RU2105124C1

RU2105124C1 - Hard-alloy insert for rock-crushing tool and method of its fastening

Info

Publication number: RU2105124C1
Application number: RU96122573A
Authority: RU
Inventors: Юрий Андреевич Прядко; Виктор Владимирович Тон; Сергей Иванович Прокушенко; Борис Васильевич Мельников
Original assignee: Юрий Андреевич Прядко; Виктор Владимирович Тон; Сергей Иванович Прокушенко; Борис Васильевич Мельников
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-02-20

Abstract

FIELD: mining industry; drilling equipment. SUBSTANCE: insert has cylindrical tail-piece and working head with several protrusions and each of them has its own working surface in the form of part of sphere. Through-hole can be made between protrusions. Hard-alloy insert is fastened in body seat by means of soldering. For this purpose, at installing hard-alloy insert, made in tool body seat are outflow passages which are created by providing at least two open through-slots in tail-piece surface. At least one of these slots is made in end surface of tail-piece, and other slots are made in side surface of tail-piece. Longitudinal axis of slot is parallel to generating side surface of tail-piece. EFFECT: higher efficiency. 12 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к инструменту для бурения горных пород, и может быть использовано в буровых коронках преимущественно для ударного и ударно-вращательного бурения. The invention relates to the mining industry, in particular to a tool for drilling rocks, and can be used in drill bits mainly for shock and rotary drilling.

Известна буровая коронка, в которой корпус армирован твердосплавными пластинами, выполненными со сфероидальными выступами на периферийных участках пластин (см., например, авт. св. СССР N 817244, кл. E 21 B 10/46, опубл. 1981). A drill bit is known in which the body is reinforced with carbide inserts made with spheroidal protrusions on the peripheral sections of the inserts (see, for example, ed. St. USSR N 817244, class E 21 B 10/46, publ. 1981).

В известной буровой коронке указанная твердосплавная пластина увеличивает эксплуатационную стойкость коронки, но не увеличивает производительности бурения, поскольку твердосплавная пластина со сфероидальными выступами производит разрушение забоя так же, как и обычная, без указанных выступов. In a well-known drill bit, said carbide insert increases the working life of the bit, but does not increase drilling performance, since a carbide insert with spheroidal protrusions produces fracture of the face as well as a conventional one without said protrusions.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, содержащая цилиндрический хвостовик и рабочую головку с приливом, поверхность которого выполнена криволинейной [1]. The closest in technical essence and the achieved result is a carbide insert for a rock cutting tool, containing a cylindrical shank and a working head with a tide, the surface of which is curved [1].

Известная твердосплавная вставка предназначена для калибрования скважины и позволяет повысить износостойкость инструмента. Known carbide insert is designed to calibrate the well and allows to increase the wear resistance of the tool.

Изобретение направлено на создание инструмента, позволяющего повысить производительность бурения при ударном или вращательно-ударном бурении крепких пород. Представляется целесообразным приложение ударной нагрузки при разрушении забоя скважины в точках, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. The invention is directed to the creation of a tool to improve drilling performance during shock or rotational-shock drilling of hard rocks. It seems advisable to apply shock when fracturing the bottom of the well at points located at a small distance from each other.

При использовании известных технических решений в этом случае необходимо выполнять твердосплавные вставки с небольшим диаметром цилиндрического хвостовика, что ведет к уменьшению стойкости твердосплавных вставок и увеличению трудоемкости их закрепления. When using known technical solutions in this case, it is necessary to perform carbide inserts with a small diameter of a cylindrical shank, which leads to a decrease in the resistance of carbide inserts and an increase in the laboriousness of their fastening.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в повышении производительности бурения за счет оптимизации процесса разрушения породы забоя. The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase drilling productivity by optimizing the process of destruction of the rock face.

