การพัฒนาหัวสกัดหินให้เจาะหินได้เร็วขึ้นและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
ดอกสกัดหิน หรือที่เรียกว่าดอกสกัดใบมีดหรือดอกสกัดแบน ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในงานขุดอุโมงค์และเหมืองแร่ เนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่าย ผลิตง่าย และลับคมได้สะดวก ดอกสกัดหินแบบดั้งเดิมใช้คมตัดตรงยาวเพื่อทำลายหินด้วยแรงกระแทกและการหมุน
อย่างไรก็ตาม รูปทรงการตัดที่เรียบง่ายนี้ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน มุมด้านนอกของคมตัดมักสึกหรอเร็วกว่าส่วนกลาง ในหินแข็งหรือหินแตก มุมเหล่านี้อาจบิ่น ติดขัด หรือสูญเสียความสามารถในการรักษาความเป็นรูทรงกลม การสึกหรอที่ไม่สม่ำเสมอจะลดอัตราการเจาะ เพิ่มงานลับคม และอาจทำให้อายุการใช้งานของดอกสว่านสั้นลง
การปรับปรุงรูปทรงเรขาคณิตของดอกสว่านสกัดสามารถช่วยกระจายแรงตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ป้องกันมุมที่บอบบาง ปรับปรุงการล้าง และลดต้นทุนรวมต่อเมตรที่เจาะได้ วิธีการหนึ่งที่ได้ผลดีคือการเปลี่ยนคมตัดยาวเดี่ยวเป็นแบบหลายคมตัดที่ผสมผสานคมตัดด้านนอกที่ทำมุมและร่องสำหรับลดเศษวัสดุ
เหตุใดดอกสกัดแบบธรรมดาจึงสึกหรอไม่สม่ำเสมอ
ในระหว่างการเจาะ จุดแต่ละจุดบนคมตัดจะสัมผัสกับหินในลักษณะที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้วส่วนตรงกลางของคมตัดจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางวงกลมที่เล็กกว่าส่วนด้านนอก ยิ่งจุดใดอยู่ใกล้กับเส้นผ่านศูนย์กลางด้านนอกมากเท่าใด พื้นที่ของหินที่ต้องเจาะในแต่ละรอบการหมุนก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น
ด้วยเหตุนี้ มุมด้านนอกของดอกสกัดแบบธรรมดาจึงมักรับภาระการตัดและการเสียดสีมากกว่าส่วนกลาง มุมเหล่านี้อาจสัมผัสกับผนังด้านข้างของรู ทำให้เกิดแรงเสียดทานและการสึกหรอเพิ่มเติมที่ด้านข้างด้วย
เมื่อมุมสึกหรออย่างรวดเร็ว อาจเกิดปัญหาหลายประการ:
ความสามารถในการรักษาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูเต็มลดลง
ความเสี่ยงสูงขึ้นที่จะเกิดการติดขัดของบิต
ความกลมของรูไม่ดี
การบดซ้ำบ่อยขึ้น
ความต้านทานการตัดที่สูงขึ้น
มีความเสี่ยงสูงที่ขอบจะบิ่น
ประสิทธิภาพการเจาะลดลง
เป้าหมายของการออกแบบดอกสว่านแบบดัดแปลงคือการลดภาระที่กระจุกตัวในบริเวณด้านนอกที่เปราะบางเหล่านี้ ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำลายหินให้ดีขึ้นทั่วทั้งหน้าดอกสว่าน
จากขอบยาวด้านเดียว ไปสู่ขอบสั้นหลายด้าน
