Файл: Арцимович, Г. В. Влияние забойных условий и режима бурения на эффективность проходки глубоких скважин.pdf

Для установления изменения веса образца с точностью ±5%

величина износа за опыт должна быть не менее 2 мг. Зная абсо­

лютный износ образца при определенном пути трения, опреде­

ляли величину относительного износа А (мг/м).

Исходя из того, что масса образца убывала под влиянием работы сил трения, для более общей оценки износостойкости использовалась средняя величина износа твердого сплава, приходящаяся на единицу работы трения ю (см3/кГс-см).

Эту величину можно использовать в дальнейшем при практиче­

ских расчетах.

Для получения со, кроме объема изношенного твердого спла­

ва и пути трепня, необходимо еще знать величину окружного

усилия. Для этого была изготовлена специальная измеритель­

ная тензометрическая система, схематически изображенная на

77

При изучении влияния режимных параметров на износо­

стойкость твердого сплава основное внимание уделялось на­

хождению зависимости интенсивности изнашивания от окруж­

ной скорости и осевого усилия.

По величине окружного усилия при заданной осевой на­ грузке определялся коэффициент трения. На основании пер­

вичных материалов опытов устанавливались средние величины

всех исследуемых показателей для каждого отдельного режима

испытаний. Обрабатывая полученные данные, находили отно­

сительные характеристики износостойкости твердого сплава

А (мг/г), Ai (b мм3/м) и о (в см3/кГс-см). Учитывая, что на прак­

тике обычно задаются величиной осевого усилия, и имея в виду, что Рокр—Рос [Л к дальнейшему рассмотрению был принят обобщенный показатель износостойкости юр (в см3/кГс-см),

введенный впервые Е. Ф. Эпштейном [79, 80].

Каково же влияние окружной скорости на износостойкость твердого сплава? Для ответа на этот, вопрос проанализируем данные, приведенные на рис. 47, где представлена зависимость (0ц =/(У ) при различных осевых нагрузках.

Как видно из графиков рис. 47, влияние скорости на ин­

тенсивность изнашивания обнаруживается только начиная

с определенного ее значения. В данной случае это значение на­

ходится в диапазоне 1,5—2 м/с. Кривые юр=/(У ) состоят из двух ветвей: левая — практически горизонтальная и правая —

монотонно возрастающая с увеличением скорости. Математи­ ческая обработка результатов опытов показала, что в диапазоне малых окружных скоростей (левые ветви кривых) доверитель­ ные интервалы величин относительной износостойкости пере­ крыты, т. е. это значение одной генеральной совокупности и между ними нет существенного различия. Следовательно, в зоне

незначительных окружных скоростей (менее 1,5 м/с) ско­

рость на интенсивность изнашивания практически не влияет. Дальнейшее увеличение скорости приводит к резкому сни­ жению износостойкости, причем интенсивность 'изнашивания увеличивается с ростом осевой нагрузки. Так, при скорости 3,4 м/с величина юр, при нагрузках 170 и 260 кг равна соответ­

ственно 1,53 и 2,62.

Влияние осевой нагрузки на интенсивность изнашивания

показано на рис. 48. Зависимость износостойкости твердого

сплава от осевой нагрузки линейная. При этом влияние ее на интенсивность изнашивания зависит от величины окружной скорости. Так, если при скорости 2,72 м/с повышение нагрузки

со 170 до 260 кг приводит к увеличению значения юр в 1,47 раза,

78

(JJ/LL '10^ CM3/ к Г C'CM

1 2 3 4 V3 !4/c Ю0 200 250 P,kc

Таким образом, на износостойкость твердого сплава суще­

ственное влияние оказывает и окружная скорость, и осевая нагрузка. Однако в исследованном диапазоне режимных пара­

метров для данной пары твердый сплав — порода на износо­

стойкость больше влияет окружная скорость (см. рис. 48).

Повышение окружной скорости в 1,25 раза вызывает такое же снижение износостойкости твердого сплава, как и увеличение осевой нагрузки в 1,53 раза.

Значительное снижение износостойкости твердого сплава

наблюдается при одновременном увеличении осевой нагрузки и скорости вращения, т. е. при работе инструмента в форсиро­

ванном режиме.

Можно полагать, что в данном случае сказывается действие какого-то общего фактора, связанного как со скоростью, так и с усилием подачи. Таким общим фактором, как известно, явля­ ется мощность, которая реализуется на забое через скорость и усилие. Поэтому повышение режимных параметров приводит к росту расхода мощности и, следовательно, к увеличению тем­

пературы на поверхности трения. Это, в свою очередь, ведет

к разупрочнению поверхности и повышению интенсивности износа.

Предполагая, что твердый сплав[изнашивается главным обра­

зом вследствие работы трения и основная часть потребляемой мощности расходуется на трение, попытаемся оценить значение

этой величины в общем расходе мощности, используемой при

работе инструмента. Для этого были проведеньфспециальные опы­ ты в таких же условиях и на тех же образцах, что и при иссле­

довании износостойкости. Изменялась лишь площадь контакта

образца с породой, составляющая 5; 25; 70 и 100 мм2. Заост-

79

репные образцы имели задний угол 30° (при нулевом переднем).

Опыты выполнялись при скорости вращения 2,14 м/с с тремя

подачами — 0,005; 0,007; 0,010 мм/об.

В основу экспериментов были положены следующие сообра­ жения. В процессе опыта величина подачи на оборот сохраня­ ется постоянной, следовательно, переменных факторов два: площадь контакта образца с породой, принимающая определен­ ные значения (аргументы), и развиваемое системой подачи осе­ вое усилие, необходимое для внедрения резца в породу на за­

данную глубину. С ростом площадки контакта осевое усилие

увеличивается и одновременно растут силы трения на торцовой

части резца. Это вызывает увеличение крутящего момента и, как следствие, расхода мощности.

Учитывая, что усилие при внедрении — функция как раз­

мера площадки контакта, так и геометрической формы послед­

ней (при прочих равных условиях), зависимость расхода мощ­

ности от площади контакта (рис. 49) нелинейна. На начальном

участке кривой, относящемся к малым контактным площадкам, приращение мощности, вызываемое ростом величины затупле­

ния, происходит более интенсивно, что объясняется, вероятно, влиянием масштабного фактора.

Анализируя характер зависимости, приведенной на рис. 49,

можно заключить, что значение расхода мощности для случая

острого резца (при площади контакта, близкой к нулю) будет

получено при пересечении кривой N = f (F k) с осью ординат.

При этом величина мощности незначительна и не превышает

5—6% затрат при работе инструмента с полной контактной

площадкой (без заострения).

Подобное явление было обнаружено и при проведении эк­ спериментов по определению усилий резания. Приведенная на рис. 50 зависимость позволяет установить (ориентировочно):

80