Указанный технический результат достигается тем, что твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, содержащая цилиндрический хвостовик и рабочую головку с приливом, имеющим криволинейную поверхность, выполнена по меньшей мере с дополнительным приливом, при этом каждый из приливов имеет рабочую поверхность в виде части сферы. Кроме того, тем, что на рабочей головке выполнены три прилива. Тем, что, по меньшей мере, один из приливов выполнен в виде полусферы. Тем, что, по меньшей мере, два прилива выполнены в виде части сферы одного радиуса. Тем, что сферические приливы одного радиуса выполнены различной высоты. Тем, что в ней выполнено сквозное отверстие с выходом на рабочую головку между приливами. Тем, что центры приливов расположены друг от друга на угловом расстоянии 120^o.The specified technical result is achieved in that the carbide insert for the rock cutting tool, containing a cylindrical shank and a working head with a tide having a curved surface, is made with at least an additional tide, with each of the tides having a working surface in the form of a part of a sphere. In addition, the fact that three tides are made on the working head. The fact that at least one of the tides is made in the form of a hemisphere. The fact that at least two tides are made as part of a sphere of the same radius. The fact that spherical tides of the same radius are made of different heights. The fact that it has a through hole with access to the working head between the tides. The fact that the centers of the tides are located from each other at an angular distance of 120 ^o .

А также тем, что в известном способе крепления твердосплавной вставки в породоразрушающем инструменте, заключающемся в выполнении в теле инструмента гнезда, установке в гнездо твердосплавной вставки с образованием отводящих каналов и произведении последующей пайки, отводящие каналы образуют путем выполнения на поверхности хвостовика, по меньшей мере, двух открытых сквозных пазов, из которых, по меньшей мере, один выполняют на торцевой поверхности хвостовика, а остальные - на боковой его поверхности с продольной осью паза параллельно образующей боковой поверхности хвостовика. And also by the fact that in the known method of fixing a carbide insert in a rock cutting tool, which consists in making a socket in the tool body, installing a carbide insert in the socket with the formation of outlet channels and subsequent soldering, the outlet channels are formed by performing at least two open through grooves, of which at least one is performed on the end surface of the shank, and the rest on its side surface with the longitudinal axis of the groove parallel to developing lateral surface of the shank.

Кроме того, тем, что открытые сквозные пазы на боковой поверхности хвостовика выполняют с продольными осями, расположенными на неравном угловом расстоянии друг от друга. In addition, the fact that the open through grooves on the side surface of the shank are performed with longitudinal axes located at an unequal angular distance from each other.

Тем, что открытые сквозные пазы выполняют с поперечным сечением в виде части окружности. Тем, что открытые сквозные пазы выполняют с прямоугольным сечением. А также тем, что открытые сквозные пазы выполняют глубиной от 0,05 до 0,2 радиуса хвостовика и шириной 0,1 - 0,4 указанного радиуса. The fact that the open through grooves are made with a cross section in the form of part of a circle. The fact that the open through grooves are made with a rectangular section. And also the fact that the open through grooves perform a depth of 0.05 to 0.2 of the radius of the shank and a width of 0.1 - 0.4 of the specified radius.

В указанную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения декларируемого технического результата. The indicated population includes all essential features, each of which is necessary, and all together are sufficient to achieve the declared technical result.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена твердосплавная вставка с тремя приливами, на фиг.2 та же вставка - вид в плане; на фиг. 3 - вставка, подготовленная к пайке и размещенная в гнезде, выполненном в корпусе инструмента. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a carbide insert with three tides, in Fig.2 the same insert is a plan view; in FIG. 3 - an insert prepared for soldering and placed in a socket made in the tool body.

Твердосплавная вставка состоит из хвостовика 1, рабочей головки 2, на которой выполнены приливы 3 с криволинейной рабочей поверхностью 4, представляющей собой часть сферы. Приливы 3 расположены на рабочей головке 2 таким образом, что они образуют самостоятельные породоразрушающие элементы. В зависимости от физико-механических свойств разрушаемой породы и технических характеристик бурового оборудования количество приливов и радиус кривизны поверхности каждого из приливов могут быть различными. Приливы могут быть выполнены с цилиндрическим телом 5, на котором расположена криволинейная рабочая поверхность 4. Предпочтительно выполнение вставки с тремя приливами 3, при этом хотя бы один из приливов может быть выполнен в виде полусферы (прилив 6). Возможно выполнение твердосплавной вставки с двумя приливами в виде части сферы одного радиуса, а третьего с частью сферы другого радиуса. При этом высота приливов может быть различной. Это выполнение позволяет изменять в широких пределах характер приложения ударных разрушающих нагрузок к породе забоя. The carbide insert consists of a shank 1, a working head 2, on which tides 3 are made with a curved working surface 4, which is part of the sphere. Tides 3 are located on the working head 2 in such a way that they form independent rock-destroying elements. Depending on the physical and mechanical properties of the rock being destroyed and the technical characteristics of the drilling equipment, the number of tides and the radius of curvature of the surface of each of the tides may be different. The tides can be made with a cylindrical body 5, on which a curved working surface 4 is located. It is preferable to insert with three tides 3, while at least one of the tides can be made in the form of a hemisphere (tide 6). It is possible to carry out a carbide insert with two tides in the form of a part of a sphere of one radius, and a third with a part of a sphere of another radius. The height of the tides may be different. This embodiment allows you to widely change the nature of the application of shock destructive loads to the face rock.

Целесообразно выполнять во вставке сквозное отверстие 7, которое, с одной стороны облегчает, пайку твердосплавной вставки, а с другой стороны, может быть использовано для подведения промывочной жидкости при бурении. Для повышения качества твердосплавной вставки целесообразно приливы 3 на рабочей головке 2 располагать равномерно, например, при выполнении трех приливов 3 их центры могут быть расположены друг от друга на угловом расстоянии 120^o градусов.It is advisable to carry out a through hole 7 in the insert, which, on the one hand, facilitates the brazing of the carbide insert, and on the other hand, can be used to supply flushing fluid during drilling. To improve the quality of the carbide insert, it is advisable to place the tides 3 on the working head 2 evenly, for example, when three tides 3 are performed, their centers can be located at an angular distance of 120 ^o degrees from each other.

При работе предлагаемой твердосплавной вставки разрушение породы забоя происходит под действием ударных нагрузок, прикладываемых к корпусу 8 рабочего инструмента (фиг.4). Разрушение породы происходит под центрами приливов 3, которые выполняют роль концентраторов ударной нагрузки. При разрушении крепких пород целесообразно эти концентраторы располагать на меньшем расстоянии друг от друга, что и происходит при работе предлагаемой вставки. При этом за счет того что сама вставка имеет цилиндрический хвостовик с диаметром большим, чем радиусы сфер рабочих поверхностей приливов 3, облегчается крепление вставки в корпусе 8 инструмента и обеспечивается необходимая прочность паяного соединения. During the work of the proposed carbide insert, the destruction of the face rock occurs under the action of shock loads applied to the housing 8 of the working tool (figure 4). The destruction of the rock occurs under the centers of the tides 3, which play the role of shock concentrators. In the destruction of hard rocks, it is advisable to place these concentrators at a shorter distance from each other, which occurs during the operation of the proposed insert. Moreover, due to the fact that the insert itself has a cylindrical shank with a diameter larger than the radii of the spheres of the working surfaces of the tides 3, the insert is easier to mount in the tool body 8 and the necessary strength of the solder joint is ensured.

Как известно, для получения высокой эксплуатационной прочности инструмента необходимо обеспечить достаточную прочность паяного соединения хвостовика вставки с корпусом. Для обеспечения необходимой прочности паяного соединения при ограниченной толщине паяного шва (0,1 -0,25 мм) припой должен заполнять паяльные зазоры равномерно без разрывов. В то же время при формировании паяного соединения, а именно при нагреве расположенного в гнезде корпуса припоя образуются газовые пузырьки и шлаки, которые должны беспрепятственно удаляться по паяльным зазорам наружу. Следует заметить, что чем равномернее заполнит припой паяльные зазоры и чем полнее произойдет удаление шлаков и газовых пузырьков из полости гнезда, тем прочнее будет паяное соединение за счет снижения уровня остаточных напряжений в твердом сплаве. As you know, to obtain high operational strength of the tool, it is necessary to ensure sufficient strength of the soldered connection of the shank of the insert with the body. To ensure the necessary strength of the solder joint with a limited thickness of the solder joint (0.1 -0.25 mm), the solder should fill the solder gaps evenly without gaps. At the same time, during the formation of the solder joint, namely, during heating of the solder located in the socket of the body, gas bubbles and slags are formed, which must be freely removed to the outside of the solder gaps. It should be noted that the more uniformly the solder gaps fill the solder and the more complete the removal of slags and gas bubbles from the cavity of the socket, the stronger the solder joint will be due to a decrease in the level of residual stresses in the hard alloy.

Для обеспечения качественной пайки твердосплавных вставок применяют способ крепления, заключающийся в том, что выполняют в теле инструмента гнездо, устанавливают в гнезде твердосплавную вставку с образованием отводящих каналов и производят последующую пайку (см., например, авт. св.СССР N 1002506, кл. E 21 B 10/46, опубл. 1983). To ensure high-quality brazing of carbide inserts, a fastening method is used, namely, that a socket is made in the tool body, a carbide insert is installed in the socket with the formation of outlet channels and subsequent soldering is performed (see, for example, ed. St. USSR No 1002506, cl. E 21 B 10/46, publ. 1983).

В предлагаемом способе крепления твердосплавной вставки отводящие каналы образуют путем выполнения на поверхности хвостовика, по меньшей мере, двух открытых сквозных пазов, из которых, по меньшей мере, один 9 выполняют на торцевой поверхности хвостовика, а остальные 10 - на боковой его поверхности с продольной осью паза, параллельной образующей боковой поверхности хвостовика. In the proposed method for fixing a carbide insert, outlet channels are formed by performing at least two open through grooves on the surface of the shank, of which at least one 9 is formed on the end surface of the shank and the remaining 10 on its side surface with a longitudinal axis a groove parallel to the generatrix of the lateral surface of the shank.

Ввиду того что выполнение на рабочей головке 2 приливов 3 может создать затруднение при пайке, целесообразно сквозные пазы 10 на боковой поверхности цилиндрического хвостовика 1 выполнять с продольными осями, расположенными на неравном угловом расстоянии друг от друга. При этом уменьшаются остаточные напряжения, возникающие при пайке. Очевидно, что это условие относится к тому случаю, когда количество выполняемых пазов 10 более двух. Due to the fact that the implementation of the tide 3 on the working head 2 may create difficulty in soldering, it is advisable to pass through the grooves 10 on the side surface of the cylindrical shank 1 with longitudinal axes located at an unequal angular distance from each other. This reduces the residual stresses that occur during soldering. Obviously, this condition applies to the case when the number of grooves 10 is more than two.

Форма выполняемых пазов может быть различной и зависит от технологии их изготовления. Пазы могут иметь в поперечном сечении форму в виде части окружности или прямоугольную форму. Возможны и другие формы выполнения пазов 9 и 10. Целесообразно открытые сквозные пазы 9, 10 выполнять глубиной от 0,05 до 0,2 радиуса хвостовика 1 твердосплавной вставки и шириной от 0,1 до 0,4 указанного радиуса. The shape of the grooves can be different and depends on the technology of their manufacture. The grooves may have a cross-sectional shape in the form of part of a circle or a rectangular shape. Other forms of execution of the grooves 9 and 10 are possible. It is advisable to open the through grooves 9, 10 with a depth of 0.05 to 0.2 of the radius of the shank 1 of the carbide insert and a width of 0.1 to 0.4 of the specified radius.

Во время пайки, по мере расплавления расположенных в гнезде корпуса 8 флюса и припоя, образующиеся при этом шлаки и газовые пузырьки будут перемещаться по паяльному зазору наружу. При заявленной конфигурации поверхности хвостовика вставки под действием сил поверхностного натяжения частицы шлака и газовые пузырьки будут удаляться наружу интенсивнее. При этом конфигурация паяльного зазора будет интенсифицировать указанный процесс. Особенно указанные формы поверхностей хвостовика будут способствовать удалению частиц шлака и газовых пузырьков из полости гнезда при капиллярной пайке, то есть при небольших площадях поперечного сечения гнезда в корпусе. During soldering, as the flux and solder located in the housing socket 8 melt, the resulting slags and gas bubbles will move outward through the solder gap. With the claimed configuration of the surface of the liner of the insert under the action of surface tension forces, the slag particles and gas bubbles will be removed outward more intensively. In this case, the configuration of the solder gap will intensify the specified process. Especially, the specified shapes of the surfaces of the shank will facilitate the removal of slag particles and gas bubbles from the cavity of the socket during capillary soldering, that is, with small cross-sectional areas of the socket in the housing.

Сборку инструмента осуществляют следующим образом. На поверхность гнезда в корпусе 8 размещают флюс. В качестве флюса может быть использована, например, техническая бура (Na₂B₄0₇), которая предварительно прокалена, размолота в порошок и просеяна через сито. Затем в гнездо корпуса 8 укладывают в случае применения компенсационных прокладок прокатанную и обезжиренную сетку или пластинки пермаллоя и пластинки припоя. В идеальном случае дозировка припоя должна быть такой, чтобы объем припоя, предназначенного для пайки того или иного типа инструмента, был точно равен объему паяльных зазоров. Объем паяльных зазоров непостоянен, т.к. зависит от принятых допусков при изготовлении гнезда в корпусе инструмента и вставки из твердосплавного материала. Поэтому дозировку припоя следует считать правильной в том случае, если при принятых допусках его всегда достаточно для заполнения паяльных зазоров.Assembly tool is as follows. A flux is placed on the surface of the socket in the housing 8. As a flux can be used, for example, technical drill (Na ₂ B ₄ 0 ₇ ), which is pre-calcined, ground into powder and sieved through a sieve. Then, in the case of the use of compensation gaskets, a rolled and fat-free mesh or permalloy plates and solder plates are laid in the housing socket 8. In the ideal case, the dosage of solder should be such that the volume of solder intended for soldering a particular type of tool is exactly equal to the volume of the solder gaps. The volume of solder gaps is variable, because depends on the accepted tolerances in the manufacture of the socket in the tool body and the insert made of carbide material. Therefore, the dosage of solder should be considered correct if, with accepted tolerances, it is always enough to fill the solder gaps.

Следует отметить, что при капиллярной пайке без промежуточных прокладок всегда желательно получение паяного шва максимальной толщины. В этом случае величина паяльных зазоров, образованных поверхностью стенок гнезда в корпусе 8 и поверхностью хвостовика вставки, ограничена возможностью их качественного заполнения припоем. Как известно, при паяльных зазорах, больших 0,3 мм, их качественное заполнение за счет капиллярных сил затруднено, следовательно, качество паяного шва снижается. Одновременно уменьшение толщины паяного шва приводит к увеличению остаточных паяльных напряжений в твердом сплаве и их концентрации, поэтому при капиллярной пайке оптимальная толщина паяного шва лежит в пределах от 0,1 до 0,25 мм. It should be noted that with capillary soldering without intermediate gaskets, it is always desirable to obtain a soldered seam of maximum thickness. In this case, the size of the solder gaps formed by the surface of the walls of the socket in the housing 8 and the surface of the shank of the insert is limited by the possibility of their high-quality filling with solder. As you know, with solder gaps greater than 0.3 mm, their high-quality filling due to capillary forces is difficult, therefore, the quality of the solder joint decreases. At the same time, a decrease in the thickness of the solder joint leads to an increase in the residual solder stresses in the hard alloy and their concentration; therefore, with capillary soldering, the optimal thickness of the solder joint lies in the range from 0.1 to 0.25 mm.

Затем в гнезде корпуса 8 размещают хвостовик вставки из твердосплавного материала и подготовленное таким образом изделие вводят в индуктор. Нагрев осуществляют до полного расплавления припоя. При этом сам расплавленный припой стремится принять определенную форму, обусловленную силами поверхностного натяжения в расплаве. Уменьшение величины паяльного зазора между поверхностями гнезда в корпусе 8 и хвостовика вставки позволяет облегчить удаление шлака и газовых пузырьков из полости гнезда в корпусе 8 наружу. Указанное обстоятельство приведет к снижению вероятности образования непропая на соединяемых поверхностях и, следовательно, к увеличению прочностных характеристик паяного соединения. Then, the insert shank of the carbide material is placed in the housing socket 8 and the product thus prepared is introduced into the inductor. Heating is carried out until the solder is completely melted. In this case, the molten solder itself tends to take a certain shape, due to the forces of surface tension in the melt. Reducing the size of the solder gap between the surfaces of the socket in the housing 8 and the shank of the insert allows you to facilitate the removal of slag and gas bubbles from the cavity of the socket in the housing 8 out. This circumstance will lead to a decrease in the likelihood of non-solder formation on the joined surfaces and, consequently, to an increase in the strength characteristics of the soldered joint.

После нагрева изделие выводят из индуктора, центрируют вставку относительно корпуса 8 и прижимают ее к корпусу 8 до затвердевания припоя. При прижатии вставки к корпусу 8 расплавленный припой будет выдавливаться из полости гнезда. Поскольку на поверхности хвостовика вставки выполнены открытые пазы, это будет способствовать более качественному и полному заполнению паяльного зазора припоем и принудительному удалению шлака и пузырьков воздуха из полости гнезда наружу. After heating, the product is removed from the inductor, the insert is centered relative to the housing 8 and pressed to the housing 8 until the solder hardens. When the insert is pressed against the body 8, the molten solder will be extruded from the cavity of the socket. Since open grooves are made on the surface of the insert shank, this will contribute to a better and more complete filling of the solder gap with solder and forced removal of slag and air bubbles from the cavity of the socket to the outside.

После застывания припоя поверхности корпуса 8 инструмента очищают от наплывов буры и припоя. Затем инструмент немного охлаждают и производят его термообработку. Если инструмент не подлежит термообработке, то его помещают в сухой горячий песок до полного остывания, что предотвращает образование трещин во вставке из твердосплавного материала. After hardening of the solder, the surface of the tool body 8 is cleaned from the influx of drill and solder. Then the tool is slightly cooled and heat treated. If the tool is not subject to heat treatment, then it is placed in dry hot sand until it cools completely, which prevents the formation of cracks in the insert of carbide material.

Выше приведен только один из возможных вариантов технологии изготовления инструмента. Возможно применение и иной технологии сборки инструмента. Above is just one of the possible options for manufacturing tool technology. It is possible to use other technology for assembling the tool.

Claims

1. A carbide insert for a rock cutting tool, comprising a cylindrical shank and a working head with a tide having a curved surface, characterized in that it is made with at least an additional tide, each tide having a working surface in the form of a part of a sphere.

2. The insert according to claim 1, characterized in that three tides are made on the working head.

3. The insert according to claim 1, characterized in that at least one of the tides is made in the form of a hemisphere.

4. The insert according to claim 1, characterized in that at least two tides are made as part of a sphere of one radius.

5. The insert according to claim 4, characterized in that the spherical tides of the same radius are made of different heights.

6. The insert according to claim 1, characterized in that it has a through hole with access to the working head between the tides.

7. The insert according to claim 2, characterized in that the centers of the tides are located from each other at an angular distance of 120 ^o .

8. A method of attaching a carbide insert in a rock cutting tool, namely, that a socket is made in the tool body, a carbide insert is installed in the socket with the formation of outlet channels and subsequent soldering is performed, characterized in that the outlet channels are formed by performing at least at the surface of the shank two open through grooves, of which at least one is performed on the end surface of the shank, and the rest on its side surface with a longitudinal axis of the groove parallel to shaving side surface of the shank.

9. The method according to claim 8, characterized in that the open through grooves on the side surface of the shank are performed with longitudinal axes located at an unequal angular distance from each other.

10. The method according to claim 8, characterized in that the open through grooves are made with a cross section in the form of a part of a circle.

11. The method according to claim 8, characterized in that the open through grooves are made with a rectangular cross section.

12. The method according to claim 8, characterized in that the open through grooves perform a depth of 0.05 0.2 radius of the shank and a width of 0.1 to 0.4 of the specified radius.