Повышение прочности прессовых соединений за счет использования явления схватывания при ультразвуковой запрессовке зубков шарошек буровых долот

• Автор: Анкудинов, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Повышение работоспособности бурового шарошечного долота.

Состояние проблемы

1.1. Анализ характерных видов износа буровых шарошечных долот

1.2. Перспективные технологии повышения прочности прессовых соединений

1.3. Анализ проявления эффекта схватывания в зонах контакта при наложении ультразвуковых колебаний в процессе запрессовки
2. Исследование процесса запрессовки твердосплавных зубков при использовании ультразвуковых колебаний
2.1. Анализ факторов, влияющих на прочность формируемого соединения при ультразвуковой запрессовке
2.2. Анализ механизма формирования узлов схватывания в условиях ультразвукового воздействия
2.3. Экспериментальный анализ процесса контактного взаимодействия сплава ВК10 и стали 14ХНЗМА с наложением ультразвуковых колебаний
2.4. Моделирование напряженно-деформированного состояния поверхностей в процессе ультразвуковой запрессовки
2.5. Выводы по главе
3. Экспериментальные исследования прессового соединения твердосплавного зубка с шарошкой при использовании ультразвуковых колебаний
3.1. Анализ базового технологического процесса и подготовка опытных образцов
3.2. Разработка автоматизированной лабораторной установки для экспериментальных исследований

3.3. Экспериментальные исследования воздействия ультразвуковых колебаний на прочностные характеристики запрессовки зубков
3.3.1. Обоснование методики обработки результатов экспериментов
3.3.2. Анализ влияния ультразвукового воздействия на прочность соединения твердосплавного зубка с шарошкой
3.3.3. Анализ влияния ультразвукового воздействия на твердость контактирующих поверхностей
3.3.4. Исследование влияния ультразвуковых колебаний на параметры микрогеометрии контактирующих поверхностей
3.3.5. Исследование поверхности зубков и отверстий на наличие узлов
схватывания
3.6. Выводы по главе
4. Опытно-промышленная проверка результатов исследований
4.1. Разработка оборудования для реализации технологической операции запрессовки твердосплавных зубков и внедрение в производство
4.1.1. Разработка диагностических процедур для контроля качества при запрессовке твердосплавных зубков в шарошку бурового долота
4.1.2. Разработка модели устройства для ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота
4.2. Опытно-промышленная проверка результатов исследований
4.2.1. Автоматизированный производственный модуль для выполнения операции ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота
4.2.2. Алгоритм работы автоматизированного производственного модуля запрессовки
4.2.3. Внедрение результатов исследования
4.3. Выводы по главе
Общие выводы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Буровые шарошечные долота - основной инструмент, с помощью которого осуществляется разрушение породы и ведется строительство глубоких скважин в нефтяной и газовой промышленности, а также бурение скважин в горнорудной промышленности и в геологоразведке, бурение взрывных скважин на карьерах цветной и черной металлургии, при добыче золота и алмазов. Бурение выполняется в сложных условиях: нагрузки достигают десятков тонн при частоте вращения шарошек бурового долота до 1000 об/мин. Характерным является наличие высокоабразивной среды, в которой быстро изнашиваются даже твердосплавные породоразрушающие зубки, армированные алмазами.
За последнее десятилетие показатели работы буровых долот (средняя проходка и механическая скорость бурения) значительно возросли. Это является закономерным результатом проводимых за рубежом и в Российской Федерации исследований, направленных на улучшение конструкций долот, их отдельных узлов, улучшение элементов технологии производства, совершенствование материалов, химико-термической обработки, армирование узлов и деталей твердым сплавом и т.п.
Вместе с тем в настоящее время наметилась тенденция снижения темпа роста показателей работоспособности отечественных и зарубежных буровых шарошечных долот.
Такое положение дел в долотостроении привело к необходимости изыскания новых путей в повышении стойкости элементов долот, среди которых наиболее важными являются вопросы повышения прочности и работоспособности основных породоразрушающих элементов буровых долот - шарошек с твердосплавным оснащением.
В настоящее время для повышения качества прессовых соединений используются различные подходы. При этом анализ методов и способов решения этой проблемы свидетельствует, что часть из них реализуется при
где 8 = — - отношение контурного давления к давлению, переводящему

выступ в пластическое состояние;
гк = - а~- - отношение критического сближения к максимальной высоте

неровностей.
Таким образом, при традиционном, статическом режиме нагружения формируется напряженно-деформированное состояние, описываемое тем или иным набором моделей контактирования - соотношения (2.5), (2.7), (2.9), (2.12). При этом модели контактирования являются строго предопределенными.
Однако, с учетом того, что введение в зону запрессовки тангенциальных ультразвуковых колебаний способствует снижению сопротивления пластической деформации, логично предположить, что границы между моделями контактирования (2.5), (2.7), (2.9), (2.12) могут стираться.
Возможны следующие виды деформации выступов: упругая,
упругопластическая, пластическая.
Пластическая деформация выступов микронеровностей и их взаимное внедрение начинаются при среднем давлении на контакте, равном примерно утроенному пределу текучести материала. При этом давлении материал под контурной площадкой, деформировавшийся до того упруго, начинает деформироваться пластически, в результате либо увеличиваются размеры площадки за счет частичного погружения находящихся в контакте выступов и поднятия других с вступлением их в контакт, либо возникают новые контурные площади контакта.
Площадь фактического контакта поверхностей состоит из множества дискретных малых площадок, расположенных на различных высотах пятна касания в местах наиболее полного сближения поверхностей, и зависит от микро- и макрогеометрии поверхностей, волнистости, физико-механических