مطالعه تاثير ميزان تداخل اتصال اينسرت در عملكرد سرمته حفاري درون چاهي

Investigation of Insert-Hole Interference Fit Tolerance Influence on DTH Drilling Bit Performance

روش حفاري ضربه اي درون چاهي براي حفاري در شرايط متوسط تا سخت زمين شناسي روش قابل اعتمادي است. با توجه به نياز كشور به انواع سرمته در صنايع مختلف، با گسترش دانش و توليد آنها مي توان واردات گسترده ي اين محصولات را محدود كرد. در اين پژوهش برخورد سرمته-سنگ با درنظر گرفتن برهم كنش دكمه تنگستن كاربايد(botton)-بدنه و تنش هاي پسماند حاصل از انطباق تداخلي آنها جهت تعيين تلرانس مناسب براي اتصال دكمه (insert) در بدنه سرمته مطالعه شد. اين تلرانس كه مهمترين عامل تاثيرگذار در جدا شدن دكمه ها و درنتيجه عمر سرمته است در حالت تك دكمه (single-insert) با زوايه هاي برخورد مختلف و همچنين براي نمونه كامل سرمته 3.5 اينچ با تعداد 13 دكمه بصورت ضربه اي-چرخشي شبيه سازي گرديد. بدين منظور ابتدا خواص مكانيكي نمونه هاي استاندارد از جنس فولاد DIN1.6580 كه براي ساخت بدنه سرمته استفاده مي شود از طريق آزمايش هاي تجربي بدست آمد. سپس به منظور صحت سنجي و نيز بدست آوردن اندازه شبكه (Mesh size) مناسب، نتايج شبيه سازي اتصال تداخلي با روش تحليلي مقايسه گرديد. نتايج نشان داد كه ميزان تداخل و سرعت و زاويه برخورد تاثير زيادي در تنش ها و نيروهاي فرآيند دارند. در تداخل 1.2%تنش در بدنه سرمته تقريبا به استحكام نهايي آن مي-رسد. در حالت 0.9% و0.6% مقداري كرنش پلاستيك نيز در بدنه ايجاد خواهد شد. حفاري در شرايط كاري واقعي با سرمته ي ساخته شده براساس نتايج بدست آمده كاملا موفقيت آميز بود. نتايج اين مطالعه در انتخاب ميزان تداخل دكمه-سرمته در فرآيند ساخت آن كمك شاياني مي نمايد.

DTH drilling is a reliable method for drilling in medium to hard geological structures. Considering the country's need for different types of drilling bits in various industries, with development of knowledge and production of them, it can limit the vast importation of these products. In this study, process of bit/rock collision taking into account interaction between the insert/body and stresses resulting from interference fit is simulated to determine proper tolerance for fitting, which is the most important factor limiting the life of drilling bit. Simulations were carried out taking account rotary motion of bit in addition to impact in single-insert condition with different angles of collision and also in a 3.5 inch bit with 13 inserts. Mechanical properties of specimens made of DIN1.6580 steel, used for manufacturing of bit body, were obtained through experiments. Then, in order to validate and also obtain appropriate mesh size, results of pin-hub interference fit simulations with selected parameters were compared to Lame's analytical method. Results show that interference tolerance and speed and angle of impact have great influence on stresses and process forces. In case of 1.2% of interference, stresses in bit body are about to reach material strength. In the case of 0.9% and 0.6%, certain amount of plastic strain is also created in the body. The results of this study is greatly helpful in choosing fitting tolerance of inserts into bit body during manufacturing process.