RU2553108C1 - Cutter for rotary drilling - Google Patents

Cutter for rotary drilling Download PDF

Info

Publication number
RU2553108C1
RU2553108C1 RU2014117902/03A RU2014117902A RU2553108C1 RU 2553108 C1 RU2553108 C1 RU 2553108C1 RU 2014117902/03 A RU2014117902/03 A RU 2014117902/03A RU 2014117902 A RU2014117902 A RU 2014117902A RU 2553108 C1 RU2553108 C1 RU 2553108C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutter
front face
axis
rotary drilling
feather
Prior art date
Application number
RU2014117902/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Лемешко
Валерий Петрович Калиниченко
Абдулмалик Абдулхамидович Батукаев
Али Алхазурович Зармаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чеченский государственный университет (ФГБОУ ВПО "Чеченский государственный университет")
Учреждение Институт плодородия почв юга России
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чеченский государственный университет (ФГБОУ ВПО "Чеченский государственный университет"), Учреждение Институт плодородия почв юга России filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чеченский государственный университет (ФГБОУ ВПО "Чеченский государственный университет")
Priority to RU2014117902/03A priority Critical patent/RU2553108C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2553108C1 publication Critical patent/RU2553108C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: cutter comprises a body with a shank and feathers reinforced with carbide blades, the cutting edges of which are arranged symmetrically relative to the longitudinal axis of the housing. The front face of the carbide blades is made convex-shaped in the form of a cylindrical surface, the generant of which is parallel to the axis of the feather. The height of the convex decreases from the inner part of the feather to its outer part and constitutes 0.5 … 2 mm.
EFFECT: increase in cutting tool life, reduction of specific energy consumption of destruction through the contact stress redistribution on the front face of the cutter.
2 dwg

Description

Изобретение относится к резцам для вращательного бурения, конкретно для перьевых коронок, и может найти применение при бурении углей и горных пород повышенной крепости.The invention relates to cutters for rotary drilling, specifically for feather crowns, and may find application in drilling coals and rocks of high strength.

Известны резцы для бурения, состоящие из корпуса с хвостовиком и режущей части из 2 или 3 перьев, армированных пластинками твердого сплава. Пластинки твердого сплава имеют плоскую переднюю грань и закреплены на перьях резца методом пайки симметрично по отношению оси вращения штанги [1]. Известен также резец для вращательного бурения, в котором режущая кромка твердосплавной пластины одного из перьев развернута в сторону продольной оси корпуса на угол 4-8° [2].Known cutting tools for drilling, consisting of a body with a shank and a cutting part of 2 or 3 feathers, reinforced with carbide plates. Hard alloy plates have a flat front face and are fixed on the feathers of the cutter by soldering symmetrically with respect to the axis of rotation of the rod [1]. Also known is a cutter for rotary drilling, in which the cutting edge of the carbide plate of one of the feathers is rotated towards the longitudinal axis of the housing at an angle of 4-8 ° [2].

Большинство резцов для вращательного бурения армированы твердосплавными пластинками, имеющими плоскую переднюю поверхность.Most rotary drilling cutters are reinforced with carbide inserts having a flat front surface.

Особенностью резцов для вращательного бурения является то, что периферийные участки пластинок твердого сплава, более удаленные от оси вращения, имеют больший радиус вращения, чем участки, приближенные к оси вращения.A feature of rotary drilling cutters is that the peripheral sections of the hard alloy plates farther from the axis of rotation have a larger radius of rotation than the sections close to the axis of rotation.

Это обусловливает картину напряжений сжатия по передней грани каждого пера в процессе разрушения и особенности процесса сколов разрушаемого объема. Исследования [3] показали, что порядок сколов перед передней гранью каждого пера обусловлен распределением напряжения сжатия перед передней гранью резца и происходит последовательно от периферийной части твердосплавной пластинки к оси вращения.This determines the picture of compression stresses along the front face of each feather in the process of fracture and features of the process of chips of the destroyed volume. Studies [3] showed that the order of chips in front of the front face of each feather is due to the distribution of compression stress in front of the front face of the cutter and occurs sequentially from the peripheral part of the carbide plate to the axis of rotation.

