Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой

Using processing of rotary cutting tools of cutter loaders and heading machines as an example it is shown that magnetic-abrasive machining ensures improvement of microgeometry and physicomechanical characteristics of both 30CrMnSi steel casing and WC8 hard alloy insert during carrying out one ope...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Лебедев, В.Я., Бабич, В.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2009
Schriftenreihe:	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Schlagworte:	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/21775
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой / В.Я. Лебедев, В.Е. Бабич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 113-118. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-21775
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-217752011-06-20T12:05:59Z Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой Лебедев, В.Я. Бабич, В.Е. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Using processing of rotary cutting tools of cutter loaders and heading machines as an example it is shown that magnetic-abrasive machining ensures improvement of microgeometry and physicomechanical characteristics of both 30CrMnSi steel casing and WC8 hard alloy insert during carrying out one operation. The tests conducted confirmed the potential of using this method for machining of multicomponent parts that consist of materials with various physicomechanical and magnetic properties 2009 Article Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой / В.Я. Лебедев, В.Е. Бабич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 113-118. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. XXXX-0065 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/21775 621.923 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
spellingShingle	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Лебедев, В.Я. Бабич, В.Е. Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
description	Using processing of rotary cutting tools of cutter loaders and heading machines as an example it is shown that magnetic-abrasive machining ensures improvement of microgeometry and physicomechanical characteristics of both 30CrMnSi steel casing and WC8 hard alloy insert during carrying out one operation. The tests conducted confirmed the potential of using this method for machining of multicomponent parts that consist of materials with various physicomechanical and magnetic properties
format	Article
author	Лебедев, В.Я. Бабич, В.Е.
author_facet	Лебедев, В.Я. Бабич, В.Е.
author_sort	Лебедев, В.Я.
title	Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой
title_short	Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой
title_full	Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой
title_fullStr	Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой
title_full_unstemmed	Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой
title_sort	повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/21775
citation_txt	Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой / В.Я. Лебедев, В.Е. Бабич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 113-118. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
work_keys_str_mv	AT lebedevvâ povyšenieékspluatacionnyhsvojstvinstrumentadlâočistnyhiprohodčeskihkombajnovmagnitnoabrazivnojobrabotkoj AT babičve povyšenieékspluatacionnyhsvojstvinstrumentadlâočistnyhiprohodčeskihkombajnovmagnitnoabrazivnojobrabotkoj
first_indexed	2025-07-02T21:49:53Z
last_indexed	2025-07-02T21:49:53Z
_version_	1836573518005796864
fulltext	РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 113 УДК 621.923 В. Я. Лебедев, канд. техн. наук, В. Е. Бабич Государственный национальный университет «Физико-технический институт» НАН Беларуси, г. Минск ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОЧИСТНЫХ И ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКОЙ Using processing of rotary cutting tools of cutter loaders and heading machines as an ex- ample it is shown that magnetic-abrasive machining ensures improvement of microgeometry and physicomechanical characteristics of both 30CrMnSi steel casing and WC8 hard alloy insert dur- ing carrying out one operation. The tests conducted confirmed the potential of using this method for machining of multicomponent parts that consist of materials with various physicomechanical and magnetic properties. Расход режущего инструмента при разрушении горных пород, определяется скоро- стью изнашивания головки державки резца, оголением твердосплавной вставки и последую- щей ее поломкой или вырывом. Эффективность применения породоразрушающего инстру- мента в значительной степени обусловлено свойствами поверхностного слоя инструмента. В этой связи задачи расширения области применения, а также повышение прочности и износо- стойкости породоразрушающего инструмента очень важны и требуют поиска новых методов обработки, обеспечивающих одновременное упрочнение и создание благоприятного микро- рельефа его поверхностного слоя. Традиционная конструкция