Том 26 № 4 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Шамкувар С., Гураджала Н.К., Дакарапу С.Р. Исследование влияния гибридных наножидкостей на растительной основе на производительность обработки при токарной обработке с минимальным количеством СОЖ................................................................................................................................... 6 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Кулкарни А.П. Влияние направления печати на характер износа PLAбиоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава......................... 19 Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Сидоров Е.А., Утяганова В.Р., Амиров А.И., Колубаев Е.А. Искажение геометрии, окисление кромки, структурные изменения и морфология поверхности реза листового проката толщиной 100 мм из алюминиевых, медных и титановых сплавов при плазменной резке на токе обратной полярности........................................................................................................................................................................... 41 Соматкар А., Двиведи Р., Чинчаникар С. Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости....................................... 57 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка качества и механических свойств получаемых слоев металла из низкоуглеродистой стали методом WAAM с использованием дополнительной механической и ультразвуковой обработки............................................................................................................................................... 75 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Юсубов Н.Д., Аббасова Х.М. Систематика многоинструментных наладок на станках токарной группы............... 92 Тошов Дж.Б., Фозилов Д.М., Елемесов К.К., Рузиев У.Н., Абдуллаев Д.Н., Басканбаева Д.Д., Бекирова Л.Р. Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления.................................. 112 Поспелов И.Д. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков................................................................................................................................................................................... 125 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования.............................................................................................................................................. 138 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения.................................................................................................................................. 153 Сюсюка Е.Н., Аминева Е.Х., Кабиров Ю.В., Пруцакова Н.В. Анализ изменения микроструктуры компрессионных колец вспомогательного судового двигателя.................................................................................................... 180 Дударева А.А., Бушуева Е.Г., Тюрин А.Г., Домаров Е.В., Насенник И.Е., Шикалов В.С., Скороход К.А., Легкодымов А.А. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневауумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B...................................................................................................................................................... 192 Болтрушевич А.Е., Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Кузнецова Ю.С. Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча......................... 206 Саблина Т.Ю., Панченко М.Ю., Зятиков И.А., Пучикин А.В., Коновалов И.Н., Панченко Ю.Н. Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением........................................................................................................................................................................... 218 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 234 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 243 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 05.12.2024. Выход в свет 16.12.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 30,5. Уч.-изд. л. 56,73. Изд. № 165. Заказ 231. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 4 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 4 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Manikanta J.E., Ambhore N., Shamkuwar S., Gurajala N.K., Dakarapu S.R. Investigation of vegetable-based hybrid nanofl uids on machining performance in MQL turning........................................................................................... 6 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Kulkarni A.P. Impact of print orientation on wear behavior in FDM printed PLA Biomaterial: Study for hip-joint implant...................................................................................................................... 19 GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Sidorov E.A., Utyaganova V.R.,AmirovA.I., Kolubaev E.A. Geometry distortion, edge oxidation, structural changes and cut surface morphology of 100mm thick sheet product made of aluminum, copper and titanium alloys during reverse polarity plasma cutting...................................................................................... 41 Somatkar A., Dwivedi R., Chinchanikar S. Comparative evaluation of roller burnishing of Al6061-T6 alloy under dry and nanofl uid minimum quantity lubrication conditions............................................................................................... 57 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the quality and mechanical properties of metal layers from low-carbon steel obtained by the WAAM method with the use of additional using additional mechanical and ultrasonic processing..................................................................................................................................................... 75 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Yusubov N.D., Abbasova H.M. Systematics of multi-tool setup on lathe group machines............................................... 92 Toshov J.B., Fozilov D.M., Yelemessov K.K., Ruziev U.N., Abdullayev D.N., Baskanbayeva D.D., Bekirova L.R. Increasing the durability of drill bit teeth by changing its manufacturing technology......................................................... 112 Pospelov I.D. Investigation of the distribution of normal contact stresses in deformation zone during hot rolling of strips made of structural low-alloy steels to increase the resistance of working rolls..................................................... 125 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Manufacturing of tool electrodes with optimized confi guration for copy-piercing electrical discharge machining by rapid prototyping method.......................... 138 MATERIAL SCIENCE Shubert A.V., Konovalov S.V., Panchenko I.A. A review of research on high-entropy alloys, its properties, methods of creation and application.................................................................................................................................................. 153 Syusyuka E.N., Amineva E.H., Kabirov Yu.V., Prutsakova N.V. Analysis of changes in the microstructure of compression rings of an auxiliary marine engine.......................................................................................................... 180 Dudareva A.A., Bushueva E.G., Tyurin A.G., Domarov E.V., Nasennik I.E., Shikalov V.S., Skorokhod K.A., Legkodymov A.A. The eff ect of hot plastic deformation on the structure and properties of surface-modifi ed layers after non-vacuum electron beam surfacing of a powder mixture of composition 10Cr-30B on steel 0.12 C-18 Cr-9 Ni-Ti............................................................................................................................................................................. 192 Boltrushevich A.E., Martyushev N.V., Kozlov V.N., Kuznetsova Yu.S. Structure of Inconel 625 alloy blanks obtained by electric arc surfacing and electron beam surfacing........................................................................................... 206 Sablina T.Y., Panchenko M.Yu., Zyatikov I.A., Puchikin A.V., Konovalov I.N., Panchenko Yu.N. Study of surface hydrophilicity of metallic materials modifi ed by ultraviolet laser radiation........................................................................ 218 EDITORIALMATERIALS 234 FOUNDERS MATERIALS 243 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 112 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления Джавохир Тошов 1, a, Дониёр Фозилов 2, b, Касым Елемесов 3, c, Улугбек Рузиев 2, d, Довуджон Абдуллаев 2, e, Динара Басканбаева 3, f, *, Лала Бекирова 4, g 1 Ташкентский государственный технический университет, yл. Университетская, 2, г. Taшкент, 100095, Республика Узбекистан 2 АО «Научно-производственное объединение «Алмалыкский ГМК», ул. В. Гайдарова, 1, г. Чирчик, 111700, Республика Узбекистан 3 Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева, ул. Сатпаева, 22, г. Алматы, 050013, Республика Казахстан 4 Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, пр. Азадлыг, 34, г. Баку, AZ1010, Азербайджан a https://orcid.org/0000-0003-4278-1557, j.toshov@tdtu.uz; b https://orcid.org/0009-0005-6362-8326, fozilovdoniyor81@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0001-6168-2787, k.yelemessov@satbayev.university; d https://orcid.org/0009-0008-2371-3085, u.ruziev@agmk.uz; e https://orcid.org/0009-0005-6362-8326, dn.abdullaev@agmk.uz; f https://orcid.org/0000-0003-1688-0666, d.baskanbayeva@satbayev.university; g https://orcid.org/0000-0003-0584-7916, lala.bakirova@asoiu.edu.az Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 112–124 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-112-124 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9 История статьи: Поступила: 22 августа 2024 Рецензирование: 10 сентября 2024 Принята к печати: 17 сентября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Буровые долота Вольфрамокобальтовые сплавы Производство Штыревое долото Твердые породы Эксплуатационные испытания Финансирование Исследование финансировалось Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан, номер гранта IRN BR18574141. АННОТАЦИЯ Введение. Развитие горной промышленности требует повышения стойкости и долговечности инструмента. Для долот горно-бурильных машин эта задача часто решается путем улучшения материала зубьев долот. В работе представлены результаты исследования по разработке технологии изготовления твердосплавных буровых коронок с повышенной износостойкостью и испытания опытных образцов при бурении твердых горных пород. Методы и материалы. В работе исследовались твердосплавные зубья долот, изготавливаемые АО «Алмалыкский ГМК» по стандартной и доработанной технологии. Были изучены их строение и химический состав. Изменение технологии подразумевало изменение формы зуба. В качестве исходного компонента также использовался более чистый порошок вольфрама. Результаты и обсуждение. Разработаны и освоены новые способы выполнения технологических операций по изготовлению твердосплавных зубьев (штифтов) и стальных штифтовых долот. При изготовлении вольфрамокобальтовых зубьев использовался твердый сплав ВК10КС, для производства которого применялся порошок карбида вольфрама, синтезированный карбидизацией очищенного порошка вольфрама. Форма поверхности зубьев была изменена с баллистической на полубаллистическую. В качестве связующего использовался металлический порошок кобальта. Штифтовые долота типа КНШ 40×25 изготовлены из стали 35ХГС. Испытания экспериментальных долот проводились на нескольких рудниках, в результате чего была установлена их пригодность для бурения пород с твердостью fˊ = 14…18. Результаты промышленной эксплуатации показали, что стойкость зубьев долот, изготовленных АО «Алмалыкский ГМК», незначительно уступает долотам европейских производителей. При этом стоимость таких долот в разы ниже. Для цитирования: Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления / Дж.Б. Тошов, Д.М. Фозилов, К.К. Елемесов, У.Н. Рузиев, Д.Н. Абдуллаев, Д.Д. Басканбаева, Л.Р. Бекирова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 112–124. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-112-124. ______ *Адрес для переписки Басканбаева Динара Джумабаевна, к.т.н. Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева, ул. Сатпаева, 22, 050013, г. Алматы, Республика Казахстан Тел.: +7 701 861 5162, e-mail: d.baskanbayeva@satbayev.university Ведение Горная промышленность Средней Азии активно развивается благодаря наличию богатых природных ресурсов. Государства Средней Азии, включая Узбекистан, Казахстан, Таджикистан, Кыргызстан и Туркменистан, активно развивают горнодобывающую промышленность, стремясь увеличить объемы производства и при-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 113 EQUIPMENT. INSTRUMENTS влечь иностранные инвестиции [1]. Одним из ключевых направлений развития горной промышленности является добыча и переработка редкоземельных металлов. Редкоземельные металлы играют важную роль в производстве высокотехнологичной продукции, такой как электроника, аккумуляторы и оборудование для возобновляемой энергетики [2–5]. Повышение объемов добычи полезных ископаемых требует активного совершенствования как оборудования и машин, так и инструмента для добычи. Вращательно-ударное бурение – это комбинированный вид бурения, сочетающий резание горных пород с приложением ударных нагрузок. При таком бурении на породорежущий инструмент воздействует крутящий момент, статическая сила подачи и удары определенной частоты и силы. В некоторых геологических условиях ударно-вращательное бурение оказывается более производительным, чем вращательное и ударное по отдельности. Это объясняет его широкое применение в различных горных работах [6, 7] . Эффективное разрушение породы при ударно-вращательном бурении твердосплавными долотами осуществляется за счет оптимального подбора состава твердого сплава, размера инструмента, геометрии резцов, их расположения по торцу долота, хорошо организованной системы промывки и правильно рассчитанных параметров режима бурения [8–10]. В штифтовых сверлах в качестве материала для режущих зубьев используются твердые сплавы – как правило, вольфрамокобальтовые сплавы ВК6 и ВК8. Эти твердосплавные материалы зарекомендовали себя как надежные в использовании и относительно недорогие. Долота указанного типа могут работать в породах до девятой категории буримости [11]. Износостойкость долот в эксплуатации зависит от геолого-технических условий бурения: твердости, абразивности, трещиноватости, прерывистости пород; скорости вращения, диаметра коронки и осевой нагрузки; глубины и кривизны скважины; исправности бурового станка [12–15]. Однако решающее значение имеют твердость и прочность при изгибе твердосплавных резцов, а также качество изготовления и сборки штыревого долота. Существенная доля такого инструмента производится в странах Европы и имеет высокую стоимость. В рамках предприятия АО «Алмалыкский ГМК» (Узбекистан) производятся породоразрушающие долота по существенно меньшей себестоимости. При этом стойкость и долговечность таких долот ниже, чем у европейских аналогов. Цель данной работы: повышение стойкости зубьев буровых