Изготовление зубков долот

Не менее важным материалом в производстве высококачественных шарошечных долот являются вольфрамокобальтовые твердые сплавы, применяемые для изготовления зубков и армирования зубьев фрезерованных шарошек, козырьков лап и других частей долота, подвергающихся в процессе работы абразивному износу.

В соответствии с ОСТ 26-02-1315-84 твердосплавные зубки должны изготавливаться из сплавов марок: ВК4-В, ВК8-ВК и ВК11-ВК. сплавов ВК4-В и ВК8-ВК изготавливаются зубки формы Г-54 с плоской вершиной, используемые для армирования обратных конусов шарошек и козырьков лап. Из сплава ВК11-ВК изготавливаются зубки всех остальных форморазмеров: от Г26 со сферической головкой, применяемых в долотах для бурения очень крепких пород, до клиновидных типа М, применяемых в долотах для бурения мягких абразивных пород.

ОАО «Волгабурмаш» в своих долотах, изготавливаемых по лицензии фирмы Dresser (США), применяет зубки собственного производства из сплавов марок ВК10, ВК13 и ВК16.

Ведущие американские фирмы-производители долот, как правило, имеют свои твердосплавные производства и более широкий выбор марок твердых сплавов для изготовления обширной гаммы зубков самых разнообразных форморазмеров. Так, фирма Hughes Christensen имеет в своем распоряжении более 25 марок твердых сплавов от ВК6 до ВК18, причем многие марки сплавов с одинаковым химическим, но различным гранулометрическим составом могут значительно отличаться по своим физико-механическим свойствам, что позволяет более точно подбирать марку сплава для изготовления зубков той или иной формы для эффективного разрушения конкретных горных пород (табл. 6.3).

Таблица 6.3 - Твердые сплавы для изготовления зубков долот

Как видно из таблицы, для характеристик свойств твердых сплавов, кроме привычных твердости и прочности при поперечном изгибе, используются такие важные параметры, как стойкость к абразивному износу и трещиностойкость. Все без исключения зубки проходят газостатическую обработку, обеспечивающую повышение стабильности качества зубков за счет исключения пористости.

Все ведущие фирмы освоили, вслед за фирмой Smith, производство алмазно-твердосплавных зубков, причем не только с плоской, но и с объемной, вплоть до клиновидной, рабочей поверхностью и успешно применяют их для оснащения долот, предназначенных для бурения особо абразивных пород, где износостойкость обычных твердых сплавов недостаточна.

В отличие от сталей для изготовления лап и шарошек и твердых сплавов для изготовления зубков, материалы, применяемые в большом подшипнике скольжения долот с герметизированной опорой более разнообразны. И если рабочую (нагруженную) поверхность цапфы большинство производителей долот наплавляет твердым сплавом типа стеллит (отечественные аналоги — 3В16К, 3В14К-Б) то ответная поверхность шарошки (или промежуточной втулки) отличается как конструкцией, так и материалом.

Наиболее простой вариант использует в своих долотах фирма Hughes Christensen, когда стальные рабочие поверхности трения в шарошке покрываются слоем серебра.

Фирмы Smith и Reed используют в большом подшипнике скольжения плавающую разрезную втулку, также покрытую серебром с обеих сторон.

В долотах фирмы Smith большая и малая втулки а также плавающая упорная шайба, изготовлены из патентованного сплава Spinodal, представляющего собой никель-оловянистую бронзу, а фирма Reed втулку изготавливает из бериллиевой бронзы. Также из бериллиевой бронзы выполнена большая втулка в долотах фирмы Varel. Втулка запрессована в шарошку, внутренняя поверхность может покрываться серебром. В долотах фирмы Security DBS запрессованные в шарошку большая и малая втулки изготавливаются методом порошковой металлургии из порошка легированной Сталин пропитываются серябряно-марганцевым сплавом, содержащим 85 ск серебра. Рабочие поверхности втулок также покрываются серебром.

В долотах ОАО «Волгабурмаш» большая втулка комбинированная — имеет стальной корпус, на внутреннюю поверхность которого напрессовывается порошок стеллита и железа и пропитывается при спекании оловянисто-свинцовистой бронзой. Внутренняя поверхности втулки может покрываться серебром.

Для изготовления уплотнительных элементов опор долот, пре имущественно в виде колец разнообразного сечения — от круглой (в долотах Hughes Christensen, Smith и Varel) до прямоугольного волнистой (Security DBS) или текстурированной (Reed) рабочей поверхностью, фирмы-производители применяют гидрогенизированнук высоконасыщенную нитрильную резину (HNBR или HSNBR). Отечественные производители долот используют нитрильную резину (NBR).

1. Металлокерамические твердые сплавы. Эти сплавы применяют в виде пластинок к режущему инструменту и инструменту для буров при бурении горных пород, а также в виде фильер для волочения. Некоторые мелкие режущие инструменты (сверла, развёртки, фрезы) изготовляют целиком из твердых сплавов.

Металлокерамические твердые сплавы очень тверды (82…92 HRA) и способны сохранять режущую способность до температур 1000… 1100°С.

Металлокерамические твердые сплавы пред­ставляют собой композиции, состоящие из особо твердых тугоплавких соединений в сочетании с вязким связующим металлом.

Наибольшее практическое применение для производ­ства металлокерамических твердых сплавов имеют кар­биды WС, ТiС и ТаС. Связующим металлом в спеченных твердых сплавах является кобальт, а иногда никель и железо.

В зависимости от состава карбидной фазы твердые сплавы разделяют на три основные группы: вольфрамовую (однокарбидные сплавы WС – Со (типа ВК)), титано-вольфрамовую (двухкарбидные сплавы WC – ТiС – Со (типа ТК)), титано-тантало-вольфрамовую (трехкарбидные сплавы WC – ТiС – ТаС – Со (типаТТК)).

2. Сплавы первой группы различаются по содержанию кобальта (2... 30%) и по зернистости карбидной фазы. С увеличением содержания кобальта растет вязкость сплава, но снижается твердость и износостойкость. Ук­рупнение зерен карбида вольфрама повышает вязкость сплава, но снижает твердость.

Однокарбидные сплавы применяют для изготовления режущих инструментов, предназначенных для обработки хрупких материалов: чугуна, цветных металлов и спла­вов, неметаллических материалов (резины, фибры, пласт­масс), а также нержавеющих и жаропрочных сталей, титана и его сплавов. Сплавы с низким содержанием кобальта ВК3, ВК3М, ВК4 применяют для чисто­вой и получистовой обработки, а сплавы ВК6, ВК6М, ВК8 – для черновой обработки. Вязкие сплавы с боль­шим содержанием кобальта (более 20%) используют для оснащения штампового инструмента, работающего при значительных ударных нагрузках. Мелкозернистые твердые сплавы (ВКЗМ, ВК6М) применяют при обработке твердых чугунов по литейной корке. Сплав ВК15 применяют для режущих инструментов по дереву.

Для армирования горного инструмента используют сплавы ма­рок ВК6, ВК6В, ВК4В, ВК8, ВК11В, ВК15.

Из сплавов марок ВК6, ВК8, ВК15 изготовляют также фильеры и матрицы для волочения и прессования (выдавливания); сплавы ВК6 и ВК8 используют и при изготовлении деталей измерительных инструментов, работающих на износ. Для изготовления штампов используют сплавы марок ВК15, ВК20, ВК10КС, ВК20К, ВК20КС.

Сплавы второй группы благодаря высокой твердости и износостойкости применяют преимущественно при вы­сокоскоростной обработке сталей резанием. Свойства сплавов определяются содержанием карбида титана и кобальта. С увеличением содержания ТiС повышается износостойкость сплава и уменьшается его прочность, а увеличение содержания кобальта повышает вязкость и снижает твердость.

Наивысшей для двухкарбидных сплавов износостой­костью и допустимой скоростью резания при чистовой обработке обладает сплав Т30К4. Сплавы Т15К6, Т5К10 предназначены для получистовой и черновой обработки углеродистых и легированных сталей (поковок, штампо­вок, отливок). Сплав Т5К12В применяют для тяжелой черновой обработки поковок, штамповок и отливок, а также для строгания углеродистых и легированных сталей.

Сплавы третьей группы применяют для черновой и чистовой обработки труднообрабатываемых материалов, в том числе жаропрочных сплавов и сталей. Добавка карбида тантала или ниобия оказывает положительное влияние на прочность и режущие свойства сплавов. К этой группе относятся следующие марки: ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ8К6, ТТ20К9 и др.

Примеры расшифровки марок металлокерамических твердых сплавов:

ВК6 – содержит 6 % кобальта, остальное карбид вольфрама (94 %).

Т15К6 - содержит 6 % кобальта, 15 % карбида титана, остальное карбид вольфрама (79 %).

ТТ7К12 – содержит 12 % кобальта, 7 % карбида титана и карбида тантала, остальное карбид вольфрама (81 %).

Буква М обозначает мелкозернистую структуру и поэтому более высокую износоустойчивость в сравнении с теми же марками нор­мальной зернистости; буквы В или КС в конце маркировки опре­деляют более высокие эксплуатационную прочность и сопротивление ударам и выкрашиванию за счет крупнозернистой структуры; буква О указывает на содержание 2 % карбида тантала, что несколько увеличивает твердость и износостойкость сплава.

3. Для изготовления металлокерамических твердых сплавов порош­кообразные составляющие тщательно перемешивают и смесь прессуют под давлением от 100 до 420 МПа. Полученные прессовки спекают в электропечах при температуре 1500 °С в атмосфере водорода или в вакууме. При спекании связующий металл (кобальт) расплавляется и, обволакивая зерна карбидов, связывает их.

Твердые сплавы чаще изготов­ляют в виде стандартных пластин различной формы для оснащения ими резцов, фрез, сверл и других режущих инструментов. Пластины в режущем инструменте крепят либо медным припоем, либо механическим способом.

В обязанности органов Государственной приемки входит, в частности, контроль качества изготовления, соблюдения технологических процессов и проведения испытаний узлов, агрегатов, изделий, а также соответствия качества получаемых комплектующих изделий, полуфабрикатов, материалов, сырья, применяемых для изготовления продукции, установленным требованиям; контроль за своевременным внедрением и соблюдением НТД, за техническим состоянием и своевременным проведением проверок контрольно-измерительного инструмента, оборудования, приборов, приспособлений и испытательных установок, применяемых при приемке и испытаниях продукции; анализ совместно с руководителем предприятия поступающих от потребителей рекламаций на продукцию с целью получения характера дефектов и принятия мер к их ликвидации в продукции, находящейся как в стадии производства, так и у потребителей; участие в оформлении рекламаций на недоброкачественную продукцию, получаемую от поставщиков; контроль технической документации на принимаемую продукцию; контроль за реализацией мероприятий, направленных на повышение качества продукции; участие в государственной аттестации продукции; участие в проведении периодических, типовых и других испытаний продукции с целью проверки ее качества и надежности.

В настоящее время ведутся работы направленные на разработку неразрушающих методов контроля качества изготовления алмазного породоразрушающего инструмента.

Первая - связана с контролем качества сборки, вторая - с контролем качества изготовления деталей и узлов. Последняя обрабатывает также информацию о качестве покупных материалов и изделий.

Перед проведением испытаний опытного или головного насоса его следует разобрать и произвести контроль качества изготовления основных деталей и узлов, и записать замеры трущихся поверхностей основных деталей (паровых и гидравлических цилиндров, штоков, грунд-букс, золотниковых втулок, клапанов и др.), а также зазоров в замках колец.

