3 способа установки твердосплавных штырей в штыревые сверла

Твердосплавные штыревые коронки — незаменимый инструмент для бурения, известный своей прочностью и эффективностью. Качество этих коронок во многом зависит от способа установки твердосплавных штыревых коронок, что критически важно для их производительности и срока службы. Понимание различных методов установки — ключ к пониманию инженерной мысли, лежащей в основе этих прочных буровых компонентов.

В этой статье блога будут подробно рассмотрены три основных метода установки твердосплавных штырей в штыревые коронки: горячее прессование, холодное прессование и пайка. Каждый метод обладает своими преимуществами и выбирается в зависимости от конкретных условий применения и свойств материала, влияющих на общую эффективность коронки в различных условиях бурения.

Что такое вставные твердосплавные штыри?

Установка твердосплавных штифтов Это процесс внедрения небольших, высокопрочных вставок из карбида вольфрама в стальной корпус сверла или другого режущего инструмента. Эти вставки, обычно полусферической, конической или параболической формы, служат основными режущими или дробящими элементами, взаимодействующими с горной породой или другими твердыми материалами.

Целью установки этих чрезвычайно твердых твердосплавных компонентов является значительное повышение износостойкости сверла, эффективности резания и общего срока службы, что позволяет повысить эффективность и экономичность буровых работ в сложных условиях, таких как горнодобывающая промышленность, строительство, а также разведка нефти и газа.

Что такое вставки для сверл?

Вставки для буровых долот, часто называемые «штырьками» или «твердосплавными вставками», являются основными режущими элементами многих современных буровых долот. Они обычно изготавливаются из чрезвычайно твёрдых и износостойких материалов, чаще всего из цементированного карбида вольфрама. Эти вставки изготавливаются с высокой точностью и запрессовываются в стальной корпус сверла, где они принимают на себя основную нагрузку при бурении. Конструкция и расположение этих вставок имеют решающее значение для оптимизации производительности долота при бурении конкретных типов пород и условий бурения. Их основные функции включают в себя:

• Фрагментация горных пород: Вставки дробят, откалывают или разрезают горную породу, разбивая ее на более мелкие куски для создания скважины.
• Износостойкость: Будучи значительно твёрже стального корпуса долота, вставки защищают долото от абразивного износа, продлевая срок его службы.
• Эффективность бурения: Для максимального увеличения скорости проникновения в различные горные породы — от мягкой и трещиноватой почвы до чрезвычайно твердой и абразивной породы — используются твердосплавные пластины различных форм и марок.
• Повышенная долговечность: Вставки позволяют долоту выдерживать высокие ударные нагрузки и высокие температуры, возникающие во время бурения горных пород.

3 способа установки твердосплавных штифтов

Эффективная установка твердосплавных штырей в сверлах имеет первостепенное значение для их производительности и долговечности. Для обеспечения надежного и прочного соединения твердого сплава с более мягкой сталью корпуса сверла применяются различные методы.

Давайте рассмотрим три основных метода: медная пайка, холодное прессование и горячее прессование. Существует три способа установки твердосплавных вставок: пайка медным припоем, холодное прессование и горячее прессование.

1. Пайка медным припоем:

Пайка медным припоем является самым ранним способом вставки карбидных штырей, в первую очередь определяя размер отверстия и карбидного штыря на основе зазора во время пайки. В соответствии со структурой юбки долота, соответствующие отверстия для штырей просверливаются в юбке долота, а затем карбидные штыри привариваются к юбке долота с использованием методов сварки медью или серебром.

Этот метод не требует высокой точности для сверления или размера кнопки. Во время пайки припой помещается в нижнюю часть карбидной кнопки, а на поверхность карбидной кнопки наносится немного флюса. Припой полностью диффундирует в бескислородном состоянии, образуя плотный, однородный и полный сварной шов. Отверстие выдерживает только радиальные и тангенциальные напряжения, вызванные конденсационной усадкой сварного шва, без осевого растягивающего или сжимающего напряжения. Кроме того, этот слой припоя может задержать удар во время бурения скальных пород, тем самым избегая недостатков посадки с натягом.

Однако высокие температуры во время сварки создают термические напряжения, которые могут привести к дефектам и распространению микротрещин в сплаве с низким содержанием кобальта, а также к снижению твердости (на HRC 0.5-0.8) и прочности на изгиб (на 8%-20%) карбида. Образование оксидного слоя на поверхности сплавной головки делает карбидную головку склонной к разрушению.

В настоящее время этот метод применяется в основном для штыревых коронок одноразового использования, таких как коронки для выпуска доменной стали и анкерные коронки.

В процессе пайки медью припой наносится на дно карбидного штифта, часто с флюсом. Затем соединение нагревается в бескислородной среде, что позволяет припою расплавиться и растекаться, создавая прочное, плотное и равномерное соединение. Хотя этот метод обеспечивает хорошую ударопрочность, замедляя удар, высокие температуры могут вызывать термические напряжения и потенциально снижать твёрдость и прочность карбида на изгиб.

2. Холодный отжим

Холодный и горячий пресс используют посадку с натягом для фиксации карбидных вставок, и натяг обычно составляет от 0.04 мм до 0.08 мм. Факторы, влияющие на натяг, включают, но не ограничиваются:

• 1. Материал юбки сверла;
• 2. Процесс термической обработки юбки;
• 3. Диаметр твердосплавных штырей;
• 4. Оборудование для вставки твердосплавных штырей в юбку долота.

Холодное прессование осуществляется при комнатной температуре, без необходимости нагревания штыревой коронки, путем непосредственного использования гидравлического молота для плотного вдавливания твердосплавных штырей в штыревую коронку.

Этот процесс имеет более низкую себестоимость производства, но нестабилен.

Неправильный выбор интерференции может значительно увеличить усилие прессования, иногда приводя к повреждению карбида и отверстия. Даже при правильной интерференции тангенциальные, осевые и радиальные напряжения, испытываемые карбидной вставкой при больших нагрузках, могут ускорить расширение существующих дефектов, что приведет к преждевременному повреждению карбидных вставок.

Общий срок службы штыревых долот холодной штамповки ограничен, особенно на поздней стадии сверления штыревых долот, и такие проблемы, как выскакивание или поломка штырей, являются обычным явлением.

Штыревое долото холодного прессования обычно используется для более мягких, менее абразивных пород, и этот метод часто применяется в анкерных долотах более высокого класса.

Эта технология проста и высокоэффективна с точки зрения скорости производства. Однако она требует чрезвычайно точных допусков как для твердосплавных штырей, так и для сверлящихся отверстий. Неправильное взаимодействие может привести к чрезмерному усилию прессования, потенциальному повреждению твердосплавного сплава или корпуса сверла, а также сократить срок службы сверла, если связка недостаточно прочна для выдерживания нагрузок при сверлении.

3. Горячий пресс

В отличие от холодной прессовки, процесс горячей прессовки использует принцип термического расширения и сжатия. Он включает в себя нагревание юбки биты до определенной температуры, обычно от 200°C до 500°C, для расширения диаметра отверстий для кнопок. Затем твердосплавная кнопка вставляется в отверстие и физически сжимается для плотной интеграции кнопок с юбкой биты.

Этот метод не требует давления или требует лишь минимального давления, что позволяет избежать или уменьшить влияние на эксплуатационные характеристики твердосплавных вставок и делает его более эффективным для сохранения первоначальных свойств твердосплавных вставок.

Горячая прессовка в настоящее время является лучшим и основным методом вставки твердосплавных штырей. Горячепрессованные штыревые коронки обладают лучшей износостойкостью, более высокой твердостью и превосходной стабильностью, подходят для очень твердых и высокоабразивных пород.

Горячее прессование, которое сегодня часто считают наиболее эффективным и широко распространенным методом, использует принцип термического расширения и сжатия. Юбка или корпус сверла нагревается до определённой температуры (обычно от 200 до 500 °C), что приводит к расширению отверстий для штифтов. Это расширение позволяет легко вставлять твердосплавные штифты с минимальным усилием или без него.

По мере охлаждения корпус долота сжимается, плотно обхватывая твердосплавный штырь и образуя исключительно прочное и стабильное соединение. Этот метод минимизирует нагрузку на карбид, помогая сохранить его первоначальные свойства: твёрдость и износостойкость, что обеспечивает превосходную производительность и длительный срок службы, особенно в твёрдых и абразивных породах.

Преимущества установки твердосплавных штифтов

Установка твердосплавных штырей в сверла обеспечивает множество преимуществ, значительно повышая производительность и экономическую эффективность сверления. Эти преимущества обусловлены, прежде всего, исключительными свойствами самого карбида вольфрама, материала, известного своей твёрдостью и износостойкостью. Ключевые преимущества включают в себя:

• Увеличенный срок службы инструмента: Твердосплавные кнопки Значительно увеличивают срок службы буровых долот по сравнению с традиционными стальными долотами, поскольку они устойчивы к истиранию и износу даже в самых сложных горных породах. Это сокращает частоту замены долот и связанные с этим простои.
• Превосходные показатели проникновения: Исключительная твердость карбида обеспечивает более агрессивную резку и более быстрое проникновение в твердые и абразивные материалы, что приводит к повышению эффективности сверления и более высокой производительности.
• Повышенная прочность и ударопрочность: Правильно установленные твердосплавные штыри способны выдерживать значительные ударные нагрузки и сохранять свою структурную целостность, сводя к минимуму сколы и поломки во время ударного сверления.
• Экономия на издержках: Хотя первоначальная стоимость твердосплавных штыревых коронок может быть выше, их длительный срок службы, снижение потребности в замене и повышение эффективности бурения в конечном итоге приводят к существенной долгосрочной экономии затрат на рабочую силу, оборудование и сроки реализации проекта.
• Универсальность в приложениях: Твердосплавные штыревые коронки отличаются высокой универсальностью и эффективностью в широком диапазоне геологических условий и сфер применения при бурении, включая горнодобывающую промышленность, разработку карьеров, строительство, а также разведку нефти и газа.

Использование твердосплавных вставок

Благодаря своей исключительной твёрдости, износостойкости и способности выдерживать высокие температуры и давление, твёрдосплавные вставки являются незаменимыми компонентами во многих отраслях тяжёлой промышленности. Их основная функция — повышение стойкости инструментов к резанию, раздавливанию и истиранию, что значительно продлевает срок их службы и повышает эффективность. Эти небольшие, но прочные вставки незаменимы там, где обычные стальные инструменты быстро выходят из строя в тяжёлых условиях.

Универсальность вставных твердосплавных штырей позволяет использовать их в широком спектре применений, в первую очередь для сверления, резки и защиты от износа:

• Горное дело и бурение: Это, пожалуй, самая широкая область применения, где твердосплавные вставки интегрируются в различные буровые долота, такие как долота для погружного бурения (DTH), трёхшарошечные долота и долота для бурения с выносным перфоратором. Они незаменимы для бурения твёрдых пород, руды и угля при горнодобывающих работах, разведке нефти и газа, а также геотехническом бурении.
• Строительство: В строительном секторе твердосплавные вставки незаменимы для инструментов, используемых для разрушения, резки и сверления твёрдых материалов, таких как бетон, асфальт и камень. Они используются в дорожных фрезах, инструментах для бурения фундаментов и режущих головках тоннелепроходческих комбайнов (ТБМ).
• Тяжелая техника и изнашиваемые детали: Помимо бурения, твердосплавные коронки используются в качестве износостойких деталей в тяжёлой технике. Примерами служат наконечники дробилок для дробления камня и руды, а также различные детали, подверженные сильному абразивному износу, что обеспечивает долговечность и сокращает необходимость в техническом обслуживании промышленного оборудования.
• Другие специализированные приложения: Их уникальные свойства также делают их пригодными для узкоспециализированных применений, таких как снегоочистительное оборудование (в снегоочистителях и инструментах для обслуживания дорог), некоторые деревообрабатывающие инструменты, требующие высокой точности и долговечности, и даже некоторые металлорежущие инструменты для обработки сплавов.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что выбор между горячей, холодной штамповкой и пайкой для установки твердосплавных штырей существенно влияет на производительность и долговечность штыревого долота. Каждый метод обладает уникальными преимуществами, от повышенной прочности соединения до экономической эффективности, и подходит для различных условий бурения и горных пород.

Оптимизация метода установки имеет первостепенное значение для максимальной эффективности бурения и снижения эксплуатационных расходов. Правильно спроектированная штыревая коронка обеспечивает превосходную скорость бурения и длительный срок службы инструмента, что напрямую влияет на повышение производительности на рабочей площадке.

Если вам нужны высококачественные и долговечные твердосплавные штыревые коронки, использующие эти передовые методы установки, обратите внимание на компанию Sinodrills. Мы предлагаем широкий ассортимент твердосплавных штыревых коронок оптом, разработанных для удовлетворения строгих требований современных буровых работ, гарантируя вам надежную работу и исключительную ценность.