close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

...и стоимостные оценки материалов для изготовления режущего

код для вставкиСкачать
КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТОИМОСТНЫЕ ОЦЕНКИ
МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
ГОРНЫХ МАШИН
Павлыш В.Н., Каплюхин А.А. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
Тел. +38 (062) 305 53 80; E-mail: [email protected]
Abstract: The quality and economical characteristics of constructive materials for cutting
instrument of mining machines is considered.
Key words: characteristics, technology, instrument, process, machine.
Все виды горных инструментов можно разделить на группы, отличающиеся друг
от друга наиболее важными признаками: способом разрушения, видом разрушаемого
забоя, материалом и стабильностью исполнения рабочей части. Первые два признака
предопределяют вид горной машины и, при прочих равных условиях, область
применения инструментов. Например, резцы выемочных и проходческих комбайнов,
разрушающие горную породу с поверхности забоя, характеризуются большой
величиной пути трения на единицу объема разрушенной горной массы и поэтому
пригодны для работы по породам с коэффициентом крепости f ≤ 5…6 по шкале
профессора М.М.Протодьяконова. Современный режущий инструмент почти весь
армируется вольфрамо-кобальтовыми сплавами (ВК). Расширяется применение
алмазного инструмента.
Область применения наплавленного режущего и дробящего инструмента в
горной промышленности незначительна. Под стабильностью исполнения рабочей части
понимается способность инструмента сохранять в процессе изнашивания
первоначальные геометрические параметры. Режущий инструмент отделяет стружку от
забоя горной породы в результате непрерывного статического воздействия и
перемещения инструмента. К режущему инструменту относятся резцы выемочных,
проходческих и буровых машин, алмазные пилы и коронки.
Дробящий инструмент внедряется (вдавливается) в породу под действием
ударной нагрузки. При этом под лезвиями инструмента порода дробится в пыль и
образуется лунка. После каждого удара инструмент перемещается в новое положение.
В промежутках между лунками порода скалывается. К дробящему инструменту относят
коронки перфораторов и долота станков ударного бурения.
Раздавливающий инструмент по принципу воздействия на горную породу
отличается от дробящего статическим приложением нагрузки. К раздавливающему
инструменту относят шарошки всех видов и дробовые коронки. Дробовые коронки
используют только при разведочном бурении нисходящих скважин.
Комбинированный инструмент предназначен для бурения шпуров и скважин
способом, объединяющим основные свойства ударного и вращательного воздействия.
Отбойный инструмент представлен изготовленными из стали с последующей
термообработкой пиками отбойных молотков, которые забиваются в массив горной
породы с помощью ударного механизма отбойного молотка. Для отламывания кусков
породы пику наклоняют.
В отечественной практике корпуса изготавливаются, за небольшим
исключением,
из
легированных
сталей:
хромоникелевых,
хромоникельмолибденованадиевых, хромкремниемарганцевых и т.д. Применение этих сталей в
сочетании с соответствующими технологическими операциями способствует
снижению напряжений в пластинах твердого сплава, которыми армируют корпуса, и
повышению прочностных показателей. Наиболее широко применяемые марки сталей
для различных видов инструмента следующие:
90
• резцы угледобывающих и проходческих комбайнов 30ХГСА, 35ХГСА;
• коронки для ударно-поворотного, ударно-вращательного и вращательно-ударного
бурения 35ХГСА, 30ХГТ, 45ХН, 38ХН3МФА, 40ХН2МА, 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА;
• резцы вращательного бурения шпуров и скважин У7, 45Г2, 35ХГСА;
• шарошечные долота 20ХН3А, 17Н3МА;
• пики отбойных молотков Ст.45, Ст.50;
• буровые штанги У7, У8, К32П-55С2, Ш22-55СА, 30ХМА.
Для снижения напряжений в паяном соединении без резкого охлаждения
рекомендуется применять стали мартенситного класса 38ХН3МФА и 45ХН3МФА,
закаливающиеся на воздухе.
При температуре 200-350°C, когда припой теряет пластичность, в сталях этого
класса происходят мартенситные превращения, при этом размеры пазов увеличиваются
и тем самым снижаются или совсем устраняются термические напряжения.
Аналогичный эффект получается у сталей перлитного класса 30ХГСА и 35ХГСА при
изотермической закалке в селитровых ваннах после пайки.
Ведутся широкие поисковые работы по выбору и применению легированных
сталей для всех видов горного режущего инструмента. Перспективно применение
хромоникельмолибденованадиевых и хромоникельвольфрамовых сталей.
В целях повышения износостойкости горных инструментов их режущую часть
оснащают металлокерамическими или наплавочными твердыми сплавами.
Благодаря своим высоким эксплуатационным свойствам и простоте
армирования
инструмента
наибольшее
распространение
получили
металлокерамические твердые сплавы группы ВК (вольфрамокобальтовые).
По структуре сплавы бывают: мелкозернистые (индекс М, размер зерен до 1
мкм), среднезернистыми (размер зерен 1…2 мкм) и крупнозернистыми (индекс В,
размер зерен 2…5 мкм).
