Пітулей Лоліта Дмитрівна. Технологічне забезпечення віброармування зубків бурового інструменту

Краткое описание

Пітулей Лоліта Дмитрівна. Технологічне забезпечення віброармування зубків бурового інструменту : Дис... канд. наук: 05.02.08 2008

Пітулей Л.Д. Технологічне забезпечення віброармування зубків бурового інструменту. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 технологія машинобудування. Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя. Тернопіль, 2008.
Робота присвячена питанням проектування технологічного процесу та виготовлення конкурентноздатного бурового інструменту віброармуванням заготовок зубків з метою підвищення їх довговічності шляхом отримання зносостійких литих композиційних матеріалів на стальній металозв’язці.
Теоретичні та експериментальні дослідження проведено згідно розроблених комплексної програми та методики, що полягають у сумісному використанні фізичного, математичного та комп’ютерного моделювання об’єкту досліджень для підтвердження адекватності отриманих результатів за допомогою діючого технологічного обладнання, розробленого та виготовленого технологічного оснащення на основі сучасних стандартних методик металографії та рентгеноспектрального аналізу, а також існуючих методів випробувань бурового інструменту на стійкість з характерними видами зношування в умовах, наближених до реальних. Розроблений метод визначення навантажень, які діють на різні вінці шарошок бурового долота, може використовуватись для раціонального розміщення зубків на вінцях шарошки.
Наведено результати промислових випробувань зношування виготовлених композиційних віброармованих зубків бурового інструменту. Результати випробувань порівнюються з аналогічними показниками твердосплавних зубків, що випускаються серійно.

В дисертаційній роботі на основі проведеного аналізу існуючих конструкцій і технологій виготовлення заготовок зубків БІ, враховуючи умови його експлуатації, науково обґрунтовано доцільність і перспективність локального об’ємного армування робочої частини зубка твердим сплавом реліт. Виконано теоретичне узагальнення та розв’язано наукову задачу технологічного забезпечення процесу віброармування зубків БІ, що дає можливість на 70% зменшити витрати твердого сплаву. Ефективність процесу віброармування особливо зростає при дотриманні оптимальних технологічних режимів формоутворення.
Розроблено комплексну методику проведення теоретичних та експериментальних досліджень технології віброармування виготовлення заготовок зубків БІ, які базуються на фундаментальних засадах технології машинобудування, законах теоретичної та аналітичної механіки, ливарної гідравліки, результати яких закладені в проектування технологічного забезпечення віброармування зубків ШБД з метою підвищення довговічності БІ. Програма та методика порівняльних стендових випробувань композиційних зубків застосовується на дослідній станції бурових доліт ВАТ Дрогобицький долотний завод”.
Вперше розроблено математичну модель седиментаційно-вібраційної рівноваги армованого об’єму розплаву заготовок, що дало можливість визначити технологічні параметри рівноваги арміторів у композиційному розплаві. Завдяки розробленій математичній моделі седиментаційно-вібраційна рівновага арміторів для композиційних зубків типорозмірів КМ25КМ70 (аналог твердосплавних зубків Г2525Г2570) досягається в діапазоні частот коливання ливарної форми 160-400 Гц при амплітуді віброзбудника 0,1 10-3м в процесі армування релітом 3-6; 3-9; 3-16 сталі 18ХН2МФЛ. Дотримання технологічних умов седиментаційно-вібраційної рівноваги у розплаві матриці сприяє уникненню осадження реліту та прилипання до дна ливарної форми.
Вперше теоретично обґрунтовано оптимальні співвідношення розмірно-структурних параметрів литих віброармованих композиційних матеріалів для зубків БІ. Критерій оптимальної міцності забезпечується співвідношенням середньої вільної віддалі між арміторамиl0,55raпри об’ємній концентраціїц0,66. Максимальне значення пластичності композиційного віброармованого матеріалу досягається за виконання аналітичної залежності середня вільна віддаль між арміторами у металозв’язці дорівнює середньому розміру зерна матриці, тобто коли виконується структурна умоваl d3.
Вперше з метою підвищення зносостійкості матеріалу заготовки зубка створено динамічні моделі отримання дрібнозернистої структури металозв’язки на основі диференціальних рівнянь вимушених коливань рухомих і нерухомих арміторів в об’ємі композиційного розплаву. Швидкістю зародження центрів кристалізації розплаву заготовки можна керувати шляхом підбору частоти та амплітуди коливань розплаву. Значення амплітуди коливання розплаву обмежується амплітудою коливання арміторів і віддалями між ними. На основі теоретичних досліджень визначено діапазон частот коливань розплаву, що забезпечує необхідну зернистість матричної сталі для надійного закріплення арміторів у металозв’язці (w=306 - 440Гц).
Побудовано модифіковану модель утворення газової подушки в розплаві заготовки віброармованого зубка, завдяки якій досліджено умови дегазації армованого та неармованого об’ємів зубка БІ, що сприяє усуненню дефектів на стадії формоутворення заготовки. Для підняття газової подушки до вільної поверхні розплаву частота вібрації ливарної форми повинна бути більшою за частоту власних коливань подушки(Гц).
Науково обґрунтовано та підтверджено експериментальними дослідженнями параметри термічного циклу віброармування. Для зубків КМ25 КМ70 рекомендується температура розплаву матричної сталі (1953-2003) К, температура нагрівання керамічної ливарної форми (573-623) К, кількість реліту на 1 заготовку 4,7-19,5 г, швидкість подачі сталі 35 г/с, швидкість подачі реліту 5 г/с. Термічний цикл віброармування дозволяє забезпечити розчинність реліту в зоні армування в межах 14-20%, що є достатньою для оптимального легування дрібнозернистої металозв’язки.
Розроблено груповий технологічний процес віброармування заготовок композиційних зубків КМ25-КМ70, спроектовано та виготовлено функціонально здатне технологічне оснащення для його реалізації. Виготовлено дослідні партії заготовок віброармованих композиційних зубків КМ55, КМ60, КМ70 з частотою віброзбудника 75; 150; 225; 300; 375 Гц, використавши систему автоматичного керування процесом кристалізації армованого розплаву заготовки.
Проведено лабораторні та стендові дослідження партії заготовок віброармованих зубків згідно розробленої комплексної програми, що дозволяє стверджувати про доцільність використання запропонованої технології. Випробування дослідних партій зубків в умовах, наближених до реальних, показали, що стійкість до характерних видів зношування віброармованих зубків на 20-30% вища, ніж промислових, що забезпечить підвищення довговічності бурового інструменту в цілому. Технологія виготовлення заготовок віброармованих зубків ШБД рекомендується до впровадження на ВАТ «Дрогобицький долотний завод».