CC BY
28
21
НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2 ГГУ.я31яянваряя-я4яфевраляя2000я-одая
»А^М1
^ М.А. Горшенин, 2000
УАК 622.232.6:622.24.051.55.004.62
М.А. Горшенин
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ШАРОШЕЧНЫХ АОЛОТ, ОСНАШЕННЫХ ТВЕРАОСПЛАВНЫМИ ВСТАВКАМИ,
МЕТОАОМ СЕЛЕКТИВНОЙ СБОРКИ
Анализ эксплуатации шарошечных долот, оснащенных твердым сплавом ВК-8, показал, что определенная часть отказов породоразрушающего инструмента происходит не в результате износа режущих кромок твердосплавных зубков, а вследствие их выпадения из корпуса шарошечного долота, либо из-за их выкрашивания. Исследования условий работы бурового инструмента, а также детальное изучение технологии их изготовления на производящих предприятиях, выявили ряд причин преждевременного выхода из строя данного инструмента.
Во-первых, поставляемый на завод твердый сплав имеет существенные отклонения размеров от номинальных значений, заявленных изготовителем. Во-вторых, в некоторых партиях изделий имеют место трещины на поверхности твердосплавного зубка, что приводит к полному растрескиванию и выкрашиванию твердого сплава в процессе эксплуатации шарошки.
Для соединения твердосплавных вставок с корпусом шарошки применяется пресс-посадка. Прочность такого соединения обеспечивается соответствующими значениями натягов,
табл.1.
Таким образом, для обеспечения требуемых натягов поле допуска отверстия и поле допуска твердосплавной вставки не должны в сумме превышать поле допуска натяга. Поле допуска поставляемого твердого сплава составляет 27 мкм, то есть для обеспечения полной взаимозаменяемости деталей при сборке необходимо изготовить отверстия с полем допуска не более 13 мкм. Технология изготовления рассматриваемого инструмента предусматривает сверление отверстий под твердый сплав после термической обработки корпуса шарошки. Данное технологическое решение является неизбежным и вследствие повышенного износа сверл не позволяет достичь высокой точности размеров отверстия, а также ведет к его разбивке, т.е. к отклонению от круглости. Сверление отверстий в корпусе шарошки с твердостью ЫЯС 42...44 является очень трудоемким процессом, а обеспечение заданной точности если и возможно, то с применением дорогостоящего инструмента импортного производства. В существующих условиях наиболее реально получение отверстий с полем допуска порядка 50
Рис. 1. Гистограмма и полигон распределения размеров отверстий
Рис. 2. Гистограмма и полигон распределения размеров тв. сплавов
мкм. Фактические размеры отверстий и твердосплавных зубков, полученные в результате замеров при производстве шарошек, представлены в виде гистограмм частот и кривых распределения на рис. 1 и 2.
Как видно, с достаточной степенью приближения можно говорить о нормальном законе распределения размеров отверстий и твердосплавных вставок. Анализ данных результатов измерений позволяет говорить о том, что при запрессовке определенного количества твердосплавных вставок не обеспечивается предусмотренный чертежом натяг. В одних случаях натяг выше допустимого, в других -ниже. Это обстоятельство во многом объясняет причины преждевременного выхода из строя шарошек. При чрезмерном натяге в твердом сплаве возникают недопустимые внутренние растягивающие напряжения, которые в процессе эксплуатации шарошки, то есть при сильных динамических нагрузках, приводят к образованию трещин в материале вставки, в результате чего твердый сплав быстро разрушается - происходит выкрашивание зубка. При недостаточном натяге твердосплавная вставка выпадает из отверстия из-за недостаточных сил трения в месте сопряжения деталей. Кроме того, отклонение от круглости отверстия ведет к уменьшению площади контакта твердосплавной вставки с поверхностью отверстия шарошки. Данное обстоятельство также приводит к уменьшению сил трения в зоне контакта. Устранение этих недостатков, то есть получение требуемых натягов при изготовлении отверстий по принятой технологии и поставке твердого сплава возможно с использованием селективной сборки.
