A vésőfejek fejlesztése a gyorsabb kőzetfúrás és a hosszabb élettartam érdekében

A vésőfejek, más néven pengefejek vagy laposfejek, továbbra is széles körben használatosak a kőzetek alagútfúrásában és bányászatában egyszerű szerkezetük, könnyű gyártásuk és kényelmes újraélezésük miatt. A hagyományos vésőfej hosszú, egyenes vágóéllel töri a kőzetet ütés és forgás hatására.

Ennek az egyszerű forgácsolási geometriának azonban vannak korlátai is. A vágóél külső sarkai gyakran gyorsabban kopnak, mint a középpont. Kemény vagy repedezett kőzetben ezek a sarkok lepattanhatnak, beszorulhatnak, vagy elveszíthetik a kerek furat megtartásának képességét. Az egyenetlen kopás csökkenti a behatolási sebességet, növeli az utánköszörülési munkát, és lerövidítheti a fúró élettartamát.

A vésőfej geometriájának javítása segíthet a vágási terhelés hatékonyabb elosztásában, a sérülékeny sarkok védelmében, a leválasztás javításában és a fúrt méterenkénti összköltség csökkentésében. Egy hasznos megközelítés az egyetlen hosszú vágóél helyettesítése egy többélű elrendezéssel, amely ferde külső vágóéleket és forgácstörő hornyokat kombinál.

Miért kopnak egyenetlenül a hagyományos vésőfejek?

Fúrás közben a vágóél minden pontja másképp érintkezik a kőzettel. Az él középső szakasza általában kisebb körpályát tesz meg, mint a külső szakaszok. Minél közelebb van egy pont a külső átmérőhöz, annál nagyobb kőzetfelületet kell áttörnie minden fordulat során.

Ennek eredményeként a hagyományos vésőfej külső sarkai gyakran nagyobb vágási és kopási terhelést viselnek, mint a közepe. Ezek a sarkok a furat oldalfalához is érhetnek, ami további súrlódást és oldalirányú kopást okoz.

Amikor a sarkok gyorsan kopnak, számos probléma merülhet fel:

• A teljes furatátmérő fenntartásának korlátozott képessége

• Nagyobb a bit beszorulásának kockázata

• Gyenge lyukkerekség

• Gyakoribb utáncsiszolás

• Nagyobb vágási ellenállás

• Nagyobb a szélek lepattogzásának kockázata

• Csökkent fúrási hatékonyság

A módosított vésőfej-kialakítás célja, hogy csökkentse a koncentrált terhelést ezeken a sérülékeny külső területeken, miközben javítja a kőzettörő hatást a teljes fúrófelületen.

Egy hosszú éltől több rövid élig

A forráscikk egy kísérleti megközelítést ír le, amelyben egy vésőfej két könnyen kopó sarkát ferde vágóéllé köszörülték. Ezután a vágófelület mindkét oldalára kis hornyokat alakítottak ki. Ez egyetlen hosszú vágóélt több rövidebb, különböző vágási irányú éllé alakított.

A bemutatott kialakításban egy hosszú elsődleges élt többélű forgácsolórendszerré alakítottak át. A teljes effektív vágóélhossz megnőtt, miközben az egyes élszegmensek által hordott terhelés csökkent.

Ez a geometria számos módon javíthatja a teljesítményt.

Először is, a ferde külső élek segítenek megvédeni az eredeti sarkokat. Ahelyett, hogy a legkülső sarok viselné az összes oldalirányú kopást, a ferde felületek vezetik az érintkezést, és segítenek az erő nagyobb területen történő elosztásában.

Másodszor, több rövid él több kőzettörési pontot hozhat létre minden egyes ütés során. Egyetlen hosszú, egyenes vonalú bemélyedés helyett a fúró több metsző vagy eltolt bemélyedést hozhat létre. Ez elősegítheti a kőzet könnyebb törését a kombinált nyomás-, nyírás- és ütésterhelés alatt.

Harmadszor, a hornyok javíthatják a forgácseltávolítást. Ha a horony geometriája egy vonalban van az öblítőfuratokkal, a levegő vagy a víz hatékonyabban tudja eltávolítani a forgácsot a fúrófelületről. A jobb öblítés csökkenti a forgács újraköszörülését, csökkenti a hőmérsékletet és lassítja a kopást.

A többélű vésőfej lehetséges előnyei

Egy jól megtervezett, módosított vésőfej számos gyakorlati előnnyel járhat.

Hosszabb élettartam

A leginkább terhelt külső sarokszakaszok eltávolításával vagy átalakításával a módosított geometria csökkentheti a koncentrált kopást. A forráscikk olyan korábbi tesztekről számol be, amelyekben a ferde élű módosítás javította az élettartamot az újraköszörülés után. Ezeket az eredményeket esetspecifikus referenciaként kell kezelni. A tényleges élettartam-javulás a kőzettípustól, a fúróteljesítménytől, az öblítéstől, a fúróanyagtól, az újraköszörülés minőségétől és az üzemeltetési körülményektől függ.

Az alapvető mérnöki elv helytálló: ha a vágási terhelés egyenletesebben oszlik el, a lokális kopás és károsodás csökkenthető.

Nagyobb penetrációs hatékonyság

Egy többélű fúró több érintkezési zónán keresztül is képes feltörni a kőzetet, ahelyett, hogy csak egy egyenes élre hagyatkozna. A különböző forgácsolási irányok egyenetlenebb és repedezettebb furatfeneket hozhatnak létre, ami javíthatja a kőzet felaprózódását azonos ütési energia mellett.

