CC BY
25
- © В.В. Зубов, М.Л. Хазин, 2015
УДК 519.713; 622.24.05
В.В. Зубов, М.Л. Хазин
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА
Рассмотрена модель формирования технологического наследования напряженно деформированного состояния элементов армирования инструмента, что позволяет обеспечить устранение разности значений условной жесткости системообразующих объемов материалов обеспечивающих равновесность НДС. Ключевые слова: показатель надежности, буровой инструмент, сравнительные испытания.
Повышение износостойкости бурового инструмента позволит сократить количество используемого бурового инструмента на горнодобывающих предприятиях и снизить риск аварий. Большинство отечественных буровых коронок по степени внедрения новейших технологических разработок и качеству изготовления продолжают значительно уступать коронкам, выпускаемым ведущими зарубежными производителями.
Ввиду низкой стойкости бурового инструмента, большая часть буровых затрат приходится на материалы. Причем, стоимость инструмента, иногда составляет свыше 70% всех затрат.
Основными причинами снижения надежности коронок при бурении шпуров и скважин является разрушение и выпадение породоразруша-ющих вставок, их недостаточная износостойкость и циклическая прочность. Статистический анализ данных горных предприятий о надежности буровых коронок показал, что доля перфораторных коронок с разрушением и выпадением твердосплавных вставок составляет 13-35%, пневмо-ударных - более 50%.
Установленное снижение надежности буровых коронок, вызвано применением в условиях возросшей мощности бурильных машин, недостаточно
эффективной конструкции призматических твердосплавных вставок в коронках, а так же весьма ограниченным диапазоном горно-геологических условий эффективного применения.
Из выше перечисленного следует, что в системе основных факторов, снижающих работоспособность призматических породоразрушающих вставок, является схема нагружения, вызывающая их смещение по паяному шву [1].
Проведенный анализ имеющихся технологий упрочнения твердосплавного бурового инструмента показал широкие технологические возможности различных методов упрочнения, применяемых при изготовлении буровых коронок.
На данный момент, перспективной является тенденция применения комбинированных методов упрочнения в сочетании с финишной виброобработкой, позволяющих получить совокупность новых свойств и более высокий эффект упрочнения армирующих элементов коронки.
Также отмечается тенденция совершенствования формы породораз-рушающей поверхности и способов ее обработки для придания вставкам управляемых, технологических и эксплуатационных свойств без снижения исходного уровня точности.
Имеющаяся информация о реальном качестве армирующих изделий не позволяет обоснованно назначить соответствующие требования к прочности, размерной точности, способам обработки, износостойкости и долговечности твердосплавного оснащения буровых коронок из-за отсутствия данных об исходном напряженном состоянии и циклической прочности твердосплавных армирующих изделий, о влиянии технологии изготовления и условий их эксплуатации. Кроме того, технические требования к обеспечению надежности твердосплавного оснащения методами упрочнения разработаны без учета конструктивно-технологического исполнения и условий эксплуатации коронок, в результате эффективность упрочнения имеет значительный разброс. При отсутствии вероятностной оценки нормирование показателей надежности конструктивных элементов буровых коронок не дает достоверной информации о достигнутом эффекте упрочнения.
В условиях изнашивания, циклических нагрузок и переточек породо-разрушающей части коронок устойчивость упрочненного слоя контактных поверхностей изменяется во времени эксплуатации. Этот процесс сопровождается изменением нагруженного объема породоразрушающих вставок коронок и напряженного состояния в поверхностном слое.
Учитывая технологические возможности методов объемного и поверхностного упрочнения армирующих изделий изменять в широком диапазоне упруго-пластические свойства материала, необходимо установить граничные условия его предельного напряженного состояния.
Как показывает опыт решения подобных исследовательских задач, эффект упрочнения армирующих изделий в коронках, достаточно надежно оценивается по изменению оста-
точных технологических напряжений в макрообъеме и микроструктурных составляющих материала изделия (напряжений I и II рода) , так как величина и характер этих напряжений тесно связаны с изменением его прочностных свойств при любом упрочняющем воздействии.
