ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ЗЁРЕН В РЕЖУЩЕЙ КРОМКЕ ФРЕЗЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ Мустафаев А.Г.,Пашаева В.Б.,Салимова Э.Н.

Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности


Номер: 7-2
Год: 2017
Страницы: 13-17
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

Разрушение, нагрузка, напряжение, режущие элементы, режущий инструмент, Destruction, load, voltage, cutting elements, milling tool

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Повышение эксплуатационных характеристик скважинных режущих инструментов зависит от режущей способности и износостойкости инструмента. Поставленная задача требует всесторонних исследований сил, влияющих на режущие способности инструмента. Известно, что режущая часть скважинного инструмента наплавлена композиционным материалом, состоящим из дробленного твердого сплава и его связки. Проведенные исследования показывают, что эффективность режущей способности также зависит от расположения зерен в режущей кромке. Рациональные распределения сил могут существенно влиять на съем стружки при резании металла. Поэтому в рассматриваемой статье большой интерес представляет изучение распределения сил и расположения зерен режущей кромки для нормального съема стружки при резании металла. Для достоверности поставленной задачи было проведено исследование в лабораторных условиях, имитирующих процесс фрезерования. В результате исследования было определено рациональное расположение зерен создающее более благоприятные условия снятия стружки с поверхности металла. Полученные результаты позволяют рекомендовать рациональную форму режущей части при проектировании и изготовлении скважинных режущих инструментов.

