Науковий вісник НГУ

Визначення механізму зношування зв’язки алмазного інструменту за аналізом частинок зношування

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №4 2025

Останнє оновлення: 29 серпня 2025

Опубліковано: 29 серпня 2025

Перегляди: 1823

Authors:

О. П. Виноградова*, orcid.org/0009-0004-2282-6679, Інститут надтвердих матеріалів імені В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. В. Вапнічна, orcid.org/0000-0003-3938-4358, НТУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна,  e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (4): 055 - 062

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-4/055

Abstract:

Мета. Полягає у визначенні зони контакту мікроінденторів з боку гірської породи з поверхнею безалмазного елементу на основі системи Ni-Sn (6 %мас) й у порівнянні із зоною контакту зазначених мікроінденторів із поверхнею аналогічного зв’язку алмазовмісного елементу при динамічному навантаженні.

Методика. Для відбору продуктів зношування матеріалу експериментального елементу, виготовленого методом резистивного електроспікання й керну абразивного пісковику внаслідок короткочасного контакту їх поверхонь, випробування виконувались на стенді, створеному на базі токарно-гвинторізного верстату ДІП–200 за параметрами технологічних умов, моделюючих процес буріння. Шлам відбирали й досліджували із застосуванням скануючого електронного мікроскопіа ZEISS EVO 50 XVP з енерго-дисперсійним рентгенівським аналізатором Oxford Instruments' Ultim Max. Також, мікроскопічному дослідженню підлягала зношена поверхня безалмазного елементу за використання мікроскопів Ломо Метам Р–1 із ССD відеокамерою Digital KOCOM і Bausch & Lomb, mod. Gemolite.

Результати. Результатом дослідження є визначення безпосередньої точки зіткнення мікроіндентора з боку гірської породи з поверхнею безалмазного елементу у частинці зношування. Точка безпосереднього зіткнення зазначених контртіл має вигляд еліптичного пазу, що є епіцентром утворення системи мікротріщин. Морфометрична ідентичність частинок зношування досліджуваного елементу та зв’язки алмазного інструменту свідчать про подібність одного із механізмів мікроіндентування зв’язки з боку гірської породи.

Наукова новизна. Визначення одного із джерел пошкодження робочої поверхні елементу алмазного інструменту відкриває нові перспективи у вивченні всіх етапів механізму зношування зв’язки в залежності від зміни її хімічного складу або технологічних параметрів використання інструменту.

Практична значимість. Визначення хімічних і морфометричних особливостей частинок зношування зв’язки алмазного інструменту дозволить оцінювати його зносостійкість і розробляти критерії зносостійкості, що відображається на економії ресурсів.

Ключові слова: гірська порода, алмазний інструмент, частинка зношування, крихке зношування

References.

1. Swain, B., Bhuyan, S., Behera, R., Mohapatra, S., & Behera, A. (2020). Wear: A Serious Problem in Industry. In Patnaik, A., Singh, T., & Kukshal, V. (Eds). (2021). Tribology in Materials and Manufacturing ‒ Wear, Friction and Lubrication. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.94211

2. Isonkin, A., Ilnitskaia, H., & Tsysar, M. (2015). The effect of mechanical activation of the charge WC + Co + Cu by nanodiamonds on the structure and properties of the material of the matrix of drilling bits. Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology of the ToolManufacture and applications, 18, 103-109. Retrieved from http://www.ism.kiev.ua/images/%D0%92%D1%8B%D0%BF%D1%83%D1%81%D0%BA%20%E2%84%96%2018.pdf

3. Isonkin, A. M. (2012). The formation of the relief of the working surface of the diamond drill bit. Rock Destruction and Metal-Working Tools –Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications, 15, 63-68.

4. Isonkin, A. (2010). The character and degree of the impact of sludge particles of destroyed rock on the matrix of diamond bit. Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications, 13, 182-187.

5. Isonkin, A., Osipov, A., & Matviichuk, А. (2021). Parameters of rock sludge during its destruction by diamond rock-destructive tool. Rock Destruction and Metal-Working Tools, Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications, 24, 45-56. https://doi.org/10.33839/2708-731Х-24-1-45-56

6. Isonkin, A., Ilnitskaya, G., Zaitseva, I., & Tkach, V. (2018). The nature of wear of synthetic diamonds of different strength in impregnated drill bits. Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications. 21, 54-63.

7. Xiaoxi, Z., Kaihua, Y., & Hui, Z. (2010). Chinese scientific drilling No 1 well diamonds coring bit technology. Rock Destruction and Metal-Working Tools, Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications 13, 14-19.

8. Naidich, Yu., Bugaiev, А., Ievdokimov, V., & Umansk, V. (2013). Development of the design and manufacturing technology of geological exploration drill bits equipped with diamond-hard alloy composite material (DHCCM) with adhesive fixation of diamonds. Rock Destruction and Metal-Working Tools –Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications, 16, 19-25.

9. Kuzei, A., Babich V., & Kudrichkiy, V. (2018). Influence of macrostructure of diamond-containing composite materials on cutting capacity of the tool. Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications. 21, 183-192.

