Унифицированный резец к буровому инструменту
Владельцы патента RU 2319007:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) (RU)
Изобретение относится к горному делу, а именно к унифицированным резцам для бурового инструмента, преимущественно режущего типа. Обеспечивает повышение износоустойчивости путем повышения прочности режущих кромок. Резец включает хвостовик и головку с главной режущей кромкой, устанавливаемой к поверхности забоя под острым углом α, внутренней боковой гранью, выполненной параллельно продольной оси резца, внешней боковой гранью, выполненной с наклоном к продольной оси резца в сторону хвостовика, и торцевой опорной поверхностью, перпендикулярно которой размещен хвостовик и которая параллельна главной режущей кромке. Главная режущая кромка выполнена в виде выпуклой ломаной линии, содержащей при вершине тупой угол, равный 180°-α, при этом торцевая опорная поверхность конгруэнтна главной режущей кромке, а внешняя боковая грань перпендикулярна ей. 3 ил.
Изобретение относится к горному делу, а именно к унифицированным резцам для бурового инструмента, преимущественно режущего типа.
Известен унифицированный резец к буровому инструменту, включающий хвостовик и головку с главной режущей кромкой, внутренней и внешней боковыми гранями, выполненными с наклоном в сторону главной режущей кромки, и торцевой опорной поверхностью, перпендикулярно которой размещен хвостовик (Катанов Б.А., Сафохин М.С. Инструмент для бурения взрывных скважин на карьерах. - М.: Недра, 1989. стр.44 - 173 с.).
Недостаток данных унифицированных резцов при их размещении на корпусе бурового инструмента заключается в низкой прочности его режущих кромок, находящихся в блокированном состоянии при бурении крепких пород и повышенном износе корпуса бурового инструмента при бурении абразивных пород из-за невозможности образования из этих резцов сплошного режущего лезвия. Кроме этого конструкция головки унифицированного резца с криволинейными поверхностями сложна в изготовлении.
Известен также унифицированный резец к буровому инструменту, включающий хвостовик и головку с главной режущей кромкой, внутренней и внешней боковыми гранями, выполненными параллельно продольной оси резца, и торцевой опорной поверхностью, перпендикулярно которой размещен хвостовик (Буровзрывные работы на угольных разрезах / Н.Я.Репин и др. - М.: Недра, 1967. - стр.54. 254 с.). Данный резец имеет упрощенную конструкцию головки, ввиду наличия прямолинейных плоскостей, и повышенную прочность режущих кромок, вследствие возможности образовывать при их установке на корпусе бурового инструмента сплошное режущее лезвие.
Недостаток данных унифицированных резцов, при их размещении на корпусе бурового инструмента, заключается в низкой износостойкости их режущих кромок и корпуса инструмента при бурении крепких абразивных пород, из-за невозможности образования сплошного режущего лезвия в виде выпуклой ломаной линии с переменным углом наклона, равномерно уменьшающимся с удалением от оси инструмента.
Наиболее близким к изобретению является унифицированный резец к буровому инструменту, включающий хвостовик и головку с главной режущей кромкой, устанавливаемой к поверхности забоя под острым углом а, внутренней боковой гранью, выполненной параллельно продольной оси резца, внешней боковой гранью, выполненной с наклоном к продольной оси резца в сторону хвостовика, и торцевой опорной поверхностью, перпендикулярно которой размещен хвостовик и которая параллельна главной режущей кромке (а.с. СССР №1373808, кл. Е21С 25/38, 15.02.88, бюл. №6).
Данные унифицированные резцы просты в изготовлении, и при их установке на корпусе бурового инструмента позволяют образовывать сплошные режущие лезвия в виде выпуклой ломаной линии, каждый отрезок которой расположен под острым углом α к оси инструмента, равномерно уменьшающимся с удалением от оси, что позволяет повысить их износостойкость при бурении монолитных абразивных пород.
Недостаток данных унифицированных резцов при их размещении на корпусе бурового инструмента при бурении крепких трещиноватых пород заключается в низкой прочности острых углов их режущих кромок, образованных путем пересечения внешней боковой грани с главной режущей кромкой вследствие того, что последние размещены в наиболее нагруженных вершинах (концентраторы напряжений) сплошного режущего лезвия. Поломка даже части главной режущей кромки в ее наиболее нагруженной части приводит к интенсивному износу всей головки унифицированного резца.
Изобретение направлено на повышение износоустойчивости унифицированных резцов за счет повышения прочности их режущих кромок.
Указанная цель достигается тем, что в унифицированном резце к буровому инструменту, включающем хвостовик и головку с главной режущей кромкой, устанавливаемой к поверхности забоя под острым углом α, внутренней боковой гранью, выполненной параллельно продольной оси резца, внешней боковой гранью, выполненной с наклоном к продольной оси резца в сторону хвостовика, и торцевой опорной поверхностью, перпендикулярно которой размещен хвостовик и которая параллельна главной режущей кромке, главная режущая кромка унифицированного резца выполнена в виде выпуклой ломаной линии, содержащей при вершине тупой угол, равный 180°-α, при этом торцевая опорная поверхность конгруэнтна главной режущей кромке, а внешняя боковая грань перпендикулярна ей.
На фиг.1 изображен унифицированный резец, общий вид; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - схема образования на инструменте сплошного режущего лезвия.
Унифицированный резец к буровому инструменту состоит из головки 1 и хвостовика 2. Передняя грань головки 1 резца армирована пластиной 3 износостойкого материала. На ней имеются главная режущая кромка 4, устанавливаемая к поверхности забоя под острым углом α, внутренняя (со стороны продольной оси инструмента) 5 и внешняя (со стороны периферии инструмента) 6 боковые грани и торцевая опорная поверхность 7.
Внутренняя боковая грань 5 головки 1 резца образована путем пересечения передней грани головки 1 резца с внутренней боковой гранью, выполненной параллельно продольной оси резца. Внешняя грань 6 головки 1 резца образована путем пересечения передней грани головки 1 резца с внешней боковой гранью, выполненной с наклоном к продольной оси резца в сторону хвостовика 2.
Главная режущая кромка 4 образована путем пересечения передней грани головки 1 унифицированного резца с задней гранью 8. При этом главная режущая кромка 4 выполнена в виде выпуклой ломаной линии, содержащей при вершине 9 тупой угол, равный 180°-α.
Торцевая опорная поверхность 7 конгруэнтна главной режущей кромке 4, т.е. образована путем пересечения двух плоскостей под тупым углом 10, равным углу 9 при вершине главной режущей кромки 4. Хвостовики 2 унифицированных резцов вставляются в специальные пазы на перья корпуса бурового инструмента. При этом внутренняя кромка 5 первого от оси инструмента унифицированного резца образует угол раствора рассечки, а главные режущие кромки 4 унифицированных резцов образуют сплошное режущее лезвие пера бурового инструмента в виде выпуклой ломаной линии, каждый отрезок которой расположен под острым углом α к оси инструмента, равномерно уменьшающимся с удалением от оси.
В процессе бурения прямой угол пластины 3 между внутренней 5 и главной 4 режущими кромками, первого от оси бурового инструмента, унифицированного резца испытывает большие нагрузки, так как он разрушает породу около керна, образуемого на забое скважины из-за наличия рассечки на инструменте. При прохождении крепких трещиноватых пород вершины 9 главных режущих кромок 4, вследствие наличия тупого угла, также успешно выдерживают большие рабочие нагрузки, формирующиеся на них, как на концентраторах напряжений. При этом прочность углов, образованных путем пересечения внешней боковой грани 6 с главной режущей кромкой 4, также увеличена, с одной стороны, из-за того, что они выполнены прямыми, а с другой - из-за того, что они находятся не на вершинах главных режущих кромок 4, а на менее нагруженных прямолинейных частях сплошного, режущего лезвия.
Данное техническое решение позволяет повысить прочность режущих кромок унифицированных резцов и, в целом, их износоустойчивость при бурении крепких трещиноватых пород. Кроме того, выполнение торцевой опорной поверхности унифицированного резца конгруэнтно главной режущей кромке, не только упрощает его изготовление, но и обуславливает наличие на ней двух опорных плоскостей, расположенных под некоторым углом (в данном случае 180°-α), что позволяет снизить нагрузки на хвостовики унифицированных резцов, расположенных на периферии бурового инструмента, при извлечении его из скважины.
Унифицированный резец к буровому инструменту, включающий хвостовик и головку с главной режущей кромкой, устанавливаемой к поверхности забоя под острым углом α, внутренней боковой гранью, выполненной параллельно продольной оси резца, внешней боковой гранью, выполненной с наклоном к продольной оси резца в сторону хвостовика, и торцевой опорной поверхностью, перпендикулярно которой размещен хвостовик и которая параллельна главной режущей кромке, отличающийся тем, что главная режущая кромка унифицированного резца выполнена в виде выпуклой ломаной линии, содержащей при вершине тупой угол, равный 180°-α, при этом торцевая опорная поверхность конгруэнтна главной режущей кромке, а внешняя боковая грань перпендикулярна ей.
