Вплив технологічних чинників на надійність кріплення у з’єднанні «шарошка-зубок»
Автор: Козяк Богдан Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технології машинобудування
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Козяк Б.M., Сліпчук А.М. (керівник). Тема. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2020. Розширена анотація Величина концентрації напружень в зоні входження зубка у шарошку у значній мірі залежить на сам перед від характеристик міцності матеріалу шарошки [1,2,7]. Зокрема, було встановлено залежність, що границя плинності сталей шарошки впливає на відсоток випаданням зубків[3-5]. Крім того, відзначено, що зусилля випресовування буде зростати, якщо буде збільшуватись границя плинності (до певного значення) [6]. Отже, тоді можна стверджувати, що при зростанні границі плинності внутрішньої частини матеріалу шарошок випадання зубків буде зменшуватись. Підсумовуючи вище наведені факти та суперечності, можна сформулювати Об’єкт дослідження: процес розбиття отворів в процесі їх свердління та процес складання з’єднання „шарошка – зубок” у трьох шарошкових бурових долотах. Предмет дослідження: взаємозв’язок фізико-механічних властивостей сталі шарошки та твердості долотних сталей на міцність з’єднання „шарошка – зубок” . Взаємозв’язок між міцністю поверхні отвору та точність форми. Мета роботи – підвищити ефективність та продуктивність роботи шарошкових доліт з твердосплавним озброєнням за рахунок надійнішого закріплення твердосплавних зубків в корпусі шарошок. Необхідно оптимізувати параметри, які відносяться до фізико-механічних властивостей матеріалу шарошки за глибиною отвору та вдосконалити процес складання, а також підвищити міцність з’єднання „зубок-шарошка”. Необхідно зробити припущення: під час експлуатації навантаження на зубок та на контактну зону „зубок-шарошка” виникає нівеляція натягів у цьому з’єднанні за рахунок неоднорідності фізико-механічних характеристик матеріалу шарошок. Так як, твердість є характеристикoю опору деформації матеріалу, тоді конкретизуємо наше поставлене завдання. Якщо сформувати одну із задач, яка стоїть перед нами, то необхідно встановити взаємозв’язки між параметрами твердості поверхні отворів на вінцях шарошки й параметрами процесу формоутворення отворів (відхилення форми отвору від повздовжнього поперечного перерізу) та якістю готових отворів під вставні твердосплавні зубки. Для цього була поставлена мета: необхідно здійснити експериментальні дослідження та підібрати відповідний ефективний інструмент для свердління отворів. Після цього оцінити за допомогою статистичних методів вплив параметрів розподілу твердості вздовж усього глухого отвору по глибині свердління у вінцях шарошок для трьох шарошкових бурових доліт з вставним озброєнням на величину розбивки отворів. За результатами експерименту розробити комплексні рекомендації для подальшого вдосконалення технології виготовлення шарошок для тришарошкових бурових доліт. Аналізом стінок отворів на сталі 14ХН3МА виявлено, що при натягах до 0,068 мм мала місце пружна деформація, далі до 0,148 мм основна доля припадала на пластичну деформацію. Далі фіксували інтенсивне утворення значних пластичних деформацій, а також мікротріщин. При натягах вище 0,158 мм мали місце викришування в основі хвостовика твердосплавного зубка. Вимірюванням геометричних параметрів отворів в шарошках виявило, що здебільше, а це 68%, а у окремих партіях і до 85% утворюється зворотний конус (діаметр отвору у верхньому перерізі менший діаметра в нижньому перерізі). Різниця у розмірах може суттєво коливатися. Наприклад для отворів 18 мм в межах 24 – 31 мкм, а подекуди і більше. На отворах менших діаметрів такі показники дещо менші: 18 – 23 мкм. У окремих випадках, а це може бути до 45% у партії фіксується розбивання верхньої частини отвору. Значення різниці в діаметрах проти середньої частини отвору може коливатися у межах від 18 до 32 мкм. Утворення відхилення форми отворів можна пояснити появою пружних деформацій при обробленні тіла вінця. Утворення відхилення форми отворів, можна пояснити появою пружних деформацій при обробленні тіла вінця, що має ділянки різної твердості. Параметри пресування мають вибиратися відповідно до показників міцності та пластичності сталі шарошок. При цьому необхідно враховувати характер розподілу напружень у близько розташованих не тільки двох зубках, а групах зубків у вінцях шарошки. Для посадки зубків на основних вінцях (як найбільш навантажені), пресувати за умов підвищених натягів. Для підвищення якості пресування, перед пресуванням, твердосплавні зубки змочувати в окислений парафін. Стендові випробовування експериментальної партії доліт показали високі перспективи впровадження запропонованих рішень в технологічний процес виготовлення доліт. У подальшому актуальним є вивчення тріщиностійкості та контактної витривалості шарошкових сталей в результаті різних режимів хіміко-термічної обробки. Литература: 1. Яким Р. С. Підвищення якісних показників тришарошкових бурових доліт з герметизова¬ними опорами ковзання, вдосконаленням технології їх створення / Р.С.Яким, Ю.Д.Петрина, І.С.Яким // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. – 2013. – № 2 (47). – С. 30 – 41. 2. Неупокоев В. Г. Вопросы теории и практики проектирования, производства и эксплуата¬ции буровых шарошечных долот / Самара: Узд-во Самарского научного центра Россий¬ской академии наук, 2000. – 376 с. 3. Теоретичні основи обґрунтованого вибору критеріїв відмов і шляхів підвищення довго¬вічності тришарошкових бурових доліт / Є. І. Крижанівський, Р. С. Яким, Л. Є. Шмандровський, Ю. Д. Петрина // Вісник Національного технічного університету України „Київський політех¬нічний інститут”. Машинобудування. – К.: КТУУ „КПІ”. – 2009. – Вип. 56. – С. 6 – 13. 4. Яким Р. С. Оцінка надійності та критерії підвищення якості тришарошкових бурових доліт для буріння особливо міцних порід / Р. С. Яким // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. 2014. – № 4 (53). С. 43 – 51. 5. Сліпчук А.М. Яким Р.С. Покращення якості технології процесу запресовування зубків у шарошки бурових доліт. Високі технології в машинобудуванні: зб. наук. праць. – Харків, НТУ “ХПІ”, 2017. – Вип. 1 (27). – 186 с. 134-143c. 6. Сліпчук А.М. Яким Р.С. Покращення якості технології процесу запресовування зубців у шарошки бурових доліт. Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Львів. – 2017. № 867 С.69-77. 7. S.L. Chen, J. Dahlem, C. Rayburn. A Study of Drilling Performance of Energy Balanced Roller Cone Bit. SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition, 9-11 September 2003, Jakarta, Indonesia. Paper Number 80493-MS. doi.org/10.2118/80493-MS