Способ испытания алмазной буровой коронки

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения. Сущность: на корпусе коронки формируют одинаковые пары алмазосодержащих режущих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. Осуществляют бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами. Определяют скорость бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определяют пригодность матрицы алмазного инструмента. Достижение заданной глубины бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте пары режущих секторов поверхности обрабатываемой породы. Технический результат: получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы. 2 ил.

 

Область, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения.

Уровень техники

Известен способ испытания алмазной кольцевой коронки [1], в котором с целью определения скорости бурения камня, оценки глубины проходки на одну коронку и удельного расхода алмазов в зависимости от качества материала матрицы (связки) буровую коронку испытывают непосредственно на производственной установке. Недостатком технического решения является значительная трудоемкость и длительность испытаний, а также значительный расход алмазного сырья и материалов матрицы.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ испытания алмазного инструмента, описанный в патенте РФ [2] (RU 2386117, 10.04.2010 г.), суть которого заключается в том, что на режущей кромке алмазной поверхности отрезного круга формируют сегментные срезы различной величины, расположенные по мере возрастания по ходу вращения круга через ровные поверхности режущей кромки. При этом заданные величины распила определяют по времени прекращения колебаний, обусловленных соответствующими сегментными срезами, на основании которого определяют скорость распиловки камня при помощи испытуемого алмазного инструмента с той или иной металлической связкой. Данный способ позволяет оперативно определять с высокой точностью скорость распиловки породы камня алмазным отрезным кругом и получать достоверную информацию о пригодности связки алмазного инструмента для распиловки конкретной породы камня.

Однако известный способ не пригоден для проведения испытаний алмазных кольцевых коронок колонкового бурения, состоящих из корпуса и алмазосодержащей матрицы (связки), разделенных промывочными канавками на режущие сектора. В алмазных отрезных кругах режущие алмазные поверхности (кромки) вращаются вокруг оси, параллельной к плоскости поверхности обрабатываемого камня (направление углубления в камне при распиле параллельно к оси вращения режущих кромок), что позволяет формировать на режущей поверхности отрезного круга сегментные срезы различной величины, необходимые для реализации известного способа испытания, тогда как в алмазных кольцевых коронках режущие поверхности секторов вращаются вокруг оси, перпендикулярной к плоскости поверхности обрабатываемого камня (направление углубления в камне перпендикулярно к оси вращения режущих кромок), что исключает формирование сегментных срезов, необходимых для реализации известного способа.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является оперативное определение скорости бурения горной породы алмазной буровой коронкой в зависимости от металлической матрицы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы.

Существенные признаки, характеризующие изобретение

Ограничительные: определение достижения заданной величины износа по изменению спектра колебаний, обусловленных прекращением контакта на контртеле (алмазном круге).

Отличительные: на корпусе буровой коронки сформированы одинаковые пары режущих алмазосодержащих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки.

Технический результат достигается тем, что в способе испытания буровой коронки, включающем бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами, определение скорости бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определение пригодности матрицы алмазного инструмента на корпусе буровой коронки, сформированы одинаковые пары режущих алмазосодержащих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. При этом достижение при испытании заданных величин бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте парой режущих секторов поверхности обрабатываемой породы, на основании которого определяют скорость бурения при помощи алмазной коронки с той или иной металлической матрицей.

Для увеличения эффективности разрушения горной породы при испытании буровых коронок большого диаметра, имеющих большое количество режущих алмазосодержащих секторов, на корпусе таких буровых коронок формируют одинаковые пары режущих алмазосодержащих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 120° и 90° друг к другу в зависимости от количества режущих секторов.

Известно, что частотный анализ (спектр) механических колебаний (вибраций) машин и вращающихся механизмов обеспечивает обнаружение ряда выраженных частотных составляющих периодического характера, непосредственно связанных с основными движениями отдельных узлов и деталей исследуемой машины или механизма. При возникновении даже незначительных микроскопических дефектов в узлах и деталях машин или механизмов спектр колебаний претерпевает изменения: появляются колебания с многими составляющими на разных частотах, обусловленные появлением этих дефектов, что позволяет по изменению спектра колебаний выявить и локализовать отдельные дефекты-источники механических колебаний [3].

Краткое описание чертежей

На фиг. 1(а, б) приведен вид испытуемой алмазной буровой коронки в двух проекциях (а - вид сбоку и б - вид снизу). На фиг. 2 представлена схема испытания алмазной буровой коронки.

Осуществление изобретения

Способ осуществляется следующим образом. На корпусе 1 испытуемой алмазной буровой коронки формируют одинаковые пары режущих секторов 2, 3, 4, расположенные по окружности корпуса 1 коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов 2, 3 и 4 убывает по ходу вращения буровой коронки (фиг. 1 (а, б)). Поверхность и высоту каждой пары режущих секторов точно выравнивают путем обработки на плоскошлифовальном станке. Корпус 1 коронки устанавливают и жестко закрепляют на валу 5 буровой установки, обеспечивающей постоянную осевую нагрузку и постоянную скорость вращения буровой коронки (фиг. 2). Под испытуемой алмазной буровой коронкой закрепляют на державке плоской поверхностью образец породы 6 (фиг. 2), для бурения которой испытывается рецептура металлической матрицы. Бурение породы камня производят с охлаждающей жидкостью. Колебания (вибрации) державки с обрабатываемой породой и их спектр регистрируют соответственно при помощи вибродатчика 7 и спектрометра 8. Алмазную коронку, вращающуюся с постоянной скоростью и контролируемой постоянной осевой нагрузкой Р, плавно приводят в непосредственный контакт с плоской ровной поверхностью породы, при этом с поверхностью обрабатываемой породы вступает в контакт первая пара 2 режущих секторов.