горного инструмента включает корпус, с посадочным хвостовиком и режущую часть с закрепленной на ее острие твердосплавной вставкой. Стой- кость такого сборного инструмента определяется стойкостью, как твёрдосплавного наконеч- ника, так и корпуса. Особенно нагружена коническая зона сопряжения твердосплавного на- конечника и корпуса. При пайке наконечника в ней значительно разупрочняется материал корпуса. Корпуса резцов для горных работ изготовляют резанием, штамповкой, прокаткой. В зависимости от технологии производства материал корпуса резца наследует свойственную ей текстуру. Наиболее выгодная волокнистая текстура материала достигается применением метода поперечно-клиновой прокатки. Однако и это не исключает повышенного износа рез- ца в зоне соединения наконечника и корпуса инструмента. Основной причиной выхода из строя резцов при работе на породах сложного строения, с наличием большого количества твердых включений и прослоек является разрушение твердого сплава. Поломка и отрыв зуб- ка от державки вызываются износом и деформацией зоны паяного соединения зубка и дер- жавки. Отрыв зубка зачастую является следствием нарушения геометрии расстановки резцов при сваривании кулаков с режущим органом комбайнов. Работоспособность резца можно повысить в случае использования более прочных марок твердого сплава, и высокопрочных сталей для корпуса резцов и упрочненных припоев, повышения износостойкости резца в це- лом, посредством упрочняющих финишных операций. Наиболее рациональным представля- ется последний метод, позволяющий устранить дефекты предшествующих операций, сни- зить шероховатость рабочих поверхностей резца и одновременно улучшить его эксплуатаци- онные характеристики [1]. Качество инструментов в значительной мере определяют особенности технологий финишных операций. Микронеровности на рабочих поверхностях инструмента существенно влияют на его стойкость. Снижение шероховатости обеспечивает более благоприятный мик- ропрофиль поверхностей, снижающий при работе резца трение и износ. При больших мик- Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 114 ронеровностях поверхностей инструмента в процессе скольжения по породе происходят их механическое зацепление, забивание в них мелких фракций добываемых пород, налипание с последующими срывами и интенсивным разрушением поверхностей инструмента. Резцы проходческих комбайнов относятся к многокомпонентным сборным деталям. В процессе сборки (пайки твердосплавной вставки) зачастую не обеспечивается их достаточная надежность. Финишная обработка таких деталей, как правило, не производится, из-за техно- логических трудностей. Использование типового оборудования затруднено, так как детали этого типа имеют сложный профиль и состоят из материалов с различными физико- механическими свойствами. Необходимо применение финишных методов обработки, позво- ляющих эффективно обрабатывать различные материалы за один установ, одним инструмен- том и обеспечивать требуемое качество их поверхностей. Наиболее перспективным методом для решения поставленной задачи является методом магнитно-абразивной обработки (МАО). Процесс МАО состоит в одновременном действии на материал детали сил магнитного поля и механического воздействия ферро-абразивного порошка за счет микрорезания, микроударов и пластической деформации поверхностного слоя. Такое комбинированное воздействие обеспечивает получение благоприятной морфологии поверхностей с одновременным упроч- нением поверхностного слоя. При таком методе возможно регулирование в широких преде- лах жесткости магнитно-абразивного инструмента по длине обрабатываемой детали, по дли- не и углу контакта зоны резания. Магнитно-абразивная обработка резцов для горной техники представляет собой актуальную научную и технологическую задачу, так как необходимо с одинаковой скоростью обработать материалы, различающиеся химическим составом, физи- ко-механическими и магнитными свойствами и обрабатываемостью резанием. Результатами исследований установлено, что улучшение микрогеометрии поверхно- сти деталей способствует повышению их прочности, но не является определяющим факто- ром, характеризующим работоспособность. Процесс упрочнения поверхностного слоя также тесно связан с характеристиками их тонкой кристаллической структуры. Выполненные ранее исследования влияния режимов МАО на упрочнение поверхностных слоев [3] носят проти- воречивый характер. Поэтому было исследовано влияние технологических параметров МАО на изменение свойств поверхности резцов РКС-1, широко применяемых для оснащения очи- стных и проходческих комбайнов на производстве РУП «ПО «Беларуськалий». При обработке применяли ферро-абразивные порошки Ж15КТ с фракционным соста- вом 400/100 и ФБ 310 фракций 315/40. В качестве технологической жидкости использовали водный 3 – 4% раствор триэтаноламина или Аквапол 12. Качество поверхностного слоя оце- нивали по параметру шероховатости Ra и микротвердости HV. Параметры шероховатости измеряли с помощью профиллографа–профилометра моделей 250 и 296 завода «Калибр». Микротвердость оценивали на микротвердомере DURAMIN 5 при нагрузках на пирамиду 50 г для стали 30ХГСА и 200 г для вставки из сплава ВК8. Трассу измерения выбирали перпен- дикулярно к оси резца, шаг уколов составлял 0,05 мм. Схема измерения на шлифе резца РКС-1 показана на рис. 1. 1 2 5 8 9 10 7 643 3±0,5 2±0,3 Рис. 1. Схема трассы для измерения микротвердости РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 115 Пределы изменения параметров МАО при исследованиях свойств поверхностного слоя обработанных резцов РКС-1 приведены в таблице. Радиальные колебания специальных вставок в полюсные наконечники составляли 0,2 – 0,5 мм. Режимы МАО резцов РКС-1 ФАП Зернистость, мкм Магнитная индукция в зазоре, Тл Скорость резания, м/с Осевая ос- цилляция А, мм Время обра- ботки, с Ж15КТ 400/100 0,6–1,2 0,5–2,2 1–4 30–180 Ж15КТ 160/50 0,8–1,2 1–2,2 2–3 60–120 ФБ310 315/40 0,6–1,2 0,5–2,2 1–4 60–180 Распределение микротвердости по глубине поверхностного слоя исходного образца и обработанного МАО показано на рис. 2. Установлено, что до глубины 0,1–0,15мм значения HV значительно увеличиваются, по сравнению с исходными, причем на стали повышение составляет до 20 %, а на твердом сплаве ВК8 – 20–32%. На отдельных кривых микротвердо- сти на глубине 15–20 мкм обнаруживается подслоевой максимум. Наличие пика связано с ударным влиянием частиц порошкового инструмента на поверхность. Действие частиц ФАП аналогично действию микрошариков или частиц абразива при струйных видах обработки. Наибольшая микротвердость в опытах зафиксирована на корпусе резца 640 HV и на сплаве ВК8 – 1730 HV. 500 1000 1500 2000 8 9 10 Трассы измерения микротвердости М ик ро тв ер д ос ть , H V 0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 7 Трассы измерения микротвердост и М ик ро тв ер до ст ь, H V на глубине 0,1 мм после МАО на глубине 0,2 мм, после МАО а б Рис. 2. Кривые изменения микротвердости (HV) зубка из твердого сплава ВК8 – (а) и корпуса резца РКС-1 из стали 30ХГСА – (б) Исследования подтвердили перспективность использования метода МАО при обра- ботке многокомпонентных деталей, состоящих из материалов с различными физико- механическими и магнитными свойствами. Свойства их поверхностного слоя существенно повышаются наряду с улучшением микрогеометрии, что обеспечивает повышение эксплуа- тационных свойств за один технологический переход. Повышение работоспособности резцов РКС-1 после МАО подтверждено испытаниями в условиях РУП «ПО «Беларуськалий». Старобинское месторождение калийных солей расположено в пределах Припятского калийного бассейна на юго-востоке Беларуси. Здесь на кристаллических породах верхнего докембрия залегают девонские отложения, которые подразделяются на подсолевую нижнюю соленосную, межслоевую, верхнюю соленосную и надсолевую толщу. Мощность каждой толщи составляет от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч метров. Калий- ные горизонты залегают в верхней соленосной толще. Надсолевая толща представлена гли- нисто-мергелистыми породами по всей площади бассейна, перекрыта ледниковыми отложе- ниями мощностью 70 – 90 м. Значительная глубина залегания калийных пластов, их горизонтальное положение и необходимость пересечения мощных водоносных горизонтов предопределяют выбор вскры- тия шахтных полей вертикальными стволами. При подготовке, месторождения делятся на участки удобные для выемки. Применяют пластовую подготовку – все основные подготови- Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 116 тельные выработки проходят по пласту. Проходку осуществляют проходческими комбайна- ми. Для транспортирования применяют конвейерный транспорт. Главным функциональным устройством механизированного комплекса является выемочная машина, в качестве которой используется очистной комбайн или струговая установка. Чаще всего для выемки калийных пород применяют очистные комбайны, с помощью которых разрушают, дроблят и грузят породу на забойный скребковый конвейер. Очистной комбайн включает в себя ряд узлов и механизмов (шнековые исполнительные органы, основные и поворотные редукторы, опор- ные лыжи, механизм подачи, погрузочные щитки, гидравлическую систему, электрообору- дование, систему автоматизации и др.) [1; 2]. Для оснащения исполнительных органов очистных комбайнов в зависимости от усло- вий применения используют радиальные, тангенциальные неповоротные и поворотные рез- цы. В последние годы наиболее широко применяют поворотные резцы. На шнеках очистных комбайнов и режущих коронках проходческих комбайнов независимо от того, являются они продольно- или поперечно-осевыми, режущий инструмент размещают по определенным схемам. Последние характеризуются количеством спиралей и углом их наклона, количеством резцов в линии резания и расстоянием между соседними линиями резания, т. е. шагом реза- ния. Режущий блок должен соответствовать исполнительному органу, на котором его при- меняют, и обеспечивать возможность реализации принятой схемы расстановки резцов [2]. Повышение физико-механических свойств поверхностного слоя резцов должно обеспечить снижение интенсивности изнашивания на докритических скоростях резания и соответст- вующих им температур в рабочей зоне, а также повышение критической скорости резания. Испытания обработанных МАО резцов РКС1 проводилась при проходке очистным двухшнековым комбайном SL300/400 фирмы «Eickhoff» (2007 г. Выпуска). Комбайн SL 300/400 (рис. 3) предназначен для выемки пластов средней и большой мощности по челноко- вой или односторонней схеме работы. Рис. 3. Двухшнековый комбайн SL 300/400 Выемка пласта ведется двумя режущими органами, причем передний оформляет кровлю, вынимая пласт на полный диаметр режущего органа, а задний вынимает почву за- боя. Оба режущих органа оснащены зачистными щитками, которые поворачиваются с помо- щью встроенных в поворотный редуктор гидромоторов. Комбайн оснащен двумя электриче- скими подающими двигателями постоянного тока, бортовым компьютером, системой радио- управления. Электродвигатели резания встроены непосредственно в поворотные редукторы. Отдельные узлы комбайна соединены в единый корпус. Испытания проводили на лаве 1С четвертого рудоуправления РУП «ПО «Беларуська- лий». Длина лавы 250 м, мощность пласта 2,56 м, ширина захвата 1м. Скорость подачи ком- байна на забой варьировалась в пределах 1,4–2,2 м/мин. Основной объем добычи выполнен на скорости 1,9 м/мин. РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 117 Расход резцов на 1000 тонн добытой породы составил 14,5 штук после магнитно- абразивной обработки и 17,8 штук в состоянии поставки. При использовании традиционных резцов продолжительность наработки составляет 85–90 минут, после чего происходит резкое увеличение износа с последующим вырывом режущей вставки. Для резцов обработанных МАО наблюдается более равномерный износ резцов, время наработки увеличивается на 20- 30 минут. Рабочие поверхности таких резцов остаются без налета породы практически до конца ресурса (рис.). Нарушения геометрии при сварке кулаков приводят к облому кониче- ской заборной части резцов (вставки совместно с корпусом – рис. 4, в). а б в Рис. 4. Внешний вид резцов РКС-1 после наработки 75 минут – а и 100 минут – б на скоро- сти 1,9 м/мин; в – излом резца, вызванный неправильной геометрией кулака На конической части необработанных резцов за первые 10 мин работы наблюдается устойчивый рост налета породы и формирование пленки из нее (рис. 5), а также появление лунок на поверхности глубиной до 1 мм. Эти явления негативно влияет на стойкости резцов, интенсифицируя изнашивание. а б Рис. 5. Внешний вид поверхностей резца РКС-1 без МАО после 15 мин работы – (а), отрыв вставки после 38 мин – (б) Особенности микрорельефа поверхностей резца после МАО приводит к появлению гранности (как правило, четыре грани) твердосплавной вставки через 10-15 минут работы. Это обеспечивает устойчивое вращение резца в процессе обработки и повышение его стой- кости. В процессе испытаний контролировалась величина силы тока электродвигателя про- ходческого комбайна. Этот параметр является одним из основных эксплуатационных показателей проходче- ского комбайна. При использовании резцов после МАО уменьшаются усилие резания и на- грузка на режущий орган, на что указывает уменьшение потребляемого электродвигателями тока. К концу периода стойкости резцов (после 2,5 ч наработки)Значение силы тока не пре- вышало 240 А (рис. 6, а). При использовании серийных резцов сила тока достигала 260 А при критическом значении 270 А (рис. 6, б). Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 118 I, А 270 250 200 150 Время, мин Критическое значение силы тока Замена 2 резцов (1 изношен, 1 поломан) Замена 2 резцов (1 износ,1 излом) Замена 3 резцов ( 2-износ, 1 излом) 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Смена комплекта резцов а 30 200 250 270 I, А Критическое значение тока 0 15 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Время, мин Замена 2 резцов (1 потерян, 1 выломан) Замена 3 резцов (2износ, 1 излом) Смена комплекта резцов 150 Замена 2 резцов (износ) Замена 4 резцов (3-износ, 1-излом) б Рис. 6. Изменение силы тока электродвигателя проходческого комбайна в зависимо- сти от времени работы при использовании резцов РКС-1 после МАО – (а) и в состоянии по- ставки – (б) Проведенные испытания показали перспективность использования метода МАО при изготовлении породоразрушающего инструмента. Расход инструмента снижается до 20 %. Уменьшение нагрузки на рабочие органы проходческого комбайна обеспечивает в перспек- тиве увеличение наработки комбайна на отказ. Литература 1. Леванковский И. А., Глатман Л. Б. Анализ и оценка влияния основных факторов и ус- ловий на износ поворотных резцов при работе проходческих комбайнов // Разрушение горных пород и композиционных материалов поворотными резцами. Сб. научн. тр. – М.: Изд. Акад. горн. наук, 1998.– С. 81 – 109. 2. Барон Л. И., Глатман Л. Б., Губенков Е.К. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. – М.: Наука, 1968. – 216 с. 3. Рыжов Э. В. Влияние методов обработки на эксплуатационную технологичность из- делий // Проблемы технологичности конструкций изделий машиностроения. Тез. докл. всесою. науч. – техн. конф. – Брянск, 1974. – с. 48. Поступила 12.06.09

Повышение эксплуатационных свойств инструмента для очистных и проходческих комбайнов магнитно-абразивной обработкой

Institution

Ähnliche Einträge