долот за счет совершенствования технологии их изготовления. Методы и материалы исследований Работа выполнялась в три этапа. На первом этапе был проведен анализ причин разрушения долот, изготавливаемых АО «Алмалыкский ГМК». На втором этапе на основании полученных результатов была изменена технология изготовления зубьев долот и исследованы полученные по новой технологии образцы. На третьем этапе были проведены сравнительные испытания образцов долот, изготовленных по усовершенствованной технологии, и их европейских аналогов фирмы Atlas Сорсо (Швеция). Исследовательская работа выполнялась на базе научно-производственного объединения по производству редких металлов и твердых сплавов АО «Алмалыкский ГМК» (НПО АГМК). Проведены исследования по разработке технологии изготовления сверл типа КНШ 40×25 мм с семью вставными штифтами-зубьями, аналогичных сверлам производства Atlas Сорсо (Швеция). Прототипы долот были изготовлены с использованием твердосплавных зубьев из вольфрамокобальтовых сплавов. Производство зубьев осуществлялось на НПО АГМК. Структурные исследования проводились с использованием светового микроскопа Carl Zeiss AxioObserver Z1m и сканирующего электронного микроскопа Carl Zeiss EVO 50 XVP (Йена, Германия). Фазовый состав изучался с использованием рентгеновского дифрактометра ARL X’TRA (Thermo Fisher Scientifi c, Уолтем, Массачусетс, США) в излучении CuKα. Для металлографического анализа поверхности зубьев долот использовался визуально-оптический метод с использованием микроскопа Carl Zeiss Axio Observer A1m.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 114 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Результаты и их обсуждение Определение причин разрушения зубьев долот, изготовленных по стандартной технологии Опытно-эксплуатационные испытания первых образцов шарошечных долот КНШ 40×25 мм характеризовались их низкой износостойкостью при проходке по сравнению с импортными образцами производства Atlas Сорсо (Швеция). На рис. 1, а показан образец коронки КНШ 40×25 мм после испытания по пробиванию гранита на глубину сверления 18 см. На рис. 1, б приведено увеличенное изображение пористой поверхности зуба с углублениями, образующими так называемую поверхность «кожи рептилии». На рис. 2 представлено увеличенное изображение участка поверхности на границе участка износа зуба с поверхностью зуба до износа, на котором видно, что вдоль границы происходит разделение целых скоплений зерен твердого сплава ВК в результате износа. Поверхность типа «кожа рептилии» характеризуется возникновением максимальных растягивающих напряжений в отдельных точках контакта с шероховатостью породы. На рис. 3 показан схематический пример, объясняющий механизм образования трещин на поверхности зуба. Согласно источнику, выступающая часть породы вдавливается в поверхность зуба, создавая локальное напряжение на его поверхности. Когда эта процедура повторяется несколько раз, мелкие трещины соединяются, образуя в итоге структуру «кожи рептилии». Для установления причин низкой износостойкости экспериментальных долот НПО АГМК были проведены исследования, направленные на разработку оптимальных способов изготовления вольфрамокобальтовых зубьев, их прочного закрепления в канавках долот и совершенствование технологии их сборки. Согласно сведениям из литературы [16, 17] отделение материалов с поверхностей твердосплавных зубьев может происходить несколькими способами: ● измельчение зерен твердого сплава ВК и отделение фрагментов; ● отделение цельных зерен или их частей, которые теряют способность удерживаться в структуре; ● измельчение смеси: ВК-сплав / каменное связующее и отделение фрагментов; a б Рис. 1. Cемишарошечное долото типа КНШ 40×25 производства НПО после эксплуатационных испытаний при бурении гранитной породы, глубина бурения 18 см (а); состояние поверхностей зубьев коронки, характеризующееся пористостью с углублениями, известными как образование поверхности «кожи рептилии» (б) Fig. 1. Seven-cone drill bit type KNSh40×25 manufactured by NPO, after operational tests during drilling of granite rock; drilling depth 18 cm (a); the condition of the surfaces of the teeth of the crown, characterized by porosity with depressions known as the formation of the “reptile skin” surface (б) Рис. 2. Сечение границы поверхности участка износа зуба с поверхностью зуба до износа: слева – исходная поверхность; справа – поверхность в результате износа Fig. 2. Cross-section of the boundary of the surface of the tooth wear area with the tooth surface before wear: left – original surface; right – surface as a result of wear
