автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование, выбор параметров и создание буровых коронок для машин ударного действия

„ /, ~ На правах рукописи

{ йМ »У»* УДК622.24.051

Боярских Геннадий Алексеевич

ОБОСНОВАНИЕ, ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И СОЗДАНИЕ БУРОВЫХ КОРОНОК ДЛЯ МАШИН УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург - 1997 г.

Работа выполнена в Уральской государственной горногеологической академии

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. Кантович Л.И докт. техн. наук, проф. Анкудинов Д.Т. докт. техн. наук, проф. Ошкордин О.В.

Ведущая организация: Институт горного делаУрО РАН

Защита состоится "19" июня 1997 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 063.03.01 при Уральской государственной горно-геологической академии (620144, г.Екатеринбург, ул.Куйбышева, 30)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральской государственной горно-геологической академии.

Автореферат разослан ^¿¿-¿ЦЬ- 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Прокофьев Е.В.

Актуальность паботы. Одним из путей .дальнейшего повышения эффективности ударного бурения шпуров и скважин, наиболее распространенного вида бурения при подземной добыче полезных ископаемых, является совершенствование методов исследования и обеспечения заданных свойств конструктивных элементов буровых твердосплавных коронок. Возможности интенсификации процесса бурения и эксплуатации бурильных машин ударного действия в оптимальных режимах ограничены вследствие значительного рассеяния характеристик надежности буровых коронок и снижения фактических ее значений относительно расчетных или регламентированных нормативно-технической документацией. Статистический анализ данных горных предприятий о надежности буровых коронок показал, что основной причиной ее снижения является недостаточная долговечность и износостойкость породоразру-шающих вставок из твердых сплавов группы WC-Co.

Над решением задач создания и повышения надежности буровых коронок ударного действия работают научно-исследовательские, про-ектно-конструкторские организации, а также ряд высших учебных заведений России.

Большой вклад в решение этой проблемы внесли Андреев В.Д., Блохин B.C., Дворников Л.Т., Зайцев В.Н., Иванов К.И., Кантович Л.И., Клочко H.A., Крыщенко Н.Д., Кудря H.A., Латышев В.А., Патрикеева Э.М., Чувилин A.M., Яновский И.И. и др. Научные основы создания армирующих твердосплавных материалов и изделий для буровых коронок ударного действия и методов их упрочнения изложены в трудах Александровой Л.И., Кармалюка В.И., Коняшина Н.Ю., Куклина Л.Г., Линенко-Мельникова Ю.П., Лисовского А.Ф., Лошака М.Г., Чапоро-вой И.Н., Повидайло В.А., Триандафилиди И.И., Щетилиной Е.А., Хае-та Г.М., Юрьевича Р.В. и др.

Однако до настоящего времени буровая коронка ударного действия не является в достаточной мере изученным объектом с точки зрения расчета и формирования заданных эксплуатационных свойств конструктивных элементов.

Многими исследователями отмечается, что в действующей нормативно-технической документации на буровые коронки и армирующие твердосплавные изделия технические требования к параметрам качества не отражают реальных условий изготовления и эксплуатации коронок. Для большинства типов серийных коронок характерно снижение прочности твердосплавных армирующих изделий после пайки коронок. Нормированные характеристики надежности коронок и конструктивных элементов определены без учета исходных физико-механических свойств материалов и изменения их состояния в процессе изготовления и эксплуатации коронок.

Имеющаяся информация о реальном качестве армирующих изделий не позволяет обоснованно назначить соответствующие требования к прочности, размерной точности, способам обработки, износостойкости и дол-

говечности 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 остаточных 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.

Приведенная исходная информация по теме исследований показывает, что теоретическое обоснование и разработка методов обеспечения заданных свойств буровых коронок является актуальной проблемой.

Связь темы диссертации с государственымн научными программами.

Исследования проводилисьв рамках комплексной научно-технической программы "Надежность конструкций"(приказ N659 от 13.И.81 г.Минвуза РСФСР) по темам 46-201-83 (Ы гос.рег. 1830038558),46-201-82 (Ы гос.рег. 01825056630),46-201-84 (Ы гос.рег.01820075042), отраслевых программ по темам 46-206-82 (Ы гос.рег. 01820075042) , 46-206-82 (Ы гос.рег. 01850019958) и программы ГКНТ 0.08.01 на 1987-1990гг.

Цель работы. Научное обоснование рациональных конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров, методов моделирования и обеспечения заданных свойств надежности буровых коронок ударного действия и их приспособленности к условиям циклического нагружения и изнашивания при бурении крепких пород.

Задачи исследований. -экспериментальное обоснование параметров конструкции и способа изготовления твердосплавных вставок с дифференцированными свойствами износостойкости и прочности армирующего материала по сечению вставок;

-исследование и выбор параметров упрочняющей обработки твердосплавных вставок при изготовлении коронок, обеспечивающих повышение размерной точности, прочности и технологичности элементов паяного и прессового армирования.

-научное обоснование и выбор рациональных параметров упрочнения коронок в соответствии с изменением циклической нагруженности и состояния поверхностного слоя породоразрушающих вставок;

-теоретическое обоснование граничных условий упрочнения твердо-сплавких вставок при изготовлении и эксплуатации коронок по остаточным напряжениям I и II рода в армирующем материале;

-статистическое моделирование, выбор рациональных параметров эксплуатации, разработка технических условий обеспечения и расчет структурной надежности буровых коронок.

Идея работы. Основана на использовании в конструкции, технологии изготовления и эксплуатации буровых коронок принципа адаптивности породоразрушающей части к условиям обработки, нагружения и изнашивания, обеспечивающего более высокий уровень надежности при существующих конструкционных материалах.

Методы исследований. Исследования проводились с использованием методов физического и математического моделирования состояния буровой коронки при изготовлении и эксплуатации, численных методов прикладной математики, вычислительного и физического экспериментов, стендовых и промышленных испытаний.

Основные положения, вынесенные па защиту:

1. Установленные закономерности и причинно-следственные связи > -конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров с надежностью буровых коронок , в частности:

— характер и факторы разрушения конструктивных элементов буро- ' вых коронок;

— оценка эффективности применяемых методов формирования заданных физико-механических свойств элементов армирования коронок.

2. Вероятностная модель структурной надежности буровой коронки.

3. Научно-технологические основы упрочняющей обработки буровых коронок, в том числе:

— обоснование и эффективность методов объемного и поверхностного упрочнения твердосплавных вставок;

— влияние методов обработки твердосплавных вставок перед пайкой буровых коронок на прочностные характеристики и размерную точность элементов паяного соединения;

— влияние напряжений пайки коронок на эффективность упрочнения твердосплавных вставок;

— обоснование методов и средств упрочнения твердосплавных вставок и буровых коронок;

— аналитическая и численная модели остаточного напряженно-деформированного состояния (НДС) твердосплавных породоразрушающих вставок коронок.

4. Численные и статистические модели эксплуатационных свойств разработанных конструктивно-технологических вариантов буровых коронок, в том числе:

— вероятностные модели и нормированные показатели безотказности и долговечности упрочненных буровых коронок;

— закономерности изнашивания упрочненных буровых коронок.

5. Разработанные в итоге исследований конструкция породоразру-шающей вставки повышенной размерной точности, прочности и износостойкости, способы изготовления и упрочнения породоразрушающих вставок с дифференцированными свойствами сплава по сечению, технологические процессы и оборудование для упрочнения, а также нормативно-технические требования, как основа создания буровых коронок с заданными свойствами.

Научная новизна результатов заключается в следующем:

1. Установлены закономерности изменения физико-механических свойств элементов армирования и надежности буровых коронок в процессе изготовления и эксплуатации, показывающие возможность направленного формирования адаптивных свойств конструктивных элементов коронки.

2. Разработана аналитическая модель структурной надежности буровых коронок, раскрывающая численными методами причинно-следственную связь параметров конструкции, изготовления и эксплуатации с надежностью структурных элементов коронки, и показывающая возможность повышения ее надежности путем структурного, временного и нагрузочного резервирования наиболее "ненадежных" элементов.

3. Проведен феноменологический анализ факторов упрочнения породоразрушающих вставок в буровых коронках, показывающий, что в зависимости от исходных физико-механических характеристик армирующего материала и соответствующего упруго-пластического состояния можно сформировать заданные (расчетные) технологические, прочностные и эксплуатационные свойства вставок.

4. Разработаны аналитическая и численная модели остаточного НДС породоразрушающих вставок при армировании коронок, устанавливающие связь технологических параметров с остаточными напряжениями в поверх-

ностном слое и структурных элементах материала вставок и позволяющие прогнозировать поля напряжений, деформаций, перемещений и режимов термомеханического воздействия на армирующие материалы.

5. Проведено численное и статистическое моделирование состояния элементов буровых коронок при их изготовлении и эксплуатации, позволяющее прогнозировать структурную надежность коронок.

6. Разработан комплекс научно-технических решений по созданию буровых коронок ударного действия с заданными параметрами прочности, долговечности и размерной точности для расширенной области бурения.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей изменения физико-механических свойств элементов армирования и надежности буровых коронок в процессе их изготовления и эксплуатации, феноменологической оценке эффекта упрочнения конструктивных элементов коронок, разработке методики определения структурной надежности коронки, создании математической и численной моделей НДС упрочненных армирующих изделий и разработке статистических и численных моделей надежности упрочненных коронок.

