จากหินอ่อนไปจนถึงหินแข็ง: การเลือกฟันกลมหรือฟันแหลมสำหรับดอกสว่าน ดีทีเอช — ทั้งหมดขึ้นอยู่กับหิน
ในการขุดเจาะแบบลงหลุม (ดีทีเอช) ชนิดของหินเป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกโปรไฟล์ฟันดอกสว่าน ความแตกต่างของความแข็งและความแข็งแรงอัดส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการบด อัตราการสึกหรอ และต้นทุนการดำเนินงานของฟันกลม (มน) เทียบกับฟันแหลม การเจาะจะมีประสิทธิภาพและประหยัดได้ก็ต่อเมื่อเลือกรูปทรงฟันให้ตรงกับคุณสมบัติของหินเท่านั้น การเลือกที่ผิดพลาดจะนำไปสู่อัตราการเจาะทะลุต่ำและการสึกหรอของดอกสว่านอย่างรวดเร็ว
หินอ่อน: ฟันกลมเหมาะอย่างยิ่ง — “การบดแบบเบา” เพื่อการเจาะที่มีประสิทธิภาพ หินอ่อนมีลักษณะเด่นคือความแข็งต่ำและความแข็งแรงอัดต่ำ (โดยทั่วไป < 30 MPa) เช่น หินดินดาน หินดินดาน หินมาร์ล และหินทรายเปราะ หินเหล่านี้แตกโดยไม่เกิดการเจาะทะลุอย่างรุนแรง กลไกการบดแบบฟันกลม “การอัด + การบด” สอดคล้องกับลักษณะนี้ และเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขุดเจาะหินอ่อน
ทำไมฟันกลมจึงเหมาะกับหินอ่อน หินอ่อนค่อนข้างหลวมและแรงอัดต่ำ การออกแบบฟันกลมให้พื้นผิวสัมผัสที่สร้างพื้นที่สัมผัสที่กว้างขึ้นในระหว่างการกระแทก ช่วยกระจายแรงได้สม่ำเสมอทั่วพื้นผิวหิน การบีบอัดนี้ทำให้เกิดการเสียรูปแบบพลาสติกและการแตกกระจาย ซึ่งเป็นกระบวนการที่คล้ายกับการบดอัดวัสดุด้วยลูกกลิ้งถนน จึงไม่จำเป็นต้องมีการกระแทกที่หนักหน่วงเฉพาะจุด ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและลดการทำลายโครงสร้างหินมากเกินไป ในระหว่างการหมุน ฟันกลมจะบดเศษหินที่แตกหักแล้วให้เป็นอนุภาคละเอียดขึ้น ซึ่งง่ายต่อการกำจัดด้วยวัสดุชะล้างและมีโอกาสน้อยที่จะอุดตันรู การแตกกระจายอย่างสม่ำเสมอยังช่วยรักษาเสถียรภาพของหลุมเจาะ หลีกเลี่ยงรูปทรงของรูที่ไม่สม่ำเสมอและการพังทลายของผนัง
ปัญหาเมื่อใช้ฟันแหลมในหินอ่อน ฟันแหลมจะรวมแรงไปยังพื้นที่ขนาดเล็กมาก (จุดสัมผัส) ซึ่งทำให้หินอ่อนแตกเป็นผงละเอียดมากเกินไป การทำเช่นนี้ทำให้สิ้นเปลืองพลังงาน (พลังงานไม่ได้ถูกแปลงเป็นการเจาะทะลุที่มีประสิทธิภาพ) และอาจทำให้เกิดการอุดตันของร่องน้ำและร่องตัดเมื่อผงละเอียดเกาะติดกับผนังร่อง ทำให้ประสิทธิภาพในการเจาะลดลง ปลายแหลมในสภาพแวดล้อมที่มีความต้านทานต่ำอาจทำให้เสียรูป (งอหรือทื่อ) ทำให้อายุการใช้งานของดอกสว่านสั้นลง และเพิ่มต้นทุนการเปลี่ยนดอกสว่าน
