牙轮钻头球面浮动套高频淬火过程温度场数值模拟.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第７期倡牙轮钻头球面浮动套高频淬火过程温度场数值模拟何畏，李波，兰晓冬，曾莲，周晓敏（西南石油大学机电工程学院，成都６１０５００）摘要：建立球面浮动套在淬火冷却过程中温度场有限元模型，分析温度场变化规律和分布状态，温度场模拟结果表明：在整个淬火过程中，球面浮动套截面沿径向温差先增大后减小，冷却到５ｓ时，温差最大为１６２℃；冷却到５０ｓ时，外表面率先发生马氏体转变；当冷却到１５０ｓ时，球面浮动套芯部温度为

2、２８１℃，几乎完成马氏体转变。模拟温度值与实测温度值进行比较，一致性较好，证明所建模型有效。关键词：球面浮动套；Ｃｒ１２ＭｏＶ模具钢；高频淬火；温度场中图分类号：ＴＨ１６文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）０７—００８５—０５Numericalsimulationoftemperaturefieldduringhigh-frequencyquenchingprocessofsphericalfloatingringofrockbitＨｅＷｅｉ，ＬｉＢｏ，ＬａｎＸｉａｏｄｏｎｇ，ＺｅｎｇＬ

3、ｉａｎ，ＺｈｏｕＸｉａｏｍｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０５００，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｉｎｈｉｇｈ-ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｑｕｅｎｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｂｕｉｌｔ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕ-ｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓ

4、ｕｌｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｒａｄｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｓｅｃｔｉｏｎｏｆｓｐｈｅｒｉｃａｌｆｌｏａｔｉｎｇｒｉｎｇｆｉｒｓｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｄｕｒｉｎｇｃｏｏｌｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ１６２℃ａｔ５ｓ．Ｔｈｅｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｉｒｓｔｌｙｏｃｃｕｒｓａｔｏｕｔｓｉｄｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｐｈｅｒｉ

5、ｃａｌｆｌｏａｔｉｎｇｒｉｎｇｏｆｒｏｃｋｂｉｔｗｈｅｎｃｏｏｌｅｄｔｏ５０ｓ，ａｎｄａｌｍｏｓｔｆｉｎｉｓｈｅｓａｔ１５０ｓ，ａｎｄａｔｔｈｉｓｍｏｍｅｎｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｓｐｈｅｒｉｃａｌｆｌｏａｔｉｎｇｒｉｎｇｉｎｔｈｅｃｏｒｅｓｉｓ２８１℃．Ａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖａｌｕｅａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｓｈｏｗｓｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔａｎｄｐｒｏｖｅｓｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Keywords：ｓｐｈｅｒｉｃａｌｆｌｏａｔｉ

6、ｎｇｒｉｎｇ；Ｃｒ１２ＭｏＶｄｉｅｓｔｅｅｌ；ｈｉｇｈ-ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｑｕｅｎｃｈｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ和轴颈与浮动套靠近端面的内外表面接触，磨损加０引言剧，严重影响浮动套的使用寿命，即：“边缘效应”。基［２］牙轮钻头是钻井工程中最主要的破岩工具，其工于此，何畏等人提出了球面浮动套轴承，球面浮动作性能的好坏直接影响钻井效率、钻井成本和钻井质套是在浮动套基础上进行的改进，浮动套修缘成球面量。随着世界油气资源勘探开发不断向沙漠、海洋和浮动套，并加工与球面浮动套球面相配合的内凹弧牙高原等复

7、杂地质条件与恶劣自然环境的发展，钻井难轮（轴承），这样不仅可以减小轴承和球面浮动套之间度不断加大，对牙轮钻头工作性能提出了更高的的摩擦，而且能解决浮动套的“边缘效应”，同时，球面［１］要求。浮动套也具有关节轴承特点，所以可以在工作中自动牙轮钻头在良好密封下，失效的主要形式为滑动调心。轴承的磨损。为解决此问题，许多专家学者提出诸多新型牙轮钻头球面浮动套总体结构如图１所示，其［１］方案。王国荣基于流体动力润滑理论在接触应力中的球面浮动套加工工艺包括：车削、磨削、热处理和镀仿真分析的基础上，研究了牙轮钻头浮动套

8、轴承的工膜等；球面浮动套内外表面均镀有ＴｉＮ膜，ＴｉＮ涂层是作机制和结构参数对轴承性能的影响，但是浮动套轴一种优良的涂层，具有高硬度、较好耐高温性、较低摩擦［３］承仍存在缺陷。牙轮钻头在井底工作中存在一定偏因数、较好耐磨性及导热性等特点，可以大大提高牙转，浮动套轴承因受力不均匀使浮动套轴承中的轴承轮钻头球面浮动套的耐磨性。倡四川省科技支撑计划项目（２００９ＧＺ００２６，２０１４ＧＺ０１５３）８５２０１４年第７期现代制造工程（Ｍ