Как известно метод селективной сборки позволяет расширить поля допусков сопрягаемых деталей до значений приемлемых для конкретного технологического процесса. В нашем случае точность, с которой возможно изготовить отверстие в шарошке без дополнительных доводочных операций, не превышает 50 мкм, точность размеров твердосплавных
Таблица 1
ЗНАЧЕНИЯ НАТЯГОВ В СОЕАИНЕНИЯХ ТВЕРАОСПЛАВНЫХ ЗУБКОВ С КОРПУСОМ ШАРОШЕЧНОГО АОЛОТА ТИПА III - 244,5 ОК-ПВ-21010
ряд диаметр отверстия, мм количество отверстий в ряду диаметр твердосплавного зубка, мм требуемый натяг, мм
В 10 (+0.05) 5 10.19 (-0.027) 0.08 - 0.12
Г 10 (+0.05) 11 10.19 (-0.027) 0.08 - 0.12
Д 12 (+0.05) 16 12.19 (-0.027) 0.08 - 0.12
Е 13 (+0.05) 13 13.19 (-0.027) 0.09 - 0.13
Ж 13 (+0.05) 13 13.19 (-0.027) 0.09 - 0.13
И 8 (+0.05) 17 8.17 (-0.027) 0.06 - 0.10
зубков определяется поставщиком этих изделий и составляет 27 мкм. Технология селективной сборки подразумевает деление полей допусков сопрягаемых деталей на несколько групп, обеспечивая при этом полную взаимозаменяемость внутри каждой группы. Число групп сортировки зависит от ширины полей допусков: чем больше поле допуска деталей, тем больше групп. Таким образом, исходя из производственных возможностей предприятия, выбирается оптимальное соотношение между этими двумя параметрами. В общем случае следует стремиться к уменьшению числа групп сортировки за счет повышения точности изготовления деталей.
Расчет размеров сопрягаемых деталей внутри каждой группы осуществляется по следующим формулам:
п=21Та/(1Ш-1ТБ+1Тф,
где п - число групп сортировки; 1ТЭ -поле допуска отверстия, мкм; Ш - поле допуска вала (твердосплавной вставки), мкм; 1ТЫ - поле допуска натяга, мкм. ЕБ(к)=к (1ТБ/п)+Е1 ;
Е1*=(к-1) (1ТБ/п)+Е1 ;
е8(к)=к (1Т<!/п)+е1 ;
е1(к)=(к-1) (1ТЛ/п)+е1 , где ЕБ(к) и Е1(к) - соответственно
верхнее и нижнее предельные отклонения для к-й группы отверстий, мкм; ез(к) и е!(к) - соответственно верхнее и нижнее предельные отклонения для к-й группы валов (твердосплавных вставок), мкм.
^(к) тах = ед(к) — Е1(к)
№<) т1п = е1(к) - ЕБ(к) , где Ы(к) тах и Ы(к) т1п - соответственно максимальный и минимальный натяги в к- й группе деталей, мкм.
Результаты расчетов для отверстий ряда «Д» диаметром 12 мм шарошки III - 244,5 ОК-ПВ-21010 приведены в табл. 2.
Особенность метода селективной сборки состоит в наличии незавершенного производства, то есть для части твердосплавных зубков не находится соответствующих отверстий. Это связано с несимметричностью действительных законов рассеяния размеров отверстий и твердосплавных вставок. Как видно из представленных кривых распределения рис. 1 и рис. 2 при изготовлении твердосплавных вставок центр группирования размеров смещен в сторону исправимого брака, то есть в сторону больших размеров (такие детали могут быть перешлифованы методом бесцентрового шлифования). При изготовлении отверстий центр смещен в сторону больших диаметров, то есть в сторону неисправимого брака. Для таких отверстий необходимо предусмотреть дополнительное количество твердосплавных зубков прошлифованных на больший размер.
В целом, применяя метод селективной сборки при производстве шарошек, обладая соответствующей измерительной техникой и возможностями осуществления оперативного контроля сборочных операций возможно существенное повышение эксплуатационных качеств за счет исключения, или, по крайней мере, минимизации тех явлений, о которых говорилось в начале статьи. Учитывая высокую трудоемкость изготовления породоразрушающего инструмента такого типа, а также его высокую стоимость, результаты реализации метода селективной сборки при производстве требуют дальнейших исследований.
Таблица 2
ПАРАМЕТРЫ ГРУПП СОРТИРОВКИ АЕТАЛЕЙ ПРИ СЕЛЕКТИВНОЙ СБОРКЕ
Группа
|/ЛР( ЇЇКп
4! т
Натяги в группе Предельные размеры
макси- мальный, минимальный, мм твердосплавной вставки, мм отверстия, мм
У
Горшенин .Максим Александрович ас ііираііі, кафедра «Техно.іоі ия машинострое-
ния и ремоша гормон) оборудования», Московский юсударственный г ормь.йі университет.
Файл: ГОРШ
Каталог: G:\С диска по работе в универе\GIAB_20\GIAB4_00\ВСЕ
Шаблон:
CЛUsers\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Norm
al.dotm
Заголовок: Повышение эксплуатационных свойств шарошек, осна-
щенных тверосплавными вставками методом селективной сборки. Содержание:
Автор: Гитис Л.Х.
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 13.04.2000 10:23:00
Число сохранений: 9 Дата сохранения: 04.12.2008 15:40:00 Сохранил: Таня
Полное время правки: 33 мин.
Дата печати: 04.12.2008 16:33:00
При последней печати страниц: 2
слов: 1 202 (прибл.)
знаков: 6 853 (прибл.)
