本文關(guān)鍵詞：牙輪鉆頭球面浮動套軸承激光淬火技術(shù)研究與應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：牙輪鉆頭作為最重要的鉆井工具,其工作性能的優(yōu)劣將直接決定鉆井效率和鉆井成本,進(jìn)而決定著油氣資源開采的延續(xù)性。而軸承作為牙輪鉆頭最主要的零部件之一,其壽命的長短直接決定著牙輪鉆頭的使用壽命。在實(shí)際工作過程中軸承耐磨性差,黏著磨損失效是制約牙輪鉆頭壽命的主要原因之一,同時(shí)軸承還傳遞著破巖所需的數(shù)百千牛的鉆壓,承受著較大的沖擊載荷。為了提高牙輪鉆頭滑動軸承的耐磨性和抗疲勞性,本文將傳統(tǒng)柱面的滑動軸承的外表面修緣成球面,并首次將激光淬火這一先進(jìn)的表面改性技術(shù)引用到牙輪鉆頭球面浮動套軸承中,通過理論、有限元分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式開展牙輪鉆頭球面浮動套軸承激光淬火表面改性技術(shù)的研究,并對球面浮動套軸承激光淬火的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究,使球面浮動套軸承達(dá)到外剛內(nèi)韌的效果,通過本文的研究,為提高牙輪鉆頭滑動軸承的耐磨性和抗疲勞性提供一種新方法和新思路,進(jìn)而提高和穩(wěn)定牙輪鉆頭的使用壽命。論文完成的主要工作和取得的研究成果如下：(1)通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)研可知,牙輪鉆頭滑動軸承存在耐磨性差、黏著磨損失效和承受沖擊載荷的問題,而激光淬火技術(shù)在提高零部件耐磨性和抗疲勞性方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢,本文首次將激光淬火引用到牙輪鉆頭球面浮動套軸承中,開創(chuàng)了一種提高牙輪鉆頭滑動軸承耐磨性和抗疲勞性的新方法和新思路。(2)考慮到牙輪鉆頭軸承的工作環(huán)境,本文以18CrNiMo7-6鋼為軸承材料,對軸承的內(nèi)外表面做滲碳處理,通過數(shù)值模擬研究可知：滲碳結(jié)束后軸承內(nèi)外表面有0.8mm左右的滲碳層,含碳量都達(dá)到了0.8%左右。而軸承芯部有接近1.5mm的深度,含碳量都低于0.35%,最低值為0.3%左右,為之后進(jìn)行激光淬火而得到外剛內(nèi)韌的球面浮動套軸承打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(3)為了得到更優(yōu)的球面浮動套軸承激光淬火效果,本文對激光淬火的工藝參數(shù),即掃描速度V、激光功率P和光斑尺寸D進(jìn)行了對比優(yōu)化研究,通過有限元分析得到牙輪鉆頭球面浮動套軸承激光淬火時(shí)較優(yōu)的掃描速度為55mm/s,較優(yōu)的激光功率為1.1kw,較優(yōu)的光斑尺寸為φ3.5mm。(4)在優(yōu)化的激光淬火工藝參數(shù)下,對牙輪鉆頭球面浮動套軸承進(jìn)行激光淬火熱處理后發(fā)現(xiàn),軸承相變區(qū)中心點(diǎn)在不到0.3s的時(shí)間內(nèi),就能達(dá)到峰值溫度,最大的加熱速度達(dá)到了2.95×104℃/s,而且冷卻也非�？�,最大時(shí)能達(dá)到6.21×103℃/s。在這樣快速加熱和冷卻的過程中,軸承相變區(qū)產(chǎn)生了大量的馬氏體組織,在距軸承內(nèi)外表面0.8mm左右的區(qū)域內(nèi),馬氏體的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)92%左右。這使得球面浮動套軸承內(nèi)外表面的硬化層深度達(dá)到了0.83mm左右,硬度達(dá)到了833.454HV,而軸承芯部有大約1.5mm左右的厚度,硬度值都在200HV左右,不僅提高了耐磨性,也實(shí)現(xiàn)了球面浮動套軸承的外剛內(nèi)韌。同時(shí),軸承激光淬火的相變區(qū)以壓應(yīng)力為主,熱影響區(qū)以拉應(yīng)力為主,說明軸承經(jīng)激光淬火后將有利于提高自身的抗疲勞性。此外,將軸承激光淬火與常規(guī)淬火的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析研究可知：球面浮動套軸承的激光淬火效果優(yōu)于常規(guī)淬火,不僅提高了球面浮動套軸承的耐磨性,而且實(shí)現(xiàn)了軸承的外剛內(nèi)韌,軸承在工作過程中既耐磨又能承受一定的沖擊載荷。(5)本文對球面浮動套軸承進(jìn)行了設(shè)計(jì)、制造、激光淬火現(xiàn)場試驗(yàn),并對激光淬火處理后的球面浮動套軸承進(jìn)行硬度分析,金相分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：選用數(shù)值模擬方法優(yōu)化后的激光淬火工藝參數(shù)對球面浮動套軸承進(jìn)行激光淬火后,軸承表面并沒有熔化的現(xiàn)象；軸承內(nèi)外表面有大約0.9mm左右深度的針狀馬氏體組織；同時(shí)實(shí)驗(yàn)測得的軸承的最大硬度值達(dá)到了837.48HV,內(nèi)外表面的硬化層深度達(dá)到了0.9mm左右,而軸承心部有大約1.8mm左右的硬度值都在200HV左右,達(dá)到了外剛內(nèi)韌的效果,將實(shí)驗(yàn)值和模擬值對比發(fā)現(xiàn),其變化趨勢一致,吻合性較好,同時(shí)也驗(yàn)證了用數(shù)值模擬方法所優(yōu)化的激光淬火工藝參數(shù)結(jié)果的正確性。