Практическое значение работы заключается в разработке методики определения структурной надежности буровых коронок при их проектировании, изготовлении и эксплуатации; конструкции, способов изготовления и комбинированного упрочнения твердосплавных породоразрушающих вставок с дифференцированными технологическими, механическими и три-бологическими свойствами по сечению вставок и повышенной размерной точностью; методики расчета оптимальных технологических режимов упрочнения и заданных параметров микроструктуры твердосплавных вставок; нормативно-технической документации (ГОСТ 6086-85, ТУ 48-19-30119, ТУ 24-8-1030-77, ТУ 8-574-76 и техпроцессы), используемой при конструировании и технологической подготовке производства буровых коронок; определении нормативных показателей надежности (вероятности безотказной работы, гамма-процентного ресурса, рейсовой проходки до предельного износа и др.) упрочненных буровых коронок различных конструкций, адаптированных к расширенной области горно-технических условий бурения шпуров и скважин.

При совокупном использовании перечисленных разработок долговечность буровых коронок ударного действия повышается в 2-2,5 раза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются:

— в теоретических исследованиях - корректностью постановки задач и использованием апробированных ранее методов, фундаментальных положений материаловедения, теории старения и динамики бурильных машин, математических теорий моделирования; учетом важнейших физических особенностей буровых коронок; сходимостью результатов теоретиче-

ских исследовании по разработанным моделям и методикам с данными, полученными в экспериментах и промышленных испытаниях;

— в экспериментальных исследованиях - использованием высокоточных измерительных и измерительно-регистрирующих приборов и вычислительной техники, прошедших нормативную метрологическую экспертизу; статистической обработкой результатов по методикам Госстандарта РФ; приемлемой точностью результатов экспериментальных исследований модельных образцов буровых коронок и их сходимостью с результатами теоретических исследований;

— в натурных исследованиях - необходимым и достаточным объемом промышленных испытаний коронок с контрольными наблюдениями (пробурено 15000 м шпуров и скважин), данными промышленной эксплуатации 100000 буровых коронок и междуведомственными испытаниями; статистической обработкой данных промышленных испытаний и приемлемыми значениями статистических характеристик результатов.

Реализация результатов работы. Основные положения представленной диссертации и разработанная при участии автора научно-техническая документация и рекомендации использованы и внедрены:

— НИПИгормаш, ВНИИТС, специализированным бюро самоходного горного оборудования, ГИПРОмашобогащение - при конструировании, ЦНИИТтяжмаш и ЗапсиббурНИПИ - при технологической подготовке производства буровых коронок;

— Кузнецким, Дарасунским, Кыштымским, Самаркандским заводами, АООТ "Уралбурмаш", заводом АООТ НИПИгормаш, - в производстве буровых коронок;

— Березовским и Богословским рудоуправлениями - в эксплуатационных условиях;

— в учебном процессе - при подготовке горных инженеров-механиков по специальности 17.01 "Горные машины и оборудование" по дисциплинам "Надежность горных машин", "Ремонт горных машин" , "Теория старения машин".

Подтвержденный актами и другими документами экономический эффект от внедрения указанных научно-технических разработок по уровню цен на 1996 год составляет 8 млрдрублей.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и получили одобрение на выездном заседании секции научного совета ГКНТ "Новые методы разрушения горных пород" (г. Свердловск, 1975 г.); научно-технических конференциях "Проблемы повышения стойкости бурового инструмента" (г. Новокузнецк, 1975 г.), "Пути совершенствования производства твердосплавного и алмазного бурового инструмента и расширение областей его применения" (г. Москва, г. Самарканд, 1979 г.); областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Пути повышения конструктивной прочности металлов и сплавов" (г. Свердловск,

1980 г.); международном семинаре "Сверхтвердые материалы" (г. Киев,

1981 г.); семинаре ИСМ АН УССР "Эффективный горный породоразру-шающий инструмент" (г. Киев, 1986 г,); координационных совещаниях по республиканской научно-технической программе "Надежность конструкций" (г. Свердловск, 1984 и 1986 гг.); областном семинаре СПТБ Оргприм-твердосплав "Эффективность использования твердосплавного бурового инструмента на горных предприятиях" (г. Свердловск, 1984 г.); VI Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (г. Свердловск, 1986 г.); I Всесоюзной научно-технической конференции "Композиционные материалы в породоразрушающнх инструментах" (г. Иваново-Франковск, 1987 г.); научно-технических советах и секциях специализированных институтов и организаций (СКБ СГО, 1981 г.; ЦНИИТтяжмаш, 1981 г.; ЗапсибоурНИПИ, 1988 г.; НИПИгормаш, 1996 г.).

Результаты исследовательских, технологических и конструкторских работ по внедрению упрочняющей обработки в производстве буровых коронок на пяти заводах экспонировались на ВДНХ в 1976 г. с изданием брошюры.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 37 работ, в том числе 18 статей, 7 тезисов докладов, 1 брошюра, 8 авторских свидетельств, 2 учебных пособия, 1 реферат отчета о НИР, в которых изложены основные научные положения, выводы и рекомендации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

Объем диссертации составляет 272 страницы машинописного текста, диссертация содержит 45 таблиц и 63 иллюстрации. Список литературы состоит из 209 наименований. Приложения изложены на 23 страницах и включают документы, содержащие результаты вычислительных экспериментов и подтверждающие технико-экономические показатели и промышленное внедрение научно-технических разработок.

Основное содержание работы.

1. АНАЛИЗ И ВЫБОР МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ БУРОВЫХ КОРОНОК

В этой главе дается краткая характеристика конструктивно-технологических параметров и надежности серийных твердосплавных коронок для ударного бурения шпуров и скважин, рассмотрены проблемы обеспечения заданных свойств надежности коронок на различных этапах их жизненного цикла. Показано на основе многолетних статистических данных горных предприятий о надежности буровых коронок, что главными причинами, снижающими эффективность их применения, являются разрушение и выпадение твердосплавных породоразрушающнх элементов. Про-

анализирована причинно-следственная связь параметров конструкции, технологии изготовления и эксплуатации твердосплавных породоразру-шающих вставок с их прочностью, долговечностью и износостойкостью.

Анализом установлено, что факторами, ухудшающими работоспособность наиболее широко применяемых призматических твердосплавных вставок, являются неблагоприятная схема напряженного состояния, вызывающая их смещение по паяному шву; величина и характер остаточных напряжений в элементах паяного соединения; значительное рассеяние значений циклической прочности армирующих вставок, вызванное дефектами структуры материала вставок; высокая вероятность нарушения регламентированного зазора для пайки из-за низкой размерной точности вставок; неблагоприятные изменения состояния поверхностного слоя вставок в результате изнашивания и переточек, а также неравномерный износ лезвий.

Создание буровых коронок повышенной надежности для машин ударного действия связано с необходимостью комплексного учета влияния рассмотренных выше факторов на их надежность. Данные известных работ о количественной и качественной оценке этого влияния позволили сформировать структурную надежность коронок с учетом стадии ее определения и характера взаимодействия структурных элементов. В зависимости от стадии определения структурную надежность буровых твердосплавных коронок можно представить в виде системы с последовательным соединением структурных элементов, надежность которой расчитывается по теореме умножения вероятностей ее показателей, установленных на каждой стадии: Рс(0 = Рк(с)• Рк.м(0• Рт.п(0' Рэ(0 . О-1)

где рк((),Рт.п(1),Рэ(1) -надежность буровой коронки на стадиях конструирования, производства и эксплуатации; Ркмф-вероятность поставки комплектующих материалов без дефектов.

Составляющие структурной надежности определяются:

Рк(1) = Рт.фу Рс.к(0" Рп.ш(1) . где Рт.с(0,Рс.к(1),Рп.щ(1) - надежность твердосплавной вставки, стального корпуса и паяного шва по показателям действующих стандартов;

п

Рк.М<!)= П Ркэ/ , (1.3)

/ = 1

где Ркм - надежность (бездефектность) контроля каждого комплектующего элемента;

Рт.п(О=П[1-0-Рф1(.))-(1-Рк1(1))] . 0-4

где Рф1(1), Р - надежность финишной обработки (например, шлифования, упрочнения), контрольных (в т.ч. испытательных) операций;

Рм(0 = 1-а+Р - 0-5

где а, р - риск изготовителя и потребителя;

р 1.С., = е- "-С-Р) ^- - 0-б)

где Рю(1:) - надежность контрольных испытаний; q - вероятность попадания деталей с дефектом в число контролируемых;

Рз(.) = • - п | - Рб«)[1 - (I - р-хо) • (• - Ру(.))]}, (I V)

где Рб(1)" вероятность безотказной работы коронок в процессе бурения, которая характеризуется вероятностью отсутствия внезапных (Р^)) и постепенных (Рп(1)) отказов до наступления предельного состояния или заданной наработки на отказ (; Рбф = Рв(1)-Рп(0-Рз(0~ надежность заточной операции, т.е. вероятность значений параметров точности восстановления формы породоразрушающей части; Руог надежность получения заданного эффекта упрочнения коронок; к - число периодов стойкости или циклов "бурение-заточка-упрочнение" коронок.

Полученные аналитические выражения 1.1-1.7 используются для комплексной оценки надежности буровых коронок при введении структурного и нагрузочного резервирования их ненадежных элементов, что дает возможность прогнозирования результатов принимаемых решений и определения показателей надежности конструктивных элементов коронок.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИХ ВСТАВОК БУРОВЫХ КОРОНОК Основная исследовательская задача данного раздела работы состояла в установлении закономерностей влияния исходного состояния и циклической нагруженности армирующих вставок на эффективность их упрочнения. Физико-механическими характеристиками, определяющими эффективность упрочнения, приняты: коэрцитивная сила (Не), плотность (р), твердость по Роквеллу (НЯЛ) и Виккерсу (НУ), предел прочности при изгибе (отг), одноосном (стеж) и радиальном (оР) сжатии, долговечность при циклическом гармоническом нагружении изгибом и сосредоточенной нагрузкой (Ы), ударная вязкость (ауд) и остаточные напряжения I и II рода.

