Резец для вращательного бурения

Авторы патента:

Батукаев Абдулмалик Абдулхамидович (RU)

E21B10/42 - лопастные или вильчатые долота для вращательного бурения, например типа "рыбий хвост" со съемными лопастями (шнеки с зубцами E21B 10/44; отличающиеся износостойкими частями E21B 10/54)

Владельцы патента RU 2553108:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чеченский государственный университет (ФГБОУ ВПО "Чеченский государственный университет") (RU)
Учреждение Институт плодородия почв юга России (RU)

Изобретение относится к резцам для вращательного бурения. Резец включает корпус с хвостовиком и перьями, армированными твердосплавными пластинами, режущие кромки которых расположены симметрично относительно продольной оси корпуса. Передняя грань твердосплавных пластинок выполнена выпуклой формы в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси пера. Высота выпуклости уменьшается от внутренней части пера к его внешней части и составляет 0,5…2 мм. Технический результат заключается в увеличении стойкости резца, снижении удельной энергоемкости разрушения путем перераспределения контактных напряжений на передней грани резца. 2 ил.

Изобретение относится к резцам для вращательного бурения, конкретно для перьевых коронок, и может найти применение при бурении углей и горных пород повышенной крепости.

Известны резцы для бурения, состоящие из корпуса с хвостовиком и режущей части из 2 или 3 перьев, армированных пластинками твердого сплава. Пластинки твердого сплава имеют плоскую переднюю грань и закреплены на перьях резца методом пайки симметрично по отношению оси вращения штанги [1]. Известен также резец для вращательного бурения, в котором режущая кромка твердосплавной пластины одного из перьев развернута в сторону продольной оси корпуса на угол 4-8° [2].

Большинство резцов для вращательного бурения армированы твердосплавными пластинками, имеющими плоскую переднюю поверхность.

Особенностью резцов для вращательного бурения является то, что периферийные участки пластинок твердого сплава, более удаленные от оси вращения, имеют больший радиус вращения, чем участки, приближенные к оси вращения.

Это обусловливает картину напряжений сжатия по передней грани каждого пера в процессе разрушения и особенности процесса сколов разрушаемого объема. Исследования [3] показали, что порядок сколов перед передней гранью каждого пера обусловлен распределением напряжения сжатия перед передней гранью резца и происходит последовательно от периферийной части твердосплавной пластинки к оси вращения.

В то же время сколы на периферийных участках находятся в условиях большей степени блокированности, чем последующие сколы, следующие за ними ближе к оси вращения. Скол горной породы на периферии пластинки твердова сплава обеспечивает обнажение поверхности для следующего скола, происходящего ближе к оси вращения, который происходит при меньшем контактном напряжении. При этом наиболее неблагоприятные условия скалывания формируются именно на периферийных участках твердосплавных пластинок. Как известно, удельная энергоемкость разрушения процесса резания зависит от степени блокированности резца, определяемой схемой резания. Последовательность сколов от периферии к оси вращения определяет удельную энергоемкость процесса разрушения предрезцовой зоны разрушаемой породы, которая является для резцов вращательного бурения с плоской передней гранью завышенной.

Распределение контактных напряжений по передней грани, последовательность и условия сколов перед передней грани обусловливают более интенсивный износ периферийной части пластин твердого сплава и объясняет более частые поломки (при перегрузках) пластинок твердого сплава на периферийных участках. Это приводит к повышенному отказу резцов от поломок, увеличению простоев на замену резцов, снижению производительности, что является недостатком аналогов и резца, выбранного в качестве прототипа.

Задачей изобретения является устранение названных недостатков, а именно снижение энергоемкости процесса бурения, увеличение стойкости резцов, преимущественно при бурении твердых пород.

Поставленная задача решается тем, что передняя грань твердосплавных пластинок выполнена выпуклой формы в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси пера, так что высота выпуклости уменьшается от внутренней части пера к его внешней части, а высота выпуклости составляет Δh=0,5…2 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид перьевого резца и сечения перьев, на фиг 2 приведены две схемы формирования сколов.

Резец состоит из корпуса 1 с хвостовиком 2 и перьев 3, на которых закреплены пластинки твердого сплава 4. Форма пластинок поясняется видами сечений А-А и Б-Б. Передняя грань каждой пластинки выполнена выпуклой формы в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси пера, так что от внутренней части пера к его внешней части высота выпуклости уменьшается. Высота выпуклости составляет Δh=0,5…2 мм. Выпуклость пластинки твердого сплава может быть обеспечена утонением ее периферийной части с обеспечением достаточной прочности или наклоном плоскости твердосплавных пластинок так, чтобы часть пластинки, приближенная к оси вращения резца, опережала в направлении вращательного движения периферийную часть пластинки, контактирующей со стенками (скважины) шпура. Это может быть достигнуто относительно простым изменением формы пазов на хвостовиках под типовые пластинки твердого сплава. Возможно также изготовление пластинок твердого сплава с цилиндрической выпуклостью вдоль оси симметрии, так чтобы выпуклость пластины была максимальной на части передней грани, которая при пайке будет располагаться ближе к оси вращения. Величина выпуклости определена с учетом исследований процесса вдавливания плоского разрезного штампа в горную породу [4]. Этими же испытаниями выявлены закономерности формирования напряжений под плоскостью штампа. Для крепких пород высота выпуклости достаточна Δh=0,5…1,0 мм, для мягких пород высота выпуклости может быть увеличена до Δh=2,0 мм.

Процесс образования сколов фиг.2 в заявляемом техническом решении отличается от типового. В направлении вращения, в околорезцовом пространстве, последовательно сформируются напряжения сжатия. Вначале в опережающей в направлении резания части передней грани (на участке максимальной выпуклости пластин твердого сплава), а затем в периферийной, отстающей части пластин твердого сплава. В заявляемом резце участок максимальной выпуклости пластин твердого сплава выполняется приближенным к оси вращения, а периферийный участок передней грани отстает в направлении вращения резца.

На фиг.2 приведены сравнительные схемы формирования сколов для типового резца с плоской гранью и заявляемого резца с выпуклостью на передней грани. Для типовой конструкции режущего инструмента (Фиг.2, С) первичные сколы, в первую очередь, происходят перед периферийными участками (затемненные участки) пластин твердого сплава, а для заявляемого резца (Фиг.2, D) сколы происходят, в первую очередь, в средней, по ширине, части твердосплавной пластинки или одновременно со сколами перед периферийной частью пластин твердого сплава. В последнем случае происходит сложение полей напряжения, формируемых выпуклостью и периферийной частью пластин, это обеспечивает снижение удельной энергоемкости разрушения частичек породы перед передней грань резца. Описанные особенности процесса разрушения проявляются в случайной не прогнозируемой последовательности и являются вероятностной картиной формирования сколов. Изменение схемы формирования разрушающих напряжений в предрезцовой зоне обеспечивает снижение нагрузки на периферийных участках твердосплавных пластин, тем самым достигается увеличение стойкости армировки и снижение интенсивности изнашивания этих участков, обеспечивается также снижение удельной энергоемкости разрушения.

Литература

1. Крапивин М.Г., Раков И.Я., Сысоев Н.И. Горные инструменты, /3-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1990. 256 с.

2. Резец для вращательного бурения. Е.И. Суслов, Г.В. Линдо, Н.С. Камышева и др. Патент РФ №1305296, E21B 10/42 от 27.11.85.

3. Сысоев Н.И., Мирный С.Г. Основы теории функционирования бурильных машин вращательного действия. Уч. пособие, ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ. 2006. С.6-17.

4. Карабанов М.Г., Лемешко М.А., Самоходкин И.Н. Механика взаимодействия режущего инструмента с разрушаемым материалом // Технология и техника струговой выемки антрацитов: Сб. трудов. Вып.16. / ШахтНИУИ: Шахты, 1975. С.34-41.

Резец для вращательного бурения, включающий корпус с хвостовиком и перьями, армированными твердосплавными пластинами, режущие кромки которых расположены симметрично относительно продольной оси корпуса, отличающийся тем, что передняя грань твердосплавных пластинок выполнена выпуклой формы в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси пера, так, что высота выпуклости уменьшается от внутренней части пера к его внешней части, а высота выпуклости составляет 0,5…2 мм.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению буровых долот для бурения земли путем пропитки. Подготавливают рабочую литейную форму, в которой размещен твердый элемент из связующего материала, содержащего металл или металлический сплав.

Размещение режущих элементов на буровом долоте с фиксированными резцами, обеспечивающее сокращение растрескивания алмазных пластинок // 2532950

Изобретение относится к лопастному долоту для роторного бурения. Технический результат заключается в улучшенной защите резцов от воздействия нагрузок, увеличении срока службы долота, предотвращении растрескивания и скалывания режущих элементов.

Пассивные и активные элементы для бурения снизу вверх на буровом инструменте с запрессованными резцами и соответствующие способы // 2513562

Группа изобретений относится к буровым инструментам с пассивными и активными элементами и к способам формирования такого инструмента. Обеспечивает замедление износа калибрующих и пассивных областей.

Буровое долото и другие изделия, содержащие цементированный карбид // 2508178

Изобретение относится к способу изготовления изделий для бурения, содержащих спеченный цементированный карбид, в частности, бурового долота и его деталей, таких как корпус долота и конические шарошки.

Коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах // 2491408

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин в пластах с повышенным содержанием газа, где процесс бурения часто сопровождается микровыбросами.

