Пітулей Л.Д. Технологічне забезпечення віброармування зубків бурового інструменту. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. – Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2008.
Робота присвячена питанням проектування технологічного процесу та виготовлення конкурентноздатного бурового інструменту віброармуванням заготовок зубків з метою підвищення їх довговічності шляхом отримання зносостійких литих композиційних матеріалів на стальній металозв’язці.
Теоретичні та експериментальні дослідження проведено згідно розроблених комплексної програми та методики, що полягають у сумісному використанні фізичного, математичного та комп’ютерного моделювання об’єкту досліджень для підтвердження адекватності отриманих результатів за допомогою діючого технологічного обладнання, розробленого та виготовленого технологічного оснащення на основі сучасних стандартних методик металографії та рентгеноспектрального аналізу, а також існуючих методів випробувань бурового інструменту на стійкість з характерними видами зношування в умовах, наближених до реальних. Розроблений метод визначення навантажень, які діють на різні вінці шарошок бурового долота, може використовуватись для раціонального розміщення зубків на вінцях шарошки.
Наведено результати промислових випробувань зношування виготовлених композиційних віброармованих зубків бурового інструменту. Результати випробувань порівнюються з аналогічними показниками твердосплавних зубків, що випускаються серійно.
В дисертаційній роботі на основі проведеного аналізу існуючих конструкцій і технологій виготовлення заготовок зубків БІ, враховуючи умови його експлуатації, науково обґрунтовано доцільність і перспективність локального об’ємного армування робочої частини зубка твердим сплавом реліт. Виконано теоретичне узагальнення та розв’язано наукову задачу технологічного забезпечення процесу віброармування зубків БІ, що дає можливість на 70% зменшити витрати твердого сплаву. Ефективність процесу віброармування особливо зростає при дотриманні оптимальних технологічних режимів формоутворення.
Розроблено комплексну методику проведення теоретичних та експериментальних досліджень технології віброармування виготовлення заготовок зубків БІ, які базуються на фундаментальних засадах технології машинобудування, законах теоретичної та аналітичної механіки, ливарної гідравліки, результати яких закладені в проектування технологічного забезпечення віброармування зубків ШБД з метою підвищення довговічності БІ. Програма та методика порівняльних стендових випробувань композиційних зубків застосовується на дослідній станції бурових доліт ВАТ “Дрогобицький долотний завод”.
Вперше розроблено математичну модель седиментаційно-вібраційної рівноваги армованого об’єму розплаву заготовок, що дало можливість визначити технологічні параметри рівноваги арміторів у композиційному розплаві. Завдяки розробленій математичній моделі седиментаційно-вібраційна рівновага арміторів для композиційних зубків типорозмірів КМ25–КМ70 (аналог твердосплавних зубків Г2525–Г2570) досягається в діапазоні частот коливання ливарної форми 160-400 Гц при амплітуді віброзбудника 0,1 10-3 м в процесі армування релітом 3-6; 3-9; 3-16 сталі 18ХН2МФЛ. Дотримання технологічних умов седиментаційно-вібраційної рівноваги у розплаві матриці сприяє уникненню осадження реліту та прилипання до дна ливарної форми.
Вперше теоретично обґрунтовано оптимальні співвідношення розмірно-структурних параметрів литих віброармованих композиційних матеріалів для зубків БІ. Критерій оптимальної міцності забезпечується співвідношенням середньої вільної віддалі між арміторами l0,55ra при об’ємній концентрації ц0,66. Максимальне значення пластичності композиційного віброармованого матеріалу досягається за виконання аналітичної залежності – середня вільна віддаль між арміторами у металозв’язці дорівнює середньому розміру зерна матриці, тобто коли виконується структурна умова l d3.
