автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка технологического процесса изготовления буровых долот, оснащенных вставными композиционными зубками

НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ УКРАКНИ (КШВСЬКИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ) Спещаизована вчена рада Д.01.02.09.

Байдик Олег Володимирович

УДК. 662.24.06

Розробка технологичного процесу виготовлення бурових долга, оснащения вставвими композицшяими зубками.

Спещалыпсть 05.02.08 - Технология малгинобудування.

Автореферат

дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата техтчних наук

KHÏB - 1997

Дисертащя е рукопис

Робота виконава на кафедр1 Гнструментального оиробництва Нащонального техшчного утверснтету Украши (КП1)

Науковий KepisHBK

д.т.н., професор Бугай Юрш Миколайович, президент Шжнародного науково-техшчного ушверситету

Науковий консультант

к.т.н., доцент кафедри металознавства НТУУ(КШ) Хижняк Вштор Гаврилович.

Офщшш опоненти: Карюк Г.Г. д.т.н., професор, IHM

АН Украши

Третько В.В., к.т.н., доцент, Техшчний ун1верситет Подолля, м. Хмельницький

Проввдна установа 1вано-Фрашивський технгчний ушверситет нафти та газу.

Захист ввдбудеться "10"листопада 1997р. о 1500 годит на замданш спещ&шзованоГ вчено! ради Д.01.02.09 при Нащональному техйчному ун1верситет1 Укра!ни (КП1) за адресою 252056, м. Кшв-56, пр. Перемоги, 37, корпус 19, ауд. 340.

3 дисерталДею можна ознайомитись у бКзлютещ Нащонального техшчного ушверситету Украши (КП1)

Автореферат розкланий " " жовтня 1997р.

Вчений секретар спещал1зованох вченой ради д.т.н., проф., Н.С. Равська.

Загальна характеристика робота.

Актуальшсть теми.

В розвитку економши Укра!ни значна увага выводиться нафтовШ та газовш шдустрц, як найважлившпй складовШ паливно-енергетично! бази народного господарства. Вирипення завдань, що стоять перед нафтовою та газового промисловктю потребуе перш за все пвдвищення техшко-економачних показник!в бурових робй-, прискорення техшчного переозброення, широкого освоения приндипово ново? техшки, матермипв та техпологш, зменшення термшш будовництва сверловин 1 пвдвищення срок1в служби обладнаяня та породоруйтвного шструменту.

Розвиток паливно-енергетичного комплексу краши потребуе значного падвищення довговмпосм породоруйшвного шструменту, зменшення використання у виробництв1 дефщитних матер1ал1в таких як вольфрам, кобальт та шших при одночасному пщвищепш якоотч прац1 та зменшенш енергоемкост! виготовлення породоруйн!вних шструмеяпв.

Зубкп з твердих сплав1в ВК-4, ВК-8 та ш., що зараз сершно випускаються промислов1стю для оснащения шарошкових дол« мають щлий ряд недолЬав. Внасладок значень твердосй та жорсткосй твердосплавних зубки значно бшыпих нЬк само! шарошки та значного значения натягу теля запресовки !х в мло шарошки, при експлуатадн ввдбуваються сколювання, розхитування та випадання 1х з корпусу (до25%), що призводить до подальпшх бшьш штенсивних сколювань та випадань, внасладок забруднення сверловини частинами тведого сплаву, що випали. Застосовуваиня твердосплавних зубшв виаслвдок цього накладае обмеження на регулювання довжини вильоту зубка над тьлом шарошки та внаелвдок дього на технолопчш параметра буршня, так1 як швидшеть проходки та ш. В той же с амий час буровий шетрумент - де шетрумент разового користуваиня, в робой якого приймае участь т!яьки виступаюча р1жуча частина, а бхльша його частина ¿з дефицитного твердого сплаву запресовуеться в корпус шарошки 1 таким чином вхдбуваеться неефективне використання твердого сплаву.

Тому проблема розробки нових технологш оснащения породоруйн1вного шструменту зяосоепйкими композицшними матер1аламн, що дають змогу значно зменшити використання дефщитних твердих сплавгв на стадц формоутворення заготовок шструменту при одночасному покращенш його конструкдц та ефективнот, зменшенш енергоемкос« виговлення та шдвшценш його надойносм та довгов1чност1 е досить актуальною.

Звязок роботи з науковими программам, планами темами.

Проведет досладження виконувались в рамках дшьовох комплексно! науково-техшчно! програми "Енергокомплекс" завдання РН. 05.09.-д "Створити 1 впровадити в виробництт, впровадити нов1 матерхали, технологи та породоруйя!вний шетрумент для прохвдницьких комплекйв 1 установок для буршня сверловин", науково-техшчно! програми "Комплексна програма розвитку науково-техн!чного прогресу в прничодобувнш 1 металургшшй промисловоси. Украши", та коордннацШних план1в "Породоруйшвний шетрумент" вудалення нафти та газу Академи гчрничих наук Украши".

Мета I задач! дослшження.

Метою дисертацшно! роботи е шдвищення якоста, довптчвосп бурових доли, котр! оснащеш вставними зубками за рахунок розробки нового технолопчного продесу, дозволяючого пщвищити яккть виступаючо! частини зубка та ефектившеть його закршлення в тш шарошки.

Для досягнення поставлено! мети в робой були поставлен! та виршгувались слвдуюч1 задача

науково-техтчний, патентний анал1зи та узагальнення результата теоретичних та експериментальних роби в облаей проектування технологш створення бурових доли, оснащених композшцйними зубками;

- розробка технолопчного процесу виготовлення бурових доли, оснащених вставними композшцйними зубками, що дозволяе шдвигцити ягасть виступаючо! частини зубка та ефектившеть його закршлення в тт шарошки;

- розробка технолопчного процесу композицшного армування з одночасним легуванням вставнкх зубк1в бурових дол1т;

- дослщжепня стшкосй композищйного легованого озброенвя бурових дол!т до абразивного зносу;

- досладження ефективносп закршлення вставших зубшв в тш шарошки, оптим1защя рельефу частини зубка, що заплавляеться;

- досладження напруження в композицшному вставному зубщ бурового долота;

- досладження траектори руху плакованих гранул твердого сплаву в радкш стал!;

- побудова багатом1рних, багатофакторних математичних моделей композищйного легування вставних зубк1в для бурових дол!т та оптишзащя технолопчних параметр1в !х виготовлення;

- вивчення впливу технолопчних параметр1в композцшного армування на якнггь композшцйних зубк!в бурових доли;

- вивчення ефективнос-п. розроблевого техноломчного процесу комдозицЦшого армувания вставних зубшв для оснащения бурових долЬт.

Метоти дослшжендя.

Теоретичн! досладження базуються на основних законах теоретично! механпш, теорП машин 1 механ1зм1в, опору матер1ал1в, деталей машин, технологи мапшнобудування, основ теори пластичносй та пружносп, ливарно! идравлши, металознавства, а також основних положень теори тертя та зношування. Експериментальш досладження проведен! на основ1 сучасних методик з використанням сершних приладав 1 обладнання, стандартних методик металографи та рентгеноспектрального анал!зу, а також спещальних оригшалъних приладав. Обробка результате здшснювалась з використанням теори планування експерименту 1 метод1в математичного моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна.

Автором самоетшно вперше:

- розроблена методолопя проектування технолопчних процейв виготовлення бурових доли, оснащених встав ними зубками;

- визначеш законом1рност1 техноломчного проектування, що направлен! на забезпечення потреб якоси до бурового долота та яасця вибрано! операди в технолопчному маршрута;

- показана можливкть створення стабшьних композшцй сталь-рели, за рахунок застосування ново! посладовносп технолопчних операщй;

- встановлено законом!рносм впливу технолопчних параметр1в армування на яшсш показники озброення шарошкових бурових дол!т;

сформовано та побудовано математичн! модела вибору оптимального р!вня якосп озброення бурового долота, технолопчного процесу композицшного легування вставних зубшв та ефективност1 закршлення вставних зубклв в тип шарошки;

- дослщжено: взаемодоя пари рел1т-р1дка сталь; напружено-деформований стан заготовки вставного зубка; структура перехздно! зони рел!т-металозв'язка;

- оптим!зовано технолопчт параметри легування армовано! зони композицшних зубк!в та спепДальний рельеф, що наноситься на частину зубка, що заплавляеться.

Практична ц!пшсть:

Теоретичн! та експериментальш досладження можуть бути використаш для розробки техн!чного завдання, техшчного ! робочого проекту технолопчних продемв виготовлення бурових дол1т та комлозицШного багатокомпонентного легування. Розроблен!

математичш модам закршлення зубюв в Tini шарошки, композищйного легування можуть знайти широке примшення в НД1, КБ, проектних та технологачних шститутах при розробщ конструкцш та технолопчних процейв виготовлення бурових долит.

В робот1 розроблено:

- принципово новий технолопчний продес виготовлення бурових доли, оснащених вставними композицшними зубками;

- новий cnoci6 армування встав них зубков;

- методику проектування бурового шструменту, оснащеного

- HOBi композищйш матер1али, для виготовлення вставних зубмв;

- оптимальш технолопчш параметри виготовлення композицшних зубшв та специального рельефу на поверхш зубк!в.

Технолопчний продес виготовлення бурових доли, оснащених вставними композицшними зубками впроваджений на Дрогобицькому долотному завода, а методику розрахунку армовано! зони в Украхнському нафтогазовому шституть

Виготовлено парт1ю бурових доли 295.3 Т-ЦВ.5. i випробувано на Бориславському УБР на бурових "Сходниця-38" i "Сходниця-30".

ПублЬсашУ.

Результата виконаних дослвджень опублжоваш в 6 друкованих роботах.

Адробашя роботн.

Основш положения дисертащйнох роботи доповадалися i обговорювалися на конференци молодих учених, в НТУУ (КП1), (Липень 1996г.), на м1жнароднш науково-техшчнш конференци в м. Чжунюань, Китай, (вересень 1996р.). Робота доповадалась на семшарах кафедри 1нструментального виробництва НТУУ(КШ) та на наукових конференщях професорсько-викладацького складу НТУУ(КШ) в 1995-1997р.

Структура та обсяг роботи. Дисертац1я складаеться 1з в ступу, п'яти роздиив, висновмв, списку лиератури, що використовуе (142 джерела) i додатк1в. Загальний обсяг роботи 147 стор. машинописного тексту, в тому числЬ 39 малюнк1в, 22 таблищ i додатки на 15 сторшках. Основна частина роботи мостить 189 стор.

Основний зшст роботи.

У встуш обгрунгована актуальней, теми 1 сформован! основш положения, що виносяться на захист, обгрунтована наукова новизна та практична цшшсть роботи.

В роздшц 1 анал!зуеться сучасний стан та основш напрямки технолопчного шдвищення довгов!чносм бурового шструменту та забезпечення ефективносп його виготовлення.

Технологии! продеси виготовлення бурових доли1 мають значний в длив на штенсифжятую 1х виробництаа, знпження собгвартост!, п!двищення якосй та надШноеть Тому головним завданням, що виршгуеться при проектуванш технолопчного процесу е управления процесом створення яккних характеристик бурових доли з метою формування експлуатащйних показник!в, що задаю гься.

Одшею з головних поверхонь, що визначае над!йн1сть бурових доли е озброення, довгов1чн!сть котрого напряму иов'язана з стиЬастю до р!зних, характерних для його експлуатацц, видав зносу. Висок! ф!зико-мехашчн! властивост! озброення бурового долота залежать вед вибраного типу композищйного матер1алу, правильного вибору твердого сплаву для армування, вдалого падбору металозв'язки армовано! зонд, мщного з'еднання твердого сплаву з матрицею, оптимального напруженого стану та стабшьно! внутршшьо! будови. Нал!чуеться близько 60 метод!в отримання композищйного озброення, серед яких: сукупне просочування р!знор!дних матер!ал!в, холодне пресування з просочуванням, в!бродресування з дросочуванням, пророшкова металурпя, пайка, армування.

Армування озброення бурових доли твердими сплавами е одним з основних ме-кдав шдвищення його довгов1чност!. Головними, найбшып важливими завданнями, що вир!шуються при армувант е змщнення немщно! матриц, отримання контрольованох ашзотропц в мехашчних, ф1зичних та шших властивостях, створення конструкцшних форм озброення, як! неможливо створити при використанш шших матер!ал!в та методш. В1др!зняють слвдухт методи армування озброення: поверхневе, об'емне, центроб!жне, в!броцентроб!жне, центроб!жне електрошлакове.

Авалгзом лиературних, патентних даних, результатав досшджень та промислових випробовувань кнуючого композищйного озброення шарошкових бурових доли було встановлено, що проблема складаеться з двох частин. По-перше, яшсть армовано! зони композшцйних зубмв е невисокою. Дооюдження показали, що при армуваня! релиом пщ час його руху в рдасш стал! вщбуваеться часткове або повне його розчинення, а п!сля кристал!зацц навколо твердого сплаву

утворюеться бша зона складного карбдаого складу з високою твердостю та хрупюстю, що викликае викришування твердого сплаву з металозв'язки, появу трццин.

По-друге при технологишй та експлуатацШшй необхцсноста збЬхьшення вильоту зубка над корпусом шарошки з 7мм до 1в-18мм для буршня порзд м'яких та середнып твердоеп 1снуюч1 метода кршлення зубка в тШ шарошки виявляються нерапДональними, що в свою чергу впливае на технологию виготовлення шарошки в цшому. Тому виникла необхвдшсть оптим1зацц технолог1чного маршруту виготовлення шарошки, оснащено! композитайними зубками.

Виршгати щ питания можливо шляхом розробки тако! технологи виготовлення бурового долота, яка б включала два принципових процеса, що забезпечують: отримания озброення шарохпкових доли з композицшним шаром високо! якосп в робочих об'емах останнього та пщвищення ефективноста закршлення зубка в корпус! шарошки.

Щ проблеми задропоновано виршштп проведениям ноделювання технолопчних процес1в виготовлення бурових доли- та розробкою спещального методу легування та крапления композидщного зубка в корпус! шарошки.

В роздип 2 проводиться розробка блок-ехеми технолопчяого процесу композицШного армування та основних передумов шдвищення якостс вставних зубгав бурових доли. •

Яккть комлозицшного озброення бурових доли визначаеться дифузшними продесами, що вадбуваються в граничному шара армуюч! гранули-металозв'язка, що повияш забезпечувати ефективну взаемодш та закршлення р1знорддних матерзал^в в процеа кристалдзадц одного з них. Тому технолопя розробленого процесу комлозицшного армування вставних зубтав передбачае нанэсення слещальиих покрить 13 адгезшно-активного сплаву на армунга гранули твердих сплав1в, що мщно з'еднуеться з ними та подальше 1х закршлення при композицШному армуванш.. Дании споыб дозволяе р1вном1рно розмктити гранули твердого сплаву в армованому об'ем1 вадливок за рахунок розмицення зерен твердого сплаву з питомою вагою, бьдьшою н1ж в основного металу в перифершних об'емах вадливки.

При анал1з1 проведених розрахуншв можнз зробити висновок, що основними технолопчними параметрами, впливаючими на процес комлозицшного центроб1жного армування е: пгвидоисть обертання форми со, густина та розм1р арм!тор1в (рд ,11), температура початкового нагреву форми Т, та радаус ливарно! форми Иф. Оптимальш значения параметрЬ: п=об/хв., рд =(6,4-7,0) 10"3кг/м3; 11=0,45-0,63мм, Т=500С, Нф=0,1м.

Нанесення адгезшно-активних покрить запобггае окислению та розчиненню твердого сплаву, забезпечуе змочуваншсть та яккне закршлення його в стальн1й матриц! при кристашзацц. При введен! пористих Т1Л в редкий метал вадбуваеться !х просочування останн!м.

При проведенн! теоретичних дослвджень впливу технолоичних фактор!в на швидшеть руху арм1тор1в в радкш стал! в об'ем1 зубка та швидмегь потоку редкого металу ! режиму його течи, було встановлено, що вони залежать в!д частота обертання форми та розм!ру арм1тор1в. Починаючи з частота обертання п=100хв-1, час просочування набагато менший ввд часу кристал!зацц (2,15с) (табл.1).

Табл.1

Взаемозв'язок технолопчних параметр!в композищйного армування при просочуванш та рус! арматоров.

Частота обертання,хв"1 Швидк1сть р!дкого металу в порах арм1тор!в У2,м/с Час руху арм1тор1в Г ,с

Порист! сть шару £ Порисисть шару £

0,2295 | 0,4764 0,4764 | 0,2295

60 19,109 10"3<У25 68,341 Ю-3 0,21 <,Т< 0,63

100 76,435 10 233,36 10"3 0,051 2 Г 50,16

150 171,98 10-3< У2< 525,03 10 3 0,023 < т £0,07

200 305,74 10"3< У2< 985,45 10"3 0,013 < Г <0,04

250 477,72 10-35У22 1453,51 103 0,006 < Г <0,025

300 687,91 10'3< У2< 2100,3 Ю-3 0,0057 < Г <0,017

Експлуатацшш характеристики композидганого озброення шарошкових бурових доли значно залежать ввд напружено-деформованого стану армовано! зони композицшних зубк!в. Напружений стан композицшного озброення виникае в процес! охолодження в!дливок, внасладок незбиу температурних коефцценмв розпшрення материалу матриц! та гранул. Теоретична розрахунки напружено-деформованого стану армованих матер!ал!в показали, що товщива плакованого шару армуючо! гранули значно впливае на абсолютт значения напружень. Ркт товщини плакованого шару при шших незмшних технолопчних параметрах армування призводить до зменшення напружень складових компонент композицДйпого озброення (табл.2).

Табл.2.

Залежшсть напружень в систем! "рели - № - Х10Г8Н2Т ввд _ товщини Ь штакованого шару.

ь, мкм <7,10», МПа МПа МПа МПа МПа

20 -2,582 -2,600 -1,202 -2,260 1,310

40 -2,460 -2,495 -1,106 -2,530 1,265

100 -2,195 -2,264 -0,900 -2,333 1,167

де розрахунков! значения напружень: в гранул! (с^); середшх

радоальних (<тг) та тангенщальних (<хг) в плакованому шару;

радиального (а -) та тангенщального (а в матриц! на границ! ц г1 тг

контакту з гранулою в плакованому шару.

Таким чином, створення мщних композицш типу твердий сплав-сталь з високою концектращею армуючих елеменпв та онтимальним напруженим станом базуеться на необхвдному технолопчному забезпеченш таких процедо та на адгезшному закршлеш гранул твердого сплаву в стальшй матрищ.

В роздип 3 проведено оптимхзащю технологачних маршрутов виготовлення шарошок бурових доли, визначен! основш групп показнишв якоет! озброення бурових долгг. Розглянуто п'ять голов них для виготовлення шарошок типу М технолопчних маршрутов та визначена загальна IX ефектившсть.

При побудов! техноломчного маршруту виготовлення бурового долота необхадно виргшувати дзп задач!: визначення перелику операцш та послвдовност11х виконання. Виршення цих задач потребуе розробки узагальненого маршруту, побудови графа технолопчного маршруту виготовлення шарошки бурового долота та виявленню законом1рностей технолопчного проектування, ям роблять !х багатовар!антними та направленими на забезпечення потреб якосп бурового долота та м1сця вибрано! операци в технологичному маршрут!.

Узагалънення послвдовност! операцш з разними ступенями Ьс розчленованост1 спрямовано на переборення "жорсткосп" проектування технолопчного процесу виготовлення шарошки бурового долота. Загальн! положения проектування технолоичних нроцесгв знаходять свое вщображення в графах техно логачних маршруйв.

1ндивщуальний технолопчний маршрут видаляеться з узагальненого технолог!чного маршруту та графа поыццовност! операцш виготовлення шарошки, вихадними даними для побудови е експлуатац1йн! умови, характерт для даного типу бурових доли.

Розроблений шдивадуальний технолопчний маршрут виготовлення шарошки бурового долота включае:

- композицШне армування зубка;

- сумицення на стадП отримання заготовки лиття та армування шарошки;

- обточування базового пояска;

- чорнова 1 чистова токарна обробка опорних поверхонь шарошки;

- свердлшня отвор1в шд змащування;

- пипфування тордя 1 базового пояска шарошки;

- гшпфування бггових дорожок;

Блок схема розробленого техволопчного процесу виготовлення шарошки бурового долота показана на рис.1.

Рис. 1. Блок-схема розробленого технолопчного маршрута виготовлення шарошки бурового долота, оснащено! композшцйними

зубками.

Потужшсть запропонованого маршруту виготовлення шарошок буров их доли з вставними композицшними зубками в два рази перевищуе потужшсть узагальненого маршруту.

Розроблений технолопчний процес композидшного легування зубмв шарошок бурових доли, в основному базуеться на доеягвенш необхщно! якосп озброення шарошок бурових доли при внконанш. ними головного функщонального призначення - руйнування прничих порвд, за рахунок оптимального легування армовано! зони зубк1в

бурових дол!т. Тому планувавня проводилось для процесу композицшного легування WC, Сг, Т1, Мп та N1.

При обробщ експериментальних даних абразивно! спйкоеы композицшно-легованих зубк1в бурових дол1т отримано математичш модели

У1=0,0262+0,002Х2-0,004Х3-0,001Х2Х3-0,003Х2Х4-

-0,008X3X4+0,004X2X3X4;

у'!=3,203+0,37Х2-0,6Хз-0,49X2X3-0,96X3X4+0,34X2X3X4;

у2=0,096+0,053Х!-0,01Хз-0,056Х3Х4-0,064Х1ХзХ4;

у'2=4,47-0,81Х1-0,72Х3-0,46Х4+0,28Х1Х4+0,49Х3Х4-0,37X1X3X4;

Де У1, У*1 Уг, У*2 - вщповцдао значения розм1рно! та вагово! абразивно! стШкоста, а X!- юлъягстъ Сг, що вводиться;

Х2- к!льк1сть Мп, що вводиться;

Х3- к1льк1сть Тд., що вводиться;

Х4- к1льк!сть N1, що вводиться.

Найбшыпу абразив ну стгйзисть мають композицШш. зубки, армован1 релшш та з металозв'язками вадповвдно 1) Сг-10,4%, Мп-8,4%, ТИ%, №-2%, 2) Сг-20%, Мп-0,8%, ТМ%, №-2%, вмкт вуглецю в уйх випадках становить 1%.

В роздШ 4 нриводяться дослздження технолойчних параметров процесу композищйного армування та зносостшкосм композиц1йних зубк1в.

Бомплексним показпиком, що визначае ф1зико-мехащчш властивосп композицшних зубков е концетрац^я твердого сплаву в армовашй зош. На рис.2 показано вплив на концентрацш твердого сплаву таких техлолопчвпх параметров, як температура нагр!ву форми, гранулящя твердого сплаву, частота обертання форми та шлыисть твердого сплаву, що вводиться в форму.

Таким чином, лабораторними експериментами визначено ступшь впливу технолопчних параметр1в на яккть армування.

Вивчення ф1зико-хш1чного взаемозв'язку пари релгг-стал! Х10Г8Н2Т та Х20ГН2Т ввдбувалось анал1зом структури 1 фазового складу металозв'язки, електронпограф1чннм методом та на растровому мшроскош. Доыидженнями було встановлено, що значне пвдвищення абразивно! стшкосп вщбуваеться завдяки отримашй структур! перехщно! зони твердий сплав-основний метал, котра складаеться з незначно! юлькоста бЪю! зони, що представляе собою легований зал1зом та шшими елементами карбщ вольфраму (шириною до бмкм та мшротвердастю до 20 ГПа), щ-фази(Ге3УГ3С) (шириною до 10мкм та мшротвердастю до 10 ГПа), та фази, що складаеться з аустешту, мартенситу та 7?-фази (шириною до 70мкм та мшротвердастю до 8 ГПа). Внаеладок плавного переходу мжрогвердосп р!звих струкгурних

л

в _ 0-50 <= .

л 4о %

3 ю

04? ХО]

05. 40

■б "9 60

п

а. ят)

ь

■з. П)

■з 30

а

* та

(О

0

100

0-а?0—650( п

^Г 10 •• 15 I

24

400 600

Тоо(°С

0,941, мч

Рис. 2. Вплив: частота обертання центробжноТ машини (а); кшькостт твердого сплаву, що вводиться при композицшному армуванш (б); температури нагр1ву форми (в); грануляцп твердого сплаву (г) на коицентащю твердого сплаву в армо-вашй зот.

складовкх та наявноста аустешту та мартенситу в процеа. експлуатащ! отримуеться розподи наваятажень та цементащя твердого сплаву в металозв'язщ, що позитивно дае на експлуатацшт властивост1 композицшного матер1алу.

В робой були проведен! дослщження параметров тонко! кристал1чно! структури розроблених композищйних матер1ал!в та встановлений !х взаемозв'язок з !х зносоетшккгпо. На рис.3 представлен! залежноси для композищйних зубк1в, армованих релиом та з ркних матриць.

Структурна досконалйяъ металозв'язки найкраща у зразка №3, де ширина дифракцгйного вщображевня бмрад, розм!ри ОКР 0,15мкм, неоднорадна мЬсродеформащя 4,4 10"3, а зразок №1 вцщоведно 9мрад, 0,12мкм, 6,210-3.

Як видно з рис.3 повна корелящя часових штервал1в, шсля закшчення яких стабЬизуеться значения спйкосм до абразивного зносу та значения парам етр1в тонко! кристал1чно! структури характерна для вых матер1ал1в. Тобто шсля закшчення процесу приробки значения цараметр1в тонко! кристал1чно! структури матер1алу не змшюються в процем роботи, мають свое конкретне значения для кожного матер1алу та для кожного !х значения вЗдповадае певне значения абразивно! стшкость

3 цього можна зробити висновок, що породору&шний шструмент, оснащений композицшним озброенням та технолопя його виготовлення може проектуватися виходячи з параметр!в тонко! кристал1чно! структури та заданого значения зносостшкосп.

Проведет розрахунки показали, що примшення композищйних багатокомпонентних зубтв для оснащения шарошкових бурових доли дае змогу зб1лынити вили зубка над тхлом шарошки до 2/3 довжини в пор1вияпщ з твердосплавними, за рахунок зравняння твердоси та жорсткоеп зубка.

В розд1л1 5 розглянуто питания шдвищення надгйноеп закршлення вставних зубк!в в тш шарошки та приведено розрахунок технжо-економшно! ефективност1 впровадження розробленого технолог!чного процесу виготовлення бурових доли, оснащених вставними композицшвими зубками.

Надшн1сть закршлення вставних композищйних зубк1в в тип шарошки е одним з головних фактор1в, що визначае надшшсть бурового долота в цшому. В свою чергу надшшсть з'еднання зубок-тало шарошки обумовлюеться як конструкщею з'еднання так ! технолопею, що застосовуеться при складанш композищйних зубк1в з шарошкою.

Нами розроблено конструкций хвостовика вставного зубка, яш в процеы складання бурового долота заливаються радкою сталлю.

дп), г

5 „

2 -б)

3), «КМ 0/5

10

70

60

£> 40

Ю

1

2 г

(50

<№о боо *»

юоо

Рис. 3. Часов1 залежносп при терт! по абразиву зносу легованих зразюв (а); ¡нте-грально! ширини дифракщйних лшш (б); розм1р1в ОКР (в); неоднорщно! М1кро-деформапи (г).

Ммшний склад зразыв: 1) Сг: 0,4-0,9 %; Мп: 0,4-0,9 %; Л: 0 %; №: 0 %;

2) вг: 9-10 %; Мп : 10 %; ТС : 0,5 %; № : 1 %;

3) йг: 18-20%; Мп: 10%; Т!: 1 %; № : 2 %.

Основним параметром, що визначае мгцтсть вплавлепня комиозшцйного зубка в тшо шарошки е зусилля випресовки (ув).

В результат експераментальних даних побудована узагальнена модель конструкдп композицшного зубка, що вплавляеться в тио шарошки.

ув =12,64 + 6,23 X! + 1,87 Х3 - 1,03 Хг Х2 + 4,12 Х2 Х3 +

+ 2,14 Хх Х2 Х3;

де Хг об'ем спещального рельефу на частит зубка, що вплавляеться;

Х2 - д1аметр зубка;

Х3 - глибина вплавлення зубка.

Анал1з математично! модел! показуе, що збигыпення об'ему спещального рельефу на поверхш зубка приводить до миттевого зб1льшення зусилля випресовки, яке незр1вняне з впливом шших елементав або 1х взаемодш. Об'ем спещального рельефу на поверхш зубка, що заплавляеться е комплексним показником для конструювання хвостовика зубка. Розроблеш конструкцц хвостовика композицшного зубка показан! на рис.4.

Застосування нових конструкций хвостовика дозволяе зменшити частину зубка, що заплавляеться та зболыпити вили зубка над тшом шарошки, збшыгшти доаметр пдапипникового вузла, покращити самоочищения зубкгв шарошок, збихьшити проходку та мехашчну швидоисть буршня.

Дослвдш долота 295.3Т-ЦВ.5 прошили випробовуваняя на Бориславському УБР на бурових "Сходниця 30" 1 "Сходниця 38" зпдно спещально розроблених 1 затверджених програми 1 методики. В результат! випробовувань не виявлено жодного випадку випадшня та сколювання композицшних зубк!в. Доыидш долота перевищують сершш 295.3Т-ЦВ по проходщ на 70%, по мехашчнш швидкост! буршня на 31%, по часу працездатноста на 52%. Застосування даних доли дозволяе зменшити використання твердого сплаву в ад 0,27 до 0,6 кг на одне долото.

При щш 3-х шарошок бурового долота 295.3Т-ЦВ - 560 гривень, економ!чний ефект при виготовленш комплекта шарошок на одне бурове долото становить 202гр.(36% ).

Загальш висновки.

1. Розроблено принципово новнй технологачний процес виготовлення бурових доли, оснащених композицшними зубками.

2. Розроблено технолопчний процес композицшного легування вставних зубшв для оснащения бурових доли за рахунок застосування ново! послщовност! технолопчних операцш.

Рис. 4. Схеми кршлення композишйного зубка в тш шарошки.

3. Розроблено теоретично передумови створеввя технологи композицгйного багатокомпонентного армуванвя озброення бурових

доли.

4. Побудовано узагальнений технолопчний маршрут виготовлення шарошки бурового долота, оснащено! композицШними зубками. Потужшсть розробленого технолопчного маршруту майже в 2 рази перевхицуе потужшсть вс!х !нших маршрутов, в тому числ1 ! узагальненого.

б. Побудовано математичш модел! технологиного продесу комнозицшного легування озброення бурових дол1т. Оптим!зовано технолог!чн! фактори легування. Визначено взаимоди технолог!чних параметров, що, в основному, визначають ст!йк!сть озброення бурового долота при екснлуатаци. Показано, що, пайбшьпшми технолог1чними можливостями володае №, вы шпп легуюч1 добавки мають дшком ч!тку законом!ртсть досягнення експлуатацойних цоказников.

6. Проведено досладження залежност! стану композиц!йного легування озброення бурових доли вщ технолопчних факторов його виготовлення та умов експлуатаци.

На основ! проведених досладжень показано, що: -стшккть компознцшного озброення залежить вщ матер1алу металозв'язки та П початкового структурного стану;

-етшккжь композидшного озброення падвищуеться при зб!лыпенш ровня легування металозв'язки N1, Сг, Ми, Т!, АУ в межах ох досладжень;

-параметра кристатчоо структури композицшного озброення змшюютъся незначно !з зб!льшенням часу випробовувань;

-температура нагр!ву форми, гранулящя твердого сплаву, швидмсть охолодження дозволяють ефективно керувати концентрахцею твердого сплаву в армовашй зон!;

-поява на границ! зерно-металозв'язка зоны у + 7] фази пвдвищуе довгов!чшсть комнозицшного озброення;

-функцоональн! залежност параметров тонко! кристал!чноо структури вад технолопчних режимов виготовлення, зносостшкост! компознцшного озброення в!д реально! структури е важливими передумовами прогнозування довгов1чност! компознцшного озброення бурових доли.

7. Композицшне легування озброення мае значш резерва п!двищення експлуатацШних характеристик бурових доли, за рахунок оптшюзацц структурно! досконалост! металозв'язки армовалоо зони.

8. Зроблено розрахунки напружень в гранулах твердого сплаву ! металозв'язщ при композицшному армуванн! плакованими ! неплакованими твердимы сплавами. Показано, що плакований шар

окрш шдвищення ефективност1 закршлення в металозв'язвд твердо! складово! композицшного озброення, значно впливае на напружений стан в армованш зон1 як твердо!, так 1 зв'язуючо! складових, значно зяижуючи його.

9. Приведено розрахунок точное« бурового долота, оснащеного вставними зубками, показано можливосп досягнення та регулювання бокових I рад1альних зазоров м1ж зубками, I вершиною зубка 1 толом шарошки ввдпов1дно.

Ю.Розроблено конструкцию хвостовика зубка 1 технологию його закршлення в тШ шарошки.

И.Розроблено конструкцию установки 1 методику проведения досладжень композидшно легованих зразк1в зубшв для оснащения бурових доли.

12.3агальн1 затрати при впроваджент розробленого технолопчного процесу виготовлення композицШно! шарошки бурового долота зменшеш на 36%.

Друкован1 прапь

1. Бугай Ю.Н., Бугай В.Ю., Байдык О.В. Композиционный породоразрушакяций инструмент.//Нефтяная залежь сбросовой глыбы. -1996, №3.-с.44-47.

Здобувачем характеризуються та анаизуються осповш напрямки проектування породоруйн!лного шструменту в залежноста вщ умов експлуатаци.

2. Байдик О.В. Сучасний стан та основш напрямки шдвищення довгов1чпосп обладнання бурового шструменту /Тези доповадеп науково! конференци молодих вчених, присвячено! 100-р1ччю механшо-машинобугцвного факультету. -Ки!в. 1996. с.32.

Здобувачем розглядаються, анал1зуються кнуючг та пропонуються нов! метода пщвищення довгов1чносп бурового шструменту.

3. Байдик О.В., Бугай В.Ю. Шдвищення ятсних характеристик рел!ту при центробежному армуванш обладнання шарошкових бурових дол1т /Тези доповадей науково! конференци молодих вчених, присвячено! 100-р1ччю механшо-машинобуд1вного факультету. -Ки!в. 1996. с.32-33.