Мелкозернистые сплавы при одинаковом химическом составе имеют большие
твердость и износостойкость, но меньшую прочность, чем крупнозернистые.
Последние имеют повышенные прочность и ударную вязкость, но более низкую
износостойкость.
В горной промышленности широко применяются средне- и крупнозернистые
сплавы. Вследствие недостаточной прочности мелкозернистые сплавы пока не
используют.
Марки твердого сплава для горных инструментов выбирают в зависимости от
механических свойств горных пород и способа их разрушения. При резании мелкими
стружками, когда динамические нагрузки незначительны, следует применять
инструменты, армированные твердым сплавом с меньшим содержанием кобальта, как
более износостойкие. При ударном способе разрушения, а также при других случаях,
когда имеются высокие динамические нагрузки (струги, узкозахватные комбайны,
шарошки, машины ударного действия и т. д.), применяют сплавы с большим
содержанием кобальта и крупнозернистые.
Для соединения твердых сплавов с корпусами горных инструментов используют
припои. Широкое распространение получили медноцинковые припои с присадками
никеля, марганца, кремния и др. Эти присадки повышают прочность и надежность
паяного соединения и улучшают механические и технологические свойства припоев.
В настоящее время для армирования горных инструментов используют
природные и синтетические алмазы.
Природный алмаз – минерал, обладающий самой высокой твердостью среди
известных в природе минералов. Его микротвердость по Виккерсу равна 100000 МПа,
модуль упругости – 900000 МПа, а прочность на сжатие – всего 2000 МПа. Алмаз стоек
91
против кислот, на него не действует даже царская водка. Термостойкость алмаза
высокая – графитизироваться он начинает при температуре 800…1000°С.
Синтетические алмазы по физическим и химическим свойствам практически не
отличаются от природных. Имеются некоторые различия по форме, размеру,
термической стойкости.
На основе данных алмазов промышленностью выпускаются геологоразведочные
коронки, долота и буровые головки для бурения нефтяных и газовых скважин.
Прочность поликристаллических алмазов СВСП составляет 3000…4000 МПа,
термостойкость – 1100…1200°С.
Сверхтвердые
материалы
обладают
свойствами
синтетических
поликристаллических алмазов. Они позволяют изготавливать заготовки режущих
элементов различной формы и размеров.
Известный интерес для изготовления горных инструментов имеет кубический
нитрид бора, представляющий собой модификацию химического соединения бора и
азота. Получают его, как и алмаз, в специальных камерах при высоких давлениях и
температурах. Его твердость 80000 МПа, термостойкость выше, чем у алмаза (он не
теряет своих свойств даже при температуре 1400°С); модуль упругости – 720000 МПа,
предел прочности на сжатие – 500 МПа.
Славутич – сверхтвердый материал, разработанный специально для оснащения
буровых инструментов; не уступает природным алмазам по износостойкости, но
превосходит их по прочности. Из этого материала могут изготавливаться изделия
практически любой формы.
Из зарубежных конструкций необходимо отметить режущие инструменты,
изготовляемые фирмой «Вестфалия Люнен» (Германия) к стругу «Гляйтхобель» УП26.
В комплект инструмента входят 18 типоразмеров резцов и три типа резцедержателей.
Вылет резца может меняться в широких пределах применением вставок
различной длины. Вставки резцов армированы пластинками твердого сплава или
наплавлены износостойким материалом «Вервуд».
Применяемые в зарубежной практике конструкции резцов не отличаются
большим разнообразием, особенно режущей части. При испытаниях в отечественных
условиях хорошие результаты показали резцы фирмы «Вимет» (Великобритания)
марок Р148 (угольные), Р189 и Р400 (породные).
Создание новых буровых резцов должно идти по пути: повышения стойкости и
прочности в связи с возросшими энергетическими и силовыми параметрами бурильных
машин; повышения термостойкости резцов для крепких пород с целью увеличения
частоты их вращения и соответственно производительности; применения новых
материалов (включая алмазы и безвольфрамовые сплавы); унификации и улучшения
качества изготовления.
Список литературы: 1. Математическое моделирование и расчет параметров
систем угольных шахт и забойного оборудования. Монография / Гребенкин С.С.,
Павлыш В.Н., Агафонов А.В., Косарев В.В., Радченко В.В., Рябичев В.Д., Глебов В.П.,
Зензеров В.И., Егурнов А.И. // Под общ. ред. С.С. Гребенкина и В.В. Косарева. –
Донецк: «ВИК», 2007.– 263 с. 2. Теория и практика проектирования систем угольных
шахт, процессов подземных горных работ и забойного оборудования с применением
математического моделирования. Монография / Гребенкин С.С., Павлыш В.Н., Рябичев
В.Д., Стадник Н.И., Керкез С.Д., Топчий С.Е., Попов С.О., Гродзинский П.Я., Зензеров
В.И., Воробьев Е.А., Поповский В.Н., Барташевский С.Е., Елизаров А.А. // Под общ.
ред. С.С. Гребенкина и В.Н. Павлыша.– Донецк: «ВИК», 2011.– 390 с.
92
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа