,其特征在于步骤⑦中,将填装完焊料(6)后的所述钢体和衬套装入台车炉内烧结,烧结温度是按每小时450度的升温速度,在升到1300度-1400度时停炉降温,自降至400度左右时将工件取出,在烧结过程中,加入惰性气体,从而减少了超耐磨材料、硬质合金和填充料性质的变化,更增加了硬度及其耐磨性。
8.如权利要求4所述的混合TC轴承的制造方法,其特征在于步骤⑧中,用车床Q1319-1A粗车,粗车时工价根据粗车图纸进行,加工完检验员按照图纸逐项检验,检验合格进入下一工序。
9.如权利要求4所述的混合TC轴承的制造方法,其特征在于步骤⑨中,用内圆磨床M2120A进行内孔的精磨;精磨完内孔,进行外圆精磨,用M131W外圆磨床精磨外圆;最后进行端面加工,使用HZ-500平面磨床进行端面加工,内孔、外圆和端面的粗糙度要求达到1.6以上。
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