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 115 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рис. 3. Механизм формирования «кожи рептилии» Fig. 3. The mechanism of formation of “reptile skin” ● трибохимический износ, соскабливание корродированных или окисленных поверхностных слоев ВК; ● отделение фрагментов композиционных фрагментов групп зерен ВК вместе со связующим. Исследование микроструктуры образцов вольфрамокобальтовых зубьев первых опытных партий показало, что одной из причин образования пористой структуры с впадинами, склонной к образованию ям, трещин и сколов при воздействии на зубья шероховатостей горных пород, является большой размер зерен карбида вольфрама. Большой размер зерен вольфрама получается в результате использования обычного металлического вольфрамового порошка, в составе которого имеются нежелательные примеси кальция, кремния, железа и серы. На рис. 4 представлена микроструктура обычного образца твердого сплава ВК10, элементный состав которого выявил значительное содержание примесей, негативно влияющих на физико-механические свойства сплава (рис. 5). На рис. 6 представлена микроструктура поверхности спая образца обычного твердого сплава ВК10. Видно, что твердый сплав отличается наличием в нем областей неоднородности в виде скоплений выделившихся крупных сферических образований, а также явно инородных частиц, обнажившихся на поверхности излома образца ВК10 (рис. 7). Это объясняет причину излома. Области неоднородности и наличие зерен посторонних примесей негативно влияют на прочность при изгибе, твердость, ударную вязкость и другие физико-механические свойства сплава ВК10, которые в конечном итоге должны определять эксплуатационную износостойкость изготовленных твердосплавных зубьев. Рис. 4. Морфологические особенности микроструктуры обычного образца твердого сплава ВК10 Fig. 4. Morphological features of the microstructure of a conventional sample of hard alloy VK10 (90 % W; 10 % Co) Рис. 5. Результаты элементного анализа участка микроструктуры образца обычного твердого сплава ВК10 Fig. 5. Results of elemental analysis of a section of the microstructure of a sample of conventional hard alloy VK10 (90 % W; 10 % Co)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 116 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 6. Поверхность раскалывания образца обычного твердого сплава ВК10 Fig. 6. Cleavage surface of a sample of conventional hard alloy VK10 (90 % W; 10 % Co) Рис. 7. Поверхность разрушения образца обычного твердого сплава ВК10 Fig. 7. Fracture surface of a sample of conventional hard alloy VK10 (90 % W; 10 % Co) Совершенствование технологии производства зубьев долот С целью достижения высокой чистоты и однородности сплава ВК10 для зубьев буровых долот были разработаны и опробованы технологические параметры получения высокочистого металлического порошка вольфрама. Для этого была разработана технология получения исходного триоксида вольфрама повышенной чистоты. Описание технологии приведено в более ранних работах авторов [18, 19]. На рис. 8 представлена микрофотография порошка триоксида вольфрама, состоящего из однородных призматических кристаллов. Элементный состав хаРис. 8. Порошковые кристаллы триоксида вольфрама; результаты элементного анализа порошка триоксида вольфрама Fig. 8. Tungsten trioxide powder crystals; results of elemental analysis of tungsten trioxide powder
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 117 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рис. 9. Микрофотография чистого металлического порошка вольфрама, полученного из чистого триоксида вольфрама Fig. 9. Micrograph of pure tungsten metal powder obtained from pure tungsten trioxide рактеризуется наличием вольфрама и кислорода. Соотношение этих элементов соответствует стехиометрии триоксида. На рис. 9 показана микрофотография кристаллов металлического порошка вольфрама, полученного из чистого триоксида вольфрама, а также представлены результаты элементного анализа кристаллов полученного металлического порошка вольфрама. На рис. 10 представлены результаты элементного анализа образца синтезированного поРис. 10. Результаты элементного анализа синтезированного образца чистого металлического порошка вольфрама Fig. 10. Results of elemental analysis of the synthesized sample of pure tungsten metal powder рошка чистого металлического вольфрама, подтверждающие его высокую степень чистоты. Порошок чистого металлического вольфрама использовался для получения карбида вольфрама методом карбидизации с использованием графитового порошка по технологии НПО АГМК. Использовался порошок чистого металлического вольфрама с содержанием W более 99,80 %, т. е. соответствующий марке КС. Восстановление проводилось по режиму получения порошка его карбида со средним размером зерна Фишера 12,0…20,0 мкм. Процесс получения твердого сплава заключался в измельчении смеси порошков металлического вольфрама и графита в мельнице со спиртом, выпаривании пульпы, просеивании, смешивании с пластификатором, прессовании зубьев, сушке и водородном спекании. Для прессования зубьев были изготовлены специальные твердосплавные пуансоны из сплава ВК20, чтобы увеличить давление прессования для достижения их высокой плотности, однородности, прочности и износостойкости. На этапе прессования зубьев был решен ряд вопросов, направленных на устранение тенденции к образованию трещин прессования, которые возникают из-за повышенной дисперсности пресс-порошка [20]. Характерные трещины образовывались перпендикулярно вектору прес-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1