Вперше з метою підвищення зносостійкості матеріалу заготовки зубка створено динамічні моделі отримання дрібнозернистої структури металозв’язки на основі диференціальних рівнянь вимушених коливань рухомих і нерухомих арміторів в об’ємі композиційного розплаву. Швидкістю зародження центрів кристалізації розплаву заготовки можна керувати шляхом підбору частоти та амплітуди коливань розплаву. Значення амплітуди коливання розплаву обмежується амплітудою коливання арміторів і віддалями між ними. На основі теоретичних досліджень визначено діапазон частот коливань розплаву, що забезпечує необхідну зернистість матричної сталі для надійного закріплення арміторів у металозв’язці (w=306 - 440 Гц).
Побудовано модифіковану модель утворення газової подушки в розплаві заготовки віброармованого зубка, завдяки якій досліджено умови дегазації армованого та неармованого об’ємів зубка БІ, що сприяє усуненню дефектів на стадії формоутворення заготовки. Для підняття газової подушки до вільної поверхні розплаву частота вібрації ливарної форми повинна бути більшою за частоту власних коливань подушки (Гц).
Науково обґрунтовано та підтверджено експериментальними дослідженнями параметри термічного циклу віброармування. Для зубків КМ25 – КМ70 рекомендується температура розплаву матричної сталі (1953-2003) К, температура нагрівання керамічної ливарної форми (573-623) К, кількість реліту на 1 заготовку – 4,7-19,5 г, швидкість подачі сталі – 35 г/с, швидкість подачі реліту – 5 г/с. Термічний цикл віброармування дозволяє забезпечити розчинність реліту в зоні армування в межах 14-20%, що є достатньою для оптимального легування дрібнозернистої металозв’язки.
Розроблено груповий технологічний процес віброармування заготовок композиційних зубків КМ25-КМ70, спроектовано та виготовлено функціонально здатне технологічне оснащення для його реалізації. Виготовлено дослідні партії заготовок віброармованих композиційних зубків КМ55, КМ60, КМ70 з частотою віброзбудника 75; 150; 225; 300; 375 Гц, використавши систему автоматичного керування процесом кристалізації армованого розплаву заготовки.
Проведено лабораторні та стендові дослідження партії заготовок віброармованих зубків згідно розробленої комплексної програми, що дозволяє стверджувати про доцільність використання запропонованої технології. Випробування дослідних партій зубків в умовах, наближених до реальних, показали, що стійкість до характерних видів зношування віброармованих зубків на 20-30% вища, ніж промислових, що забезпечить підвищення довговічності бурового інструменту в цілому. Технологія виготовлення заготовок віброармованих зубків ШБД рекомендується до впровадження на ВАТ «Дрогобицький долотний завод».
Публікації автора:
Пітулей Л.Д. Регулювання розмірно-структурних умов максимальної міцності і пластичності армованого об’єму зубка бурового долота з допомогою вібрації /Л.Д. Пітулей //Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. – 1999. – Т.8, №36. – С.329 – 337.
Пітулей Л.Д. Інтенсифікація процесу ущільнення в перехідних шарах (капілярах) армованого об’єму вставного зубка шарошки бурового долота з допомогою вібрації / Л.Д.Пітулей //Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. – 2005. – №2(15). – С.63 – 66.
Пітулей Л.Д. Розробка алгоритму управління технологічними параметрами – амплітудою і частотою об’ємного віброармування озброєння бурового долота /Л.Д.Пітулей //Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. – 2008. – №1(11). – С.136-140.
Григоренко С.І. Теоретичні передумови підвищення міцності з’єднання зубок-шарошка /С.І.Григоренко, О.С. Кодак, Л.Д. Пітулей //Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ.– 1997. – №34. – С.83 – 85.
Бугай Ю.М. Математична модель седиментаційно-вібраційної рівноваги арміторів композиційного зубка шарошкового долота / Ю.М.Бугай, Л.Д.Пітулей, Д.І.Феденчук //Методи та прилади контролю якості. – 2000. – №6. – С.100 – 102.
Пітулей Л.Д. Оптимізація за допомогою вібрації структуроутворення на початковій стадії кристалізації армованого об’єму зубка бурового долота /Л.Д. Пітулей, Д.І. Феденчук //Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. – 2002. –№2(3). – С.34 – 37.