【關(guān)鍵詞】：牙輪鉆頭 球面浮動套軸承 激光淬火 有限元分析 現(xiàn)場試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE921.1;TG156.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-25
• 1.1 引言9-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-23
• 1.2.1 牙輪鉆頭軸承的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.2 激光淬火技術(shù)的概述16-20
• 1.2.3 激光淬火技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-23
• 1.3 本論文的研究目的和意義23
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)23-25
• 第2章 球面浮動套軸承激光淬火有限元分析的理論25-36
• 2.1 軸承激光淬火過程溫度場計(jì)算的理論基礎(chǔ)26-29
• 2.1.1 激光淬火傳熱方式分析26-27
• 2.1.2 初始條件及邊界條件的確定27-29
• 2.1.3 溫度場分布的數(shù)學(xué)模型29
• 2.2 軸承激光淬火過程相變及硬度場計(jì)算的理論基礎(chǔ)29-32
• 2.2.1 相變理論30-31
• 2.2.2 Leblond相變模型31-32
• 2.2.3 硬度場計(jì)算的基本原理32
• 2.3 軸承激光淬火過程應(yīng)力場計(jì)算的理論基礎(chǔ)32-35
• 2.3.1 熱彈性本構(gòu)方程32-33
• 2.3.2 基于增量理論的彈塑性本構(gòu)方程33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 球面浮動套軸承激光淬火工藝參數(shù)的優(yōu)化研究36-50
• 3.1 激光淬火的工藝參數(shù)及其相互作用36-37
• 3.2 工件材料的選取及物理模型的建立37-38
• 3.3 軸承滲碳過程數(shù)值模擬38-42
• 3.3.1 滲碳面的選取38-40
• 3.3.2 滲碳結(jié)果與分析40-42
• 3.4 激光淬火熱源的處理42-44
• 3.4.1 SYSWELD中的熱源模型42-43
• 3.4.2 熱源的校核43-44
• 3.5 軸承激光淬火工藝參數(shù)的優(yōu)化確定44-49
• 3.5.1 掃描速度的優(yōu)化確定45-46
• 3.5.2 激光功率的優(yōu)化確定46-48
• 3.5.3 光斑尺寸的優(yōu)化確定48-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第4章 球面浮動套軸承激光淬火數(shù)值模擬結(jié)果與分析50-61
• 4.1 軸承激光淬火溫度場數(shù)值模擬結(jié)果與分析50-54
• 4.2 軸承激光淬火硬度場數(shù)值模擬結(jié)果與分析54-56
• 4.2.1 組織轉(zhuǎn)變54-55
• 4.2.2 硬度場的結(jié)果與分析55-56
• 4.3 軸承激光淬火應(yīng)力場數(shù)值模擬結(jié)果與分析56-59
• 4.4 軸承激光淬火與常規(guī)淬火數(shù)值模擬結(jié)果對比分析59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第5章 球面浮動套軸承單元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與加工61-70
• 5.1 軸承單元件參數(shù)的確定61-62
• 5.2 相關(guān)夾具的設(shè)計(jì)與加工62-65
• 5.3 軸承單元件的加工65-69
• 5.3.1 軸承單元件加工工藝的制定65-67
• 5.3.2 軸承外表面加工程序的編制67-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第6章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案70-78
• 6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>70
• 6.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備70-71
• 6.3 實(shí)驗(yàn)步驟71-76
• 6.3.1 軸承表面的預(yù)處理71-72
• 6.3.2 軸承激光淬火處理72
• 6.3.3 表面狀態(tài)觀察72-74
• 6.3.4 顯微組織觀察74-76
• 6.3.5 顯微硬度的測定76
• 6.4 結(jié)果與分析76-77
• 6.5 本章小結(jié)77-78
• 第7章 結(jié)論與展望78-80
• 7.1 結(jié)論78-79
• 7.2 下一步研究工作79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文、專利及參與的科研項(xiàng)目87