บทความต้นฉบับอธิบายถึงวิธีการทดลองที่ใช้การลับคมมุมที่สึกหรอง่ายสองมุมของดอกสกัดให้เป็นคมตัดเฉียง จากนั้นจึงเพิ่มร่องเล็กๆ เข้าไปที่แต่ละด้านของหน้าตัด วิธีนี้เปลี่ยนคมตัดยาวเพียงคมเดียวให้กลายเป็นคมตัดสั้นๆ หลายคมที่มีทิศทางการตัดต่างกัน
ในการออกแบบที่นำเสนอ คมตัดหลักที่ยาวถูกเปลี่ยนเป็นระบบตัดหลายคม ส่งผลให้ความยาวคมตัดโดยรวมเพิ่มขึ้น ในขณะที่ภาระที่แต่ละส่วนของคมตัดรับลดลง
รูปทรงเรขาคณิตนี้สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้หลายวิธี
ประการแรก ขอบด้านนอกที่ทำมุมช่วยปกป้องมุมเดิม แทนที่จะปล่อยให้มุมด้านนอกสุดรับการเสียดสีจากด้านข้างทั้งหมด พื้นผิวที่ทำมุมจะช่วยนำทางการสัมผัสและช่วยกระจายแรงไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้น
ประการที่สอง ขอบสั้นหลายๆ ด้านสามารถสร้างจุดแตกหักของหินได้มากขึ้นในแต่ละครั้งที่เกิดการกระแทก แทนที่จะสร้างรอยบุ๋มเป็นเส้นตรงยาวเพียงรอยเดียว ดอกสว่านอาจสร้างรอยบุ๋มที่ตัดกันหรือเยื้องศูนย์หลายๆ รอย ซึ่งจะช่วยให้หินแตกหักได้ง่ายขึ้นภายใต้แรงอัด แรงเฉือน และแรงกระแทกที่รวมกัน
ประการที่สาม ร่องเหล่านี้สามารถช่วยระบายเศษวัสดุได้ดีขึ้น หากรูปทรงของร่องสอดคล้องกับรูระบายน้ำ อากาศหรือน้ำจะสามารถพัดพาเศษวัสดุออกจากหน้าดอกสว่านได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การระบายน้ำที่ดีขึ้นจะช่วยลดการเจียรเศษวัสดุซ้ำ ลดอุณหภูมิ และชะลอการสึกหรอ
ประโยชน์ที่อาจได้รับจากดอกสกัดแบบหลายคม
ดอกสกัดแบบดัดแปลงที่ออกแบบมาอย่างดี อาจให้ประโยชน์ในทางปฏิบัติหลายประการ
อายุการใช้งานยาวนานขึ้น
การตัดหรือปรับรูปทรงส่วนมุมด้านนอกที่รับน้ำหนักมากที่สุดออก จะช่วยลดการสึกหรอที่กระจุกตัวได้ บทความต้นฉบับรายงานการทดสอบในอดีตที่แสดงให้เห็นว่าการปรับเปลี่ยนขอบให้เป็นมุมช่วยยืดอายุการใช้งานหลังการลับคม ผลลัพธ์เหล่านี้ควรนำมาใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงเฉพาะกรณี อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นจริงจะขึ้นอยู่กับชนิดของหิน กำลังของสว่าน การล้าง วัสดุของดอกสว่าน คุณภาพการลับคม และสภาพการใช้งาน
หลักการทางวิศวกรรมพื้นฐานนั้นถูกต้อง: เมื่อกระจายแรงตัดอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น การสึกหรอและความเสียหายเฉพาะจุดก็จะลดลง
ประสิทธิภาพการแทรกซึมที่สูงขึ้น
ดอกสว่านหลายคมสามารถเจาะหินได้หลายจุดสัมผัส แทนที่จะใช้เพียงคมตรงเพียงคมเดียว ทิศทางการตัดที่แตกต่างกันอาจทำให้ก้นรูเจาะไม่สม่ำเสมอและแตกหักมากขึ้น ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแตกหินภายใต้พลังงานกระแทกเดียวกันได้
บทความนี้รายงานถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพการเจาะโดยเฉลี่ยอย่างมีนัยสำคัญในการทดสอบภาคสนามเชิงเปรียบเทียบ ผู้รับเหมาควรตรวจสอบผลลัพธ์ดังกล่าวผ่านการทดลองแบบควบคุมโดยใช้แท่นเจาะ เหล็กเจาะ แรงดันอากาศ เส้นผ่านศูนย์กลางรู และลักษณะหินแบบเดียวกัน
การนำทางที่ดีขึ้นและรูปทรงของรู
ดอกสว่านแบบแบนทั่วไปอาจไม่สามารถรักษาตำแหน่งรูตรงกลางและรูปทรงกลมได้ หากคมตัดสึกหรอไม่สม่ำเสมอ ดอกสว่านแบบดัดแปลงที่สร้างรูปทรงก้นรูที่เรียวและมั่นคงกว่า อาจช่วยปรับปรุงพฤติกรรมการนำทางตัวเองได้ดีขึ้น
การจัดตำแหน่งรูเจาะให้ตรงกลางแม่นยำยิ่งขึ้นนั้นมีประโยชน์อย่างมากในงานขุดอุโมงค์และการระเบิด เนื่องจากความเบี่ยงเบนของรูเจาะส่งผลต่อความแม่นยำในการเจาะ ระยะห่างระหว่างรูเจาะ การวางตำแหน่งของดินระเบิด การแตกกระจาย และการระเบิดเกินจุดที่ต้องการ
ติดขัดน้อยลง และมุมแตกหักน้อยลง
ในหินแข็งที่มีรอยแตก การใช้ดอกสกัดแบบธรรมดาอาจสัมผัสกับก้นรูในแนวเส้นแคบๆ ซึ่งอาจทำให้มุมด้านนอกเสี่ยงต่อการติดขัดหรือแตกหักได้
การออกแบบขอบหลายด้านสามารถเพิ่มพื้นที่สัมผัสและกระจายแรงกดได้กว้างขึ้น เมื่อรวมกับการล้างทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพ อาจช่วยลดปัญหาดอกสว่านติดขัดและความเสียหายของขอบได้
การชำระล้างที่ดีขึ้น
ร่องเล็กๆ ที่อธิบายไว้ในบทความต้นฉบับนั้น สามารถกลายเป็นส่วนหนึ่งของทางเดินในการชะล้างได้ เมื่อเชื่อมต่ออย่างเหมาะสมกับรูอากาศหรือรูน้ำของดอกสว่านแล้ว จะช่วยนำเศษการเจาะออกไปจากหน้าตัดได้
การล้างเศษหินอย่างทั่วถึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการเจาะหิน หากเศษหินตกค้างอยู่ที่ก้นหลุม ดอกสว่านจะบดเศษหินเดิมซ้ำแทนที่จะเจาะหินใหม่ ซึ่งจะทำให้สิ้นเปลืองพลังงาน เกิดความร้อน การสึกหรอ และการเสียดสีของเครื่องมือเพิ่มขึ้น
ข้อดีของการบดซ้ำ
การลับคมใหม่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับดอกสกัดปลายคาร์ไบด์ ปัญหาของดอกสกัดแบบธรรมดาคือ มุมด้านนอกที่สึกหรอมากอาจต้องทำการเจียรวัสดุออกเป็นจำนวนมากเพื่อคืนรูปทรงเดิม ซึ่งอาจทำให้คาร์ไบด์สึกหรอมากขึ้น ใช้เวลาในการเจียรนานขึ้น และทำให้ยากต่อการรักษาความสม่ำเสมอของรูปทรงเรขาคณิตหากไม่มีเครื่องมือวัดที่เหมาะสม
การดัดแปลงดอกสว่านอาจช่วยให้การลับคมง่ายขึ้น เนื่องจากรอยสึกหรอจะกระจุกตัวอยู่เฉพาะบริเวณขอบด้านนอกที่เป็นมุม ในบางกรณี ส่วนตรงกลางอาจไม่จำเป็นต้องเจียรออกมากนัก ซึ่งจะช่วยลดภาระงานในการเจียรและรักษาคาร์ไบด์ที่ใช้งานได้ไว้ได้