10.      Lu P., & Chou, K. (2011). Micro-Scratch Testing and Simulations for Adhesion Characterizations of Diamond-coated Tools. Proceeding of 39 ^th Annual SME North American Manufacturing Research Conference (NAMRC39), (13/17June 2011). Corvallis, US: Oregon State University. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/268803441_Micro-Scratch_Testing_and_Simulations_for_Adhesion_Characterizations_of_Diamond-coated_Tools

11.      Li, M., Guo, X., Yuan, S., Zhao, B., Qi, Y., Zhang, S., Guo, D., & Zhou, P. (2022). An Analysis of the Effect of Abrasive/Tool Wear on the Ductile Machining of Fused Silica from the Perspective of Stress. Micromachines, 13(6). https://doi.org/10.3390/mi13060820

12.      Wang, W., Yao, P., Wang, J., Huang, C., Zou, B., Liu, H., & Yan, J. (2016). Crack-free ductile mode grinding of fused silica undercontrollable dry grinding conditions. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 109, 126-136. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2016.07.004

13.      Wang, J., Jia, Z., & Guo, Y. (2018). Shape-cutting of quartz glass by spark discharge-assisted diamond wire sawing. Journal of Manufacturing Processes, 34, 131-139. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.06.001

14.      An, Q., Ming, W., & Chen, M. (2015). Experimental Investigation on cutting characteristics in nanometric plunge-cutting of BK7 and fused silica glasses. Materials, 8, 1428-1441. https://doi.org/10.3390/ma8041428

15.      Abdelkawy, A., Yoshino, M., & Nakagawa, Y. (2020). Effect of tool rake angle and crystal orientation on ductile mode cutting of hard/brittle materials. International Journal of Automation Technology, 14, 253-259. https://doi.org/10.20965/ijat.2020.p0253

16.      Liu, H., Xie, W., Sun, Y., Zhu, X., & Wang, M. (2018). Investigations on brittle-ductile cutting transition and crack formation in diamond cutting of mono-crystalline silicon. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95, 317-326. https://doi.org/10.1007/s00170-017-1108-1

17.      Yin, J., Qian, B., Li, Y., & Zhang, B. (2018). Formation of subsurface cracks in silicon wafers by grinding. Nanotechnology and Precision Engineering, 172-179. https://doi.org/10.1016/j.npe.2018.09.003

18.      Pryimak, L., Dovhal, A., & Varijukhno, V. (2022). Wear resistance research of the new composition materials made of alumina intended for specific tribotechnical application. Superhard materials, 5, 39-47.

19.      Umansky, A., Dovgal, A., Kisel, V., & Yevdokimenko, Yu. (2012). Structure and wear patterns of coatings made of composite materials of the system (SiC-Fl2O3)-(NiAl).  Superhard Materials, 2, 49-57.

20.      Klimenko, S., Manokhin, A., & Kopeikina, M. (2015). The state of the surface layer of tools with PSTM on the basis of cBN during turning of hardened steel. Cutting and tool in technological systems, 85, 119-125.

21.      Lavrinenko, V. (2019). Diamond machining ceramics: influence of abrasive particle aspect of sludge. Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications, 22, 401-406.

22.      Vynohradova, О. (2011). On the issue of the mechanism of rock destruction by functional elements made of composite diamond-containing materials. Rock-destroying and metalworking tools ‒ the technique and technology of their manufacture and application. Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications, 14, 14-22.

23.      Vynohradova, O., Maуstrenko, А., Schmegerа, R., Manokhin, A., Ilnitska, G., Oliinyk, N., …, & Bologova, L. (2019). The analysis of products of wear of diamond -containing material. Rock Destruction and Metal-Working Tools – Techniques and Technology of the Tool Manufacture and applications, 22, 93-102. https://doi.org/10.33839/2223-3938-2019-22-1-93-102

24.      Vynohradova, О.,  Vasylchuk, O., Maystrenko, A., Zakora, A., Tkach, V., Vapnichna, V., …, &  Bologova, L. (2024). Investigation of the indenter penetration zone in the wear particle of the matrix of a diamond-containing rock-cutting tool. Materials Science, 60, 45-49. https://doi.org/10.1007/s11003-024-00849-9

25.      Khvorostyany, V. (2014). Mechanical behavior of ceramics and glass during localized fractures of sample edges by a Rockwell ­indenter. Problems of Strength, 3, 106-115. ISSN 0556-171.

26.      Vynohradova, O., Maystrenko, A., Vasylchuk, O., Zakora, A. P., Bologova, L., Tkach, V., Petasyuk, G., & Bilorusets, V. (2024). Method for determining the intensity of wear of rock-crushing and stone-working tools by the degree of damage to their working surface. (Patent of Ukraine No. 156483). V. M. Bakul Institute of Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine (UA).

27.      Danilchenko, L., & Bobryk, V. (2016). Determination of factors influencing deformation resistance in the process of hot deformation of sheet materials. Materials of the 19 ^th scientific conference of I. Pulyuy, TNTU, 36-37. Retrieved from https://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/123456789/17370/2/Conf_2016_Danylchenko_L-Determining_factors_impact_36-37.pdf

28.      Shmegera, R., Kushch, V., & Maystrenko, A. (2014). Metallic bond based on nickel and intensive electrosintering of diamond-containing composites. Superhard Materials, 6, 44-53.

29.      Vasylchuk, A., Maystrenko, A., Petasyuk, G., Vynohradova, E., Ilnitska, G., Oleinyk, N., …, & Manohin, A. (2021). Wear of Diamond Composite Materials during Rock Destruction. Journal of Friction and Wear, 42(6), 454-460. https://doi.org/10.3103/S1068366621060131

30.      Vynohradova, O. P., Vasylchuk, O. S., Zakora, A. P., Peta­syuk, G. A., & Garashchenko, V. V. (2021). The analysis of nature of damage of the matrix material used in production of diamond drilling and stone working tools during destraction of rocks. Energy-and resorce-saving technologies of developing the raw-material base of mining regions. Petrosani: UNIVERSITAS. https://doi.org/10.31713/M1021

• < Попередня
• Наступна >