Суть способа заключается в том, что при достижении глубины бурения коронки в породе, равной высоте следующей пары 3 режущих секторов, спектр колебаний вращающейся коронки претерпевает изменения: появляются колебания со многими составляющими на разных частотах, обусловленными контактом режущей поверхности данной пары секторов с обрабатываемой поверхностью породы. Таким образом, по изменению спектра колебаний определяют (фиксируется) достижение той или иной определенной глубины бурения. Отношение глубины бурения к времени достижения этой глубины дает скорость бурения алмазной коронки. При этом измерение глубины бурения в породе или определение износа породы взвешиванием исключаются, а определение скорости бурения алмазной коронкой существенно ускоряется, так как оценку качества инструмента получают непосредственно во время испытания, не прекращая процесс бурения. Затем по изменению спектра колебаний, вызванному режущей парой 4 секторов следующей меньшей высоты, определяют время достижения следующей глубины бурения, через которые определяют следующую скорость бурения и так далее. При этом по резкому снижению скорости бурения определяют момент «засаливания» или прижога матрицы алмазного инструмента, если матрица коронки не пригодна для данной горной породы. Точность определения скорости бурения коронки повышается за счет исключения таких операций, как взвешивание или измерение глубины бурения в горной породе. Время определения скорости бурения существенно сокращается также за счет исключения операций взвешивания, перед чем необходимо промыть и просушить образец породы, или замера глубины бурения, для чего требуется необходимость очистки от частиц шлама и грязи.

Таким образом, предлагаемый способ испытания обеспечивает определение пригодности металлической матрицы алмазной кольцевой коронки для бурения той или иной горной породы оперативно в момент испытания и позволяет определить с высокой точностью скорость бурения породы за короткий промежуток времени.

Использованные источники

[1] - Синтетические алмазы в геологоразведочном бурении // Под редакцией В.Н. Бакуля - Киев, Наукова думка, 1978 г., с. 86-91.

[2] - Патент РФ №2386117 от 10.04.2010 г. «Способ испытания алмазного камнерезного инструмента» // Герасимов А.И., кл. G01N 3/58.

[3] - Измерение и анализ механических колебаний, см. сайт: ftp://homelab.homelinux.com/pub/physics/Bryul3.pdf.

Способ испытания алмазной буровой коронки, включающий бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами, определение скорости бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определение пригодности матрицы алмазного инструмента, отличающийся тем, что на корпусе коронки формируют одинаковые пары алмазосодержащих режущих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки, при этом достижение заданной глубины бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте пары режущих секторов поверхности обрабатываемой породы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по содержанию водорода в поверхностной и приповерхностной структуре.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.
Изобретение относится к измерительной технике и касается, в частности, определения силы, необходимой для обработки резанием металлов и сплавов. Сущность: стандартную экспериментальную кривую упрочнения перестраивают в координаты «напряжение (σ) - истинная относительная деформация (ε)», максимальным значением деформации εв предопределяют предельно возможное значение коэффициента усадки стружки K, как lnK=εв, а расчет предельно возможной величины силы резания вычисляют по уравнению Р=σв t s К/sinθ, затем ведут пробную резку, измеряют параметры для вычисления фактического коэффициента К усадки стружки, по нему определяют угол θ и по исходному уравнению находят фактическую величину силы резания.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием (АГП).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения деформированного состояния обрабатываемого материала в зоне пластического деформирования при механической обработке с помощью делительных сеток.

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию (плотности) и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения и т.п.

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов. Устройство измерения сопротивления сверлению, состоящее из электрического двигателя привода вращения бурового сверла; каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение от электрического двигателя привода подачи, например, постоянного тока через винтовую передачу; ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении.

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для определения износа режущего инструмента станков с ЧПУ, функционирующих в условиях автоматизированного производства.

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке и может быть использовано для определения функции распределения вершин абразивных зерен в поверхностном слое шлифовального круга после его правки.

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку. Нагрузка прикладывается к индентору, который передает нагрузку на твердую поверхность. Нагрузку повышают до пиковой нагрузки, выдерживают в течение определенного времени и затем понижают. Акустический датчик соединен с возможностью передачи данных с тестируемым образцом и детектирует одно или более акустических событий, возникающих в тестируемом образце. Система тестирования на основе акустической эмиссии включает в себя блок записи данных, соединенный с устройством тестирования. Блок записи данных записывает данные из устройства тестирования. На основе принятых данных объективно определяется жесткость образца, и по жесткости образец может быть расположен в определенном порядке по отношению к другим образцам. Технический результат: повышение точности тестирования жесткости на основе акустической эмиссии. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 23 ил.

