CC BY
55
АРМАТУРА
Обработка деталей из вольфрамокобальтового сплава методом механической обработки на станке с ЧПУ
К.И. Воскресенская
инженер-технолог ООО «Некст Трейд»
Твердые сплавы представляют собой кор-розионно- и износостойкие материалы, способные сохранять структуру при повышенных температурах (900-1100 градусов).
Сегодня в разных отраслях производства сталкиваются с потребностью использования изделий, изготовленных из материалов вольфрамовой группы. Такие сплавы маркируют буквами ВК, после которых цифрами указывают процентное содержание в сплаве кобальта. Так, сплав ВК8 содержит 8% кобальта и, следовательно, 92% карбида вольфрама. Физические и механические свойства сплавов группы ВК представлены в таблицах 1 и 2, соответственно.
Твердые сплавы группы ВК получили широкое распространение в нефтегазовой отрасли не только при изготовлении бурового инструментов. Одним из направлений стало изготовление деталей и узлов сложной геометрической формы в клапанах регулирующих.
Использование карбида вольфрама как базового материала для изготовления деталей проточной части регулирующих клапанов было обусловлено следующими факторами.
Группа компаний «Некст Трейд» вот уже 20 лет разрабатывает, изготавливает и поставляет оборудование для уникального газоконденсатного месторождения в Астраханской области. Уникальность данного месторождения заключается в высоком содержании сероводорода в пластовом газе, после сепарации которого, выделяются не только чистый газ и нефтепродукты, но и как основной компонент — чистая сера.
Однако сама добыча газа с высоким содержанием H2S (более 25%) сопряжена с технологическими трудностями. Дело в том, что добываемый пластовый газ «вырывается наружу» под давлением 700 атм., да еще и в виде газового конденсата (смеси жидких углеводородов). Понятно, что добываемый газ тянет за собой песок и осколки породы. Вся эта агрессивная смесь летит с огромной
Рис. 1 — Схема клапана регулирующего
скоростью и колоссальным давлением из скважины. Как результат — в течение срока эксплуатации мы получаем эффекты коррозии и эрозии материалов оборудования. В таких условиях требования к технологическому оборудованию, используемому для добычи, в том числе и к регулирующим клапанам, которые предназначены для регулирования дебета скважины, очень высокие.
Основной деталью, принимающей все
Сплав
ВК 6-М ВК 8
Сплав
ВК 6-М ВК 8
Коэффициент теплопроводности, л, Вт/
(мх°С)
67 64
Удельная теплоемкость, С, Дж/(кгхград.)
175,9 167,6
Коэффициент линейного расширения, Х, 106 К-1
3,6 ... 5
4,8 ... 5,5
Плотность, р, г/см3
14,8 . 15,1 14,4 ... 14,8
Электропроводность, R, Ом-мм2/м
0,206 0,207
Таб. 1 — Физические свойства сплавов группы ВК согласно ГОСТ 3882-74
Предел прочности при изгибе, ов. изг., МПа
1421 1666
Предел прочности при сжатии, ов. сж., МПа
4300 ... 4900 3235 ... 4380
Модуль упругости нормальный, Е, ГПа
632
598
Красностойкость, °С
1050 . 1100 950 ... 1000
Твердость, HRA, не
90 87,5
Таб. 2 — Механические свойства сплавов группы ВК согласно ГОСТ3882-74
56
негативные воздействия среды, является сепаратор (в иностранных источниках — тримм).
Выбор карбида вольфрама в качестве базового материала для изготовления сепаратора (тримма) вызван тем фактом, что немногие хромоникелевые сплавы способны выдерживать условия агрессивных сред. Дефекты, образовавшиеся при эксплуатации, показаны на рис. 2.
Несмотря на хрупкость материала, химико-физические свойства, описанные выше, особенно нейтральность к агрессивным средам и высокая износоустойчивость, позволяют эффективно использовать изделия из карбида вольфрама в нефтегазовой области.
Однако обратная сторона медали — это способы его обработки. Изготовление таких деталей как сепаратор (тримм), изображенный на рис. 3, сопряжено с большими затратами как в плане стоимости изделий, так и затратами по времени.
Обработка твердых сплавов — довольно сложный процесс в силу того, что этим сплавам свойственны твердость, упругость, противостояние силам резания. В последние несколько лет, в основном, применяют шлифование алмазными кругами. На эффективность этого способа влияет зернистость алмаза, то есть чем она больше, тем выше
ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ МАРТ 1 (68) 2019
производительность и выше шероховатость получаемой поверхности. При предварительном шлифовании используют крупнозернистые алмазы, а для доводки достаточно 25-50 процентной концентрации алмазного порошка в круге. Но высокая стоимость кругов и их засаливание в процессе обработки, снижающее эффективность, являются большими недостатками данного метода.
Другим способом обработки твердых сплавов, особенно при обработке деталей, имеющих сложный профиль, применимы технологии проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО) и гидроабразивной резки. Данные технологии позволяют получать заготовки и детали любого профиля, независимо от их прочностных характеристик, без применения дополнительной оснастки. При использовании проволоч-но-вырезной электроэрозионной обработки в качестве электрода-инструмента используется молибденовая или латунная проволока диаметром от 0,02 до 0,3 мм, что дает осуществить обработку узких пазов деталей сложного профиля с высокой точностью.
Надо отметить, что группа компаний «Некст Трейд» не производит детали из ВК, а заказывает их на специализированных предприятиях, коих в Российской Федерации осталось не так много. В результате наша компания сталкивается с такими трудностями, как высокая стоимость изделий из-за сложности изготовления и обработки, и длительные сроки изготовления (минимум 4 месяца) из-за высокой трудоемкости.
В связи с развитием технологий изготовления режущих инструментов, автор статьи предлагает снизить зависимость и риски от производителей изделий из ВК. В нашей компании был подобран инструмент и проведен эксперимент обработки деталей из вольфра-мокобальтового сплава (ВК 8), методом механической обработки на станке с ЧПУ.
Предварительные результаты дали интересную информацию для размышления. Мы поняли, что можем уйти от традиционных технологий обработки изделий из ВК и при этом решить широкий круг следующих задач:
1. Снизить время на изготовление детали. Если взять всю обработку на себя, то остается только заказать заготовки нужного размера у производителя. Это, несомненно, снизит сроки производства готовой детали.
2. Возможность контролировать геометрические размеры детали. Зачастую, наша компания получает детали с отклонениями от заявленных параметров, но так как сроки изготовления достаточно длительные, то мы вынуждены принимать данную ситуацию как должное.
3. Появляется возможность изготовления деталей сложных геометрических форм, сложных канавок и даже резьбы.
Однако читатель может задать резонный вопрос касательно экономического эффекта данной технологии. Во-первых, такой инструмент стоит недешево и, во-вторых, износ режущего инструмента тоже может повлиять на стоимость всего процесса. Хотелось бы отметить, что мы только в начале пути по отработке технологии обработки изделий из ВК токарным способом. Несомненно, в процессе будет посчитан экономический эффект и целесообразность применения данной технологии. О результатах данного эксперимента мы расскажем в следующей публикации.
Рис. 3 — Сепаратор
Список литературы
1. Андрианов А.И. Прогрессивные методы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1975. 238 с.
2. Кривоухов В.А. и др. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки. М.: Машиностроение, 1967. 654 с.
3. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1985. 304 с.
1Ш
ООО «Некст Трейд»
394038, Россия, г. Воронеж, ул. Дорожная, 17З +7 (473) 260-50-05 (многоканальный) E-mail: mail@nt-group.ru http://nt-group.ru