A cikk jelentős átlagos fúrási hatékonyságnövekedésről számol be az összehasonlító terepi tesztek során. A vállalkozóknak ezeket a javulásokat kontrollált kísérletekkel kell igazolniuk, ugyanazt a fúróberendezést, fúróacélt, légnyomást, furatátmérőt és kőzetképződést alkalmazva.

Jobb vezetés és furatforma

Egy hagyományos laposfúró nehezen tudja megtartani a középre igazított és kerek furatot, ha a vágóél egyenetlenül kopik. Egy módosított fúró, amely stabilabb, kúposabb furattalp-profilt hoz létre, javíthatja az önvezető viselkedést.

A jobb furatközpontosítás értékes lehet alagútfúrás és robbantás során, mivel a furat eltérése befolyásolja a fúrási pontosságot, a töltetterhelést, a térközöket, a töltet elhelyezését, a széttöredezést és a túltörést.

Kevesebb elakadt és lepattant sarok

Kemény, repedezett kőzetben egy hagyományos vésőfej keskeny vonal mentén érhet hozzá a furat aljához. Ezáltal a külső sarkok beszorulhatnak vagy lepattanhatnak.

A többélű konfiguráció növelheti az érintkezési felületet és szélesebb körben eloszthatja a terhelést. Hatékony öblítéssel kombinálva ez csökkentheti az elakadt bitek és az élek károsodásának kockázatát.

Javított öblítés

A forráscikkben leírt kis hornyok az öblítési útvonal részévé válhatnak. Ha megfelelően csatlakoznak a fúrófej levegő- vagy vízlyukaihoz, segítenek a fúróanyag kifelé vezetésében a vágófelülettől.

A kőzetfúrásnál elengedhetetlen a jó átmosás. Ha forgács marad a furat alján, a fúró a törött anyagot a friss kőzet szétzúzása helyett. Ez növeli az energiafogyasztást, a hőt, a kopást és a szerszámkopást.

Az újraköszörülés előnyei

A keményfém lapkás vésőfejek utánélezése elengedhetetlen. A hagyományos vésőfejeknél az a kihívás, hogy az erősen kopott külső sarkok jelentős anyageltávolítást igényelhetnek az eredeti profil visszaállításához. Ez keményfémet fogyaszthat, növelheti a köszörülési időt, és megfelelő mérőeszközök nélkül megnehezítheti az egységes geometria fenntartását.

Egy módosított fúrófej leegyszerűsítheti az utánköszörülést, mivel a kopás jobban lokalizálható a külső, ferde éleken. Bizonyos esetekben a középső rész kevesebb anyagleválasztást igényelhet. Ez csökkentheti a köszörülési munkaterhelést és megőrizheti a felhasználható keményfémet.

Az utánköszörülést azonban óvatosan kell végezni. A túlzott hő károsíthatja a keményfémet, vagy gyengítheti a keményfém és a fúrófej közötti kötést. A durva köszörűkorongok mély karcolásokat hagyhatnak, amelyek repedések kialakulásának pontjaivá válhatnak. A túlmelegedés utáni gyors vízben történő edzés szintén hősokkot okozhat, és kerülni kell, kivéve, ha a fúrófej gyártója szabályozott folyamatot ír elő.

Az utánélezést képzett személyzetnek kell elvégeznie a megfelelő berendezések, hűtési gyakorlat, ellenőrzési szabványok és a fúrószerszám-gyártó által ajánlott geometria használatával.

Gyakorlati szempontok az örökbefogadás előtt

A módosított vésőfej-kialakítást nagymértékű használat előtt tesztelni kell. A következő tényezőket kell értékelni:

• Kőzetkeménység, koptatóképesség és törési állapot

• Fúróberendezés ütési energiája és forgási sebessége

• Furatátmérő és a szükséges furategyenesség

• Levegő- vagy vízöblítési kapacitás

• Fúróacél és keményfém minőség

• Meglévő utánköszörülési képesség

• Fúrt méterenkénti költség, beleértve az állásidőt és a munkadíjat

• Összehasonlító behatolási sebesség és bit élettartam

A forráscikkben ismertetett korábbi vizsgálati adatok hasznos ötleteket nyújtanak, de a modern fúróberendezések, keményfém-minőségek és üzemi körülmények eltérőek. A terepi kísérleteket képzett fúrószemélyzetnek kell megterveznie, mérnie és felülvizsgálnia.

Következtetés

A vésőfejek egyszerű szerszámok, de a vágási geometrián végrehajtott apró változtatások jelentős hatással lehetnek a fúrási teljesítményre. Szögletes külső élek, több rövid vágóél és megfelelően elhelyezett öblítőhornyok bevezetésével a gyártók és a kivitelezők csökkenthetik a sarokkopást, javíthatják a kőzetfeldarabolódást, javíthatják a furatminőséget és csökkenthetik az utánköszörülési igényt.

A legjobb fúrófej-kialakítás mindig alkalmazásspecifikus. A sikeres módosításnak illeszkednie kell a kőzetképződéshez, a fúróberendezéshez, az öblítőrendszerhez, a fúrófej anyagához és a karbantartási gyakorlathoz. Ellenőrzött terepi tesztekkel validálva a továbbfejlesztett vésőfej-geometria a hosszabb élettartam és az alacsonyabb fúrási költségek elérésének gyakorlatias módjává válhat.