Amikor a kemény kőzet töri először a keményfémet: A kis fúrófejek újragondolása
Rendkívül kemény, szívós kőzetben a fúrófej meghibásodhat, mielőtt a csapat még belemerülne a fúrókörbe.
Az első néhány ütés megérkezik. Az egyik keményfém lapka koncentrált terhelést kap. Egy apró repedés keletkezik. Aztán egy sarok letörik, vagy a lapka letörik, vagy a fúró elveszíti a vágóélét jóval azelőtt, hogy a normál kopás miatt lekopna.
Ez nem mindig anyagminőségi probléma.
Ez lehet geometriai probléma.
A kivételesen kemény és abrazív képződményekben dolgozó kis és közepes kőzetfúró fejek esetében a szokásos ösztön gyakran az, hogy több betétet alkalmaznak, vagy csökkentik az egyes betétek által kifejtett ütés erejét. Ez bizonyos körülmények között működhet. De nagyon kemény kőzetben egy kis keményfém betétnek egyszerűen hiányozhat a keresztmetszete és a térfogata, amely az ismételt koncentrált ütések elviseléséhez szükséges.
Ilyen esetekben a kérdés nem az, hogy „Hogyan oszthatjuk el a terhelést több lapka között?”, hanem az, hogy „Hogyan tud minden lapka több terhelést elbírni anélkül, hogy eltörne?”
Ez az egyetlen lapkával ellátott teherbírás mögött rejlő elképzelés.
Miért törik korán a rendkívül kemény kőzet?
A kemény rock nem mindig ugyanaz, mint a kemény rock.
Egy erősen abrazív formáció gyorsan koptatja a keményfémet. Egy szívós formáció ellenáll a törésnek, és nagy ütőfeszültségeket tud visszavinni a fúrófejbe. Amikor a két feltétel együttesen fennáll, a fúrófejnek nehéz párosítással kell szembenéznie: a keményfémnek ellen kell állnia az ütés alatti lepattogzásnak, miközben meg kell őriznie a keménységét és a kopásállóságát.
Minden ütés kezdetén a fúró nem érintkezik tökéletesen egyenletesen a furat aljával. Az első érintkezés csak a vágófelület egy részén történhet. A feszültséghullám ezután áthalad a szerszámon, összezúzva a lapka vagy az él alatti helyi kőzetet. Nagyon kemény kőzetben az érintkezési feszültség gyorsan megnőhet, mielőtt a terhelés egyenletesen eloszlik.
Ezért gyakori a korai lapkatörés a nem megfelelő fúrókialakításoknál. A kőzet nem folyik elég könnyen ahhoz, hogy csökkentse a csúcsfeszültséget az első érintkező lapkán.
Egy fúrófej már rövid távolság után is mutathat letört keményfém lepattogzást, még akkor is, ha a fúróberendezés, a légnyomás és a kezelési gyakorlat egyébként megfelelő.
Az egybetétes terhelés elve
A keményfém kemény és kopásálló, de továbbra is rideg anyag. Az ütésállósága részben az anyagtulajdonságaitól, részben pedig az egyes lapkák geometriájától függ.
Egy nagyobb keményfém lapka általában nagyobb teherbírású keresztmetszettel és nagyobb térfogattal rendelkezik, hogy ellenálljon a lokalizált ütéseknek. Egyszerűen fogalmazva, egy vastagabb vagy nagyobb lapka gyakran nagyobb ütési terhelést képes elnyelni, mielőtt eltörik.
Ez nem jelenti azt, hogy „a nagyobb mindig jobb”. Egy túlméretezett lapka további tervezési kompromisszumokat eredményezhet. De amikor a korai letöredezés a domináns meghibásodási mód, az egyes teherhordó keményfém elemek effektív méretének növelése hasznosabb lehet, mint pusztán a kis elemek számának növelése.
Ugyanez az elv vonatkozik a vésőkre és a kereszt alakú fúrókra is. Rendkívül kemény kőzetekben egy vastagabb keményfém penge vagy erősebb vágóél jobban bírja a munkát, mint egy vékony él, amelyet könnyebb kőzetekhez terveztek.
A tervezési cél az, hogy minden kritikus betét elegendő szerkezeti teherbírással rendelkezzen a ténylegesen felvett terheléshez.
Miért ronthatja néha a helyzetet a több gomb?
A modern gombos fúrófejek gyakran több keményfém gombot használnak a terhelés elosztására és a vágási teljesítmény javítására. Sok fúrási körülmény között ez rendkívül jól működik.
De minden darabnak korlátozott az arcfelülete.
Ha további gombokat adnak hozzá anélkül, hogy a teljes felület kialakítása megváltozna, a rendelkezésre álló ütési energia több érintkezési pont között oszlik meg. Az egyes gombok kisebbek lehetnek, vagy közelebb kerülhetnek egymáshoz. Az öblítési tér csökkenhet. A kőzettörési minta megváltozhat.
Kivételesen kemény és szívós talajon egy kis gomb is jelentős lokális terhelésnek lehet kitéve az első érintkezéskor. Ha a keresztmetszete túl kicsi, lepattoghat, mielőtt a terhelés szétterjedhetne a felületén.
Ezért nincs olyan bit, ami minden sziklaalakzathoz a legjobb lenne.
Egy sok betéttel rendelkező gombos fúrófej jó választás lehet az egyik alkalmazásban. Egy véső-, kereszt-, háromszárnyú vagy nagy teherbírású vegyes kialakítás rugalmasabb lehet egy másikban. A helyes válasz a kőzet szilárdságától, szívósságától, koptatóképességétől, fúrási energiájától, a furat átmérőjétől, az öblítési körülményektől és a terepen megfigyelt meghibásodási mintázattól függ.
Erősítse meg a testet és a keményfémet is
A keményfém lapkák nem önmagukban működnek. Az acéltestnek kell megtartania őket.
Kemény kőzetfúrásnál a lapkák körüli acélszárnyaknak vagy testrészeknek elég vastagnak és szilárdnak kell lenniük ahhoz, hogy a keményfémet biztonságosan megtartsák. Ha a test túlzottan meghajlik, megreped a lapkafészek közelében, vagy kopás miatt elveszíti a tartóját, még a kiváló minőségű keményfém is idő előtt meghibásodhat.
Egy nagy teherbírású fúrófej kialakítása tehát a következőket foglalhatja magában:
Nagyobb vagy vastagabb keményfém lapkák
Erősebb acélszárnyak a vágóél körül
Robusztusabb lapkafészek-geometria
Szabályozott élletörések a sarkok lepattogzásának csökkentése érdekében
Egy olyan arcprofil, amely csökkenti az excentrikus becsapódást
A hőkezelés a szilárdság és a szívósság szükséges egyensúlyához igazodik
Az acéltestnek elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy megtartsa a betétet, de nem annyira ridegnek, hogy ismételt ütések hatására megrepedjen. Ez az egyensúly a fúrófej gyártásának egyik legfontosabb része.
Az öblítés továbbra is fontos, de a prioritások változhatnak
A hatékony forgácseltávolítás általában elengedhetetlen a produktív fúráshoz. A nem megfelelő öblítés újrazúzódást, hőt és elkerülhető kopást okoz.
A rendkívül kemény formációk azonban megváltoztathatják a tervezési prioritást.
Ha a kőzet viszonylag finom forgácsot termel, és a fúrási sebesség természetesen alacsonyabb, az öblítés kevésbé korlátozó tényező lehet, mint a fúró tartóssága. Ebben az esetben érdemes lehet nagyobb felületet és testvastagságot biztosítani a betétlapka megtámasztására, ahelyett, hogy minden lehetséges öblítési járatot maximalizálnánk.
Ez egy kompromisszum, nem pedig általános szabály.
A fúrófejnek továbbra is megfelelő átöblítésre van szüksége. De amikor a korai lapkakitörés tönkreteszi a fúrófejeket, mielőtt a kopás korlátozó tényezővé válna, az erősebb geometria jobb megmunkálási eredményt biztosíthat, mint egy olyan felület, amelyet elsősorban a maximális forgácsáramlásra terveztek.
A helyes tervezés az aktuális bit meghibásodásának tényleges okának azonosításából származik.
Az anyagválasztás egyensúlyt igényel, nem szélsőségeket
A keményfém lapkák esetében a szívós abrazív kőzetben a kívánt tulajdonságok versenyezhetnek.
A nagyobb szívósság segít ellenállni a törésnek és a letöredezésnek. A nagyobb keménység javítja a kopásállóságot. A keményfém minőség kötőanyag-tartalmának növelése javíthatja a szívósságot, de csökkentheti a keménységet és gyorsabbá teheti a lapka kopását erősen abrazív talajon.
Ezért a keményfém kiválasztását nem szabad egyetlen szám alapján végezni.
Egy rendkívül kemény kőzetekhez használható minőségnek megfelelő egyensúlyban kell lennie a keménység, a keresztirányú szakítószilárdság, a szívósság, a sűrűség és a mikroszerkezet között. A lapka geometriája, a gombrögzítési módszer és a működési paraméterek szintén befolyásolják az eredményt.
A fejlett gyártási folyamatok tovább javíthatják az állandóságot, de a terepi teljesítmény továbbra is attól függ, hogy a teljes fúróterv illeszkedjen a formációhoz.
Figyelj a meghibásodási módra is, ne csak a mérési eredményre
Egy kőzetfúrófej értékelésekor ne csak a teljes fúrt métereket rögzítse.
Vizsgálja meg, miért vált üzemen kívül a bit.
Azért vonult ki a forgalomból, mert a mérőeszköz átmérője normálisan elkopott? Letörtek a keményfém gombok? Eltört egy vágóél? Megrepedt az acéltest? Eltörtek a menetek? A fúrófej azért melegedett fel, mert a forgács nem távozott?
Ezek a részletek megmondják, hogy mit kell legközelebb megváltoztatni.
Ha a normál kopás a probléma, egy keményebb vagy kopásállóbb kialakítás segíthet. Ha a keményfém korai törése a probléma, a megoldás az erősebb egyedi lapkák, a jobb támasztógeometria, a jobb illesztés vagy egy eltérő felületkialakítás lehet.
Egy darab, amely eléri a normál kopási határt, általában teszi a dolgát. Egy darab, amely korán lepattan vagy eltörik, azt jelzi, hogy a terhelési útvonallal kell foglalkozni.
A jobb oldali rész az, amelyik normálisan meghibásodik.
Rendkívül kemény kőzetekben előfordulhat, hogy nincs tökéletes fúrófej. Minden konstrukció kompromisszumot igényel a behatolási sebesség, a fúrófej élettartama, az öblítés, a lapka szívóssága és a költség között.
De a cél világos: a fúrófej nem hibásodhat meg hirtelen, mert a keményfém lapkái nem bírják a terhelést.
Egy jó keményfém fúrófej kiszámíthatóan kopik, stabil furatot tart fenn, és a tervezett szervizintervallumot korai lapkameghibásodás nélkül éri el. Ebben rejlik az igazi érték.
