Felanalys och korrekt användning av bergborrverktyg
Felanalys av bergborrverktyg Kina producerar nu en rad bergborrverktyg (RDT) med distinkta egenskaper – såsom pelar-/insatstandsborrkronor, integralborrkronor i hårdmetall, ultrasega bergborrkronor och K610-karbid – vars kvalitet och livslängd har förbättrats men fortfarande är inkonsekvent. Tidiga fel beror främst på problem med borrkrona och borrstång.
Borr går sönder på grund av onormalt och normalt slitage: fragmentering, tandbrott, tandförlust, flisning och frakturer. Mejselliknande borr går ofta sönder på grund av att skärvingarna är för tunna, slits snabbt, har dålig geometrisk stabilitet och otillräcklig fastspänning av hårdmetallinsatser – vilket leder till skärförlust och accelererat slitage. Sfäriska/knappformade borr drabbas vanligtvis av eggsplittring, frakturer i eggtänderna, sprickbildning i kjolen, förlust av topp och midjefrakturer (kroppsfrakturer). En fältstudie med en 7655 pneumatisk borr på hård granit fann för inhemska ∅40–∅42 insatständersborr: eggsplittring 22,7 %, eggtandsbrott 35,4 % och fragmentförlust 26,4 % – vilket visar att eggtandsskador är ett dominerande felläge. Orsaker inkluderar excentrisk och ojämn belastning på eggtänderna, olika radiella tryck, ökande plastisk deformation av tandhålsväggen (vilket leder till en klockformad mynning och minskad klämkraft), otillräcklig presspassning mellan tand och hål samt låg hårdhet mellan borrhålet och kroppen. Högre hårdhet mellan borrhålet gynnar hårdmetaller mycket mer än kroppar med medelhög/låg hårdhet. Svetskvalitet, flussprestanda, svetspraxis och användning påverkar också fel. Mer än 80 % av sprickor i borrkrona uppstår vid övergången mellan borrytans yta och kjol; partiella sprickor i skärtänderna sprider sig längs tandhålets botten. Dåligt stålval, olämplig geometri, felaktig tillverkning eller felaktig användning förvärrar också sprickor.
Borrstänger utsätts för alternerande påfrestningar – slag, böjning och korrosion – så de kräver hög utmattningshållfasthet, slagtålighet, korrosionsbeständighet samt låg skårkänslighet och sprickutbredningshastighet. Stångbrott inkluderar deformationer vid den lilla stångskaftänden på grund av låg hårdhet, sprängning av ändar med hög hårdhet, gängslitage vid kopplingar, utmattningsbrott och spröda brott. Utmattningsbrott initieras och fortplantar sig från materialdefekter (icke-metalliska inneslutningar, porositet, vita fläckar, repor, avkolning, korrosionssprickor) eller från dålig material-/värmebehandling (överhård kärna från uppkolning, dålig kylning som orsakar sprickor i änden, kylsprickor). Konstruktionsfel och dålig kopplingspassning kan orsaka sprickor; felaktig användning (hammarmärken, dålig fogsmörjning, korrosion) orsakar också sprickbildning och brott. Vissa stångbrott uppvisar inga utmattningsegenskaper och presenterar sig som ljusa, kristallina spröda brott – vanligtvis från defekter, allvarliga sektionsförändringar, smidesöverlappningar eller felaktig värmebehandling som ger låg hållfasthet eller hög spänningskoncentration och snabb sprickutbredning.
Korrekt och rationell användning av bergborrverktyg 2.1 Förbättra konstruktionskvaliteten Att fastställa rimliga strukturella parametrar och utveckla nya typer är förutsättningar för längre livslängd. För insats-/pelartandsborrkronor ger halvklotformade kronor hög borrhastighet och hållbart tryckmotstånd. Tanddiametern bör säkerställa draghållfasthet och klämhållfasthet. För att minska skador på eggtänder och förlänga livslängden: (1) förstärk eggtänderna genom att välja rätt tandform, diameter och exponeringshöjd; (2) minska eggtands spånvinkel för att förbättra lastfördelning och slagtålighet; (3) välj korrekta svetsspår och presspassning för att öka retentionskraften; (4) använd segare, värmebehandlade hårdmetaller för eggtänder för att förhindra fragmentering; (5) förstärk borrkroppen för att förbättra slitstyrkan; (6) optimera tandlayouten, öka antalet eggtänder där det är möjligt och förbättra spolningen – behåll ytvattenhål och ett spolningssystem med tre spår/två hål med stort spaltspår för att öka borttagningen av borrkax, minska omslipning av borrkax, sänka energiförbrukningen och förlänga borrkronans livslängd.
Förbättra stånggeometrin: t.ex. Ingersoll-Rands helgängade stänger tillverkade genom rullformning med ythärdning, större spiralvinkel och god självlåsning förbättrar seghet, slitstyrka och enkel montering/demontering. Förbättra utseende och förpackningsdesign för att skydda verktyg och förlänga livslängden.
2.2 Välj högkvalitativa material Verktygsmaterialen bör vara sega och slitstarka, med god styvhet, hög utmattningshållfasthet, låg skårkänslighet, stark hårdmetallretention och viss korrosionsbeständighet. Rekommenderade stål inkluderar: 24SiMnNi2CrMo (liknande svensk FF710) med utmärkta kombinerade mekaniska egenskaper och brottegenskaper; 40SiMnMoV för stänger (genomsnittlig penetration ~1225,4 m, nära utländska nivåer); 55SiMnMo för små stänger som närmar sig svensk 95CrMo livslängd för små stänger (~250 m); 35SiMnMoV som uppnår ~300 m per stång. Dessa stål bildar, efter härdning och anlöpning, bainitiska mikrostrukturer med hög utmattningsseghet. För insatsbundna små och medelstora borrkronor är 40MnMoV lämpligt för borrkroppen; för varmmonterade insatskronor är 45NiCrMoV att föredra. Valet av hårdmetall måste matcha bergmekanik och borrtyp.
2.3 Använd avancerad tillverkningsteknik Att använda maskinbearbetning för att producera borrskär – vilket ersätter traditionellt smide – är en viktig utveckling. För svetsade skärskär, använd lämplig uppvärmningsutrustning (ultraljudsfrekvens- eller medelfrekventa induktionsugnar) eller fullständig induktionsvärmning för att förhindra oxidation och avkolning, säkerställa kontrollerbara korta uppvärmningstider, underlätta lödning och undvika kylspänningar genom att kontrollera kylningen. Öka svetsstorleken på lämpligt sätt, välj graderade slipskivor och rengör svetsytorna noggrant med organiska lösningsmedel för att förbättra lödkvaliteten.
För skärfixering rekommenderas varmmontering för medelstora och stora diametrar: det påverkar minimalt borrkrona-kropps- och hårdmetallegenskaper, bevarar ytkvaliteten, producerar tvåaxliga tryckspänningstillstånd vid förbandet, ger god retention och minskar fragmentförlust samt möjliggör optimal värmebehandling av stålet. Kallpressade skär kräver hög bearbetningsnoggrannhet – använd högprecisionsverktyg och korta dimensionskedjor för att öka kontaktstyvheten och tand-hålsytans kvalitet. Verktygsgeometrin bör möjliggöra större skärdeformation och extruderingsförstärkning så att hålväggen får fördelaktig tryckrestspänning och ett deformationshärdat ytskikt.
För att öka stångens livslängd, tillverka precisionssmide och bearbetningsformar för att förhindra klockformade mynningar, flamskador eller sprickor. Förbättra valskvaliteten på ihåligt stål för att eliminera bucklor, sårskorpor, veck och avkolning.
Slutsats Denna artikel analyserade RDT-fellägen och undersökte borrkronans strukturer och skadeformer, demonstrerade orsaker till fel och föreslog åtgärder för att förlänga livslängden: korrekta strukturella parametrar, val av kvalitetsmaterial och avancerade tillverkningstekniker. Verktygens livslängd beror dock på inneboende kvalitet och vetenskaplig användning. Ytterligare praktiska punkter: använd avdragare snarare än handhammare vid borttagning av borrkronor; slipa om borrkronor för att minska initiering och tillväxt av sprickor i ytan och för att förbättra borrhastigheten; följ korrekt drift – förflytta dig långsamt tills borrkronan har gått in i berget före borrning med full hastighet; se till att stångkopplingarna är koncentriska och gängorna helt inkopplade; om ett borrkrona fastnar, undvik hamring – stäng inloppsventilen, öppna vattnet, förflytta dig långsamt och använd fram-och-tillbaka-rörelser för att jämna ut borrväggen och lossa verktyget, vilket förhindrar hårdmetallfragmentering, skaftbrott eller stångfraktur.
Sammanfattningsvis kan RDT nå sin potential genom att använda matchande borrar, dedikerade verktyg och lämpliga maskiner under olika förhållanden.