Разрешение выдается предприятию, имеющему необходимые технические средства для изготовления объектов котлонадзора и осуществления контроля качества изготовления в соответствии с требованиями Правил и технических условий и располагающему обученными и аттестованными кадрами.

Ввиду относительно кратковременного характера работы строительных машин на отдельных строительных площадках помимо статических расчетов, контроля качества изготовления (или ремонта) деталей и самой машины в целом проверка прочности машины производится путем периодических испытаний машин, их частей и агрегатов. Дефектоскопический анализ деталей машин, сварных соединений вместе с проверочными расчетами прочности способствует созданию безаварийной работы и снижению травматизма.

В условиях крупносерийного и массового производства виброакустические методы остаются одним из современных и перспективных методов контроля качества изготовления машин и механизмов. Эти методы позволяют снизить уровень шума машин и механизмов до требуемого санитарными нормами, провести оперативный контроль в ходе эксплуатации машин, повысить ресурс машин.

Если на чертеже заданы толщина зуба вала и ширина впадины отверстия, то по ним производят контроль качества изготовления деталей.

Анализ причин отказов насосного оборудования показывает, что значительное их число происходит вследствие неудовлетворительного обслуживания, контроля качества изготовления и сборки. Работоспособность насосного оборудования и восстановление его основных технических характеристик достигаются благодаря системе технического обслуживания и ремонта, организации диагностического контроля в процессе эксплуатации.

Сведения о проверке комиссией предприятия знаний Правил инженерно-техническими работниками, связанными с изготовлением подъемных сооружений и контролем качества изготовления должны быть представлены по установленной форме. Для предприятия с большим количеством ИТР сведения о проверке знаний ИТР по согласованию с органом госгортехнадзора могут быть представлены в виде справки.

НИИТМАШ и ЛИКИ намечают провести опытное внедрение этого материала на заводах Ленинграда и осуществить дальнейшую разработку статистических методов анализа и контроля качества изготовления изделий.

По имеющимся на предприятии документам убеждаются в том, что проверка знаний инженерно-технических работников предприятия, связанных с проектированием, изготовлением и контролем качества изготовления объектов котлонадзора организована в соответствии с Типовым положением о проверке знаний руководящих и инженерно-технических работников правил, норм и инструкций по технике безопасности и что состав комиссии по аттестации сварщиков согласован с местным органом госгортехнадзора.

В книге описана технология изготовления рукавов (экструзия, усиление, вулканизация), рассмотрены конструкции концевой арматуры и способы ее крепления на рукаве; особое внимание уделено контролю качества изготовления рукавов, правильному их монтажу и эксплуатации, вопросам стандартизации рукавов.

Большее значение относится к конструкциям, внедряемым без экспериментальной проверки с продолжительным сроком эксплуатации, при многократном количестве нагружений, меньшее - для конструкций с кратковременным действием нагрузок и малым числом циклов нагружения при достаточном контроле качества изготовления.

Арматура сосудов, изготовленная из легированной стали или цветных металлов с условным проходом более 20 мм, должна поставляться с паспортом (сертификатом) установленной формы, в котором указывают данные по химсоставу, механическим свойствам, режимам термообработки и результатам контроля качества изготовления неразрушающими методами.

Технологический процесс изготовления якорных катушек из провода ПЭТВСД состоит из следующих элементов: заготовки проводников необходимой длины, формовки и разводки головки, наложения корпусной и покровной изоляции, опрессовки прямолинейной (пазовой) части якорных катушек в горячем состоянии, контроля качества изготовления.

Непосредственно на месте проверяют условия для хранения металла, сварочных материалов, деталей и сборочных единиц; наличие технологического оборудования в цехах для изготовления объектов котлонадзора в соответствии с требованиями Правил, технических условий и технологической документации, а также средств, необходимых для контроля качества изготовления (неразрушающего контроля, механических испытаний, металлографических исследований, приборы, шаблоны, мерительные инструменты и др.); условия для проведения технического освидетельствования объектов котлонадзора в случаях, предусмотренных техническими условиями.

Инженерно-технические работники (главный инженер, главный конструктор, главный технолог, работники ОТК, начальники цехов, производственные мастера) должны пройти проверку знаний правил, норм и инструкций в соответствии с Положением об организации обучения и проверки знаний работников предприятия, связанных с изготовлением подъемных сооружений и контролем качества изготовления.

Тема 7 – Назначения породоразрушающих инструментов и предъявляемые к ним требования

Назначением породоразрушающих инструментов является измельчение горной породы на забое, формирование ствола скважины и удаление измельченной породы (шлама) с забоя. В случае бурения с отбором образцов горной породы (кернов) возникает дополнительная функция по формированию керна в центре забоя скважины.

В соответствии с назначением к породоразрушающим инструментам предъявляют следующие требования:

1) высокая разрушающая способность, которая оценивается величиной проходки за один оборот инструмента (интенсивностью разрушения) и может изменяться от сотых долей мм до нескольких мм за один оборот инструмента;

2) высокая износостойкость, которая характеризуется временем работы инструмента до отказа;

3) низкая энергоемкость разрушения породы (требование по энергосбережению);

4) низкая стоимость метра бурения инструментом.

По назначению весь ПРИ делится на три большие группы:

1) для бурения сплошным забоем (без отбора керна), разрушающий породу по всей площади забоя – буровые долота;

2) для колонкового бурения (с отбором керна), разрушающий породу по периферии забоя, т.е. кольцевым забоем – бурильные головки;

3) для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня) и т.д. – долота специального назначения.

По принципу разрушения породы весь ПРИ делится на:

- ПРИ режуще-скалывающего действия, разрушающий породу лопастями, наклонными в сторону вращения долота;

- ПРИ дробящего действия;

- ПРИ дробяще-скалывающего действия;

- ПРИ истирающе-режущего действия, разрущающий породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагающимися в торцевой части ПРИ или в кромках вертикально расположенных по отношению к забою скважины лопастей и твердосплавными штырями, расположенными на сферической шарошке одношарошечного долота.

По конструктивному исполнению ПРИ делится на три группы:

1) лопастной;

2) шарошечный;

3) секторный.

По материалу породоразрушающих элементов ПРИ делится на четыре группы:

1) со стальным вооружением;

2) с твердосплавным вооружением;

3) с алмазным вооружением;

4) с алмазно-твердосплавным вооружением.

Тема 8 – Общая классификация горных инструментов. Буровой породоразрушающий инструмент (ПРИ)

Современные долота для сплошного бурения различаются по воздействию на забой и по своему конструктивному исполнению. Все долота для сплошного бурения по характеру воздействия разделяются на три основные группы:

1) долота лопастные, режущие и скалывающие породу;

2) долота шарошечные со слабо коническими (почти цилиндрическими) шарошками, одновременно скалывающие и дробящие породу;

3) долота с коническими шарошками, вершины которых лежат у центра долота или вблизи нее, собираемые на лапах с консольными цапфами, главным образом дробящие породу;

4) одно-, двух-, трех-, четырехшарошечные.

Горные породы разрушаются долотами различных типов и моделей и расширителями. При бурении скважин наибольшее распространение получили шарошечные долота. Ими ежегодно выполняются около 90 % объема проходки в Российской Федерации и за рубежом. В зависимости от числа рабочих органов шарошечные долота бывают одно-, двух-, трех-, четырех-, шести- и многошарошечные. Наиболее распространен трехшарошечный вариант долота. Конструкция такого долота отличается наилучшей вписы- ваемостью в круглое сечение скважин трех конических шарошек, обеспечивающих оптимальное центрирование и устойчивость долота и т.д.