Крижанівський Є.І. Вплив вібрації на кристалічну структуру долотної сталі /Є.І.Крижанівський, Л.Д.Пітулей, Д.І.Феденчук //Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. – 2005. – №3(12).– С.26–30.
Петрина Ю.Д. Вплив вібрації армованого розплаву на кристалічну структуру матричної долотної сталі / Ю.Д. Петрина, Л.Д.Пітулей, Д.І.Феденчук // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ.– 2005. – №3(16). – С.14 – 18.
Петрина Ю.Д. Дослідження розчинності зерен твердого сплаву в армованій зоні розплаву зразків під дією вібрації / Ю.Д.Петрина, Л.Д.Пітулей, Д.І. Феденчук //Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. – 2006. – №2(14). – С.102 – 104.
Петрина Ю.Д. Інтенсифікація виникнення зародків газових пухирців і дегазації армованого розплаву зубка шарошки бурового долота за допомогою вібрації / Ю.Д. Петрина, Л.Д.Пітулей, Д.І. Феденчук //Вісник Тернопільського державного технічного університету. – 2008. – Т.13, №3. – С.19-24.
Карпик Р.Т. Породоразрушающий инструмент, оснащенный композиционным вооружением на стальной металлосвязке /Р.Т. Карпик, Д.И. Хома, Л.Д.Феденчук // Композиционные материалы в породоразрушающих инструментах: тезисы докладов I Всесоюзной научно-технической конф., 22–24 сентября 1987 г., Ивано-Франковск. – Ивано-Франковск: ИФИНГ, 1987. – С.79–80.
Борущак Б.О. Лабораторный стенд и методика моделирования процесса виброцентробежного армирования / Б.О.Борущак, Л.Д.Питулей // Композиционные материалы в породоразрушающих инструментах: тезисы докладов I Всесоюзной научно-технической конф., 22–24 сентября 1987 г., Ивано-Франковск. – Ивано-Франковск: ИФИНГ, 1987. – С.63–64.
Вібраційне армування зубців шарошок бурового долота /Ю.М.Бугай, С.І.Григоренко, Л.Д.Пітулей, Д.І.Феденчук //Конструкційні та функціональні матеріали. Теорія, експеримент, взаємодія: тези доповідей Першої міжнародної конф. КМФ’93, 20 – 23 вересня 1993 р., Львів. – Львів: „Львівська політехніка”, 1993. – С.168–169.
Вплив вібрації на затверднення виливок /Ю.М.Бугай, Р.Т.Карпик, Л.Д.Пітулей, Д.І.Феденчук //Тези наук.-техн. конф. проф.-викл. складу ун-ту, 1995р., Івано-Франківськ. 2 частина. – Івано-Франківськ: Факел, 1995. –– С.16.
Бугай Ю.М. Віброармування деталей та вузлів бурового озброєння /Ю.М.Бугай, Л.Д.Пітулей, Д.І. Феденчук //Тези наук.-техн. конф. проф.-викл. складу ун-ту, 1997р., Івано-Франківськ. І частина. – Івано-Франківськ: Факел, 1997. –– С.129.
Векерик В. Роль теоретичної механіки як фундаментальної науки в поєднанні навчального і наукового процесів /В.Векерик, Л.Пітулей, Д.Феденчук //Вплив наукових досліджень на підвищення якості підготовки фахівців: матеріали наук.-метод. конф., 20-21 травня 1998р., Івано-Франківськ. – Івано-Франківськ: Факел, 1998. – С.39–40.
Гаврилів Ю.Л. Дослідження контактних напружень при взаємодії озброєння бурового долота з породою /Ю.Л.Гаврилів, Л.Д.Пітулей, Д.І. Феденчук //Ефективні інструменти сучасної науки: матеріали IV Міжнародної наук.-практ. конф., 3 – 15 квітня 2008р., Прага. – Прага: „Education and Sciense”, 2008. – С.78–82.