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡辛禾;能量平衡的牙輪鉆頭[J];石油機(jī)械;2002年12期

2 陳敏;呂建國;劉寶林;李國民;肖天鵬;;直井牙輪鉆頭碎巖功率研究[J];石油鉆探技術(shù);2006年02期

3 李思濤;馬德坤;夏宇文;;單牙輪鉆頭牙齒齒形研究[J];石油礦場機(jī)械;2012年06期

4 ;牙輪鉆頭技術(shù)座談會在北京召開[J];礦山機(jī)械;1975年01期

5 丁振X;賴傳輝;;礦用牙輪鉆頭鑒定會在武漢市召開[J];金屬礦山;1979年04期

6 唐漢祥;;兩牙輪鉆頭[J];石油鉆采機(jī)械通訊;1979年03期

7 姜榮超;;影響牙輪鉆頭壽命諸因素的初步分析[J];礦山機(jī)械;1981年01期

8 陳步邱;;國外牙輪鉆頭的改進(jìn)[J];礦山機(jī)械;1982年01期

9 張啟昌;使用壽命最長的牙輪鉆頭[J];石油鉆采機(jī)械;1983年05期

10 鄭玉庭;陳吉光;;提高牙輪鉆頭壽命的措施及其經(jīng)濟(jì)效益[J];金屬礦山;1984年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 丁振X;任寶林;;礦用牙輪鉆頭軸承受力的試驗(yàn)研究[A];第四屆全國巖石破碎學(xué)術(shù)討論會論文集[C];1989年

2 劉正模;;牙輪鉆頭的自動注油潤滑[A];巖石破碎理論與實(shí)踐——全國第五屆巖石破碎學(xué)術(shù)會論文選集[C];1992年

3 朱才朝;;牙輪鉆頭縱向橫向扭轉(zhuǎn)振動動力學(xué)仿真研究[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（下冊）[C];2001年

4 林敏;楊迎新;馬德坤;劉琪;;牙輪鉆頭刮切破巖的實(shí)驗(yàn)研究方法[A];新世紀(jì)巖石力學(xué)與工程的開拓和發(fā)展——中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會第六次學(xué)術(shù)大會論文集[C];2000年

5 張文衛(wèi);;牙輪鉆頭牙齒作用方式對破巖效果的影響[A];巖石破碎理論與實(shí)踐——全國第五屆巖石破碎學(xué)術(shù)會論文選集[C];1992年

6 羅磊;李興寶;丁鵬;任曉宇;;長北8-1/2寸牙輪鉆頭失效分析及改進(jìn)[A];創(chuàng)新·質(zhì)量·低碳·可持續(xù)發(fā)展——第十屆寧夏青年科學(xué)家論壇石化專題論壇論文集[C];2014年

7 黃春申;;四川地區(qū)二迭系(樂二、陽三)巖石在牙輪鉆頭破巖試驗(yàn)機(jī)上做破巖試驗(yàn)的研究[A];巖石破碎理論與實(shí)踐——全國第五屆巖石破碎學(xué)術(shù)會論文選集[C];1992年

8 胡永賀;;浮動式牙輪鉆頭的研制[A];巖石破碎理論與實(shí)踐——全國第五屆巖石破碎學(xué)術(shù)會論文選集[C];1992年

9 甘行平;;PZ系列組合牙輪鉆頭及其嵌巖技術(shù)的研究[A];中國地質(zhì)科學(xué)院“九五”科技成果匯編[C];2001年

10 鄧嶸;艾之久;王方;;牙輪鉆頭CAD/CAE研究[A];面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程——2001年“面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程”學(xué)術(shù)會議暨企業(yè)生產(chǎn)工程與產(chǎn)品創(chuàng)新專題研討會論文集[C];2001年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曹海峰;江鉆股份牙輪鉆頭出口退稅率獲調(diào)高[N];中國石化報(bào);2009年

2 劉臣武;武冶重工成功開發(fā)礦用牙輪鉆頭新產(chǎn)品[N];中國冶金報(bào);2009年

3 通訊員 王霞邋梁玉萍 記者 冷春放;大直徑全面鉆進(jìn)牙輪鉆頭填補(bǔ)國內(nèi)空白[N];中國石油報(bào);2008年

4 王霞 冷春放;國內(nèi)直徑最大全面鉆進(jìn)牙輪鉆頭問世[N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2008年

5 陳立�！」�;寶石機(jī)械成都公司研制成功國內(nèi)新型螺旋布齒牙輪鉆頭[N];中國石化報(bào);2010年

6 通訊員 陳立希　郭芳;國內(nèi)首只新型螺旋布齒牙輪鉆頭在成都寶石公司研制成功[N];中國石油報(bào);2010年

7 記者 李祖詩;科技插翅 效益騰飛[N];中國石化報(bào);2001年

8 孫海濤;不斷發(fā)展牙輪鉆頭核心技術(shù)[N];中國石化報(bào);2007年

9 本報(bào)記者 于銀花　仇國強(qiáng);高速牙輪鉆頭消除深井鉆探“瓶頸”[N];中國石化報(bào);2010年

10 石建芬　曹海峰;江鉆國際市場銷售收入創(chuàng)新高[N];中國石化報(bào);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王國榮;牙輪鉆頭浮動套軸承工作機(jī)理研究[D];西南石油學(xué)院;2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉云勝;單牙輪鉆頭輪體速比的仿真研究[D];西南石油大學(xué);2012年

2 蔣龍;牙輪鉆頭軸承表面織構(gòu)加工及其對摩擦學(xué)性能影響的研究[D];西南石油大學(xué);2016年

3 郝廣輝;牙輪鉆頭球面浮動套軸承激光淬火技術(shù)研究與應(yīng)用[D];西南石油大學(xué);2016年

4 李占川;礦用牙輪鉆頭運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)研究[D];東北大學(xué);2012年

5 唐東;基于有限元方法的單牙輪鉆頭性能評價(jià)研究[D];西南石油大學(xué);2015年

6 楊斌;牙輪鉆頭浮動套軸承接觸應(yīng)力分析研究[D];西南石油學(xué)院;2005年

7 熊尉伶;球面浮動套軸承在牙輪鉆頭中的應(yīng)用研究[D];西南石油大學(xué);2015年

8 楊眉;鋼齒牙輪鉆頭齒面強(qiáng)化材料及強(qiáng)化工藝研究[D];西南石油學(xué)院;2003年

9 盛友萍;異形牙輪單牙輪鉆頭運(yùn)動和流場分析[D];西南石油學(xué)院;2002年

10 楊松;異形單牙輪鉆頭牙齒載荷測試與分析[D];西南石油大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：牙輪鉆頭球面浮動套軸承激光淬火技術(shù)研究與應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：295106