В то же время сколы на периферийных участках находятся в условиях большей степени блокированности, чем последующие сколы, следующие за ними ближе к оси вращения. Скол горной породы на периферии пластинки твердова сплава обеспечивает обнажение поверхности для следующего скола, происходящего ближе к оси вращения, который происходит при меньшем контактном напряжении. При этом наиболее неблагоприятные условия скалывания формируются именно на периферийных участках твердосплавных пластинок. Как известно, удельная энергоемкость разрушения процесса резания зависит от степени блокированности резца, определяемой схемой резания. Последовательность сколов от периферии к оси вращения определяет удельную энергоемкость процесса разрушения предрезцовой зоны разрушаемой породы, которая является для резцов вращательного бурения с плоской передней гранью завышенной.At the same time, the chips in the peripheral areas are in a more blocked state than subsequent chips following them closer to the axis of rotation. A rock cleavage at the periphery of the hard alloy plate provides surface exposure for the next cleavage, which occurs closer to the axis of rotation, which occurs at a lower contact stress. In this case, the most unfavorable cleaving conditions are formed precisely on the peripheral sections of carbide plates. As you know, the specific energy consumption of the destruction of the cutting process depends on the degree of blocking of the cutter, determined by the cutting scheme. The sequence of chips from the periphery to the axis of rotation determines the specific energy consumption of the process of destruction of the pre-cutter zone of the rock being destroyed, which is overestimated for rotary drilling cutters with a flat front face.

Распределение контактных напряжений по передней грани, последовательность и условия сколов перед передней грани обусловливают более интенсивный износ периферийной части пластин твердого сплава и объясняет более частые поломки (при перегрузках) пластинок твердого сплава на периферийных участках. Это приводит к повышенному отказу резцов от поломок, увеличению простоев на замену резцов, снижению производительности, что является недостатком аналогов и резца, выбранного в качестве прототипа.The distribution of contact stresses along the front face, the sequence and conditions of chips in front of the front face cause more intense wear on the peripheral part of the hard alloy plates and explains the more frequent breakdowns (during overloads) of the hard alloy plates on the peripheral areas. This leads to an increased failure of the incisors from breakdowns, an increase in downtime for replacing the incisors, a decrease in productivity, which is a drawback of analogues and the incisor selected as a prototype.

Задачей изобретения является устранение названных недостатков, а именно снижение энергоемкости процесса бурения, увеличение стойкости резцов, преимущественно при бурении твердых пород.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, namely reducing the energy intensity of the drilling process, increasing the resistance of the cutters, mainly when drilling hard rocks.

Поставленная задача решается тем, что передняя грань твердосплавных пластинок выполнена выпуклой формы в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси пера, так что высота выпуклости уменьшается от внутренней части пера к его внешней части, а высота выпуклости составляет Δh=0,5…2 мм.The problem is solved in that the front face of the carbide inserts is made convex in the form of a cylindrical surface, the generatrix of which is parallel to the axis of the pen, so that the height of the bulge decreases from the inside of the pen to its outer part, and the height of the bulge is Δh = 0.5 ... 2 mm .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид перьевого резца и сечения перьев, на фиг 2 приведены две схемы формирования сколов.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the feather cutter and cross-section of feathers, figure 2 shows two schemes for the formation of chips.

Резец состоит из корпуса 1 с хвостовиком 2 и перьев 3, на которых закреплены пластинки твердого сплава 4. Форма пластинок поясняется видами сечений А-А и Б-Б. Передняя грань каждой пластинки выполнена выпуклой формы в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси пера, так что от внутренней части пера к его внешней части высота выпуклости уменьшается. Высота выпуклости составляет Δh=0,5…2 мм. Выпуклость пластинки твердого сплава может быть обеспечена утонением ее периферийной части с обеспечением достаточной прочности или наклоном плоскости твердосплавных пластинок так, чтобы часть пластинки, приближенная к оси вращения резца, опережала в направлении вращательного движения периферийную часть пластинки, контактирующей со стенками (скважины) шпура. Это может быть достигнуто относительно простым изменением формы пазов на хвостовиках под типовые пластинки твердого сплава. Возможно также изготовление пластинок твердого сплава с цилиндрической выпуклостью вдоль оси симметрии, так чтобы выпуклость пластины была максимальной на части передней грани, которая при пайке будет располагаться ближе к оси вращения. Величина выпуклости определена с учетом исследований процесса вдавливания плоского разрезного штампа в горную породу [4]. Этими же испытаниями выявлены закономерности формирования напряжений под плоскостью штампа. Для крепких пород высота выпуклости достаточна Δh=0,5…1,0 мм, для мягких пород высота выпуклости может быть увеличена до Δh=2,0 мм.The cutter consists of a housing 1 with a shank 2 and feathers 3, on which the plates of hard alloy 4 are fixed. The shape of the plates is illustrated by sections A-A and B-B. The front face of each plate is made convex in the form of a cylindrical surface, the generatrix of which is parallel to the axis of the pen, so that from the inside of the pen to its outer part, the height of the bulge decreases. The height of the bulge is Δh = 0.5 ... 2 mm The convexity of the hard alloy plate can be ensured by thinning its peripheral part to provide sufficient strength or by tilting the plane of the carbide plates so that the part of the plate close to the axis of rotation of the cutter outstrips the peripheral part of the plate in contact with the walls (borehole) of the borehole. This can be achieved by a relatively simple change in the shape of the grooves on the shanks under the typical hard alloy plates. It is also possible to manufacture plates of a hard alloy with a cylindrical convexity along the axis of symmetry, so that the convexity of the plate is maximum on the part of the front face, which will be closer to the axis of rotation when soldering. The magnitude of the bulge is determined taking into account studies of the process of indentation of a flat slit stamp into the rock [4]. The same tests revealed patterns of stress formation under the plane of the stamp. For hard rocks, the convex height is sufficient Δh = 0.5 ... 1.0 mm, for soft rocks the convex height can be increased to Δh = 2.0 mm.