Бур для скальных пород // 2485276

Изобретение относится к буровой технике, а именно к бурам для скальных пород. .

Буровое долото // 2482255

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам режущего типа, преимущественно для разбуривания пород, способных к налипанию. .

Буровое режущее открывающееся долото // 2481458

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к буровым режущим открывающимся долотам, применяемым в сейсморазведке при бурении взрывных скважин в неустойчивых грунтах или строительстве при сооружении буронабивных свай.

Коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах // 2479709

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин в пластах с повышенным содержанием газа. .

Сверло // 2477673

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в сверлах, применяемых для сверления бетона или других каменных конструкций, горной породы и т.п. .

Резец для вращательного и ударно-вращательного бурения // 2556555

Изобретение относится к резцам для вращательного и ударно-вращательного бурения. Резец состоит из хвостовика, державки и режущего органа, армированного пластинкой твердого сплава, заточенного клинообразно в направлении подачи. Хвостовик резца снабжен цилиндрической наружной частью меньшей длины, чем хвостовик, коаксиально установленной на передней части хвостовика. Хвостовик резца выполнен с цилиндрическим уступом для опоры конца наружной цилиндрической части хвостовика, противоположной ее режущему концу. Хвостовик резца соединен с цилиндрической наружной частью хвостовика сайлентблоком. Армированная пластинка твердого сплава выполнена из трех частей, две из которых установлены на режущем конце наружной части хвостовика, третья установлена на режущем конце внутренней части хвостовика. Технический результат заключается в повышении надежности резца путем уменьшения импульсных динамических усилий на кромке пластинки, установленной на режущем конце наружной части хвостовика. 4 ил.

Четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров // 2558097

Изобретение относится к резцам, предназначенным для бурения шпуров в массивах горных пород. Технический результат заключается в повышении работоспособности и создании конструкции резца, способного производить бурение шпуров в массивах горных пород. Четырехступенчатый трехлезвийный буровой резец для вращательного бурения шпуров включает ступень резания, ступень экскавации отбуренной породы, замковую ступень для крепления на буровой штанге. Резец дополнительно оснащен зажимной ступенью, расположенной между ступенью экскавации и замковой ступенью, обеспечивающей силовое соединение резца со штангой, причем высоты каждой из четырех ступеней вдоль геометрической оси вращения резца выполнены в соотношениях 2/10:3/10:2/10:3/10 от общей высоты резца с допуском на каждую ступень ±0,5/10. На ступени резания расположены твердосплавные пластины, имеющие форму семигранника, две из граней которого выполнены взаимно перпендикулярными и служат для закрепления их посредством припоя на конгруэнтном теле резца, две фронтальные грани, образующие между собой тупой угол, предназначены для прямого контакта с буримой горной породой, а три оставшихся грани образуют с двумя фронтальными режущие кромки с различными углами резания. Реборда шнека ступени экскавации отбуренной породы выполнена по высоте с изменяющимся шагом и с уменьшающимся радиусом от ступени резания к зажимной ступени. Зажимная ступень, предназначенная для крепления на буровой штанге, выполнена с шестью попарно-параллельными плоскими гранями, расстояния между которыми заданы в соответствии со стандартными размерами под ключ. Замковая ступень выполнена в виде резьбового соединения с внутренним отверстием, которое может быть выполнено цилиндрическим или по параболическому или коническому закону с уменьшением диаметра к зажимной ступени. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Долото для вращательного бурения // 2573878

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к долотам для вращательного бурения. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Долото для вращательного бурения содержит корпус с резьбовым ниппелем и лопастями, армированными наклонно расположенными резцами, передние грани которых выполнены с пазами с переменным поперечным сечением. Резцы выполнены в форме полуцилиндров, а пазы на их передней грани - с поперечным сечением, увеличивающимся в направлении от забоя к резьбовому ниппелю, при этом верхние части пазов сообщены между собой дополнительным пазом, выполненным на наружной поверхности лопасти и расположенным непосредственно над резцами. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Буровое режущее долото // 2582357

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям буровых режущих долот, применяемых в сейсморазведке при бурении взрывных скважин в неустойчивых грунтах и обводненных породах I-IV категории по буримости. Технический результат заключается в обеспечении бурения в плывунах с гарантированным погружением заряда взрывчатых веществ в скважину. Буровое режущее долото содержит корпус со сквозным осевым отверстием, боковые резцы, армированные твердым сплавом и размещенные на корпусе долота. Буровое режущее долото также содержит одноразовую заглушку, верхняя часть которой выполнена с уплотнительными буртиками, при этом корпус одноразовой заглушки выполнен пустотелым, а в торце корпуса долота выполнена проточка. 5 ил.