Объектом исследования данной работы являются концевые фрезы с алмазоподобным покрытием. Цель работы – определить наиболее благоприятные условия работы концевых фрез с алмазоподобным покрытием. В результате выполнения работы были проведены исследования износа алмазоподобного покрытия на концевых фрезах, построены и проанализированы графики зависимостей этих износов. Проведен анализ полученных результатов и выдвинута гипотеза об еще одной возможной причине разрушения покрытия, в то время как остальные известные причины устранены. Проведено исследование предлагаемой гипотезы. По результатам исследования проведен расчет прочности и подтверждена предлагаемая гипотеза. / The object of research in this work is diamond-coated end-milling cutters. The purpose of the work is to determine the most favorable working conditions for end-milling cutters with a diamond-like coating. In the course of the work, the study of the wear of the diamond-like coating on end-milling cutters at various cutting modes was carried out, the graphs of the dependences of these wear in time were built and analyzed. The analysis of the results obtained is carried out and a hypothesis is put forward about another possible cause of the destruction of the coating, while the other known causes have been eliminated. To confirm the hypothesis a study was carried out. According to the results of the study, the strength calculation was carried out, the proposed hypothesis was confirmed.

В начале работы рассматриваются факторы, которые влияют на точность станков, и учитывается роль температурных деформаций для обеспечения точности обработки на металлорежущих станках. Наблюдается, что большое влияние на точность станков оказывают тепловые деформации. После этого познакомились со способами уменьшения температурных деформаций узлов станков, которые используются в данное время, и с техническими средствами их реализации. Рассмотрев существующие системы, мы определили задачу разработки системы термостабилизации с водяным охлаждением электрошпинделя. Для начала мы модернизировали существующую систему термостабилизации шпиндельного узла, в которую включили цепь дифференциала. Потом, обозначив достоинства и целесообразность комбинированного управления, разработали более совершенную систему термостабилизации шпиндельного узла. Далее рассмотрен другой фактор погрешности при обработке – это инструмент, в нашем случае резец для токарной обработки. Для него была разработана система охлаждения с учетом нагрева пластины. / At the beginning of the work, the factors that affect the accuracy of machine tools are considered, and the role of temperature deformations is taken into account to ensure the accuracy of processing on metal-cutting machines. It is observed that thermal deformations have a great influence on the accuracy of machine tools. After that, we got acquainted with the ways to reduce the temperature deformations of machine components that are currently used, and with the technical means of their implementation. Having considered the existing systems, we determined the task of developing a thermal stabilization system with a water-cooled electric spindle. To begin with, we upgraded the existing thermal stabilization system of the spindle assembly, which included a differential circuit. Then, having identified the advantages and expediency of combined control, we developed a more advanced system of thermal stabilization of the spindle assembly. Next, another factor of error in processing is considered – this is a tool, in our case, a cutter for turning. A cooling system was developed for it, taking into account the heating of the plate.

[pt] A perfuração de poços de petróleo em ambientes adversos requer especialistas dedicados a estuda-la a fim de garantir que ela ocorra de forma rápida, segura e com qualidade. Dentro desse contexto, há estudos experimentais e numéricos que avaliam a ação de corte feita por um cortador individual objetivando quantificar as forças de contato, propor soluções para aumentar o seu tempo de vida útil e a sua taxa de penetração, e entender o mecanismo de corte. Seguindo esta linha de pesquisa, a presente Tese visa oferecer uma melhor compreensão para o problema de interação rocha/cortador PDC (Polycrystalline Diamond Compact) ao longo da perfuração de depósitos evaporíticos de halita e de reservatórios de carbonatos. O estudo foi abordado através da modelagem numérica do ensaio de cortador único e da modelagem numérica de corte por múltiplos cortadores através do método dos elementos discretos. Resultados experimentais aferiram a calibração da amostra sintética e dos modelos numéricos de corte em rocha. Um estudo numérico paramétrico do ensaio de cortador único foi feito objetivando identificar parâmetros que controlam a ação de corte. Em seguida, foi desenvolvida uma equação analítica que quantifica a energia específica mecânica global resultante da ação de múltiplos cortadores, a fim de entender e quantificar qual a contribuição de cada cortador na eficiência global. A equação foi aplicada usando os resultados das modelagens numéricas de múltiplos cortadores. Constatou-se que o bom ajuste entre as previsões numéricas e os resultados experimentais validou o uso do método dos elementos discretos para modelar o processo de corte em diferentes tipos de rochas. A modelagem numérica desenvolvida neste estudo pode ser considerada uma ferramenta útil para projeto e otimização do desempenho de brocas de perfuração. / [en] Oil wells drilling in adverse environments requires specialists dedicated to study the drilling process to ensure a quickly, safely and quality performance. In this context, experimental and numerical studies can be find in technical literature that evaluate the cutting action done by a single cutter aiming to quantify the contact forces, proposing solutions to increase its useful life time and its rate of penetration, and to understand the cutting mechanism. Following this line of research, this Thesis aims to provide a better understanding regarding the rock / polycrystalline diamond compact cutter interaction during the halite deposits and carbonate reservoirs drilling. The study was approached through numerical modeling of the single cutter test and through numerical modeling of the cutting action by multiple cutters using the discrete element method. Experimental results were used to calibrate the synthetic sample and the rock cutting numerical models. A parametric numerical study of the single cutter test was done aiming to identify parameters that control the cutting action. Then, an analytical equation was developed that quantifies the global mechanical specific energy resulting from the cutting action of multiple cutters, in order to understand and quantify the contribution of each cutter to overall efficiency. The equation was applied using the results of numerical modeling of multiple cutters developed in this work. It was verified that the good agreement between numerical predictions and experimental results validated the use of the discrete element method to model the cutting process in different rock types. The numerical modeling developed in this study can be considered a useful tool for design and optimizing the performance of drill bits.

Diese Arbeit soll die Rolle der Zeichen am genannten Gebäude untersuchen. Im Verlauf der Analyse sollen drei Funktionen der Zeichen bewiesen werden. Zunächst erfolgt die Ausarbeitung der allgemein bekannten Verwendung der Steinmetzzeichen als "persönliches Zeichen" und "Abrechnungszeichen" am Beispiel der Frauenkirche. Als eigentliches Endergebnis der Arbeit steht die Feststellung der weiteren Nutzung der Steinmetzzeichen als "Versetzzeichen" oder auch "Versetzmarke". Sie können an besonderen Stellen des Gebäudes im engen Zusammenspiel mit zusätzlich in den Stein eingebrachten Steinzeichen auftreten. Solche Markierungen werden als "Zusatzzeichen" benannt. Die sich daraus ableitenden Besonderheiten werden gleichfalls dargestellt. Um sich der betreffenden Fragestellung zu nähern, war eine Erfassung und Dokumentation aller gefundenen Steinzeichen notwendig. Ein Studium des Trümmerberges und des vorangegangenen Einsturzes der Kirche ist als erster Arbeitsschritt erfolgt. In dieser Folge entstand als Ergebnis eine umfangreiche Datenbank. Deren Inhalt wird mit Hilfe verschiedener Grafiken anschaulich gemacht. Die vorgelegte Arbeit kann die aus der bisherigen Diskussion zur allgemeinen Thematik offenen Fragen nicht mit allgemein verbindlichen Antworten abschließen. Sie kann jedoch die Auseinandersetzung bereichern, in dem am Beispiel der Frauenkirche zu Dresden spezifische Besonderheiten des Zeichenwesens aufgezeigt werden.

Nous présentons dans ce mémoire un modèle d'interaction outil-roche qui calcule les efforts de forage en fonction du déplacement dans la roche d'un outil de forage de type PDC, et permet d'évaluer ses propriétés directionnelles, à savoir, son indice d'anisotropie (steerability) et son angle de walk. Le mouvement de l'outil est défini par une translation suivant trois axes et une rotation suivant deux axes. L'angle de tilt, qui définit l'inclinaison de l'outil par rapport à l'axe du trou en cours de forage, est pris en compte dans le calcul des surfaces d'interactions effectives entre les différentes composantes de l'outil (structure de coupe, garde active et garde passive) et la roche. Ce modèle outil est établi à partir d'une modélisation de la coupe de roche par un taillant. Ce modèle de coupe élémentaire est construit de manière à être applicable aux différentes parties de l'outil. Les efforts élémentaires de coupe sont intégrés sur toute la structure de l'outil de forage afin de calculer ses propriétés directionnelles. Le modèle d'interaction outil-roche est validé à partir d'essais de forage directionnel réalisés sur un banc spécialement conçu pour reproduire le comportement des systèmes de forage dirigé existants. Il constitue un outil d'aide à la décision pour la sélection de l'outil de forage en fonction du système au bout duquel il sera fixé. Ce modèle pourra aussi être intégré dans une boucle de régulation automatique ou semi-automatique de contrôle et de correction de la trajectoire en temps réel. / This work deals with the formulation of global relationships between kinematic variables describing the penetration of a PDC bit into the rock and drilling forces acting on it. This allows us determine the bit directional properties in terms of steerability, which corresponds to the bit lateral aggressiveness, and walk, which describes the bit azimuth displacement with respect to the side force. The bit kinematic quantities are divided into a three-axis penetration vector and a two-axis angular penetration vector. The bit tilt, which describes the angle between the bit revolution axis and the borehole tangent, is used to compute the effective interaction surface between the bit's different components (cutting structure, active gauge and passive gauge) and the rock. A new cutter-rock interface law is set up and experimentally validated in order to compute elementary forces acting on all parts of a drill bit. Bit directional properties are computed after the integration of these elementary forces. The bit-rock interaction model is experimentally validated with directional drilling tests held on a full-scale drilling bench developed to reproduce Rotary Steerable Systems (RSS) directional behavior. Tests and theoretical results enabled us to fully understand the roles of tilt angle, bit design, operating parameters and rock properties in the deviation process of a PDC bit. The bit-rock interaction model is a decision support tool for optimal drill bit selection according to the RSS being used. It could also be embedded in a real-time Closed-Loop Guided Directional Drilling controller in order to correct the drilling direction or follow a planned borehole trajectory.

Diese Arbeit soll die Rolle der Zeichen am genannten Gebäude untersuchen. Im Verlauf der Analyse sollen drei Funktionen der Zeichen bewiesen werden. Zunächst erfolgt die Ausarbeitung der allgemein bekannten Verwendung der Steinmetzzeichen als "persönliches Zeichen" und "Abrechnungszeichen" am Beispiel der Frauenkirche. Als eigentliches Endergebnis der Arbeit steht die Feststellung der weiteren Nutzung der Steinmetzzeichen als "Versetzzeichen" oder auch "Versetzmarke". Sie können an besonderen Stellen des Gebäudes im engen Zusammenspiel mit zusätzlich in den Stein eingebrachten Steinzeichen auftreten. Solche Markierungen werden als "Zusatzzeichen" benannt. Die sich daraus ableitenden Besonderheiten werden gleichfalls dargestellt. Um sich der betreffenden Fragestellung zu nähern, war eine Erfassung und Dokumentation aller gefundenen Steinzeichen notwendig. Ein Studium des Trümmerberges und des vorangegangenen Einsturzes der Kirche ist als erster Arbeitsschritt erfolgt. In dieser Folge entstand als Ergebnis eine umfangreiche Datenbank. Deren Inhalt wird mit Hilfe verschiedener Grafiken anschaulich gemacht. Die vorgelegte Arbeit kann die aus der bisherigen Diskussion zur allgemeinen Thematik offenen Fragen nicht mit allgemein verbindlichen Antworten abschließen. Sie kann jedoch die Auseinandersetzung bereichern, in dem am Beispiel der Frauenkirche zu Dresden spezifische Besonderheiten des Zeichenwesens aufgezeigt werden.

Beim Parameter „Druscheignung“ eines Bestandes wird gemeinhin angenommen, dass dieses Kriterium durch die Genetik der Sorte und den Witterungsverlauf, weitgehend unbeeinflusst von Landwirt, festgelegt ist. Und dennoch verändert der Landwirt mit all seinen Entscheidungen von der Auswahl der Sorten, über die Düngung, den Pflanzenschutz bis hin zum Erntemanagement die Druscheignung stetig. Zur Ernte, als letzten Abschnitt der Verfahrenskette, entfaltet die Druscheignung dann außerordentlich große ökonomische Auswirkungen. Anhand verschiedener Beispiele aus Züchtung, Pflanzenernährung, Pflanzenschutz und Erntetechnologie wurde dargestellt, wie auf die Druscheignung Einfluss genommen werden kann und wie diese Auswirkungen monetär zu bewerten sind. Aus dem Bereich der Züchtung wurde die Entwicklung eines neuen Wuchstyps bei den Rapshalbzwergen ausgewählt, der mit weniger Biomasse konkurrenzfähige Erträge erzielt. Die Abreife ist einheitlicher, der Erntetermin kann problemloser fixiert werden, der Drusch ist leistungsstark und verlustarm. Späte und intensiv geführte Sorten sind mit Hilfe einer Sikkation zeitlich früher und leichter zu beernten. Das schafft Erntesicherheit bei geringeren Verlusten, höheren Mähdrescherleistungen und sinkendem Kraftstoffverbrauch. Die bedarfsgerechte Ausbringung des Stickstoffs in Art, Menge und Zeit, entsprechend der kleinräumigen Heterogenität eines Schlages, führt zu einer Homogenisierung der Bestände. Die Bestände reifen gleichmäßiger ab und führen zu etwa 20 Prozent höherer Mähdrescherleistung sowie geringerem Kraftstoffverbrauch. Am Beispiel des Hochschnitts wurde verdeutlicht, wie sich die bessere Beerntbarkeit auf Maschinenkosten, Gesamternteverluste, Qualität und Trocknung auswirkt. Hebt man die Stoppellänge um 10 Zentimeter an, lässt sich die Mähdrescherleistung um ca. 15 bis 20 Prozent steigern. Diese Beispiele unterstreichen zugleich die Forderung, dass die Druscheignung nicht erst zur Ernte diese Führungsrolle übernimmt, sondern auch in den vorgelagerten Verfahrensabschnitten als ein starkes Entscheidungskriterium gelten muss. / The parameter “threshability” of a stand is commonly assumed to be a criterion defined by the genetics of the strain and the weather conditions which is mainly not influenced by the farmer. Nevertheless, the farmer continuously changes the “threshability” with all his decisions, from the selection of the strains, via the use of fertilizers to the harvest management. For harvest, as the last stage of the process chain, the threshability develops extraordinarily high economic effects. On the basis of several examples from cultivation, plant nutrition, plant protection and harvest technology it was described, how the threshability can be influenced and how this effect is to be assessed monetarily. In the field of cultivation, the development of a new growth type of semi-dwarf rape has been selected, which yields competitive returns with less bio mass. Ripeness is more homogeneous, the harvest date can be fixed without problems, threshing is efficient and with low loss. Using the method of siccation, late and intensively controlled strains can be harvested earlier and easier. This offers harvest safety with low loss, higher combine harvester performance and reduced fuel consumption.The need-based spreading of nitrogen referring to type, quantity and time according to the small-scale spatial heterogeneity of a field leads to a homogenisation of the stands. The stands ripen more evenly and this fact causes about 20 percent higher combine harvester performance, as well as reduced fuel consumption. Using the example of high-cut top harvest it was clarified how the better harvestability influences the machine costs, the total harvest losses, the quality, and the drying process. If the length of the stubbles is extended by 10 centimetres, the combine harvester performance can be increased by 15 to 20 percent. These examples also emphasize the requirement that the threshability does not just take over the leading role for the harvest but has also to be considered as a strong decision criterion within the prior stages of the process.