Hibaelemzés és a kőzetfúró eszközök megfelelő használata
Kőzetfúró szerszámok meghibásodási elemzése Kína ma már számos, eltérő jellemzőkkel rendelkező kőzetfúró szerszámot (RDT) gyárt – mint például oszlopos/betétes fogú fúrók, keményfém integrált fúrók, ultraszívós kőzetfúrók és K610 keményfém –, amelyek minősége és élettartama javult, de továbbra is inkonzisztens. A korai meghibásodások főként a fúró- és fúrórúdproblémáknak tudhatók be.
A fúrófejek rendellenes és normál kopás miatt mennek tönkre: szilánkosodás, fogtörés, fogvesztés, lepattogzás és törések. A véső típusú fúrók gyakran azért mennek tönkre, mert a vágószárnyak túl vékonyak, gyorsan kopnak, gyenge a geometriai stabilitásuk, és a keményfém betétek befogása nem megfelelő, ami lapkaveszteséghez és gyorsított kopáshoz vezet. A gömb alakú/gombos fúrók jellemzően éllepergést, élfogak törését, a szoknya repedését, sapkaveszteséget és derék- (test) törést szenvednek el. Egy 7655-ös pneumatikus fúróval kemény grániton végzett terepvizsgálat a háztartási ∅40–∅42 lapkafogú fúrók esetében a következőket találta: élfog lepattogzás 22,7%, élfogtörés 35,4% és szilánkveszteség 26,4% – ami azt mutatja, hogy az élfogak károsodása a domináns meghibásodási mód. Az okok közé tartozik az élfogakra ható excentrikus és egyenetlen feszültség, az eltérő radiális nyomás, a fogfurat falának növekvő képlékeny deformációja (ami harangszerű szájrészt és csökkent szorítóerőt eredményez), a fog és a furat közötti elégtelen illeszkedés, valamint az alacsony fúrótest-keménység. A nagyobb fúrótest-keménység sokkal jobban előnyös a keményfémeknek, mint a közepes/alacsony keménységű testeknek. A hegesztési minőség, a fedőfolyadék teljesítménye, a hegesztési gyakorlat és a használat szintén befolyásolja a meghibásodásokat. A fúrófej-törések több mint 80%-a a fúrófelület és a szoknya találkozásánál keletkezik; a betétlapka-fogfúrók részleges törései a fogfurat alja mentén terjednek. A rossz acélválasztás, a nem megfelelő geometria, a nem megfelelő gyártás vagy a helytelen használat szintén súlyosbítja a töréseket.
A fúrórudak váltakozó feszültségeket – ütést, hajlítást és korróziót – bírnak ki, ezért nagy kifáradási szilárdságot, ütésállóságot, korrózióállóságot, valamint alacsony bevágásérzékenységet és repedésterjedési sebességet igényelnek. A rudak meghibásodásai közé tartoznak a kis rúdszár végének deformációi az alacsony keménység miatt, a nagy keménységű végek repedése, a menet kopása a csatlakozóknál, a kifáradásos törések és a rideg törések. A kifáradásos törések anyaghibákból (nemfémes zárványok, porozitás, fehér foltok, karcolások, dekarbonizáció, korróziós repedések) vagy rossz anyag-/hőkezelésből (túlkeményedett mag a karbonizálásból, rossz edzés, ami farokrepedéseket, edzési repedéseket okoz) indulnak be és terjednek tovább. A tervezési hibák és a rossz csatlakozási illeszkedés repedéseket okozhat; a helytelen használat (kalapácsnyomok, rossz illesztési kenés, korrózió) szintén repedést és törést okoz. Egyes rudak törései nem mutatnak kifáradási jellemzőket, és fényes, kristályos rideg törésekként jelentkeznek – általában hibákból, súlyos keresztmetszeti változásokból, kovácsolási átfedésekből vagy nem megfelelő hőkezelésből, ami alacsony szilárdságot vagy nagy feszültségkoncentrációt és gyors repedésterjedést eredményez.
A kőzetfúró szerszámok helyes és racionális használata 2.1 A tervezési minőség javítása Az ésszerű szerkezeti paraméterek meghatározása és új típusok fejlesztése a hosszabb élettartam előfeltétele. A betét-/oszlopfogú fúrók esetében a félgömb alakú koronák nagy fúrási sebességet és tartós nyomószilárdságot biztosítanak. A fogátmérőnek biztosítania kell a szakítószilárdságot és a szorítóerőt. Az élfogak károsodásának csökkentése és az élettartam meghosszabbítása érdekében: (1) az élfogak megerősítése a megfelelő fogforma, átmérő és szabad magasság megválasztásával; (2) az élfogak homlokszögének csökkentése a terheléseloszlás és az ütésállóság javítása érdekében; (3) a megfelelő hegesztési hézagok és illesztés kiválasztása a tartóerő növelése érdekében; (4) szívósabb, hőkezelt keményfémek használata az élfogakhoz a széttöredezés megelőzése érdekében; (5) a fúrótest megerősítése a kopásállóság javítása érdekében; (6) a fogelrendezés optimalizálása, az élfogak számának növelése, ahol lehetséges, és az öblítés javítása – a felületi vízlyukak megtartása és egy nagy résű, háromhornyú/kétfuratos öblítőrendszer a forgácseltávolítás növelése, a forgács újraköszörülésének csökkentése, az energiafogyasztás csökkentése és a fúró élettartamának meghosszabbítása érdekében.
Javítja a rúdgeometriát: pl. az Ingersoll-Rand teljes menetű, hengerléssel előállított, felületi edzéssel, nagyobb spirálszöggel és jó önzárósággal rendelkező rudai javítják a szívósságot, a kopásállóságot és az összeszerelés/szétszerelés megkönnyítését. Javítja a megjelenést és a csomagolás kialakítását a szerszámok védelme és az élettartam meghosszabbítása érdekében.
2.2 Válasszon kiváló minőségű anyagokat A szerszámanyagoknak szívósnak és kopásállónak, jó merevséggel, nagy kifáradási szilárdsággal, alacsony becsípődésérzékenységgel, erős keményfém-megtartással és némi korrózióállósággal kell rendelkezniük. Az ajánlott acélok a következők: 24SiMnNi2CrMo (hasonló a svéd FF710-hez) kiváló kombinált mechanikai és törési tulajdonságokkal; 40SiMnMoV rudakhoz (átlagos penetráció ~1225,4 m, közel a külföldi szinthez); 55SiMnMo kis rudakhoz, megközelítve a svéd 95CrMo kis rudak élettartamát (~250 m); 35SiMnMoV, ~300 m/rudak. Ezek az acélok a edzés után bainites mikroszerkezeteket képeznek, nagy kifáradási szívóssággal. Lapkáskötésű kis és közepes fúrófejekhez a 40MnMoV alkalmas a fúrótesthez; melegen csapolt lapkás fúrófejekhez a 45NiCrMoV az előnyösebb. A keményfém kiválasztásának meg kell egyeznie a kőzetmechanikával és a fúrótípussal.
2.3 Fejlett gyártástechnológia alkalmazása A bitek megmunkálása – a hagyományos kovácsolás helyettesítése – kulcsfontosságú fejlesztés. Hegesztett bitek esetén megfelelő fűtőberendezést (ultrahangos vagy középfrekvenciás indukciós kemencék) vagy teljes indukciós fűtést kell használni az oxidáció és a dekarbonizáció megelőzése, a szabályozható rövid melegítési idők biztosítása, a forrasztás megkönnyítése és a hűtés szabályozásával a hűtőfeszültségek elkerülése érdekében. A hegesztési varrat méretének megfelelő növelése, osztályozott köszörűkorongok választása és a hegesztési felületek alapos tisztítása szerves oldószerekkel a forrasztás minőségének javítása érdekében.
Közepes és nagy átmérők esetén a lapkarögzítéshez meleg beszerelés ajánlott: ez minimálisan befolyásolja a fúrótest és a keményfém tulajdonságait, megőrzi a felületi minőséget, kéttengelyes nyomófeszültségi állapotokat hoz létre a csatlakozásnál, jó rögzítést biztosít és csökkenti a szilánkveszteséget, valamint optimális acél hőkezelést tesz lehetővé. A hidegen sajtolt lapkák nagy megmunkálási pontosságot igényelnek – nagy pontosságú szerszámokat és rövid méretláncokat kell használni az érintkezési merevség és a fog-furat felületi minőségének növelése érdekében. A szerszámgeometriának nagyobb forgácsolási deformációt és extrudálási erősítést kell lehetővé tennie, hogy a furatfal előnyös nyomó maradékfeszültséget és feszültségkeményedett felületi réteget kapjon.
A rúd élettartamának növelése érdekében precíziós kovácsoló és megmunkáló szerszámokat kell gyártani a szájüregek, sorjak vagy repedések megelőzése érdekében. Javítani kell az üreges acélhengerlés minőségét a horpadások, varok, gyűrődések és dekarbonizáció kiküszöbölése érdekében.
Következtetés Ez a tanulmány elemezte az RDT meghibásodási módjait, megvizsgálta a fúrószerszám szerkezetét és károsodási formáit, bemutatva a meghibásodás okait, és élettartam-hosszabbító intézkedéseket javasolva: megfelelő szerkezeti paraméterek, minőségi anyagválasztás és fejlett gyártási technikák. A szerszám élettartama azonban a benne rejlő minőségtől és a tudományos felhasználástól függ. További gyakorlati szempontok: a fúrószerszámok eltávolításakor a kézi kalapácsolás helyett lehúzókat kell használni; a fúrószerszámokat újra kell élezni a felületi repedések kialakulásának és növekedésének csökkentése, valamint a fúrási sebesség javítása érdekében; a helyes működés betartása – lassan haladjon előre, amíg a fúrószerszám be nem hatol a kőzetbe a teljes sebességű fúrás előtt; győződjön meg arról, hogy a rúdcsatlakozások koncentrikusak, a menetek pedig teljesen illeszkednek; ha a fúrószerszám beszorul, kerülje a kalapácsolást – zárja el a bemeneti szelepet, nyissa ki a vízcsapot, lassan haladjon előre, és előre-hátra mozdulatokkal simítsa ki a furatfalat és szabadítsa ki a szerszámot, megakadályozva a keményfém széttöredezését, a szár törését vagy a rúd törését.
Összefoglalva, az RDT a különböző körülmények között összehangolt fúrók, célzott szerszámok és megfelelő gépek használatával elérheti a potenciális teljesítményét.