В процессе эксплуатации изменяются геометрические параметры и взаимное расположение рабочих поверхностей, что обусловлено влиянием технологии армирования [2], циклического характера нагружения, изнашивания и восстановления породоразру-шающих элементов [3] и в результате происходит НДС. Эти явления рассматриваются с позиций технологической наследственности свойств материалов конструктивных элементов инструмента на всех стадиях производства и эксплуатации.
Механизм изменения размеров и формы породоразрушающих вставок инструмента, при изготовлении связан с остаточными напряжениями пайки [2] и запрессовки [1], а во время эксплуатации главным образом с неравномерным износом при бурении и неблагоприятным воздействием технологии восстановления породораз-рушающей поверхности инструмента, что сопряжено с изменением НДС. В тех случаях, когда абразивная заточка связана с большим припуском, возникает более интенсивное тепловое поле, приводящее к образованию в данной зоне местных напряжений, переходящих на ее периферии к концентрациям напряжений с различным знаком напряжений, это вызывает упругие перемещения и изменение формы вставок и их соединения с корпусом.
Отклонения формы и концентрации напряжений в значительной степени устранимы введением дополнительной термообработки перед окончательным шлифованием пери-
ферийных и заточкой фронтальных ем поверхностного виброупрочнения поверхностей твердосплавных вста- для уменьшения остаточных напряже-вок инструмента, а также применени- ний и их концентраций.
1. Клочко Н.А. Основы технологии пайки и термообработки твердосплавного инструмента. - М.: Металлургия, 1985. - 200 с.
2. Александрова Л.И., Боярских Г.А., Лошак М.Г. Формирование заданных свойств породоразрушающих элементов инструмента / Композитные материалы в породоразрушающих инструментах. Тезисы докладов I всесоюзной научно-технической конференции, Ивано-Франковск. - 1987. - С. 23-24.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Васильев А.С., Дальский А.М. Технологические Основы управления качеством машин. - М.: Машиностроение, 2003. -255 с.
4. Коган Б.И. Технологическое обеспечение качества производства горных машин и инструментов. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1996. - 258 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Зубов Владимир Владимирович - аспирант,
Хазин Марк Леонтьевич - доктор технических наук, профессор,
Уральский государственный горный университет, e-mail: umu@ursmu.ru.
UDC 519.713; 622.24.05 INCREASE OF WEAR RESISTANCE OF THE HARD-ALLOY BORING TOOL
Zubov V.V.1, Graduate Student,
Khazin M.L.1, Doctor of Technical Sciences, Professor,
1 Ural State Mining University, 620144, Ekaterinburg, Russia, e-mail: umu@ursmu.ru.
The model of stress-strain state the tool elements was describe. Formation of technological inheritance of tensely deformed condition of reinforcing of that allows to provide elimination of a difference of values of conditional rigidity of backbone volumes of materials of the stress-strain state providing a equilibrium is considered.
Key words: reliability indicator, boring tool, comparative tests.
REFERENCES
1. Klochko N.A. Osnovy tekhnologii paiki i termoobrabotki tverdosplavnogo instrumenta (Hard-alloy instrument soldering and thermal treatment manufacturing science), Moscow, Metallurgiya, 1985, 200 p.
2. Aleksandrova L.I., Boyarskikh G.A., Loshak M.G. Kompozitnye materialy v porodorazrushayushchikh instrumentakh. Tezisy dokladov I vsesoyuznoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii (Composite materials in rock destruction tools. Abstracts of papers of I All-Union Scientific-Technical Conference), Ivano-Frankovsk, 1987, pp. 23-24.
3. Vasil'ev A.S., Dal'skii A.M. Tekhnologicheskie Osnovy upravleniya kachestvom mashin (Engineering principles of machine quality control), Moscow, Mashinostroenie, 2003, 255 p.
4. Kogan B.I. Tekhnologicheskoe obespechenie kachestva proizvodstva gornykh mashin i instrumentov (Technological control of quality in manufacture of mining machines and tools), Kemerovo, Kuzbassvuzizdat, 1996, 258 p.
A