อย่างไรก็ตาม การลับคมต้องทำอย่างระมัดระวัง ความร้อนสูงเกินไปอาจทำให้คาร์ไบด์เสียหายหรือทำให้การยึดเกาะระหว่างคาร์ไบด์กับตัวดอกสว่านอ่อนลง ล้อเจียรหยาบอาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนลึกซึ่งกลายเป็นจุดเริ่มต้นของการแตกร้าว การจุ่มน้ำอย่างรวดเร็วหลังจากความร้อนสูงเกินไปก็อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันและควรหลีกเลี่ยงเว้นแต่ผู้ผลิตดอกสว่านจะระบุถึงกระบวนการควบคุมไว้
การลับคมดอกสว่านควรดำเนินการโดยบุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรม โดยใช้อุปกรณ์ที่ถูกต้อง วิธีการระบายความร้อนที่เหมาะสม มาตรฐานการตรวจสอบ และรูปทรงเรขาคณิตที่ผู้ผลิตดอกสว่านแนะนำ
ข้อควรพิจารณาเชิงปฏิบัติก่อนการรับเลี้ยงบุตรบุญธรรม
ควรทดสอบการออกแบบดอกสว่านแบบดัดแปลงก่อนนำไปใช้งานในวงกว้าง โดยควรประเมินปัจจัยต่อไปนี้:
ความแข็งของหิน ความสึกกร่อน และสภาวะการแตกหัก
พลังงานกระแทกและความเร็วในการหมุนของแท่นขุดเจาะ
เส้นผ่านศูนย์กลางรูและความตรงของรูที่ต้องการ
ความสามารถในการชะล้างด้วยอากาศหรือน้ำ
เกรดเหล็กและคาร์ไบด์ของดอกสว่าน
ความสามารถในการบดซ้ำที่มีอยู่
ต้นทุนต่อเมตรที่เจาะ รวมถึงเวลาหยุดทำงานและค่าแรง
อัตราการเจาะและอายุการใช้งานของดอกสว่านเปรียบเทียบ
ข้อมูลการทดสอบในอดีตที่อธิบายไว้ในบทความต้นฉบับให้แนวคิดที่เป็นประโยชน์ แต่แท่นเจาะสมัยใหม่ เกรดคาร์ไบด์ และสภาวะการทำงานมีความแตกต่างกัน การทดลองภาคสนามควรได้รับการวางแผน วัดผล และตรวจสอบโดยบุคลากรด้านการเจาะที่มีคุณสมบัติเหมาะสม
บทสรุป
ดอกสกัดเป็นเครื่องมือที่เรียบง่าย แต่การปรับเปลี่ยนรูปทรงการตัดเพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการเจาะได้ โดยการเพิ่มขอบด้านนอกที่เป็นมุม การใช้คมตัดสั้นหลายๆ คม และการวางร่องล้างอย่างเหมาะสม ผู้ผลิตและผู้รับเหมาสามารถลดการสึกหรอที่มุม ปรับปรุงการแตกตัวของหิน สนับสนุนคุณภาพรูเจาะที่ดีขึ้น และลดความต้องการในการลับคมใหม่ได้
การออกแบบดอกสว่านที่ดีที่สุดนั้นต้องเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้านเสมอ การปรับปรุงแก้ไขที่ประสบความสำเร็จต้องสอดคล้องกับลักษณะหิน แท่นขุดเจาะ ระบบล้าง วัสดุของดอกสว่าน และวิธีการบำรุงรักษา เมื่อได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบภาคสนามที่มีการควบคุมแล้ว รูปทรงของดอกสว่านแบบสกัดที่ดีขึ้นสามารถกลายเป็นแนวทางที่ใช้งานได้จริงเพื่อยืดอายุการใช้งานและลดต้นทุนการขุดเจาะ