У 9 2 93.И 95,0 70.0 30,0 5'00

о,ъо 0,0/

Р.%

18 N

В качестве армирующих материалов в экспериментах использованы стандартные вольфрамокобальтовые сплавы с содержанием Со 8-15%. Вышеуказанные физико-механические характеристики определялись на стандартных образцах, изготовленных по технологии двухстадийного спекания, и твердосплавных вставках формы Г26 производства КЗТС.

Проведенные эксперименты доказали, что наиболее чувствительным и информативным методом оценки эффективности упрочнения армирующих материалов является их испытание на циклическую прочность.

На рис.2.1 представлены результаты циклических испытаний при гармоническом нагружении образцов твердых сплавов ВК15, ВК8В, ВКПВ, упрочненных по пяти вариантам.

Как видно из рисунков, для образцов, упрочненных по схеме "термообработка, алмазное шлифование, виброобработка", разброс значений циклической прочности и вероятность разрушения значительно ниже, чем у серийно применяемой виброобработки. Об этом свидетельствует увеличение углов наклона прямых к оси ординат, характеризующих циклическую прочность образцов, упрочненных по комбинированной схеме (см. рис 2.1). В меньшей степени это проявилось в результатах испытаний образцов из сплава ВК8В. По-видимому, более низкая пластичность материала сказывается на увеличении рассеяния циклической прочности в связи с тем, что возрастает влияние различного рода дефектов структуры.

Оценивая эффективность исследованных методов упрочнения образцов по их циклической прочности при 50%-ной вероятности разрушения, можно сделать вывод, что наибольшее повышение долговечности (до 2,5

а

Рис. 2.1 Результаты циклических испытаний образцов ш сплавов ВК15(В). ВК88 (6) н ВКПВ (а) после упрочнения различными способами: I - алмазное шлифование, И -виброобработка, III -термоокнслсиие + внбро-обработка, IV - термообработка +- аиброобра-ботка, V - термообработка +■ алмазное шлифование + пиброобработка

раз) для образцов из сплавов ВК15 и ВК11В и в 1,9 раза-для образцов из сплава ВК8В по сравнению с упрочнением виброобработкой обеспечивает упрочнение по схеме "термообработка, алмазное шлифование, виброобработка" .

Исследование остаточных напряжений 1 рода в образцах твердых сплавов выполняли методом H.H. Давиденкова (послойного травления) на установке конструкции ИСМ АН Украины, позволяющей вести непрерывное травление образца и измерять деформацию с записью на бумаге кривой в координатах "время - деформация." Для плоского образца формула Давиденкова H.H. имеет упрощенный вид:

crz(a) = ±

4Е 312

(h-a)

2df(a) da

■ 4{h - a)f(a) + 2J f (z)dz

(1.8)

А в с 1 . .. .

V ifl of 9.М а. мм

5 г» Г*

/ & \

м / \

ч_

1

Р 1 \

1 \

1 л.

где I, Ь - длина и высота образца; а - толщина снятого слоя; Е - модуль упругости; 1(а), Цг.) - прогиб образца посредине после снятия слоя (а)

и (2).

Результаты определения остаточных напряжений после упрочняющей обработки образцов хорошо согласуются с установленным характером изменения циклической прочности (рис.2.2). Установлено, что для образцов, обладающих повышенной пластичностью в исходном состоянии, виброупрочнение обеспечивает максимальную глубину распространения остаточных напряжений.

Для более полной оценки влияния исходного состояния твердосплавных изделий на эффективность виброупрочнения проведено исследование остаточных напряжений с

учетом применяемых при изготовлении коронок методов механической обработки. В связи с этим исследовано влияние методов алмазного шлифования и шлифования кругом КЗ и последующего виброупрочнения на характер остаточных напряжений в твердосплавных образцах.

Как видно на рис.2.3, наибольшую величину напряжений и глубину их распространения виброупрочнение обеспечивает после алмазного шлифования. Влияние указанных методов размерной обработки и последую-

Рис.2.2Распределение остаточных напряжений по глубине образцов из сплава ВК15 после обработки различными способами: 1 - термообработка; 2 - виброобработка; 3 - термообработка, виброобработка; 4-термоокисление, виброобработка; 5-дробеметная обработка

щего виброупрочнения образцов из твердых сплавов на их циклическую прочность хорошо согласуется с характером изменения остаточных напряжений .

Проведенные эксперименты позволяют отметить, что эффект упрочнения изделий из твердых сплавов зависит от величины и глубины распространения напряжений сжатия. Однако величина износа твердосплавных вставок в коронках по глубине поверхностного слоя значительно превышает толщину наклепа, следовательно, и глубину распространения напряжений сжатия . Это приводит к снижению эффекта поверхностного упрочнения, достигнутого при изготовлении коронок.

В связи с этим исследована устойчивость упрочненного состояния и эффективность виброупрочнения после каждой заточки коронки при различной циклической нагру-женности и изменяющемся при эксплуатации коронки обгеме твердосплавных вставок. Такой подход позволил смоделировать условия их на-гружения и предельного упрочнения с учетом изменения деформативных характеристик материала вставок вследствие упрочнения и циклического нагружения коронок при эксплуатации. Влияние эксплуатационных факторов оценивалось экспериментально на стандартных образцах из сплава ВК11В при варьировании параметров циклической нагрузки, размеров образцов, продолжительности и кратности их упрочнения.

Результаты исследований показали, что повторная виброобработка образцов твердого сплава повышает ударную вязкость только тех из них, число циклов нагружения которых составляло 5-104, так как образцы при нагружении до этого уровня еще не достигли предельного упрочнения.

Результаты определения эффективности виброупрочнения в зависимости от размеров изделий и продолжительности их обработки представлены на рис.2.4. Как видно на рисунках, существует вполне определенная закономерность изменения эффективности вибрационного упрочнения в

• 1500

-2000

2 3 Г ........... 0.1 а.мк

\5_

Рис.2.3 Влияние методов механической обработки и последующего виброупрочнения образцов из сплава ВК15 на распределение остаточных напряжений: I-исходное состояние; 2-

шлидювание кругами КЗ ; 3 - виброобработка; 4 - шлифование кругами КЗ, виороупрочнение; 5- алмазное шлифование, виброупрочнение; 6 - алмазное шлифование

зависимости от размеров изделия. С увеличением последних наблюдается рост долговечности образцов при всех режимах вибрационной обработки.

Проведенными экспериментами показано, что кратность вибрационной обработки и масштабный фактор могут существенно влиять на эффективность виброупрочнения гетерогенных и малопластичных материалов, какими являются вольфрамокобальтовые сплавы. Установлено, что при циклическом нагружении наблю-

дается разупрочнение твердосплавных образцов. Это проявилось в снижении ударной вязкости образцов, подвергн)тых циклическому на-гружению. Поскольку при нагружении трехточечным изгибом максимальные напряжения растяжения имели место в поверхностном слое, при числе циклов нагружения образцов не более 5-10^ субмикротрещины еще не успевают выйти из зоны воздействия вибрационного упрочнения, которая составляет 0,2-0,3 мм. Поэтому последующая виброобработка, блокируя субмикротрещины деформированными участками, а также создавая напряжения сжатия, уменьшает роль трещин как концентраторов напряжений, способствует повышению ударной вязкости образцов.

При исследовании состояния

Р,,%

92,5 50,0 7,50 0,50

Л-

"С 3

Ь5Я 2

10"

104

10! N. цикл

Р„%

92,5

50,0

7,50

0,50

10'

N. цикл

Рис.2.4 Влияние размеров изделий из твердого сплава ВК11В и продолжительности виброобработки на их долговечность: а - размеры изделий 3,5x3,5x35мм; б - размеры изделий 4,5x4,5x35 мм; 1,2,3 - продолжительность виброобработки соответственно 70, 90, 130 мин.

вставок в процессе циклического нагружения учитывалось, что буровая коронка в течение одного периода стойкости не испытывает большего числа циклов нагружения, чем 5-104, а после затупления и переточки слой твердого сплава с микротрещинами удаляется абразивным кругом. Поэтому рекомендовано применять вибрационную обработку буровых коронок после каждой переточки в качестве эффективного метода восстановления исходного состояния поверхностного слоя вставок.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАННЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ АРМИРОВАНИЯ БУРОВЫХ КОРОНОК

Из более ранних работ известна возможность регулирования остаточных напряжений пайки путем выбора формы твердосплавных вставок, применения оптимального сочетания соединяемых материалов, повышения размерной точности паяного шва по толщине и улучшения условий смачивания поверхностей пайки припоем. Однако проблема сохранения исходной прочности твердосплавных вставок после пайки и повышения качества паяного соединения наиболее массовых типов буровых твердосплавных коронок до конца не решена. Как было отмечено выше, прочность твердосплавных вставок после пайки снижается в результате неблагоприятных остаточных напряжений в элементах паяного соединения, вследствие чего расчетная долговечность паяного шва фактически не достигается, о чем свидетельствуют отказы буровых коронок из-за выпадения породоразрушающих вставок.

Исследование (глава 2) эффективности методов упрочнения твердосплавных вставок проведено на незапаяных образцах. Задача данных исследований состояла в экспериментальном исследовании влияния серийной технологии пайки на эффективность применения методов упрочнения.

Влияние паяльных напряжений оценивалось по прочности на микроскалывание лезвий специальных твердосплавных образцов до и после пайки. При этом конструкция и технология обработки образцов моделировались с достаточным приближением к условиям армирования долотчатых буровых коронок.

Результаты испытаний таких образцов приведены в табл.3.1.

Таблица 3.1

Влияние метода упрочняющей обработки твердосплавных образ-

дов на усилие (Н) их микроскалывания

Вид обработки ВК15 ВК8В ВК11В

П пд П ПД П ПД

Алмазное шлифование 18,1 12,8 14,2 11,6 15,7 12,1

Алмазное шлифование, виброобработка 20,2 16,8 16,7 13,8 16,8 14,0

Термообработка, алмазное шлифование, ВО 22,6 19,6 17,9 16,0 19,2 16,8

Примечание к табл. 3.1: П - пластины незапаяные; ПД- пластины, напаянные на стальную державку.

Как видно из табл.3,1, прочность при микроскалывании твердосплавных пластин, упрочненных по комбинированной схеме "термообработка-

алмазное шлифование - виброобработка" достигает прочности не-запаяных виброобработанных пластин. Обладая повышенной пластичностью, термообработанные вставки более приспособлены к релаксации остаточных паяльных напряжений, благодаря чему достигается меньшее снижение прочности вставок после пайки. На основании этих экспериментов комбинированную схему обработки рекомендовано применить перед пайкой пластины.

Смачиваемость припоем поверхности армирующих изделий из твердых сплавов ВК8В и ВК11В, подвергнутых обработке комбинированными методами, оценивалась по площади растекания припоя из латуни Л63 в сравнении с данными для образцов после виброобработки, являющейся способом обработки вставок перед пайкой серийных коронок по ГОСТ 6086-85. Испытания проведены в соответствии со стандартной методикой. При этом сравнивались три варианта обработки пластин: 1 - виброобработка; 2 - алмазное шлифование, виброобработка, 3 - термоокисление, виброобработка.

Экспериментами установлено, что применение алмазного шлифования перед виброобработкой пластин позволяет увеличить площадь растекания припоя Л63 по поверхности на 10-30%.

Наряду с этим оценивалась диффундирующая способность поверхностного слоя стандартных твердосплавных образцов, виброупрочнен-ных перед пайкой, так как известно, что наклеп при деформационном упрочнении способствует диффузии расплавленного припоя в материал вставки. При этом полностью моделировались условия пайки твердосплавных вставок в коронке методом окунания. Твердосплавные образцы, виброобработанные по серийной технологии и подвергнутые последующему смачиванию припоем 50% поверхности по длине, испытаны на прочность при поперечном изгибе.

В результате указанных экспериментов установлено снижение этого показателя прочности образцов на 10% по сравнению с исходным состоянием, что должно быть учтено в определении технических требований к твердосплавным изделиям. При исследовании микроструктуры сплава изделия, покрытого слоем припоя, было установлено, что расплавленный припой диффундирует в поверхностный слой изделия на глубину 0,04 мм. Этот фактор дает объяснение выявленному выше снижению прочности армирующих твердосплавных изделий.

Как следует из проведенных экспериментов, комбинированное упрочнение армирующих изделий перед пайкой по сравнению с серийной технологией обработки позволяет компенсировать неблагоприятное влияние применяемой технологии армирования на прочность твердосплавного изделия, в результате чего обеспечивает получение ее нормируемых значений.

р„%

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Рис.3. Щолговечность образцов сплава ВК8ВК в зависимости от способа упрочнения: 1 - исходное состояние; 2 - стандартная виброобработка; 3 - виброобработка в полимерной среде N1; 4 - виброобработка в полимерной среде N2; 5 -термообработка, виброобработка

Получившая распространение в зарубежной практике технология прессового армирования буровых коронок ударного действия штыревыми твердосплавными вставками в значительной степени лишена недостатков паяного соединения, хотя требует повышенной точности размерной цепи элементов армирования. С учетом выявленных тенденций развития конструктивно-технологического исполнения буровых коронок в отечественной практике в рамках данной работы исследованы возможности применения комбинированного упрочнения твердосплавных вставок в условиях прессового армирования коронок. Для обеспечения технологичности запрессовки и интенсификации упрочнения вставок исследована эффективность виброупрочнения в полимерных средах.

Результаты исследований влияния упрочняющей обработки армирующих изделий на их прочностные характеристики показаны на рис.3.1 и 3.2. Из сравнеши усталостных кривых (см. рис.3.1) видно, что в результате применения термической и последующей вибрационной обработок долговечность армирующих изделий из сплава ВК8В увеличивается в 6-10 раз (в зависимости от вероятности разрушения) по сравнению с исходным состоянием. Наибольший эффект комбинированного упрочнения изделий по указанной схеме и при виброупрочнении в полимерных средах достигается при повышенных вероятностях разрушения, т.е. в период поздних отказов или длительной циклической прочности изделий. В стадии возник-

Ь 50,0

а

И 40,0

в 30,0

3

3 20,0 |ю,о

Си

з о.о

3- А 5

; ' ✓ Л 2

✓ /; 1 1 ,

у''

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Деформация (Т.), мм Рис.3.2 Кривые деформирования при одноосном сжатии породоразрушаювдих вставок формы П26 10x10; 1 - исходное состояние; 2 - виброобработка по серийной технологии; 3,4 - виброобработка с полимерной жидкостью соответственно N1 и 2; 5 - термообработка с последующей виброобработкой

новения ранних отказов, вызванных хрупким разрушением изделий, положительный эффект применения полимерной среды не проявился.

Испытания на одноосное сжатие упрочненных вставок формы Г26 10x10 (см.рис.3.2) показали, что в этом виде нагружения наибольшая разрушающая нагрузка возросла для термовиброобработанных вставок в 1,6 раза по сравнению с нагрузкой разрушения неупрочненных вставок. В других вариантах упрочнения нагрузка разрушения увеличивается в 1,3-1,5 раза.

Исследования износостойкости породоразрушающих вставок Г26 из твердого сплава ВК8В , подвергнутых упрочнению вышеуказанными способами, комбинированное упрочнение вставок увеличивает сопротивление изнашиванию армирующего материала при строгании песчаника в 3 раза, а виброобработка в полимерной среде N1, по сравнению с вариантом упрочнения по серийной технологии (виброобработкой), в 2 раза.

Результаты определения остаточных напряжений в армирующих изделиях, упрочненных вышеназванными способами хорошо согласуются с испытаниями на циклическую прочность и износостойкость. Наилучшие показатели прочностных и трибологических свойств изделий достигнуты при комбинированном упрочнении, которое позволяет получить максимальную глубину залегания остаточных напряжений сжатия (0,3 мм).

Полученные результаты позволяют рекомендовать применение полимерной среды при комбинированном упрочнении породоразрушающих вставок для прессового армирования.

4. СТАТИСТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРНОЙ ТОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ АРМИРОВАНИЯ БУРОВЫХ

КОРОНОК

Принятые для наиболее массовых типов буровых коронок допуски на размеры твердосплавных изделий и толщину паяного шва не согласованы с фактическим уровнем их точности и не имеют статистического обоснования, что на практике приводит к значительным отклонениям от оптимального паяльного зазора и ухудшению качества паяного соединения вследствие нарушения- условий капиллярной пайки. Фактор размерной точности проявляется еще в большей степени при армировании коронок запрессовкой породоразрушающих вставок.

Для определения статистически обоснованных допусков на точность размерной цепи элементов паяного соединеня и выбора рациональных вариантов технологического обеспечения таких допусков был проведен анализ уровня фактической точности толщины паяного шва на Кузнецком машиностроительном заводе (КМЗ), Самаркандском опытном заводе бурового инструмента (СОЗБИ) и заводе АООТ НИПИгормаш.

Статистический анализ результатов измерений твердосплавных пластин показал, что независимо от марки сплава и завода-изготовителя все из-

делия имеют одну из трех форм: изогнутую, обоюдовогнутую и обоюдовы-пуклую.

В соответствии с этим разработан алгоритм определения толщины дефектного слоя твердосплавных изделий, снятие которого при размерной обработке позволит избавиться от отклонений формы. Использование данного алгоритма дало возможность установить, что величина технологического припуска для размерной обработки (алмазного шлифования или доводки) пластин формы П 1 должна составлять 0,3 мм.

Определение полей допусков параметров контролируемых изделий и сравнение их со стандартными показало, что существующие допуски на толщину и отклонения формы по толщине твердосплавных пластин формы П1 более чем в 1,5-2 раза превышают действительные значения зон рассеяния размеров.

Установленные величины рассеяния размеров по ширине пазов корпусов коронок показывают, что существующие уровни точности изготовления пазов на КМЗ и СОЗБИ в 2-3 раза ниже статистически обоснованных.

Из расчета размерных цепей элементов паяного соединения инструмента следует, что для существующих схем селективной сборки принятые допуски по толщине паяного шва превышают на 30-60% статистически обоснованные величины.

С целью выбора метода размерной обработки твердосплавных пластин в условиях их производства на КЗТС было проведено сравнение эффективности обработки твердосплавных пластин формы Г1106 из сплава

ВКПВ на доводочном и шлифовальном станках.

По результатам измерений пластин по толщине построены графики распределения размеров (рис.4.1), на которых показаны кривые распределения размеров и теоретические кривые, полученные расчетным путем. Проведенные эксперименты показали, что шлифование обеспечивает более высо-ские кривые............* кую производительность, а до-

водка - высокую точность.

