Твердосплавні вставки гірничого інструменту

Державки різців.

Конструкції породоруйнівного інструменту

На рис 2. наведені конструкції породоруйнівних інструментів. Інструмент для буріння шпурів та свердловин має певний діаметр D, та довжину L.

Інструмент армований твердосплавною породоруйнівною вставкою 1, яка

припаяна спеціальним припоєм до державки інструменту 2. Державки мають спеціальні пази та елементи кріплення 3 для з’єднання з буровими та виконавчими органами гірничих машин.

Рис. 6 Елементи конструкцій породоруйнівного інструменту

1 – породоруйнівна вставка; 2 – державка; 3- елемент кріплення.

Державки різців виготовляють методом штампування з наступною механічною обробкою. Корпуси державок виготовляють з легованих сталей: хромонікелевих, хромонікельмолібденованадієвих, хромокремнемарганцевих і т.д. Застосування цих сталей у сполученні з відповідними технологічними операціями сприяє зниженню напруг у пластинах твердого сплаву, якими армують державки, і підвищенню показників міцності і зношеності.

При температурі 200—350°С, коли припій втрачає пластичність, у сталях цього класу відбуваються мартенситні перетворення, розміри пазів збільшуються і тим самим знижуються або зовсім усуваються термічні напруги. Аналогічний ефект виходить у сталей перлітного класу ЗОХГСА і 35ХГСА при ізотермічному загартуванні в селітрових ваннах після пайки.

З метою підвищення зносостійкості гірничих інструментів їхню ріжучу частину, оснащують металокерамічними або твердими сплавами. Завдяки своїм високим експлуатаційним властивостям і простоті армування інструменту найбільше поширення здобули металокерамічні тверді сплави групи ВК (вольфрамо-кобальтові). Ці сплави одержують спіканням суміші порошків монокарбіду вольфраму і кобальту при температурі 1320-1480 °С. Монокарбід вольфраму - з'єднання твердістю 1730 Мпа з температурою спікання 2600 °С - представлений в сплавах у виді зерен розміром 1-5 мкм (основна маса). Кобальт у сплаві — цементуюча складова. Твердість кобальту в 4—5 разів нижча, ніж карбіду вольфраму, температура плавлення 1350 °С. Кобальт добре змочує карбід вольфраму, у сплаві він знаходиться не в чистому виді, а містить тверді розчини вольфраму і вуглецю (від 1 до 8—10% по масі).

За структурою сплави бувають: дрібнозернистими (розмір зерен до 1 мкм), средньозернистими (розмір зерен 1— 2 мкм) і грубозернистими (розмір зерен 2—5 мкм). Дрібнозернисті сплави при однаковому хімічному складі мають великі твердість і зносостійкість, але меншу міцність, чим грубозернисті. Останні мають підвищені міцність і ударну в'язкість, але більш низьку зносостійкість.

У гірничій промисловості широко застосовуються середньо- і грубозернисті сплави Внаслідок недостатньої міцності дрібнозернисті сплави поки не використовують.

Для армування застосовують пластинки і керни твердого сплаву. Пластинки бувають із плоскою опуклою циліндричною або опуклою клиноподібною передньою поверхнею і інших форм. Ріжучі крайки є прямолінійні і криволінійні. Найбільш міцні пластинки з опуклою передньою поверхнею й округлою формою крайка, що ріже. Керни застосовують круглого й інших поперечних переріз діаметром 8 — 12 мм і більш.

Рис.3 Твердосплавні вставки ВК породоруйнівного інструменту

Необхідна висота пластинки твердого сплаву (мм)

H_a = H₀ + m₃a₁ + h_ср.до, мм.

де Н₀ — залишок пластинки твердого сплаву в пазу, мм; m₃ — число

переточувань за час служби інструменту; а₁ — знос пластинки по висоті на одне заточення, мм; h_ср. _до — середня висота контакту різця з породою, мм.

Товщина армування вибирається з умов міцності на вигин і на удар. Пластинки мінімальної товщини (4 мм) застосовують для різців при свердлінні вугілля ручними гірничими свердлами, пластинки товщиною 4 — 5 мм — для бурових різців по породі, пластинки товщиною 5—8 мм і більше — для різців комбайнів, пластинки товщиною 8—12 мм — для коронок ударного буріння. Керни діаметром 8—10 мм використовують для різців і бурових коронок, діаметром 12 мм — для бурових коронок, діаметром 12—20 мм — для штирьових шарошок прохідницьких комбайнів, діаметром 9—16 мм — для різців типу РКС.

Види пазів для закріплення породоруйнівних вставок в державках різців наведено на Рис. 4. Пластинки повинні бути розташовані так, щоб

твердий сплав працював на стиск. Для цього треба знати положення результуючого навантаження на інструмент, яке у різців залежить від товщини стружки, міцності породи і ступеня затуплення.

2

Рисунок 4. Види пазів для вольфрамокобальтових вставок різців:

а- відкритий; б- закритий; в- напівзакритий;

1-твердосплавна вставка; 2-державка різця.

Для армування алмазних гірничих інструментів (Рис.5) для буріння гірських порід високої міцності використовують природні і синтетичні алмази

Природний алмаз — мінерал, який має найвищу твердість серед відомих у природі матеріалів. Його мікротвердість по Вікерсу дорівнює 100000 МПа, модуль пружності — 900000 МПа, а міцність на стиск — лише 2000 МПа. Термостійкість алмаза дуже висока — графітизуватись він починає при температурі 800—1000 °С.

Рис. 5 Породоруйнівний інструмент з алмазним армуванням

Поряд з високою твердістю алмази характеризуються підвищеною крихкістю, що варто враховувати при виготовленні і експлуатації алмазного інструменту. Алмаз володіє самим великим модулем пружності в порівнянні з іншими відомими високотвердими матеріалами, що є одна з причин високих властивостей алмазних ріжучих інструментів.

Синтетичні алмази – за фізичними та хімічними властивостями не відрізняються від природних. Промисловий синтез алмазів відбувається з графіта в спеціальних камерах при тиску (50 – 120)10² МПа та температурі до 3000⁰С з присутністю метало розчинника (нікелю, марганцю,заліза та інш) Найбільш широке застосування знайшли полікристалічні алмази АРСЗ.

Так як розміри зерен алмазів малі, то алмазні інструменти працюють за принципом мікрорізання.

Славутич – надтвердий матеріал, який розроблений спеціально для оснащення бурових інструментів, за зносостійкістю такий же як і алмази.

Література

1 Крапивин М.Г., Раков И.Я., Сысоев Н.И. Горные инструменты. М.,НЕДРА, 1990.

2 Малевич Н.А. Горнопроходческие машины и комплексы. М., НЕДРА, 1980.

3 Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. М.,НЕДРА, 1981.

Дата добавления: 2014-01-07