Modeling the process of mineral rocks cutting with a tool made of polycrystallinе superhard materials

Abstract

Purpose. To analyze the process of rocks cutting by a tool made of polycrystallinе superhard materials (PSM). Methods. Mathematical modeling of rock destruction process. Findings. A model of deformation and fracturing of rock mass under the influence of a tool made of PSM is developed, which makes it possible to calculate the pressure in the zone of the tool contact with the rock and determine the change of the tool surface shape during wear. Originality. The developed model of the PSM interaction with the rock mass takes into account both tool wear and displacement due to the elastic deformation of the rock, formation of the pre-destruction zone and brittle fracture of the rock. Practical implications. It is shown that the shape of the worn out tool surface essentially depends on the ratio of the parameters describing elastic deformation, formation of the pre-destruction zone and brittle fracture of the rock, which can be used to determine the relative role of these processes in cutting various types of rocks.

Цель. Анализ процесса резания горных пород инструментом из поликристаллических сверхтвердых материалов (ПСТМ). Методика. Математическое моделирование процесса разрушения горных пород. Результаты. Разработана модель деформирования и разрушения породного массива под воздействием инструмента, оснащенного поликристаллическими сверхтвердыми материалами, позволяющая рассчитать величину давления в зоне контакта резца с породой и определить формоизменение поверхности резца в процессе износа. Научная новизна. Разработанная модель взаимодействия инструмента из поликристаллических сверхтвердых материалов с породным массивом учитывает одновременно износ инструмента и перемещения вследствие упругого деформирования породы, образования зоны предразрушения и хрупкого разрушения породы. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований были использованы при создании ряда новых конструкций породоразрушающего инструмента, оснащенного поликристаллическими сверхтвердыми материалами.

Мета. Аналіз процесу різання гірських порід інструментом з полікристалічних надтвердих матеріалів (ПСТМ). Методика. Математичне моделювання процесу руйнування гірських порід. Результати. Розроблено модель деформування й руйнування породного масиву під впливом інструменту, оснащеного полікристалічними надтвердими матеріалами, що дозволяє розрахувати величину тиску в зоні контакту різця з породою і визначити формозміну поверхні різця у процесі зносу. Наукова новизна. Розроблена модель взаємодії полікристалічних надтвердих матеріалів з породним масивом враховує одночасно знос інструменту та переміщення внаслідок пружного деформування породи, утворення зони передруйнування і крихкого руйнування породи. Практична значимість. Результати проведених досліджень були використані при створені ряду нових конструкцій породоруйнуючого інструменту, оснащеного полікристалічними надтвердими матеріалами.