20,0

15,0

я»

О й 10,0

5,0

IV

3.7 Т.

А у-3

Угг ' Кг

9,43 9,49 9,55 9,61 9,67 9,73 Толщина, мм

Рис.4.1 Распределение размеров пластик: 1 - шлийювание: 2 - доводка: 3 - теопетиче-

При замене абразивной доводки на алмазную экспериментально показана возможность увеличения съема твердого сплава таким способом в 15 раз.

В данной главе проведен также статистический анализ величин рассеяния диаметров вставок формы Г26 и отверстий пневмоударных штыревых коронок типа КНШ-105. На основании полученных данных произведен расчет на максимум и минимум замыкающего звена размерной цепи элементов паяного соединения заданного зазора для пайки. На рис. 4.2 приведены усредненные кривые рассеяния размеров вставок и отверстий, иллюстрирующие предельные размеры зазора для паяного соединения.

Кривые показывают, что максимальный зазор при использовании

нешлифованных вставок в 1,5 раза больше, чем при армировании коронок с шлифованными вставками.

При вероятностной оценке зазора для пайки шлифованных твердосплавных вставок его величина с достаточной вероятностью (0,9) может быть выдержана в установленных пределах 0,25-0,3 мм без сортировки на размерные группы. Рекомендованная величина зазора для пайки нешлифованных твердосплавных вставок при расчете обеспечивается без применения сортировки на размерные группы с вероятностью 0,78. При этом варианте армирования коронок возникает возможность непропая из-за нарушения капиллярности зазора.

Дополнительным преимуществом применения шлифованных твердосплавных вставок, как показано выше, является улучшение условий смачивания припоем шлифованной поверхности, которое способствует повышению качества паяного шва коронок.

Анализ рассеяния размеров вставок Г26 по высоте и глубине отверстий в корпусах типа КНШ-105 позволил установить допуски по разно-высотности вставок после пайки.

Как показывает практика применения прессового армирования шарошечных долот, достигнутый выше уровень размерной точности соедине-

ментов армирования штыревых коронок: а - нешлифованные вставки; б - шлифованные вставки; в - отверстия; Б - минимальный зазор; Бн - максимальный зазор при нешлифованных вставках; Ьш - максимальный зазор при шлифованных вставках; ш, - частота размеров

ния "твердосплавная вставка - корпус" методом пайки недостаточен для получения более перспективных беспаечных соединений.

Исходя из требуемых величин натяга прессового соединения (в пределах 0,052-^0,13 мм, установленных НИПИгормаш - разработчиком конструкции коронок типа КНШ), проведены статистический анализ точности размерных цепей прессового соединения по трем технологическим вариантам.

Установлено, что для получения гарантированного минимального натяга номинальный диаметр вставок формы Г26 должен быть принят с учетом технологии получения отверстий и фактического рассеяния размеров элементов соединения. В соответствии с этим обоснована возможность сохранения допуска на диаметр вставок, равного -0,018 мм, но при увеличении номинального диаметра с 12,12 до 12,14 мм.

5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО НДС ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИХ ВСТАВОК БУРОВЫХ КОРОНОК

Установленные экспериментально закономерности изменения остаточного НДС твердосплавных породоразрушающих вставок при различных технологических вариантах их упрочнения достаточно полно отражают процесс изменения механических характеристик армирующего изделия в коронках, который необходимо учесть при разработке конструкции и технологии производства коронок.

С учетом установленного характера термомеханического воздействия исследованных способов на армирующие изделия осуществлялось прогнозирование остаточного НДС в их макро- и микрообъеме, а также определялось его предельное упругопластическое состояние, при котором наблюдался максимальный эффект упрочнения.

Исходное состояние породоразрушающих вставок перед армированием в коронках оценивали по остаточным напряжениям составляющих фаз после полного их охлаждения в процессе спекания. Остаточное НДС материала вставок может быть различным и его моделирование представляется трудоемкой задачей. Поэтому исследования сведены к определению условий, которым должно удовлетворять начальное состояние фаз, чтобы в результате армирования и упрочнения достигались заданные свойства материала вставок.

Закономерности формирования остаточных напряжений изучали путем численного моделирования процесса спекания армирующих изделий на основе решения задачи термоупругопластичности в плосконапряженной постановке.

Система разрешающих уравнений, определяющих НДС армирующего материала при спекании, включает в себя:

(1.9)

e[dSíj(T,Xk)]/5xi + dXi (т,хк) = о ; d e ¡j (t , x,) = 0,5 {э[d u i (t, x,)]/дх ¡ + s[d u j (т, x ,)]/эх ¡} ;

dEij(x,x!)=dEfj(Sik,T,T)+5UdeT(T,T)+dE?(D|k,T,t^ где x¡ (i=l,2,3) - декартовы координаты; Sy - компоненты тензора напряжений; X¡ - компоненты вектора объемной силы; E¡¡, Еу.Еу- компоненты тензоров полных, упругих и пластических деформаций; 5 - деформация теплового расширения материала; u¡ - компоненты вектора перемещений; Т -температура; -с - время; ет - деформация теплового расширения; Dik - девиа-тор напряжений.

В качестве расчетной области выбран типичный участок шлифа, изготовленного из сплава ВК15. Для решения сформулированной задачи использовались стандартные соотношения метода конечных элементов. Численное моделирование выполняли посредством вычислительной системы "TANDEM". В результате решения задачи получены расчетные поля перемещений, деформаций и напряжений через каждые 373 К процесса охлаждения армирующих изделий, содержащие участки разрушения и коэффициентов запаса прочности для неразрушенных областей. Поля распределения изолиний главных напряжений приведены на рис.5.1. Зоны отрицательных значений напряжений в материале вставок наглядно иллюстрируют, что карбидная фаза находится в условиях всестороннего сжатия. Зоны положительных напряжений показывают, что почти все толстые прослойки

связки подвергнуты всестороннему растяжению. В остальных точках материала по сечению вставки преобладают сдвиговые деформации. Расчетный уровень средних напряжений в кобальтовой фазе находится на уровне установленного экспериментально рентгенографическим методом.

В расчетах, когда в связующей фазе моделировалось увеличенная концентрация WC (6%), получено повышение величины напряжений в среднем на 100-200 МПа, а пластической деформации на 0,4%. Это повлекло смещение начала разрушения в зону более высоких температур.

а)

б)

Рис.5.1 Поля распределения максимальных (а) и минимальных (б) главных напряжений

Возможность изменения характера остаточных напряжений в кобальтовой связке лежит в основе последующих разработок методов упрочнения армирующих изделий в коронках. Известна также повышенная пластичность армирующего материала после термообработки, что благоприятным образом влияет на интенсивность последующего поверхностного упрочнения и усиливает релаксацию концентраций напряжений.

Задача прогнозирования фазового НДС армирующего материала при термообработке сводится к определению предельных сдвиговых напряжений и деформаций, при которых дальнейшее поверхностное упрочнение не приведет к разрушению межзеренных границ материала. Математическая модель такого состояния материала вставок построена на численном решении нелинейных уравнений теплопроводности и тер-моупругопластичности методом конечных элементов. Система разре шающих уравнений имеет вид:

зт

ф—

а

V (ХУ

в В V; на

дх] с%)

(110)

<1£«

¿(сЫ <(1и,)

дх, дх<

в V;

= ёе",+ёе!+с!е< = ¿[0 + - сг - ;

Ь Ь

[0 + ^<у|-у6|о4§«1Т + 1(СТ1-б1сти)~-«1Т + ваТ + Т^<!Т +

в V;

при СТ, = От и ёог,-

—— с!Т > 0;

ат

при сг,<стт и™ а, = ат и <1сг; -

^с!Т<0; ЗТ

(1.

Cfrj

дъ

+Q=0 в V;

Hi=tt. B v; B v; в V;

U=fi на Sr! СТ,П, = Р, Ha Sp •

(112)

В формулах 1.10-1.12 : V - объем тела; Б - граничная поверхность; I -время; XI - прямоугольные декартовы координаты; Т - температура; То - начальная температура; р - плотность; с - теплоемкость; X - коэффициент теплопроводности; <3 - объемный источник тепла; £ - заданная температура; q -заданный тепловой поток; Ь - коэффициент теплоотдачи; 0 - температура внешней среды; п] - направляющие косинусы к поверхности; с1и1 - компоненты вектора приращения перемещения; с^ - компоненты тензора приращения деформации; <1су^ - компоненты тензора приращения напряжения; ст0ц -начальные напряжения; иы - начальные перемещения; е0у - начальные деформации; Ц] - компоненты вектора полного перемещения; -компоненты

тензора полной деформации; deL de

Т

dsy - компоненты тензоров при-

ращения деформаций соответственно упругой, температурной и пластической; Су - компоненты тензора полного напряжения; Б,, - компоненты де-виатора напряжений; сп и с!ст( - интенсивность напряжений и ее приращение; О) - компоненты объемной силы; & - компоненты заданного перемещения; Р; - компоненты поверхностной силы; Е - модуль Юнга; V - коэффициент Пуассона; а - коэффициент линейного теплового расширения; Е' - модуль упрочнения; <хг - предел текучести материала при определенных значениях температуры и интенсивности накопленной термоупругопластической деформации; 5а - символы Кронекера.

Расчет НДС выполнен из предположения, что р=р(х;,Т); С=С(хЛ); л~А(Хд,Т)

0=0&Т& 8=80«)

Я=ф5,Тд); Ь=Ь(х|,Т,1); Э=в(ха) Е=Щх,Д); \<=\<х,,Т); а=сфй,Т)

а)

6)

Рис.5.2 Распределение интенсивности напряжений в материале «ставок: а -при температуре 105QK; б - при температуре 500К ЩЦ -wc.£23 -Со

0,5ип

На рис.5.2 приведены фрагмены полей интенсивности напряжений ст. в армирующем материале вставок для температуры нагрева 1050К и 550К соответственно.

Полученные данные об остаточном НДС твердосплавных вставок после термообработки приняты как исходные перед финишным их виброупрочнением в коронках.

Воздействие виброупрочнения на результирующее НДС породо-разрушающих вставок прогнозировалось на макроуровне (напряжения I рода) и микроуровне (напряжения II рода). Прогнозирование остаточных напряжений I рода в породоразрушающих вставках основывалось на решении Г.Герца задачи определения напряжений в двух сферических телах при их ударном взаимодействии. Решение данной задачи адаптир-вано к условиям взаимодействия твердосплавных шаров и породоразрушающих вставок при виброупрочнении.

В контексте доказательства сформулированных выше научных положений достаточно ограничиться графической интерпретацией картины распределения остаточных напряжений I рода в поверхностных слоях виброупрочненных породоразрушающих вставок (рис.5.3). Характер распределения напряжений вдоль нормали, проходящей через центр поверхности касания, показывает, что наибольшее сжимающее напряжение Бг наблюдается в центре поверхности касания, два прочих главных напряжения Бг и Ба в той же точке равны 5г = 5е = 5г(1+2ц)/2, (1.13) где ц - коэффициент Пуассона.

Следовательно, наибольшее касательное напряжение, от которого зависит появление текучести армирующего материала, в этой точке сравнительно мало. Точка, где касательное напряжение является наи-

_ большим, лежит на рассматриваемой

Рис.5.3.Распределение напряже- ^ .; _

ний вдоль нормали, проходащей нормали на глубине, равной пример-

через центр площадки касания но половине радиуса поверхности ка-вглубь обрабатываемого изделия сания (г): А - радиус площадки контакта, 1Ло - напряжение.

Для армирующих материалов коронок разрушение при виброупрочнении может происходить под действием растягивающих напряжений. Эти напряжения имеют место по окружности касания, которые направлены по радиусу и по величине равны: 8Г= и0(1-2ц)/3. Другое главное напряжение, действующее по окружности, по абсолютной величине равно вышеупомянутому радиальному напряжению, но обратному по знаку. Следовательно,

2А

ЗА

по окружности касания, где нормальное давление на поверхность становится равным нулю, имеет место сдвиг, величина которого равна: 81 = и0 (1-2ц)/3. Если принять ц=0,20 , то этот сдвиг получается равным 0,18и0.

Для применяемых в коронках армирующих материалов проведены расчеты допустимых параметров виброупрочнения, изображенных на рис. 5.4, как области допустимого изменения диапазонов скоростей сближения обрабатываемых изделий и обрабатывающих тел. На основании вышеуказанных решений Г. Герца, адаптированных к условиям настоящих исследований, такие области построены для трех технологических вариантов упрочнения.

Как видно из приведенных графиков (см. рис5.4), с увеличением скоростей колебания и соответственно скоростей сближения ударное нагру-жение шаром обрабатываемого изделия может ввести поверхностные слои в состояние пластического течения и хрупкого разрушения на контуре контакта. Положение вершин пересечения кривых пластичности (1,2,3) и разрушения (4,5,6) материалов упрочняемых изделий ограничивает допустимые области ударного взаимодействия изделий и обрабатывающих тел для всех исследованных видов армирующего материала.

Рассмотренные выше математические и численные модели НДС виб-роупрочненного твердосплавного изделия позволяют дать лишь усредненную оценку остаточных напряжений структурных составляющих материала. Более точное их определение дано в рамках микроподхода с учетом гетерогенности применяемых в коронках вольфрамокобальтовых сплавов.

Исходя из установленной экспериментально возможности направленного изменения упругопластических свойств составляющих фаз посредством виброупрочнения, разработана модель НДС при нагружении гомогенных объемов материала, соизмеримых с размерами структурных элементов. Разработанная модель НДС в армирующем материале при вибро-

Рис.5.4 Расчетные области допустимых скоростей для трех материалов наполнителя: 1,2,3 - кривые пластичности материала изделий; 4,5,6 - кривые разрушения материала изделий;Кшс- коэффициент содержания АЛ'С,\'-скорость сближения изделия и наполнителя при колебаниях.

упрочнении основана главным образом на численной оценке причинно-следственной связи НДС со сгереоло-гическими свойствами материала.

Поля распределения НДС в модельных структурах армирующего материала, изображенные на рис.5.5, показывают наличие такой связи. Как видно на рис.5.5 интенсивность напряжений в точке максимума с увеличением толщины прослойки приводит к снижению величины опасных напряжений в местах их концентрации при сохранении уровня пластического деформирования кобальтовой фазы. Установлено, что с увеличением содержания кобальта в сплавах геометрия его прослоек и условия их нагружения, с одной стороны, уменьшают концентрацию растягивающих напряжений в кобальтовой фазе в исходном состоянии армирующих изделий вставок и, с другой стороны, способствуют накоплению сжимающих остаточных напряжений на поверхности вставок.

Установленные численые модели граничных условий упрочнения (рис.5.4) и структуры (рис.5.1,5.2 и 5.5) применяемых материалов вставок , при которых достигается предельное упрочнение , являются основой для последующей (в гл. 6) разработки способов изготовления и упрочнения твердосплавных вставок буровых коронок.

6. РАЗРАБОТКА НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ БУРОВЫХ КОРОНОК ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ

В этой главе произведен выбор рациональных параметров изготовления и эксплуатации буровых коронок ударного действия. Исходными данными для этого служили разработанные выше физические и численные модели коронок и их элементов с заданными свойствами на примере наиболее распространенных при ударном бурении крепких пород пневмоударных и перфораторных коронок выполнены исследования в стендовых и промышленных условиях и проведена проверка эффективности созданных моделей.

а) б)

Рис.5.5 Фрагменты полей распределения интенсивности напряжений в точке ее максимума; а -при отношении толщины прослойки к зернистости 0,025; б - при отношении толщины прослойки к зернистости 0,1

На данной экспериментально-теоретической основе разработаны:

— конструкция и способ изготовления твердосплавных породоразру-шающих вставок (по а.с. 327326, 907937), обладающих дифференцированными свойствами износостойкости армирующего материала по сечению вставок;

— способ упрочняющей обработки твердосплавных вставок (по а.с. 777997) при изготовлении коронок, обеспечивающий повышение размерной точности и технологичности элементов паяного и прессового армирования;

— способ и средства упрочнения коронок (по а.с. 876387, 673433, 850361, 761244, 907948) при эксплуатации в соответствии с изменением циклической нагруженности и состояния породоразрушающих вставок.

Промышленные испытания буровых коронок, изготовленных в условиях серийного производства с использованием указанных разработок, позволили установить теоретические функции распределения плотности вероятности отказов коронок и получить зависимости характеристик их надежности от объемов бурения (см.табл.6.1).

Таблица 6.1

Зависимости показателей надежности от объема бурения_

Условия бурения Варианты коронок Показатели надежности

Ф(Ь) P(L,) L, MLi)

Березовское РУ f= 10-15, dim,=40MM, nw=2800yfl/MHH, Ауд=78,4Дж. БКПМ-40-25 ВК11В, МВУ БКПМ-40-25 BKI1В, ОВУ Jb-atff w^XW) (ц-m)1 0,2-7,2up 12,8-5,6up QQ5 fH-œf Q07 jV'^f

Богословское РУ f=9-ll, cU„= 105мм, пУд=1780уд/мкн, АуЯ=98Дж. К100В, BKI5, ОВУ KIOOB, ВК15, БУ iLi-16i)f ^TWi fF) 31,0-7,6Up acs jÇjAiiisi Q07 ju-mz IMS)

Богословское РУ f= 12-16, dum=40MM, пуя=2500уд/мин_, АуД=49Дж. КДП-40-25, ВК15, ВП КДП-40-25, ВК15, ПП (U-xtf m\ 5Й2 J Ги-Ж)2 ^TW) 26.2-53up 2fl,4-39Up Q075 JV^Y щуа s« > Ql JVW зю J

Примечание к табл 6.1 : <р (L) - плотность вероятности ресурса; P(L) - вероятность безотказной работы; L, - гамма-процещный ресурс; ?XL) - интенсивность отказов; dur, dM - диаметр шпура, скважины; п^ - частота ударов перфоратора (пневмоударника); А vu - энергия удара перфоратора (пневмоударника); L - ресурс коронки, м: ар - кванпоть, отвечающая вероятное™ F, Ф -функция Лапласа; ИВУ - многократное виброупрочнение (кратно числу переточек); ОВУ -однократное виброупрочнение; ВП - виброобраоотка пластин; ПП - пескоструйная обработка пластин; БУ - без упрочнепия.

На основе полученных вероятностных моделей надежности коронок для конкректных условий бурения определены нормируемые показатели надежности, дана вероятностная оценка закономерностей изменения этих показателей во времени, установлены рациональные параметры эксплуатации коронок.

Использование данных нормативно-технической документации и экспериментально-теоретических исследований позволило произвести по формулам 1.1-1.7 расчет структурной надежности перфораторных коронок долотчатого типа для ряда заводов-изготовителей и горных предприятий. Как показал произведенный расчет, введение разработанных методов размерно-упрочняющей обработки, элементов контроля и выборочного испытания готовых коронок обеспечивает надежность технологического процесса с РтП=0,53 до Ртл =0,88. Применение упрочняющей обработки коронок после переточек позволяет повысить эксплуатационную надежность с Рэ=0,59-0,93 до Рэ =0,97-0,99. Расчетная надежность буровых коронок с учетом качества комплектующих материалов и применения методов комбинированного упрочнения при изготовлении и эксплуатации составляет рс=0,74-0,92.

Сравнение результатов расчета структурной надежности долотчатых перфораторных коронок (Рс) и данных промышленных испытаний (Рс=0,78-0,88) показало достаточную сходимость их уровней.

Разработанная при участии автора нормативно-техническая докумен-тация(ГОСТ6086-85,ТУ48-19-301-79,ТУ24-8-1030-17,ТУ8-574-76, ТУ48-4206-201-84,техпроцессы и др.) с техническими требованиями к упрочняющей и размерной обработке,точности размеров,сборке и заточке элементов армирования используется проектно-конструкторскими организациями -СКБ СГО, ВНИИТС, ГИПРОМАШобогащение, НИПИгормаш, Запсиббур-НИПИ и др ., заводами-изготовителями коронок - Кузнецким, Кыштым-ским, Дарасунским, Самаркандским, Уралбурмаш, горными предприятиями при эксплуатации коронок - Березовским и Богословским рудоуправлениями и Зыряновским рудником.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе теоретического обобщения известных и разработки новых научных положений, базирующихся на комплексном учете факторов, и новых закономерностей, определяющих на-

дежность буровых твердосплавных коронок ударного действия, решена важная научно-техническая проблема разработки методов оценки, моделирования и обеспечения заданных свойств коронок для бурения крепких пород при их проектировании, изготовлении и эксплуатации.

Проведенные исследования позволили сформулировать следующие основные результаты, выводы и рекомендации:

1. Установлены закономерности изменения состояния конструктивных элементов и надежности буровых коронок в процессе их изготовления и эксплуатации, дана оценка эффективности известных методов формирования заданных прочностных и эксплуатационных свойств конструктивных элементов коронок. Проведен вероятностный анализ и разработана методика оценки структурной надежности коронок на этапах их конструирования, производства и эксплуатации. Выявлены предпосылки создания буровых коронок с повышенной надежностью и приспособленностью к горно-техническим условиям в крепких породах, вытекающие из современных возможностей разработки более эффективных методов моделирования и формирования заданных свойств коронок на различных этапах их жизненного цикла.

2. Получены зависимости физико-механических характеристик твердосплавных армирующих изделий (предела прочности при поперечном изгибе и гидростатическом сжатии, ударной вязкости, циклической прочности, напряжений I и II рода, твердости, износостойкости, прочности при микроскалывании и др.) от технологических параметров упрочнения. Экспериментально обоснован рациональный уровень точности размеров и формы элементов армирования. Дана вероятностная оценка параметров размерной точности, упрочнения и разрушения элементов армирования, позволяющая статистически обосновано выбирать критерии предельных состояний и отказов этих элементов.

3. Дана феноменологическая оценка механизма и эффекта упрочнения твердосплавных армирующих изделий. Природа поверхностного упрочнения армирующих изделий методами алмазной доводки и вибрационной обработки состоит в изменении субструктуры поверхностного слоя и образовании в нем остаточных напряжений сжатия. Эти методы отличаются глубиной упрочненного слоя: от нескольких сотых долей миллиметра при алмазной обработке до 0,3 мм - при вибрационной. Определяющим фактором объемного упрочнения термообработкой служит дополнительное растворение вольфрама и углерода, которое приводит к повышению напряжений в связующей фазе, и в целом армирующий материал становится более пластичным, что повышает его деформируемость при последующем поверхностном упрочнении.Повышение эффективности упрочнения термообработкой достигается,если последней предшествует насыщение кобальтом и в зависимости от локализации объемов насыщения формируются переменные по сечению упруго-пластические и трибологические свойства изде-

лий. Наиболее эффективными являются методы комбинированного упрочнения по двум схемам: термообработка - алмазное шлифование - виброобработка и локальное насыщение кобальтом - термообработка - виброобработка.

4. Разработаны математическая и численная модели напряженно-деформированного состояния армирующих вольфрамокобальтовых вставок, определяющие связь технологических параметров термоаибрационно-го упрочнения с напряжениями в поверхностном слое и структурных элементах материала. На этой основе определены граничные условия упруго-пластического состояния и допустимые режимы упрочнения обработки твердосплавных вставок, в пределах которых достигается оптимальный эффект объемного и поверхностного упрочнения. Полученные модели позволяют прогнозировать поля предельных напряжений, деформаций, перемещений и режимов термовибрационной обработки вставок с различным содержанием кобальта при разработке способов их упрочнения.

5. Установлены статистические модели состояния упрочненных коронок при эксплуатации, подтверждающие в вероятностном аспекте значимость установленных факторов разрушения и упрочнения элементов коронок. Выявлены закономерности изменения показателей надежности во времени работы коронок, отражающие существенное различие механизмов разрушения и наступления предельного состояния упрочненных и неупроч-ненных коронок. Факторами, определяющими модель разрушения не-упрочненных коронок является значительная доля внезапных (ранних) отказов, связанных с проявлением технологических дефектов армирования.

б.Одним из основных факторов, обусловивших увеличение ресурса упрочненных коронок, является повышенная сопротивляемость изнашиванию упрочненного слоя твердосплавных вставок. Исследованиями в промышленных условиях бурения шпуров установлены зависимости износа по высоте вставок упрочненных и неупрочненных долотчатых коронок от объема бурения за период стойкости . Эти зависимости хорошо описываются в исследованных интервалах бурения уравнениями параболы второго порядка. На основании расчетных (апроксимированных) величин износа коронок определены значения интенсивности изнашивания лезвий. Проходка шпуров, при которой наступает одинаковая интенсивность изнашивания для упрочненных и неупрочненных коронок, принята в качестве критерия определения рационального износа лезвий за рейсовую проходку шпура.

7.Разработаны эффективные конструктивно-технологические варианты коронок ударного действия и способы их восстановления при эксплуатации, имеющие существенную новизну и позволяющие при совокупном использовании создать конкурентоспособные образцы коронок. Разработками в диссертации, отвечающими такому уровню показателей являются:

— способы поверхностного и объемного упрочнения породоразру-шающих вставок коронок, основанные на получении максимального эффекта поверхностного упрочнения за счет повышения пластичности сплава предшествующей термической обработкой (по а.с. 777997) или локальным насыщением поверхностного слоя изделия расплавом кобальта и последующей термической и вибрационной обработкой (по а.с. 907937);

— конструктивно-технологическое исполнение породоразрушающих вставок, основанное на приспособленности контактных поверхностей к характеру изменения интенсивности изнашивания вставок путем придания соответствующей формы рабочей части (по а.с. 327326) или получения переменного содержания кобальта в сечении вставки (по а.с. 907937);

— технологические схемы размерной обработки, контроля точности размеров и сборки элементов армирования коронок, обеспечивающие допуски на их геометрические параметры и технологические свойства, близкие к уровню зарубежных образцов коронок.

8. Разработана аналитическая модель структурной надежности буровых коронок, раскрывающая численными методами причинно-гледственную связь параметров конструкции, изготовления и эксплуатации с надежностью структурных элементов коронки, и показывающая возможность повышения ее надежности путем структурного, временного и нагрузочного резервирования наиболее "ненадежных" элементов. На основании данных нормативно-технических документов и экспериментально-теоретических исследований произведен по формулам 1.1-1,7 расчет структурной надежности перфораторных коронок долотчатого типа для ряда заводов и горных предприятий. Сравнение результатов расчета структурной надежности долотчатых перфораторных коронок (Рс=0,74-0,92) и данных промышленных испытаний (Ро=0,78-0,88) показывает достаточную сходимость их уровней.

9. Разработана нормативно-техническая документация (ГОСТ6086-85, ГУ48-19-301-79, ТУ24-8-1030-17, ТУ8-574-76, ТУ48-4206-201-84, техпроцессы и др.) с техническими требованиями к прочности, точности размеров и надежности буровых- коронок, которая используется проектно-конструкторскими организациями - СКБ СГО, ВНИИТС, ГИПРОМАШо-богащение (г.Москва), НИПИгормаш в производстве коронок - Киров-градским, Кузнецким, Кыштымским, Криворожским и Дарасунским заводами, при эксплуатации коронок - Березовским, Богословским и Зырянов-ским рудниками.

Экономическая эффективность разработок, подтвержденная актами внедрения и расчетами, составляет более 8 млрд,руб по уровню цен на 1996г.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Боярских Г.А. Вероятностные модели долговечности и безотказности упрочненного бурового инструмента // Изв.ВУЗов. Горный журнал.- Екатеринбург. - 1995. - N1. - с.79-83

2. Боярских Г.А. Анализ и методика расчета структурной надежности бурового инструмента // Изв.ВУЗов. Горный журнал.- Екатеринбург. - 1995. -N1. - с.

3. Боярских Г.А. Статистическая оценка износа упрочненного перфораторного инструмента в условиях Березовского рудника // Изв.ВУЗов. Горный журнал/Уральское горное обозрение. - 1994. - N6. -с.107-110.

4. Боярских Г.А. Аналитическое моделирование состояния поро-доразрушающих элементов бурового твердосплавных инструмента //Изв. Уральского горного института /Серия: Горная электромеханика. -1993.-N4,- с.59-64.

5. Боярских Г.А. Математическое и численное моделирование напряженно-деформированного состояния виброупрочненных твердосплавных вставок // Изв. Уральской горно-геологической академии /Серия: Горная электромеханика. - 1996. - N5.