Текст научной статьи

Для решения ряда вопросов, связанных с повышением режущей способности и износостойкости скважинных режущих инструментов, требует всесторонних исследований сил резания инструмента. Поставленная задача была решена путем исследовании режущей способности образцов скважинного фрезерного инструмента в лабораторных условиях. Исследования были проведены в АГУНП лабораторных условиях, на специально разработанной установке позволяющей имитировать процесс разрушения и резания металла в скважине. Исследования сил резания позволит заложить в основу проектирования и изготовления фрезерного инструмента в более рациональных параметрах. Изучение характеристики сил резания представляет большой интерес при определении условий устойчивости элементов резания и их связки. Композиционные материалы, состоящие из дробленого твердого сплава и связки, нанесенные на корпус скважинного режущего инструмента обладают наиболее высокими показателями режущей способности и износостойкости. В процессе резания аварийного металлического объекта такими инструментами происходит самозатачивание, так как по мере объемного износа режущей кромки в контакт с поверхностью разрушаемого объекта входят новые режущие элементы. Слой металла в рассматриваемых условиях срезается несколькими режущими углами твердого сплава. По этому принципу работают все фрезерные инструменты разработанные научно исследовательных институтами и серийно выпускаемые другими заводами. Дробленные твердые сплавы имеют многочисленные острые углы неопределенной формы и в массе связки занимают произвольные положения. Подобный процесс резания классифицируется как несвободные резания, а резания единичным зерном рассматривается как свободное резание. Следует отметить, что эффект резания режущей кромки, помимо других факторов, зависит от расположения дробленых твердых сплавов на поверхности контакта режущей кромки (см. рис. 1). Режущие элементы, т.е. дробленные твердые частицы, закрепленные связкой, по всему объему режущей кромки фрезера расположены произвольно и в момент контакта с поверхностью резания острые углы могут находиться в положении, когда величина переднего угла γ может иметь положительное, отрицательное и нулевое значение. При отрицательном нулевом значениях переднего угла сила резания на передней поверхности режущего элемента достигает наибольшее значения. Следует отметить, что это условие справедливо для случая, когда острый угол режущего элемента снимая с поверхности резания стружку определенной толщины. В рассматриваемых условиях при γ≤0 режущие элементы вступают в контакт с фрезеруемым объектом при γ>0 создается благоприятное условие для резания и съема стружки. Рис.1. Схема распределения сил, действующих на переднюю часть режущего элемента При этом величина сил резания на передней части режущего элемента изменяется в зависимости от значений переднего угла (силы резания на задней поверхности в рассматриваемых условиях практически не имеют значения для данного исследования, поэтому ими пренебрегают). Таким образом, положение зерен в режущей кромке инструмента, и величина переднего угла представляют интерес для практики фрезерования в стволе скважины. На рис. 1 показана схема сил, действующих на переднюю часть режущего элемента (твердой частицы рабочей кромки фрезера в процессе резания и осуществляющих съем стружки). Распределение нормальных напряжений по линии контакта передней поверхности характеризуется эпюрой abc. Нормальная сила N является равнодействующей нормальных напряжений. В результате трения стружки в переднюю поверхности режущего элемента возникают касательные напряжения, сумма которых составляет силу трения . Сумма сил и N составляет силу стружкообразования R. Следует отметить, что при фрезеровании металла в стволе скважины происходит резание (с образованием стружки) и абразивные воздействия. Для упрощения задачи удары и колебания, а так же некоторые другие характеристики резания в данном исследовании не учитываются. В процессе резания на переднюю поверхность режущего элемента (единичного зерна) действуют силы: - касательная в направлении движении траектории кругового рабочего части инструмент и FX - осевая, определяемая по величине осевой нагрузки от массы бурильной колонны. В отличии от других видов фрезерования в условиях скважинного фрезерования радиальная сила Fr отсутствует. Сдвиг элемента среза происходит в плоскости линии am, где деформация достигает наибольшего значения. В плоскости сдвига действует сила . Из теории резания металлов известны уравнения сил резания. [1,3] Формула полученная из условий равенства удельных работ пластической деформации при резании и сжатии, имеет вид: (1) При фрезерование в лабораторных условиях циркуляции охлаждающей жидкости учтены. Для упрощения задачи условием упрочения металла в зоне резания пренебрегаем. Тогда касательное напряжение в зоне сдвига будет: (2) Следовательно, (3) где - сила, действующая в направлении скорости резания; -показатель политропы напряжения; s-ширина среза; t - глубина среза; - условный предел текучести; ζ - усадка стружки; - угол трения, величина переднего угла. Из формулы (3) видно, что сила определяется физическими характеристиками срезаемого тела (, n), размерами площади среза (t, s), передним углом режущего элемента (γ), углом трения (η), усадкой стружки (ζ) и др. Важным условием повышения скорости резания является величина переднего угла γ, который значительно влияет на силы резания. Проецируя силы резания (см. рис. 1) на оси Z и X, будем иметь: (4) (5) где μ - коэффициент трения; (6) (7) Из равенства (8) Находим: (9) В соответствии с опытами величина усадки ζ принимается равной 2. Для режима фрезерования в стволе скважины, т.е. для условий отсутствия упрочнения металла показатель полтропы напряжений n=0. Уравнения (4) и (5) показывают, что между составляющими силы резания и , размерами среза (t,s) и передним углом γ имеется определенная связь, изучение которой может выявить более рациональные конструкторские решения скважинного фрезерного инструмента. Одним из требований, предъявляемых к режущему инструменту, является создание наибольшего среза металла (t, s) при наименьших значениях составляющих сил, от взаимодействия которых зависит условие прочности режущего элемента. При этом передний угол должен быть наиболее оптимальным. На основании уравнения (4) построен график зависимостей и (рис. 2). При этом для упрощения расчета принято: По кривой видно, что в интервале γ= величина уменьшается медленно и имеет наибольшее значение при =l-0,88, а в интервале γ= значительно уменьшается =0,88-0,52; кривая в указанных интервалах переднего угла соответственно сначала поднимается незначительно, а затем резко растет. Это дает возможность судить о том, что в интервале γ=резание происходит при больших значениях составляющих усилий, а размеры среза минимальные и почти не имеют тенденции к повышению. Характер кривых дает возможность предположить, что наиболее оптимальный режим резания создается при значении переднего угла γ= Рис.2. Зависимость приведенных размеров схема металла сFz и составляющей (касательной) силы резания от величины переднего угла (γ). Резание при больших составляющих силы резания, т.е. при наименьших значениях переднего угла, приводит к увеличению касательных напряжений в зоне образования стружки, и тем самым снижается скорость резания и повышается износ режущего элемента [2,3]. Эту закономерность необходимо учитывать при проектировании скважинного режущего инструмента. Выводы: 1. Изучение режущей способности инструмента создает более благоприятные условия для снятия стружки с поверхности металла. 2. Проведенные эксперименты позволяют рекомендовать более термостойкую конструкцию скважинных режущих инструментов.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.