Устройство и способ исследования образцов горной породы, основанные на явлении акустической эмиссии. Для осуществления исследования образца горной породы заявленным способом исследуемый образец помещается в заявленное устройство, содержащее в своей конструкции камеру повышенного давления и один или более акустических датчиков, присоединяемых к исследуемому образцу горной породы, с возможностью передачи сигналов. Камера включает в себя первую камеру, давление в которой поднимают до первого заданного значения давления, и вторую камеру, давление в которой поднимают до второго заданного значения давления. Образец горной породы помещают в камеру повышенного давления таким образом, чтобы на первый участок образца оказывало действие первое давление, а на второй участок образца оказывало действие второе давление. Второе давление повышают до порогового значения, выдерживают образец при пороговом значении давления определенный период времени и затем понижают давление. Акустические датчики детектируют одно или более акустических событий, происходящих в образце горной породы. В некоторых вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью определения пространственного местоположения и направления распространения одного или более акустических событий. Система включает в себя устройство исследования образца, соединенное с устройством записи информации об акустических событиях. Технический результат: увеличение точности получаемых результатов при измерении жесткости твердых или сверхтвердых материалов. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 27 ил.

Использование: для определения ударной вязкости испытуемого образца. Сущность изобретения заключается в том, что собирают акустические данные от акустического датчика с помощью средства сбора акустических данных при приложении к испытуемому образцу нагрузки, при этом указанный акустический датчик связан с испытуемым образцом; определяют одну или более фоновых точек с помощью средства определения фоновых точек; определяют одну или более точек возможного акустического события с помощью средства определения точек возможного акустического события; интерполируют кривую характеристики фонового шума с использованием фоновых точек с помощью средства интерполяции кривой характеристики фонового шума; определяют одну или более точек фактического акустического события с использованием точек возможного акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства определения точек фактического акустического события; и вычисляют площадь акустического события, заключенную между точкой фактического акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства вычисления площади фактического акустического события. Технический результат: обеспечение возможности определения фактической прочности и ударной вязкости твердых и сверхтвердых компонентов с использованием акустической эмиссии. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в машиностроении для ускоренной автоматизированной оценки обрабатываемости как традиционно применяемых сталей и сплавов в изменяющихся условиях резания, так и новых марок сплавов, наплавленных и композиционных материалов и т.д. Сущность: осуществляют регистрацию параметров сигналов акустической эмиссии - числа импульсов моды амплитудного распределения, соответствующих пластическому деформированию при точении. Для регистрируемого датчиком сигнала акустической эмиссии рассчитывают среднее квадратическое значение сигнала в рассматриваемом интервале времени (Urms). С помощью преобразования Фурье получают амплитудно-частотное представление сигнала акустической эмиссии, определяют значение медианной частоты (Fmed). По их произведению (Urms×Fmed) судят об обрабатываемости материала. Технический результат: сокращение времени и трудоемкости определения обрабатываемости материалов, определение не относительного, а абсолютного значения обрабатываемости. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации кислорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с уменьшением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для выбора оптимальных режимов шлифования. Для этого осуществляют экспресс-контроли режимов шлифования путем обработки детали, закрепленной на координатном столе, имеющем продольное, поперечное и вертикальное перемещения, под объективом оптического устройства. Обработку детали осуществляют шлифовальным инструментом, состоящим из единичных зерен в органической связке, размещенных в державке-инденторе, установленной на цилиндрической поверхности круга, смонтированного на шпинделе. При этом производят стробоскопическую подсветку шлифовального инструмента с синхронизацией частоты вспышек осветителя и частоты вращения шпинделя. На экран проецируют конусную режущую часть единичного зерна, которую сравнивают с изображением на экране внешних контуров конуса в начальном положении до контактирования с деталью и конечном положении, определяемым заданным углом поворота единичного зерна в органической связке, меньшим угла выравнивания единичного зерна из нее. Оптимальные режимы резания выбирают по наибольшему времени достижения тенью внешнего контура конуса единичного зерна конечного положения. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей обработки и быстрый выбор оптимальных режимов шлифования. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный адгезионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации кислорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости К, возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытание на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный адгезионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытание на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структур, сформированных в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов - на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину обратимой упругой составляющей глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область сложных карбидных зерен, содержащихся в поверхностной и приповерхностной структурах твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: осуществляют проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и объемной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Контролируют только величину исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов и прогнозируют износостойкость для текущей партии твердосплавных режущих инструментов на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину площади гистерезисной петли, полученной при измерении удлинения и последующего укорочения твердосплавного образца, соответственно при нагревании и последующем охлаждении, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости К, возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения. Сущность: на корпусе коронки формируют одинаковые пары алмазосодержащих режущих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. Осуществляют бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами. Определяют скорость бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определяют пригодность матрицы алмазного инструмента. Достижение заданной глубины бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте пары режущих секторов поверхности обрабатываемой породы. Технический результат: получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы. 2 ил.

Наверх