Спосіб визначення працездатності інструменту для руйнування крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів

Реферат: Винахід належить до галузі контролю параметрів в процесі руйнування матеріалів інструментами і може бути використаний, також, для дослідження механізму руйнування крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів. Це досягається завдяки тому, що в способі визначення працездатності інструменту для руйнування крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів, який включає вибір поточних критеріїв працездатності, задання їх еталонних значень і визначення працездатності інструменту порівнянням поточних значень критеріїв з їх еталонними значеннями, за еталонний критерій беруть фрагмент матеріалу, що руйнується (шламу), форма якого близька до трикутної і містить відбиток руйнівного індентора, яким оснащено інструмент, та ядро на зворотній частині фрагмента шламу і порівнюють з поточними фрагментами матеріалу за конфігурацією. UA 105966 C2 (12) UA 105966 C2 UA 105966 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід, а саме спосіб визначення працездатності інструменту, а також дослідження механізму руйнування крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів, належить до галузі контролю параметрів в процесі руйнування матеріалів інструментами. Відомий найбільш близький за технічною суттю до пропонованої моделі спосіб (див. «Синтетические алмазы в геолого-разведочном бурении» / Под ред. В.Н. Бакуля. - К.: Наук, думка, 1978. - С. 177-179). вивчення впливу форми та розміру фрагментів шламу, утвореного при бурінні алмазними імпрегнованими буровими коронками крихких і пружно-крихких твердих гірських порід на його абразивну здатність, який після відбору відділявся від води за допомогою центрифуги ЦК-1 конструкції ІНМ і просушувався. Розсів шламу проводився на віброструшуючій машині для класифікації алмазних порошків, а залишок на кожному ситі представляв певну фракцію. Після розсипання певної кількості шламу на поверхні скла з додаванням кількох крапель розчину желатину, отримана маса піддавалася розтиранню до рівномірного розподілу фрагментів шламу на склі й просушувалась. Після нанесення крапель касторового масла на деякі ділянки маси шламу, вони поміщалися в поле зору мікроскопа МІМ-8 і фотографувалися при збільшенні x1800. На отриманих фотографіях вимірялися більша й менша осі фрагментів шламу й по їх співвідношенню знаходили коефіцієнт К, рівний 1,10-1,60; крім того, було визначено, що зменшення зернистості шламу свідчило про зниження його абразивної здатності. Недоліками відомого способу є наступне: - під час просушування у центрифузі фрагменти шламу піддаються динамічним навантаженням, що сприяють частковому або повному подрібненню зібраного досліджуваного матеріалу; - в процесі віброструшування фрагменти матеріалу, що руйнується, піддаються значним динамічним навантаженням, внаслідок яких вони продовжують втрачати свій початковий об'єм; - процес розтирання продуктів руйнування на склі, змочених у розчині желатину, продовжує пошкодження фрагментів шламу; - змочування продуктів руйнування краплями розчину желатину і касторового масла утворює шар, що діє як лінза, яка не враховується в мікроскопічному дослідженні розмірів окремого фрагмента шламу, а тому спотворює інформацію про його істинний типорозмір; - продукти руйнування являють собою об'єкти, які інформують лише про більшу і меншу осі фрагмента шламу, що визначається відношенням більшої і меншої осі фрагмента шламу коефіцієнтом К, який дозволяє визначати ступінь впливу зміни режимів буріння на розмір фрагментів шламу. - недосліджуваною залишається товщина окремого фрагменту шламу, що є необхідною у тривимірному дослідженні типорозміру фрагмента шламу, що унеможливлює вимір об'єму окремого фрагмента шламу і, як наслідок, неправильно інформує про працездатність інструменту. В основу винаходу поставлено задачу способу вивчення типорозміру фрагментів шламу, при якому за рахунок того, що за еталонний беруть фрагмент матеріалу, що руйнується, форма якого близька до трикутної, що містить відбиток руйнівного індентора, яким оснащено інструмент та ядро на зворотній частині фрагмента матеріалу, і порівнюють з поточними фрагментами матеріалу за конфігурацією стає можливим не відокремлюючи інструмент від обладнання свідчити про його працездатність при різноманітних режимах роботи після дослідження фрагментів матеріалу, що руйнується, що підвищує технологічність операції руйнування матеріалу, в цілому; за рахунок того, що шлам матеріалу, що руйнується, або шлам, що складає суспензію з рідиною для охолодження руйнівного інструменту, є безпосереднім матеріалом для дослідження працездатності інструменту, а також, для вивчення механізму руйнування крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів, наприклад гірська порода, оптичне скло різними типами інструментів, зберігаються всі умови для усунення надлишкових навантажень на окремі фрагменти матеріалу, що спричиняють їх ймовірне подрібнення; за рахунок того, що фрагменти шламу, дуже обережно відібрані із суспензії, підсушуються, безпосередньо, на склі під об'єктивом мікроскопа деякий час, стає відсутньою лінза, яку може створювати, шар рідини, що охолоджує інструмент, спотворюючи істинне зображення фрагмента шламу; за рахунок того, що фрагменти шламу не переміщують на поверхні скла, вони зберігають свою форму і всі особливості утворення окремого фрагмента шламу впродовж усього дослідження його конфігурації і не спотворюють інформацію про його утворення; за рахунок можливості дослідження верхньої площини фрагмента шламу, можна вивчати вплив індентора безпосередньо на матеріал, що руйнується, а саме визначити величину заглиблення індентора у матеріал у даний момент часу, який визначається у зоні відбитка індентора у матеріалі; за рахунок того, що є можливість дуже обережного повороту фрагмента шламу на 180°, стає доступним вивчення зворотної поверхні фрагмента шламу, яка 1 UA 105966 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 віддзеркалює вибій матеріалу, що руйнується окремим індентором, наприклад алмазним зерном будь-якої зернистості, що дозволяє обчислювати площу зворотної поверхні фрагмента і, як наслідок, дозволяє оцінювати енергоємність руйнування матеріалу даним видом інструменту; за рахунок можливості повороту фрагмента шламу на 90° з наступним частковим закріпленням при використанні пластичних мас, що можуть слугувати фіксуючими елементами, є доступним вивчення граней фрагмента шламу у зонах: заглиблення індентора у матеріал, що руйнується; остаточного відокремлення фрагмента від матеріалу, що руйнується; бокових граней, які можуть свідчити про механізм утворення окремого фрагмента шламу; за рахунок того, що є можливим вимірювати габаритні розміри окремого фрагмента гірської породи, що віддзеркалює вибій матеріалу, що руйнується, можна встановлювати закономірності їх співвідношень, наприклад, між шириною і глибиною борозни руйнування матеріалу при різних режимах роботи одного інструменту або при однаковому режимі роботи інструментів з різною робочою поверхнею, що дозволяє порівнювати ступені їх працездатності; завдяки тому, що можна досліджувати геометричні параметри вибою, утвореного інструментом на зразку матеріалу, що руйнується, є можливим досліджувати закономірності відколювання фрагмента шламу, наприклад період відколювання фрагментів різноманітних крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів або встановлювати взаємозв'язок між конфігурацією відколотих від вибою фрагментів шламу зі значеннями складових зусилля руйнування матеріалу Р y, Рz, Рx. Для вирішення цього завдання у способі визначення працездатності інструменту для руйнування крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів, який включає вибір поточних критеріїв працездатності, задання їх еталонних значень і визначення працездатності інструменту порівнянням поточних значень критеріїв з їх еталонними значеннями, за еталонний критерій беруть фрагмент матеріалу, що руйнується, форма якого близька до трикутної і містить відбиток руйнівного індентора, яким оснащено інструмент, та ядро на зворотній частині фрагмента шламу і порівнюють з поточними фрагментами матеріалу за конфігурацією. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, що досягаються при її реалізації , полягає у наступному. Завдяки тому, що фрагменти матеріалу, що руйнується, як сухі, так і в суспензії з рідиною для охолодження інструменту можуть відбиратися в процесі роботи інструменту, є можливим не відключати обладнання, що використовується для подачі електроенергії й забезпечує роботу інструменту, а також, відпадає необхідність у відокремленні інструменту від обладнання, у якому він кріпиться, що удосконалює технологічний процес дослідження працездатності інструменту, в цілому. Завдяки тому, що відібрані фрагменти матеріалу, що руйнується, не піддаються зайвим механічним навантаженням, зберігається цілість окремого елемента зруйнованого матеріалу, що є важливим джерелом інформації як про працездатність інструменту, так і про механізм руйнування матеріалу даним видом інструменту. Завдяки тому, що фрагменти матеріалу, що руйнується, не піддаються нанесенню на них рідини, що може, створюючи оптичну похибку, спотворювати зображення окремого фрагмента матеріалу, є можливим отримувати істинне зображення фрагмента шламу. Завдяки тому, що визначено конфігурацію верхньої частини еталонного фрагмента, що утворюється при руйнуванні крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів інструментом, є можливим порівнювати його конфігурацію з конфігурацією фрагментів крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів, обережно відібраними з максимальним збереженням їх конструктивних параметрів від основної маси матеріалу, що руйнується, як на початку, так і в процесі роботи даного виду інструменту, що дозволяє оцінювати його працездатність, а також, досліджувати механізм руйнування крихких, пружно-крихких твердих і надтвердих матеріалів різними типами інструментів. Завдяки тому, що визначено конфігурацію зворотної поверхні еталонного фрагмента крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів, що руйнуються, є можливим оцінювати відколюючу здатність даного виду індентора: розмір та конфігурація ядра фрагмента шламу може свідчити, наприклад, про ступінь загостреності ріжучих кромок алмазних зерен в алмазному інструменті. Крім того, стає доступним вимірювання площі зворотної частини фрагмента шламу, що дозволяє оцінювати енергетичні параметри роботи інструменту: збільшення площі зворотної поверхні фрагмента свідчить про зменшення енерговитрат на руйнування даного типу матеріалу певним видом інструменту. На фото 1 проілюстровано фрагменти гірської породи, отримані в результаті руйнування пісковику Теребовлянського родовища різцем РП-221, оснащеним твердосплавною сочевицеподібною вставкою - а; 2 UA 105966 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 пісковику Торезького родовища циліндричною вставкою з плоским торцем, оснащеною природними алмазами зернистістю 800/630, концентрацією алмазів 100 % - б; граніту Ємельянівського родовища алмазним відрізним сегментним кругом 1A1RSS/C1500AC 160, оснащеного алмазами зернистістю 500/415 - в; електрокорунду, в процесі правки алмазним роликом АСК 250/200 шліфувального круга - г; пісковику Торезького родовища АТП-д, ціна поділки - 100 мкм; донецького пісковику парою дискових шарошок - е. На фото 1, що ілюструє верхню частину еталонних фрагментів гірської породи чітко визначено: відбиток від удару індентора в масив гірської породи, бокові і верхня кутова частини фрагмента шламу трикутноподібної форми. Вимір габаритних розмірів фрагмента шламу і зони впровадження індентора у матеріал, що руйнується, дослідження їх співвідношень може якісно відбивати ступінь оснащеності інструменту, або його працездатності у певний момент часу. Наприклад, глибина зони впровадження індентора у матеріал, що руйнується, може свідчити про глибину впровадження індентора, що може інформувати про стан робочої поверхні інструменту, наприклад величину виступання алмазів із матриці, що дозволяє уникати вимірювання цієї величини в самому інструменті. Незважаючи на розмір фрагмента шламу, якість матеріалу, що руйнується та тип інструменту, що руйнує матеріал, як фрагменти шламу, так і зона впровадження індентора у матеріал, що руйнується, є подібними за конфігурацією. Крім верхньої частини дослідженню піддається зворотна частина фрагмента шламу. На фото 2 проілюстровано зворотну частину фрагмента шламу, отриманого в результаті руйнування пісковику Торезького родовища алмазно-твердосплавною пластиною діаметром 13,5 мм. На цій частині фрагмента пісковику чітко визначені: зона впровадження індентора 1, бокові частини 2, ядро 3 і кінцева (вершина трикутника) частина 4. При дослідженні граней фрагмента матеріалу (фото 3), що руйнується є можливість детального вивчення дії хвильових навантажень, що виникають у матеріалі при зіткненні індентора з матеріалом, що руйнується. На фото 3а проілюстровано хвильовий вигляд передньої грані у фрагменті шламу, отриманому при руйнуванні твердосплавним різцем РП-221 пісковику Теребовлянського родовища, на фото 3б - хвильовий вигляд лівої бокової частини фрагмента шламу, отриманого при руйнуванні пісковику Торезького родовища вставкою із Славутича з плоским торцем, оснащеною природними алмазами зернистістю 800/630 з концентрацією алмазів 100 % і на фото 3в - хвильовий вигляд лівої бокової частини фрагмента шламу, отриманого при руйнуванні граніту Ємельянівського родовища алмазним відрізним сегментним кругом 1A1RSS/C1500АС160, оснащеного алмазами зернистістю 500/415. Незважаючи на розмір фрагменту шламу, якість матеріалу, що руйнується, та тип індентора фрагменти шламу є подібними за конфігурацією. Дію хвильових навантажень у зоні впровадження алмазно-твердосплавної пластини діаметром 13,5 мм (АТП) у матеріал, що руйнується, (пісковик Торезького родовища) проілюстровано, також, на фото 4а (зліва), а також, на фото 4б. Важливими показниками при дослідженні як працездатності інструменту, так і механізму руйнування різноманітних крихких, пружно-крихких, твердих і надтвердих матеріалів є період і амплітуда коливання хвилі, що розповсюджується у матеріалі, що руйнується. На фото 5а проілюстровано вибій: пісковику Торезького родовища, де відбитки еталонної конфігурації фрагментів шламу можуть констатувати про період Т їх відокремлення від масиву породи, і крок між кількома відколами Н (фото 5б), ступінь перекриття відколів при різному кроці різання твердосплавним різцем, як на оптичному склі БК-8, фото 5в, що, також, може інформувати як про працездатність інструменту, що руйнує різноманітні крихкі, пружно-крихкі, тверді і надтверді матеріали, так і досліджувати механізм руйнування матеріалу даним видом інструменту. 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 Спосіб визначення працездатності інструменту для руйнування крихких, пружно-крихких твердих і надтвердих матеріалів, який включає вибір поточних критеріїв працездатності, задання їх еталонних значень і визначення працездатності інструменту порівнянням поточних значень критеріїв з їх еталонними значеннями, який відрізняється тим, що за еталонний критерій беруть фрагмент матеріалу, що руйнується, форма якого близька до трикутної і містить відбиток руйнівного індентора, яким оснащено інструмент, та ядро на зворотній частині фрагмента шламу і порівнюють з поточними фрагментами матеріалу за конфігурацією. 3 UA 105966 C2 4 UA 105966 C2 5 UA 105966 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6