Процесс образования сколов фиг.2 в заявляемом техническом решении отличается от типового. В направлении вращения, в околорезцовом пространстве, последовательно сформируются напряжения сжатия. Вначале в опережающей в направлении резания части передней грани (на участке максимальной выпуклости пластин твердого сплава), а затем в периферийной, отстающей части пластин твердого сплава. В заявляемом резце участок максимальной выпуклости пластин твердого сплава выполняется приближенным к оси вращения, а периферийный участок передней грани отстает в направлении вращения резца.The process of formation of chips of figure 2 in the claimed technical solution differs from the typical. In the direction of rotation, in the circumferential space, compression stresses are successively formed. First, in the leading edge part ahead of the cutting direction (in the area of maximum convexity of the hard alloy plates), and then in the peripheral, lagging part of the hard alloy plates. In the inventive cutter, the portion of maximum convexity of the hard alloy plates is made close to the axis of rotation, and the peripheral portion of the front face lags in the direction of rotation of the cutter.

На фиг.2 приведены сравнительные схемы формирования сколов для типового резца с плоской гранью и заявляемого резца с выпуклостью на передней грани. Для типовой конструкции режущего инструмента (Фиг.2, С) первичные сколы, в первую очередь, происходят перед периферийными участками (затемненные участки) пластин твердого сплава, а для заявляемого резца (Фиг.2, D) сколы происходят, в первую очередь, в средней, по ширине, части твердосплавной пластинки или одновременно со сколами перед периферийной частью пластин твердого сплава. В последнем случае происходит сложение полей напряжения, формируемых выпуклостью и периферийной частью пластин, это обеспечивает снижение удельной энергоемкости разрушения частичек породы перед передней грань резца. Описанные особенности процесса разрушения проявляются в случайной не прогнозируемой последовательности и являются вероятностной картиной формирования сколов. Изменение схемы формирования разрушающих напряжений в предрезцовой зоне обеспечивает снижение нагрузки на периферийных участках твердосплавных пластин, тем самым достигается увеличение стойкости армировки и снижение интенсивности изнашивания этих участков, обеспечивается также снижение удельной энергоемкости разрушения.Figure 2 shows comparative diagrams of the formation of chips for a typical cutter with a flat face and the inventive cutter with a bulge on the front face. For a typical design of a cutting tool (FIG. 2, C), primary chips primarily occur in front of the peripheral sections (darkened areas) of the hard alloy plates, and for the inventive cutter (FIG. 2, D), chips primarily occur in middle, in width, part of the carbide plate or simultaneously with chips in front of the peripheral part of the carbide plates. In the latter case, the stress fields formed by the convexity and the peripheral part of the plates are added together, this ensures a reduction in the specific energy consumption of the destruction of rock particles in front of the front face of the cutter. The described features of the fracture process are manifested in a random unpredictable sequence and are a probabilistic picture of chip formation. Changing the pattern of formation of destructive stresses in the pre-cutter zone provides a decrease in the load on the peripheral sections of carbide plates, thereby increasing the resistance of reinforcement and reducing the wear rate of these sections, and also reduces the specific energy consumption of fracture.

ЛитератураLiterature

1. Крапивин М.Г., Раков И.Я., Сысоев Н.И. Горные инструменты, /3-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1990. 256 с.1. Krapivin M.G., Rakov I.Ya., Sysoev N.I. Mountain Tools, / 3rd ed. reslave. and add. M .: Nedra, 1990.256 s.

2. Резец для вращательного бурения. Е.И. Суслов, Г.В. Линдо, Н.С. Камышева и др. Патент РФ №1305296, E21B 10/42 от 27.11.85.2. Cutter for rotary drilling. E.I. Suslov, G.V. Lindo, N.S. Kamysheva et al. RF Patent No. 1305296, E21B 10/42 of 11/27/85.

3. Сысоев Н.И., Мирный С.Г. Основы теории функционирования бурильных машин вращательного действия. Уч. пособие, ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ. 2006. С.6-17.3. Sysoev N.I., Mirny S.G. Fundamentals of the theory of the functioning of rotary drilling machines. Uch. allowance, SRSTU (NPI). Novocherkassk: SRSTU. 2006. S. 6-17.

4. Карабанов М.Г., Лемешко М.А., Самоходкин И.Н. Механика взаимодействия режущего инструмента с разрушаемым материалом // Технология и техника струговой выемки антрацитов: Сб. трудов. Вып.16. / ШахтНИУИ: Шахты, 1975. С.34-41.4. Karabanov M.G., Lemeshko M.A., Samohodkin I.N. The mechanics of the interaction of the cutting tool with destructible material // Technology and technique of plow excavation of anthracite: Sat. labor. Issue 16. / Mine Research Institute: Mines, 1975. S. 34-41.

Claims (1)

Резец для вращательного бурения, включающий корпус с хвостовиком и перьями, армированными твердосплавными пластинами, режущие кромки которых расположены симметрично относительно продольной оси корпуса, отличающийся тем, что передняя грань твердосплавных пластинок выполнена выпуклой формы в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси пера, так, что высота выпуклости уменьшается от внутренней части пера к его внешней части, а высота выпуклости составляет 0,5…2 мм. Cutter for rotary drilling, including a housing with a shank and feathers reinforced with carbide inserts, the cutting edges of which are located symmetrically relative to the longitudinal axis of the housing, characterized in that the front face of the carbide inserts is convex in the form of a cylindrical surface, the formation of which is parallel to the axis of the pen, so that the height of the bulge decreases from the inner part of the pen to its outer part, and the height of the bulge is 0.5 ... 2 mm
RU2014117902/03A 2014-04-30 2014-04-30 Cutter for rotary drilling RU2553108C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117902/03A RU2553108C1 (en) 2014-04-30 2014-04-30 Cutter for rotary drilling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117902/03A RU2553108C1 (en) 2014-04-30 2014-04-30 Cutter for rotary drilling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2553108C1 true RU2553108C1 (en) 2015-06-10

Family

ID=53295219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014117902/03A RU2553108C1 (en) 2014-04-30 2014-04-30 Cutter for rotary drilling

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2553108C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2708436C1 (en) * 2019-06-04 2019-12-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Drilling cutter for rotary drilling of bore pits
RU2709900C2 (en) * 2017-12-07 2019-12-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) Drilling cutter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1305296A1 (en) * 1985-11-27 1987-04-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов Cutting bit for rotary drilling of blast holes
SU1601311A1 (en) * 1988-02-02 1990-10-23 Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности Bit for rotary drilling
RU2043478C1 (en) * 1992-02-19 1995-09-10 Батурин Юрий Евсеевич Drill bit for rotary drilling
RU2090734C1 (en) * 1992-03-19 1997-09-20 Карпинский машиностроительный завод Drill bit for rotary drilling

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1305296A1 (en) * 1985-11-27 1987-04-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов Cutting bit for rotary drilling of blast holes
SU1601311A1 (en) * 1988-02-02 1990-10-23 Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности Bit for rotary drilling
RU2043478C1 (en) * 1992-02-19 1995-09-10 Батурин Юрий Евсеевич Drill bit for rotary drilling
RU2090734C1 (en) * 1992-03-19 1997-09-20 Карпинский машиностроительный завод Drill bit for rotary drilling

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2709900C2 (en) * 2017-12-07 2019-12-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) Drilling cutter
RU2708436C1 (en) * 2019-06-04 2019-12-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Drilling cutter for rotary drilling of bore pits

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103510859B (en) Creep into the module cutter drill bits that specific pressure is controlled
CN102434105A (en) Composite bit with rotary cut rock-breaking function
CN105275403A (en) A plowing type PDC drill bit suitable for hard formations
RU2553108C1 (en) Cutter for rotary drilling
EP2990589B1 (en) Drill bit with recessed cutting face
RU2422613C1 (en) Ring bore bit
CN204212699U (en) Diamond-impregnated bit
RU170442U1 (en) Drill head for horizontal directional drilling
EP2740884B1 (en) Rock bit tip and rock bit
RU2670306C1 (en) Asymmetric cutter for a drilling tool
RU2558097C1 (en) Four-stage three-bladed rotary bit for rotary blasthole drilling
CN208220640U (en) A kind of PDC drill bit of band point knuckle-tooth
RU2462582C1 (en) Rock-destructing insertion (versions)
CN202520319U (en) Hob with hard alloy edges
RU2492308C1 (en) Drill bit (versions)
RU2723779C1 (en) Rock cutting elements of cutting and cutting-chipping type
RU2459077C1 (en) Cutting tool for mining machines
RU139317U1 (en) BLADE VALVE BLADE
CN212508090U (en) NBC drill bit
CN102704853B (en) Modular cutting tooth with controllable drilling specific pressure
GB2149329A (en) A two-prong rotary bit, especially for use with roof drills, and insert therefor
RU2543769C1 (en) Hard-alloy insert
RU2473774C1 (en) Diamond crown bit
RU2481459C1 (en) Rock-destroying tool (versions)
RU2355863C2 (en) Bore cone bit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170501