Здобувачем пропонуеться покращувати яшсть твердого сплаву-релму, при використанш його для армування озброення породоруйшвного шструменту, нанесениям на нього адгезишо активних покритив.

4. Байдик О.В., Бугай В.Ю. Вивчення впливу легуючих добавлень на п!двищення зносостШкоси та довгов1чносп обладнання породоруйн1вного центроб!Жноармованого бурового шструменту /Тези

доповадей науково! конферевцц молодих вчених, присвячено! 100-р!ччю механжо-мапшнобудовного факультету. -Ки1в. 1996. с.31-32.

Здобувачем викладаються результати дослщжень вшшву таких легуючих добавлень як Сг, Мп, Т1, №, Мо на зносост!йк1сть та довгов1чн1стъ породоруйн1вного шструменту.

Перел1чеш дублжаци 1з достатньою повнотою ввдбивають практичш результати дисертацшно! роботи. 3 орадь, що 1х опублшовано у сшвавторств! у дисертацц використаао ильки та результати, ям отримано здобувачем самостшно.

5. Бугай Ю.М., Байдик О.В. Технолопчний иродес як основа якост1 бурового дородоруйшвного гнструменту 1 вебезпечноеп. пращ при його експлуатаци.//Охорона пращ. -1997. К»4.

Здобувачем розглядаються базов1 промислов! технолопчт процеси виготовлення шарошкових бурових доли та ар1внюються з розробленим в дисертадшшй робота на основ1 композидшного багатокомпонентного армування зубк!в шарошок виходячи з заданих показнишв якоста доли та небезпечвоста пращ при 1х виготовленш.

6. Бугай Ю.М., Григоренко СЛ., Байдик О.В. Ефективн1сть бурових дол!т, озброених композицшними зубками.//Нафтова та газова промисловкть. -1997, №4.

Розглядаеться розроблений здобувачем технолопчний процес, приводяться результати промислових випробовувань розроблених шарошкових доли та зргвнюються з аналомчними показниками доли, що випускаються серийно.

Аиотацш.

Байдик О.В. Розробка технолопчного продесу виготовлення бурових доли, осващених вставними композицхйними зубками. -Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук за спец1алыистю 05.02.08 - Технолопя машинобудуванвя.-Нащовальний техшчвий университет Украши (КШ), Кигв, 1997.

Дисертащя присвячена питаниям проектування та виготовлення дородоруйшвного бурового шструменту, оснащеного композищйним озброеввям. В дисертади розроблено новий техволопчвий процес виготовлення шарошкових бурових доли, який грунтуеться на вплавлевнг спещально розроблених композищйних зубк!в в корпус шарошки.

Розроблено новий сдос1б армуванвя заготовок вставних зубков. Вставовлево можливкть застосування методики проектування бурового шструменту, оснащеного композидшвими зубками виходячи з взаемозв'язку кристал1чно1' будови матер1алу 1 його зносостшкосп.

Розроблено hobî композицшш матер!али, для виготовлення вставних зубтв. Встановлено оптимальш технолопчщ параметри виготовлення композицшних багатокомпонентних зубк1в.

Ochobhî результата пращ знайшли промислове впровадження.

Ключов1 слова: композшдйш зубки, породоруйшвний буровий шструмент, зносостшкклъ, довгов1чн1сть, армування.

Анотацяя

Байдык О.В. Разработка технологического процесса изготовления буровых долот, оснащенных вставными композиционными зубками. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - Технология машиностроения. -Национальный технический университет Украины (КПИ), Киев, 1997.

Диссертация посвящена вопроссам проектирования и изготовления породоразрушающего бурового инструмента, оснащенного композиционным вооружением. В диссертации разработан новый технологический процесс изготовления шарошечных буровых долот, который основывается на вплавлении специально разработанных композиционных зубков в корпус шарошки.

Разработан новый способ армирования заготовок вставных зубков. Установлена возможность применения методики проектирования бурового инструмента, оснащенного композиционными зубками исходя из взаимосвязи кристаллического строения материала и его износостойкости.

Разработаны новые композиционные материалы для изготовления вставных зубков. Установлен! оптимальные технологические параметры изготовления композиционных зубков.

Основные результаты нашли промышленное внедрение.

Ключевые слова: композиционные зубки, породоразрушающий буровой инструмент, износостойкость, долговечность, армирование.

SUMMARY

O.V. Baidyk. Development of technology of drill bits' -with composed teeth production. -Manuscript.

Dissertation to receive the candidate of technical science degree on field of speciality 05.02.08 - Machine building technology. National technical university of Ukraine (Kiev Polytechnical Institute), Kiev, 1997.

The aim of the work is the design and. producing of drill bits. The new technology is developed in dissertation based on equipping the drill bits with armoured composite teeth.

Developed new method of armouring the teeth, new methodology of design of drill bits with composite teeth, new composite materials and optimised the technological terms of receiving composite teeth and drill bit in the whole.

General results are in use in industry.

Key words: composite teeth, drill bit, wear ability, durability, armouring.

3flo6yBai

BaSAHK O.B.