การวิเคราะห์ความล้มเหลวและการใช้เครื่องมือเจาะหินอย่างถูกต้อง
การวิเคราะห์ความเสียหายของเครื่องมือขุดเจาะหิน ปัจจุบันจีนผลิตเครื่องมือขุดเจาะหิน (RDT) หลากหลายประเภทที่มีคุณสมบัติโดดเด่น เช่น ดอกสว่านแบบฟันเสา/ฟันแทรก ดอกสว่านคาร์ไบด์ซีเมนต์ ดอกสว่านหินที่ทนทานเป็นพิเศษ และคาร์ไบด์ K610 ซึ่งคุณภาพและอายุการใช้งานได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น แต่ยังคงไม่สม่ำเสมอ ความเสียหายในระยะแรกส่วนใหญ่เกิดจากปัญหาของดอกสว่านและแท่งเจาะ
ดอกสว่านเสียหายจากการสึกหรอที่ผิดปกติและตามปกติ ได้แก่ การแตกเป็นเสี่ยงๆ การแตกหักของฟัน การสูญเสียฟัน การบิ่น และการแตกหัก ดอกสว่านแบบสิ่วมักเสียหายเนื่องจากปีกตัดบางเกินไป สึกหรอเร็ว มีเสถียรภาพทางเรขาคณิตต่ำ และการยึดจับเม็ดมีดคาร์ไบด์ไม่เพียงพอ ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียเม็ดมีดและการสึกหรอที่เร็วขึ้น ดอกสว่านทรงกลม/ดอกสว่านแบบกระดุมมักประสบปัญหาการแตกของขอบ ฟันขอบแตก รอยแตกที่ขอบ การสูญเสียแคป และการแตกหักที่เอว (ลำตัว) การศึกษาภาคสนามโดยใช้สว่านลม 7655 บนหินแกรนิตแข็ง พบดอกสว่านแบบฟันแทรก ∅40–∅42 ฟันที่ใช้ในบ้าน พบการแตกของฟันขอบ 22.7% การแตกหักของฟันขอบ 35.4% และการสูญเสียชิ้นส่วน 26.4% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความเสียหายของฟันขอบเป็นลักษณะความล้มเหลวหลัก สาเหตุประกอบด้วยแรงกดที่ไม่สม่ำเสมอและเยื้องศูนย์บนฟันขอบ แรงกดในแนวรัศมีที่แตกต่างกัน การเสียรูปพลาสติกของผนังรูฟันที่เพิ่มขึ้น (นำไปสู่ปากดอกสว่านและแรงยึดที่ลดลง) การสอดแทรกระหว่างฟันและรูที่ไม่เพียงพอ และความแข็งของตัวหัวกัดต่ำ ความแข็งของตัวหัวกัดที่สูงขึ้นเป็นประโยชน์ต่อคาร์ไบด์มากกว่าตัวหัวกัดที่มีความแข็งปานกลาง/ต่ำ คุณภาพการเชื่อม ประสิทธิภาพของฟลักซ์ แนวปฏิบัติในการเชื่อม และการใช้งานก็ส่งผลต่อความล้มเหลวเช่นกัน มากกว่า 80% ของรอยแตกของตัวหัวกัดเกิดขึ้นที่รอยต่อระหว่างหน้าหัวกัดและขอบของหัวกัด รอยแตกบางส่วนของฟันหัวกัดแทรกจะแพร่กระจายไปตามก้นรูฟัน การเลือกเหล็กที่ไม่ดี รูปทรงที่ไม่เหมาะสม การผลิตที่ไม่เหมาะสม หรือการใช้งานที่ไม่ถูกต้อง ล้วนเป็นปัจจัยที่ทำให้รอยแตกรุนแรงขึ้น
แท่งเจาะต้องทนต่อแรงเค้นสลับกัน ได้แก่ แรงกระแทก การดัด และการกัดกร่อน ดังนั้นจึงต้องการความแข็งแรงของความล้าสูง ความเหนียวต่อแรงกระแทก ความต้านทานการกัดกร่อน และความไวต่อรอยบากและอัตราการขยายตัวของรอยแตกร้าวต่ำ ความเสียหายของแท่งเจาะประกอบด้วยการเสียรูปที่ปลายก้านแท่งเล็กเนื่องจากความแข็งต่ำ การแตกของปลายที่มีความแข็งสูง การสึกหรอของเกลียวที่ข้อต่อ การแตกจากความล้า และรอยแตกร้าวเปราะ ความเสียหายจากความล้าเริ่มต้นและแพร่กระจายจากข้อบกพร่องของวัสดุ (สิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ ความพรุน จุดขาว รอยขีดข่วน การกำจัดคาร์บอน รอยแตกร้าวจากการกัดกร่อน) หรือจากการอบชุบวัสดุ/ความร้อนที่ไม่ดี (แกนแข็งเกินจากการคาร์บูไรซิ่ง การชุบแข็งที่ไม่ดีทำให้เกิดรอยแตกร้าวที่ปลาย รอยแตกร้าวจากการชุบแข็ง) ข้อบกพร่องในการออกแบบและการประกอบข้อต่อที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้ การใช้งานที่ไม่ถูกต้อง (รอยค้อน การหล่อลื่นข้อต่อที่ไม่ดี การกัดกร่อน) ก็ทำให้เกิดรอยแตกร้าวและแตกหักได้เช่นกัน รอยแตกของแท่งบางอันไม่แสดงลักษณะความล้าและปรากฏเป็นรอยแตกเปราะใสเป็นผลึก ซึ่งมักเกิดจากข้อบกพร่อง การเปลี่ยนแปลงหน้าตัดอย่างรุนแรง การเหลื่อมซ้อนกันจากการตีขึ้นรูป หรือการอบชุบด้วยความร้อนที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้มีความแข็งแรงต่ำหรือความเข้มข้นของความเค้นสูง และรอยแตกร้าวแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว
การใช้เครื่องมือเจาะหินอย่างถูกต้องและสมเหตุสมผล 2.1 ปรับปรุงคุณภาพการออกแบบ การกำหนดค่าพารามิเตอร์โครงสร้างที่เหมาะสมและการพัฒนาเครื่องมือชนิดใหม่เป็นสิ่งจำเป็นเบื้องต้นเพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น สำหรับดอกสว่านแบบฟันแทรก/ฟันคอลัมน์ ครอบฟันทรงครึ่งวงกลมให้ความเร็วในการเจาะสูงและทนทานต่อแรงอัด เส้นผ่านศูนย์กลางของฟันควรรับประกันความแข็งแรงแรงดึงและความแข็งแรงในการจับยึด เพื่อลดความเสียหายของฟันขอบและยืดอายุการใช้งาน: (1) เสริมความแข็งแรงของฟันขอบโดยการเลือกรูปร่างฟัน เส้นผ่านศูนย์กลาง และความสูงของฟันที่เหมาะสม (2) ลดมุมคายของฟันขอบเพื่อปรับปรุงการกระจายแรงและความต้านทานแรงกระแทก (3) เลือกช่องว่างเชื่อมและรอยต่อแบบสอดประสานที่ถูกต้องเพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะ (4) ใช้คาร์ไบด์ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนที่แข็งแรงกว่าสำหรับฟันขอบเพื่อป้องกันการแตกเป็นเสี่ยง (5) เสริมความแข็งแรงให้กับตัวดอกสว่านเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอ (6) ปรับปรุงการจัดวางฟันให้เหมาะสม เพิ่มจำนวนฟันขอบหากทำได้ และปรับปรุงการชะล้าง โดยรักษารูระบายน้ำที่หน้าดอกสว่านและระบบชะล้างแบบสามร่อง/สองรูที่มีช่องว่างขนาดใหญ่เพื่อเพิ่มการกำจัดเศษตัด ลดการเจียรซ้ำของเศษตัด ลดการใช้พลังงาน และยืดอายุการใช้งานของดอกสว่าน
ปรับปรุงรูปทรงของแท่งเหล็ก: เช่น แท่งเหล็กเกลียวเต็มของ Ingersoll-Rand ที่ผลิตโดยการรีดขึ้นรูป พร้อมการชุบแข็งผิว มุมเกลียวที่กว้างขึ้น และการล็อกตัวเองที่ดี ช่วยเพิ่มความเหนียว ทนทานต่อการสึกหรอ และความสะดวกในการประกอบ/ถอดประกอบ ปรับปรุงรูปลักษณ์และการออกแบบบรรจุภัณฑ์เพื่อปกป้องเครื่องมือและยืดอายุการใช้งาน
2.2 เลือกวัสดุคุณภาพสูง วัสดุเครื่องมือควรมีความเหนียวและทนทานต่อการสึกหรอ มีความแข็งแรงทนทานสูง ทนต่อความล้าสูง ความไวต่อรอยบากต่ำ ยึดเกาะคาร์ไบด์ได้ดี และทนต่อการกัดกร่อนได้บ้าง เหล็กกล้าที่แนะนำ ได้แก่ 24SiMnNi2CrMo (คล้ายกับ Swedish FF710) ซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลและการแตกหักที่ดีเยี่ยม; 40SiMnMoV สำหรับแท่งเหล็ก (ค่าการเจาะทะลุเฉลี่ย ~1225.4 เมตร ใกล้เคียงกับระดับสิ่งแปลกปลอม); 55SiMnMo สำหรับแท่งเหล็กขนาดเล็กที่มีอายุการใช้งานใกล้เคียงกับแท่งเหล็กขนาดเล็กของ Swedish 95CrMo (~250 เมตร); 35SiMnMoV ที่ให้ ~300 เมตรต่อแท่ง เหล็กเหล่านี้หลังจากผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวแล้ว จะก่อให้เกิดโครงสร้างจุลภาคแบบเบไนติกที่มีความเหนียวทนต่อความล้าสูง สำหรับดอกสว่านขนาดเล็กและขนาดกลางที่ยึดด้วยเม็ดมีด 40MnMoV เหมาะสำหรับตัวดอกสว่าน; สำหรับดอกสว่านแบบยึดด้วยเม็ดมีดที่ยึดด้วยความร้อน 45NiCrMoV จะดีกว่า การเลือกคาร์ไบด์ต้องสอดคล้องกับกลศาสตร์ของหินและประเภทของดอกสว่าน
2.3 การนำเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงมาใช้ การใช้เครื่องจักรกลเพื่อผลิตหัวกัดแทนการตีขึ้นรูปแบบดั้งเดิมถือเป็นการพัฒนาที่สำคัญ สำหรับหัวกัดแบบเชื่อม ควรใช้อุปกรณ์ให้ความร้อนที่เหมาะสม (เตาเหนี่ยวนำความถี่อัลตราโซนิกหรือความถี่กลาง) หรือการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำเต็มรูปแบบเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการกำจัดคาร์บอน มั่นใจได้ว่าเวลาในการให้ความร้อนจะสั้นและควบคุมได้ ง่ายต่อการบัดกรี และหลีกเลี่ยงความเครียดจากการดับโดยการควบคุมความเย็น เพิ่มขนาดรอยเชื่อมให้เหมาะสม เลือกหินเจียรเกรด และทำความสะอาดพื้นผิวเชื่อมให้สะอาดหมดจดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์เพื่อปรับปรุงคุณภาพการบัดกรี
สำหรับการยึดติดเม็ดมีด แนะนำให้ใช้การติดตั้งแบบร้อนสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดกลางและขนาดใหญ่ เนื่องจากจะส่งผลต่อคุณสมบัติของตัวดอกสว่านและคาร์ไบด์น้อยที่สุด ช่วยรักษาคุณภาพพื้นผิว ก่อให้เกิดสภาวะความเค้นอัดสองแกนที่รอยต่อ ให้การยึดเกาะที่ดี ลดการสูญเสียชิ้นส่วน และช่วยให้การอบชุบเหล็กมีประสิทธิภาพสูงสุด เม็ดมีดแบบอัดเย็นต้องการความแม่นยำในการตัดเฉือนสูง ควรใช้เครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง โซ่ขนาดสั้นเพื่อเพิ่มความแข็งสัมผัสและคุณภาพพื้นผิวของรูฟัน รูปทรงของเครื่องมือควรช่วยให้การเสียรูปจากการตัดและการอัดขึ้นรูปมีมากขึ้น เพื่อให้ผนังรูได้รับแรงอัดตกค้างที่เป็นประโยชน์และชั้นผิวที่แข็งตัวจากความเครียด
เพื่อยืดอายุการใช้งานของแท่งเหล็ก ควรผลิตแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปและกลึงที่มีความแม่นยำสูงเพื่อป้องกันการเกิดรอยบาก รอยวาบ หรือรอยแตก ปรับปรุงคุณภาพการรีดเหล็กกลวงเพื่อขจัดรอยบุบ สะเก็ด รอยพับ และการเกิดคาร์บอน
บทสรุป บทความนี้วิเคราะห์รูปแบบความล้มเหลวของ RDT และตรวจสอบโครงสร้างและรูปแบบความเสียหายของดอกสว่าน โดยแสดงสาเหตุของความล้มเหลวและเสนอมาตรการยืดอายุการใช้งาน ได้แก่ พารามิเตอร์โครงสร้างที่เหมาะสม การเลือกใช้วัสดุที่มีคุณภาพ และเทคนิคการผลิตขั้นสูง อย่างไรก็ตาม อายุการใช้งานของเครื่องมือขึ้นอยู่กับคุณภาพโดยธรรมชาติและการใช้งานทางวิทยาศาสตร์ ประเด็นสำคัญเพิ่มเติมในทางปฏิบัติ: ใช้ตัวดึงแทนการตอกมือเมื่อถอดดอกสว่าน; ลับคมดอกสว่านเพื่อลดการเกิดรอยแตกและการขยายตัวของพื้นผิว และเพื่อเพิ่มความเร็วในการเจาะ; ปฏิบัติตามขั้นตอนที่ถูกต้อง—ค่อยๆ เลื่อนดอกสว่านเข้าไปในหินก่อนการเจาะด้วยความเร็วเต็มที่; ตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อต่อก้านดอกสว่านอยู่กึ่งกลางและเกลียวเข้าที่อย่างสมบูรณ์; หากดอกสว่านติด ให้หลีกเลี่ยงการตอก—ปิดวาล์วทางเข้า เปิดน้ำ เลื่อนดอกสว่านช้าๆ และใช้การเคลื่อนไหวไปมาเพื่อทำให้ผนังเจาะเรียบและหลุดออกจากเครื่องมือ ซึ่งช่วยป้องกันการแตกของคาร์ไบด์ การแตกหักของก้านดอกสว่าน หรือการแตกหักของก้านดอกสว่าน
โดยสรุป การใช้สว่านที่จับคู่กัน เครื่องมือเฉพาะทาง และเครื่องจักรที่เหมาะสมภายใต้เงื่อนไขต่างๆ จะทำให้ RDT สามารถบรรลุประสิทธิภาพตามศักยภาพได้