6. Боярских Г.А. Прогнозирование исходного напряженно-деформированного состояния твердосплавных вставок перед армированием бурового инструмента // Изв.УГГГА /Серия: Горная электромеханика.- 1996. -N5.

7. Боярских Г.А. Виброупрочнение бурового инструмента,- Свердловск: ВНИПТИгормаш. - 1976. - 32 с.

8. Боярских Г.А. Долговечность и надежность перфораторных коронок, упрочненных вибрационной обработкой //В сб.: Повышение стойкости бурового инструмента. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 12-79-16. -1979.- с.7-9.

9. Боярских Г.А. Влияние некоторых технологических параметров и схем виброобработки на физико-механические свойства твердого сплава //В сб.: Пути совершенствования производства твердосплавного и алмазного бурового инструмента и расширение областей его применения. Самарканд//Тез. доклада к Всесоюзной научно-технической конференции. - 1979. - с.140-141.

10. Боярских Г.А. Статистическая оценка эксплуатационных свойств твердого сплава и буровых коронок после вибрационной обработки //Там же. - с. 144-145.

11. Боярских Г.А. Влияние условий пайки буровых коронок на физико-механические характеристики твердых сплавов, упрочненных термообработкой //Там же. - с.72-73.

12. Боярских Г.А. Выбор технологических схем виброупрочнения твердого сплава //Повышение стойкости бурового инструмента. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. - 1976, 12-79-16. - с.4-6.

13. Боярских Г.А., Куклин Л.Г. Надежность торфяных машин. Учеб. пособие. Свердловск: Изд-во СГИ. - 1990. - 96 с.

14. A.c. 777997. Способ обработки изделий из спеченных твердых сплавов /М.Г.Лошак, Л.И.Александрова, Г.А.Боярских, Юшков Ю.И., Медовый Ю.А., Шаталов П.И. Заявл. 10.10.80, N2993649/22-02.

15. A.c. 907937. Способ изготовления твердосплавных изделий /Г.А.Боярских, А.Ф.Лисовский, М.Г.Лошак, Н.В.Новиков,

A.М.Чувилин, В.И.Кармалюк. Заявл. 10.10.80, N2993649.

16. A.c. 327326. Породоразрушающая цилиндрическая вставка /В.Т.Зыкин, Э.А.Вольхин, Г.А.Боярских, Суслов A.A., Нэм В.Ф., Рейман H.H., Золоторев Г.Д. Заявл. 15.09.70, N1477077/22-3. Опубл. 31.03.72, Бюл. N5.

17. A.c. 761244. Вибрационная машина /П.Д.Денисов,

B.М.Куницин, Н.Ф.Брайлян, В.И.Кармалюк, Г.А.Боярских, Амборцу-мян Л.Д., Абрамов А.Н. Заявл. 31.05.78, N2620976/25-08. Опубл. в Б.И., 1980, N33.

18. A.c. 876387. Устройство для загрузки и выгрузки деталей из резервуара /Е.В.Субботин, Е.В.Черемных, Г.А.Боярских, Е.Н.Волков. Заявл. 30.11.79, N2844031У25-08. Опубл. в Б.И., 1981, N40.

19. A.c. 673433. Устройство для раздельного регулирования жесткости упругой подвески в продольном и поперечном направлениях /П.Д.Денисов, П.П.Нахаев, В.И.Кармалюк, Г.А.Боярских. Заявл. 30.01.78, N2573825. Опубл. в Б.И., 18.07.79, N26.

20. A.c. 850361. Упругая подвеска для вибрационной машины /П.Д.Денисов, Н.Ф.Брайлян, В.М.Кунин, В.И.Кармалюк, Г.А.Боярских. Заявл. 30.11.79, N2845387. Опубл. в Б.И., 30.07.81, N28.

21. A.c. 907948. Футеровка контейнера вибрационного станка /П.Д.Денисов, Н.Ф.Брайлян, В.М.Кунин, Г.А.Боярских, Е.Н.Волков. Заявл. 06.02.80, N2878144/25-08

22. Боярских Г.А., Чувилин А.М. Влияние различных схем вибрационной обработки на прочностные и эксплуатационные характеристики ударного бурового инструмента //В сб.: Пути совершенствования твердосплавного и алмазного бурового инструмента и расширение областей его применения. Самарканд: ВНИИТС. - 1979. - с.74-75.

23. Боярских Г.А., Дергачев Ю.А., Ковтун М.И. Повышение долговечности и надежности пневмоударных коронок вибрационной обработкой //В сб.: Повышение стойкости бурового инструмента. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 12-79-16. - 1979. - с.9-11.

24. Боярских Г.А., Медовый Ю.А., Юшков Ю.И., Зайцев В.И. Влияние термической обработки твердосплавных пластин на долговечность буровых коронок. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 14-17-18. -1977.-с.1-4.

25. Боярских Г.А., Александрова Л.И., Лошак М.Г., Юшков Ю.И. Влияние предварительного способа обработки на эффективность после-

дующего виброупрочнения твердых сплавов //В сб.: Вибрационная обработка твердосплавных изделий и бурового инструмента. М.: НИИИН-ФОРМТЯЖМАШ, 12-76-20. - с.Ю-14.

26. Боярских Г.А., Куклин Л.Г., Студенсхий Е.И., Семакина Т.П. Основы технологического обеспечения размерной точности элементов паяного соединения бурового инструмента (IB сб.: Разработка и опыт применения новых типов горнобурового инструмента. Киев: ИСМ АН УССР. -1983. - с.55-58.

27.Боярских Г.А., Балин B.C., Куклин Л.Г. Оценка устойчивости состояния упрочненного металлокерамического сплава при циклическом на-гружении //В сб. тезисов науч. Сообщ. VI Всесоюз. Конф. по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Свердловск. - 1986. - с.95-97.

28. Боярских Г.А., Лошак М.Г., Александрова Л.И., Карматок В.И. Упрочнение ударного бурового инструмента многократной вибрационной обработкой //В сб.: Вибрационная обработка твердосплавных изделий и бурового инструмента. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 12-76-20. - 1976. -с.23-28.

29. Боярских Г.А., Волков E.H., Куклин Л.Г. Влияние технологии изготовления буровых коронок на эффективность виброупрочняющей обработки твердого сплава //Проблемы повышения стойкости бурового инструмента. Тез. докл. к Всесоюз. Науч.-техн. совещанию 19-21.10.75г., Новокузнецк. - 1975. - с.33-34.

30. Боярских Г.А., Зыкин В.Т., Волков E.H., Савельев М.Л., Карма-люк В.И. Влияние вибрационной обработки твердосплавных изделий на прочность и долговечность паяного шва //В сб.: Вибрационная обработка твердосплавных изделий и бурового инструмента. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 12-76-20. - 1976. - с.1-5.

31. Боярских Г.А., Куклин Л.Г. Применение вибрационной обработки в производстве твердосплавного бурового инструмента//В сб.: Технология, организация и механизация механосборочного производства. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 12-75-1. - 1975. - с.3-5.

32. Боярских Г.А., Куклин Л.Г., Александрова Л.И., Лошак М.Г. Влияние вибрационной обработки на прочность запаяной твердосплавной вставки //В сб.: Вибрационная обработка твердосплавных изделий и бурового инструмента. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 12-76-20. - 1976. - с.5-9.

33. Боярских Г.А., Куклин Л.Г., Соколов Н.С., Кармалюк В.И. Влияние вибрационной обработки на прочность и долговечность стали 35ХГСА //В сб.: Организация и механизация механосборочного производства. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 12-76-21. - 1976. - с.13-15.

34. Боярских Г.А., Куклин Л.Г., Студенский Е.И., Семакина Т.П. Обработка твердосплавных пластин перед пайкой //В сб. тез. докл. зонал. науч.-техн. конф. Свердоовск: Свердл. обл. Совет НТО. - 1984. - с.79.

35. Боярских Г.А. Упрочнение перфораторных коронок многократной виброобработкой //Инф. листок. Свердловск, N466-77. - 1977. -2 с.

36. Дмитриев В.Т., Боярских Г.А. Проектирование технологических процессов восстановления деталей и ремонтных баз горных предприятий. Учеб. пособие. Екатеринбург: УГГТА. - 1994. - 138 с.

37. Боярских Г.А.653362. Научно-исследовательские и опытно-технологические работы по повышению прочности и долговечности твердосплавного вооружения перфораторных коронок; отчет //ЦНИИИтяжмаш. Рук. темы Г.А.Боярских, 16.3.78г., 67 стр. /Сборник реф. НИР. - 1978, N26, - с. 10, УДК622.22/24.051; 622.23.083.002.235; 661.665.2.

Личный вклад заключается в разработке физической модели состояния конструктивных элементов буровых коронок [25,27,28,32-34], в феноменологической оценке эффекта упрочнения и разрушения твердо-спавных вставок коронок [29,30]; в создании математических моделей отказов буровых коронок и параметрической надежности процесса изготовления коронок с резервированием его элементов [13]; в разработке методики статистического и эксперементального обоснования параметров размерной точности элементов армирования коронок [26]; в создании вероятностных моделей безотказности и долговечности упрочненных коронок и определении на их основе параметров эксплуатации [23]; в разработке условий применения методов и средств упрочнения [14,15,17-21], обеспечивающих наибольший эффект повышения надежности; в разработке методики и анализе результатов промышленных испытаний коронок [22,24]; определении технологических параметров восстановления работоспособности буровых коронок при эксплуатации[36].