Файл: Циклическая прочность и долговечность бурового инструмента..pdf

канале обнаружены значительной протяженности обнаженные участки поверхности металла (рис. 47). Однако основной при­ чиной слабого защитного свойства эмали, нанесенной на необ­ работанную поверхность канала штанг, следует считать разви­

сверлами протяжкой, а также металлоструйной продувкой. Од­ нако, как показали опыты, обработку канала штанг рассверли­ ванием и протяжкой осуществить практически не удается по причине неровности канала по длине и диаметру. Металло'труп­ ная обработка, напротив, дала хорошие результаты. Обработка канала штанг данным способом оказалась значительно проще, производительнее, а главное эффективнее гидроабразивной. По­ мимо обработки канала металлоструйная обдувка позволяет удачно осуществить очистку внешней поверхности штанг и уда­ лить тем самым все грубые концентраторы напряжений.

Лабораторией бурения ВостНИГРИ проведены Исследова­ ния по разработке рациональных режимов металлоабразивной очистки поверхностей заготовок из пустотелой буровой стали. Исследовались режимы очистки и поверхностей заготовок из

отверстия 7 мм. Исследовалась возможность получения макси­ мально возможной чистоты металла прежде всего в промывоч­ ном отверстии заготовок, а затем и во внешней поверхности. Эк­ сперименты осуществлялись на образцах длиной 1,6 и 3,5 м. Обработка производилась на типовом пневматическом металло­

Подвод абразива осуществлялся с одного из концов заготовки с помощью несложного ниппельного устройства с зажимной гай­ кой. Выход его производился с противоположной стороны в приемное устройство, из которого абразив в принципе может быть -использован повторно. Определение чистоты поверхности

приборами МИС-11 и МИИ-4 по существующей шкале. Выяснилось, что металлоабразивная обработка значительно

повышает чистоту поверхности. C внешней поверхности пол­ ностью удаляются: окалина, риски, царапины и т. п. Чистота поверхности достигает 7—8 класса по общепринятой шкале.

130

В поверхности промывочного канала чистота металла достигает­ ся еще выше, в пределах 10—11 классов. Продолжительность обработки в значительной степени зависит от давления сжатого воздуха, обеспечивающего необходимый запас кинетической энергии частиц. Как видно, из графика (рис. 48), уже при обра­ ботке с продолжительностью 1—2 минуты чистота поверхности при давлении сжатого воздуха 3 ати достигает значения шесто­ го класса чистоты.

Установлено, что время обработки промывочного отверстия для достижения степени чистоты в пределах 10—11 класса не превышает 5 минут. При дальнейшем увеличении времени об­ работки в пределах 10 мин. степень чистоты поверхности прак­ тически повышается незначительно. Дальнейшее увеличение чистоты металла возможно, очевидно, только с изменением фрак­ ции абразива.

б ати снижение частоты поверхности менее интенсивно. Разрез­ ка заготовок обработанных при давлении воздуха 3,4 и особен­

длине их до 3,5 м и выше возможно с повышением давления сжатого воздуха.

131

Огромное значение для повышения стойкости и циклической прочности буровых заготовок имеет помимо высокой степени чистоты поверхности еще также и степень наклепа, обусловли­ вающая появление в поверхности после металлоабразивной обработки сжимающих остаточных напряжений.

Наклеп появляется вследствие того, что частица абразива, проходя по живому сечению отверстия вследствие завихрений, осуществляют не только работу среза поверхностной пленки металла, но и ударяют о нее. В этом случае возникает уплотне­ ние поверхности металла, интенсивность которого с учетом большого количества частиц абразива и огромного запаса у них кинетической энергии со временем возрастает [153].

C целью установления наличия напряжений в обрабатывае­ мой поверхности производили металлоабразивную обработку предварительно закаленных пластинок из той же стали разме­ ром 125 X 12×0,5 при аналогичных режимах. Поскольку обработ­ ка поверхности в отверстии производится скользящей струей (угол атаки практически равен нулю) пластинки обрабатывали таким же способом с обеих сторон, с соответствующим замером деформации (стрелы прогиба). Продолжительность обработки пластинок при каждом из трех значений рабочих давлений воз­ духа производилась в течение 2, 4, 6, 8 и 10 мин. Остаточные напряжения определялись по методу Билика Ш. Μ. [153] после замера стрелы прогиба пластинок. Установлено, что металлоаб­ разивная обработка способствует появлению в поверхностных слоях металла остаточных сжимающих напряжений (рис. 50), абсолютная величина которых при подаче абразива в течение 6—8 мин. при давлении сжатого воздуха 6 ати достигает 30—

Металлоабразивная обработка внешней поверхности загото­

производится на подставках, выполненных в виде роликов. При необходимости этот процесс может быть полностью автомати­

зирован. Следует вместе с тем отметить, что приведенные выше

132

2—3 знака, что объясняется неизбежными ударами частиц при угле атаки 90° и появляющейся при этом шероховатости. Вместе с тем степень наклепа и, следовательно, запас остаточных напря­ жений во внешней поверхности заготовок после обработки по­ лучается значительно выше, что очень важно для дополнительно­ го повышения их циклической прочности.

§ 4. Влияние на долговечность штанг некоторых металлур­ гических дефектов, образующихся в процессе их изготовления

Различные концентраторы напряжений, вызванные дефекта­ ми в буровой стали, оказывают существенное влияние на дол­ говечность буровых штанг. В ряде случаев штанги, изготовлен­ ные даже из доброкачественной стали, в результате дефектов, вызванных последующей неудовлетворительной термической, механической и другими видами обработок, оказываются недол­

промышленности, роль и влияние указанных дефектов металла изучена пока недостаточно. Это объясняется, во-первых, слож­ ностью вопроса, обусловленного многообразным и взаимным влиянием дефектов буровых штанг, развивающихся под влия­ нием ударно-циклических нагрузок и коррозионной среды, а, во-вторых, противоречивостью взглядов и суждений на про­ цесс усталостного разрушения штанг. Чтобы существенно, повысить долговечность бурового инструмента и, в частности, буровых перфораторных штанг, следует установить влияние на их ударно-циклическую прочность, в первую очередь, таких распространенных технологических дефектов, как повышенная величина действительного зерна стали и обезуглероживание поверхности.

Исследование указанного вопроса дает возможность на заводах и рудниках регулировать качество поверхности и структуры буровой стали за счет усовершенствования сущест­ вующей технологии бурозаправочных работ в направлении оптимизации режимов нагрева заготовок, их высадки, промежу­ точной и заключительной термообработки. Это, наконец, дало бы ответ на давно назревший вопрос о необходимости введения в существующие технические условия на поставку буровой

133