หินแข็ง: ฟันแหลมเป็นที่นิยม — “การเจาะทะลุอย่างแรง” เพื่อเอาชนะแรงอัดสูง หินแข็งมีความแข็งสูงและมีกำลังอัดสูง (โดยทั่วไป 60 เมกะปาสคาล) เช่น หินแกรนิต ควอตไซต์ บะซอลต์ และไดอะเบส หินที่มีความหนาแน่นและแข็งแรงเหล่านี้ไม่สามารถถูกทำลายได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยแรงอัดเพียงอย่างเดียว จำเป็นต้องอาศัยการเจาะและแยกของฟันแหลมเพื่อให้การเจาะทะลุมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ฟันแหลมจึงเป็นตัวเลือกที่ชัดเจนสำหรับการเจาะหินแข็ง
ทำไมฟันแหลมจึงเหมาะกับหินแข็ง หินแข็งที่มีความหนาแน่นสูงมีพันธะภายในที่แข็งแกร่ง แรงอัดจากการสัมผัสพื้นผิวเพียงอย่างเดียวไม่สามารถทำลายได้ ฟันแหลมจะรวมแรงกระแทกไว้ที่บริเวณปลายแหลมขนาดเล็ก (พื้นที่สัมผัสเพียงประมาณ 1/5–1/10 ของฟันกลม) ทำให้เกิดแรงกดเฉพาะที่สูงกว่ามาก (หลายเท่าของฟันกลม) แรงกดที่เข้มข้นนี้จะเจาะทะลุพื้นผิวหินและทำให้เกิดรอยแตกร้าว เมื่อหมุนและกระแทกอย่างต่อเนื่อง รอยแตกร้าวเริ่มต้นเหล่านี้จะขยายตัว เชื่อมติดกัน และแพร่กระจายไปตามระนาบรอยแตก ทำให้หินแตกออกอย่างมีประสิทธิภาพ คล้ายกับลิ่มที่แยกไม้ออก การกระทำนี้จะโจมตีโครงสร้างภายในของหินโดยตรงและเพิ่มอัตราการเจาะทะลุอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น ในการเจาะหินแกรนิต การเจาะทะลุด้วยฟันแหลมสามารถเจาะได้เร็วกว่าการใช้ฟันกลม 2–3 เท่า และหลีกเลี่ยงปัญหา "การเจียรโดยไม่เจาะทะลุ" ที่ฟันกลมมักพบบนพื้นผิวแข็ง
ปัญหาเมื่อใช้ฟันกลมในหินแข็ง ฟันกลมกระจายแรงไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ ป้องกันแรงกดสูงที่จำเป็นต่อการแตกหักของหินแข็ง แรงกระแทกทำให้เกิดรอยขูดขีดหรือการเสียดสีบนพื้นผิวมากกว่าการแตกหักจริง ดังนั้นอัตราการเจาะทะลุอาจเพียง 1/5–1/10 ของฟันแหลม ซึ่งสิ้นเปลืองพลังงานในการหมุนเปล่า แรงเสียดทานที่รุนแรงกับหินที่มีความแข็งสูงจะกัดกร่อนฟันกลมอย่างรวดเร็ว (ซึ่งมักต้องเปลี่ยนใหม่หลังจาก 1–2 ชั่วโมง) ในขณะที่ฟันแหลมภายใต้สภาวะเดียวกันอาจใช้งานได้นาน 4–6 ชั่วโมง การเปลี่ยนหัวกัดบ่อยครั้งจะเพิ่มระยะเวลาหยุดทำงานและต้นทุนรวม
หินแข็งปานกลาง: พิจารณาจากลักษณะหินโดยละเอียด — มีความยืดหยุ่นหรือใช้รูปแบบผสม ระหว่างหินอ่อนบริสุทธิ์และหินแข็งบริสุทธิ์ จะมีหินแข็งปานกลาง (กำลังอัด 30–60 เมกะปาสคาล) เช่น หินทรายหนาแน่น หินปูนผลึก และหินไนส์บางชนิด การเลือกฟันสำหรับหินเหล่านี้ต้องพิจารณาลักษณะหินโดยละเอียด (เช่น การมีเม็ดควอตซ์ หรือความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน) ในหลายกรณี รูปแบบฟันแบบผสมหรือแบบผสม (กลม + แหลม) ถือเป็นรูปแบบที่เหมาะสม
เกณฑ์การเลือกฟันหินแข็งปานกลาง
หากหินที่มีความแข็งปานกลางค่อนข้างสม่ำเสมอและไม่มีชั้นหินแข็ง (เช่น หินทรายที่มีความหนาแน่นเป็นเนื้อเดียวกัน) ควรเลือกใช้ "ฟันกลมเสริมแรง" (ความแข็งสูงกว่าและส่วนโค้งสัมผัสที่เหมาะสมที่สุด) เพื่อเพิ่มการแตกหักตามแรงอัด ฟันกลมสามารถให้ประสิทธิภาพที่สมดุลและลดการสึกหรอเมื่อเทียบกับฟันแหลม
หากหินที่มีความแข็งปานกลางมีอนุภาคควอตซ์หรือจุดแข็งเฉพาะที่ (เช่น หินปูนผลึกหรือหินทรายที่มีชั้นหินเหล็กไฟ) ให้เลือก "ฟันแหลมสั้นและแข็งแรง" (ปลายหนาและแข็งกว่า) เพื่อเจาะจุดแข็งเฉพาะที่และหลีกเลี่ยงการสึกหรออย่างรวดเร็วของฟันกลมเฉพาะที่
หากหินมีชั้นต่างๆ (เช่น ชั้นอ่อนอยู่เหนือชั้นแข็ง) ให้ใช้การออกแบบดอกสว่านแบบฟันผสม — ฟันกลมบนวงแหวนด้านนอกและฟันแหลมบนวงแหวนด้านใน — เพื่อจัดการกับชั้นต่างๆ โดยไม่ต้องเปลี่ยนดอกสว่านบ่อยครั้ง
หลักการสำคัญสำหรับหินแข็งปานกลาง หลีกเลี่ยงแนวคิดแบบ “อ่อนกับแข็ง” โดยสิ้นเชิง กฎคือการเน้นลักษณะของหินที่โดดเด่น หากแนวโน้มหินโดยรวมมีแนวโน้มอ่อนกว่าโดยมีเพียงจุดแข็งเฉพาะจุด ให้เน้นฟันกลมที่มีฟันแหลมเป็นพื้นฐาน หากแนวโน้มหินโดยรวมมีแนวโน้มแข็งกว่าโดยมีรอยต่ออ่อนเฉพาะจุด ให้เน้นฟันแหลมที่มีฟันกลมเป็นพื้นฐาน ยืนยันการเลือกโดยการเจาะทดลอง (เช่น เจาะ 10-20 นาที จากนั้นตรวจสอบการสึกหรอและการซึมผ่านของฟัน) และปรับเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน
สรุป: ปัจจัยหลักสามประการที่กำหนดการเลือกฟัน อิทธิพลของชนิดของหินต่อการเลือกฟันกลมหรือฟันแหลมสามารถสรุปได้เป็นสามปัจจัยหลัก ได้แก่ ความแข็ง ความแข็งแรงอัด และความสม่ำเสมอของโครงสร้าง ตรรกะในการเลือกสามารถสรุปได้ดังนี้:
ความแข็ง + ความแข็งแรงในการบีบอัด : ความแข็งต่ำ/ความแข็งแรงในการบีบอัดต่ำ → เลือกฟันกลม ความแข็งสูง/ความแข็งแรงในการบีบอัดสูง → เลือกฟันแหลม
ความสม่ำเสมอของโครงสร้าง: หินลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน (ไม่มีชั้นหินระหว่างชั้นหรือจุดแข็ง) → โปรไฟล์ฟันเดียวที่ตรงกับหินหลักเป็นที่ยอมรับ หินลักษณะไม่เหมือนกัน (มีชั้นหินระหว่างชั้นหรือจุดแข็ง) → ต้องมีการจับคู่ที่ยืดหยุ่นหรือรูปแบบฟันแบบไฮบริด
การจับคู่เป้าหมายการดำเนินงาน: หากคุณต้องการ "ประสิทธิภาพสูง + อายุการใช้งานยาวนาน" → เลือกรูปทรงของฟันให้ตรงกับหินอย่างแม่นยำ หากคุณต้องการ "ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับหินหลายประเภท" → พิจารณาการออกแบบฟันแบบไฮบริดหรือหัวตัดแบบเปลี่ยนได้
ประเภทหินเป็นตัวนำในการเลือกฟันสำหรับดอกสว่าน ดีทีเอช ความเข้าใจในคุณสมบัติของหินเท่านั้นจึงจะช่วยให้คุณสามารถใช้ประโยชน์จากความแข็งแกร่งของฟันที่กลมและแหลมคม เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการเจาะสูงสุดด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด
