Kaya delme aletlerinin ömrünü uzatmanın yolları

Kaya delme aletlerinin hasar analizi:

Son yıllarda, ülkemin kaya delme aletleri hızla gelişti ve sütun dişli matkap uçları, karbürlü integral matkap uçları, son derece sert kaya matkap uçları, K610 karbür, Ni-Cr-Mo ultra yüksek dayanımlı matkap takım çeliği, ∅38 oluklu ve trapez matkap çubukları vb. gibi kendi özelliklerine sahip bir dizi ürün oluşturuldu ve önemli ölçüde iyileştirilmiş kalite ve ömre sahip. Ancak, seri üretim kalitesi hala istikrarsız ve matkap aletleri erken arızalanıyor. Nedenler aşağıdaki gibi analiz ediliyor:

1. Matkap ucu

Matkap ucunun hasar biçimleri esas olarak anormal aşınma ve parçalar, kırık dişler, iç diş çıkarılması, matkap gövdesinin şişmesi ve çatlaması gibi normal aşınmayı içerir. Ülkem uzun süredir eski tip düz matkap uçları kullanmaktadır. Hurdaya çıkarıldıktan sonra, alaşım parçasının ortasındaki ortalama kalan bıçak 12 mm'den fazladır ve normal oran %5'ten azdır. Sert kayalarda şişme, ters koni aşınması, kırık bel, çatlama ve düşen parçalar genellikle matkap ucu kullanımının %80'inden fazlasını oluşturur. Ana neden, matkap ucunun bıçak kanadının çok ince olması ve göreceli kanat kalınlığının sadece 1,16 olmasıdır. Aşınmaya dayanıklı değildir, hızlı radyal aşınmaya sahiptir ve zayıf geometrik şekil kararlılığına sahiptir. Bıçak çelik gövdesi, alaşım levha üzerinde yetersiz sıkıştırma kuvvetine sahiptir, bu da levhanın düşmesine, patlatma deliğinin yuvarlak olmamasına, dönme direncinin büyük olmasına ve matkap bıçağının aşınmasının ağırlaşmasına neden olur. Eski düz şekilli matkap kafasının konik delik derinliği 32 mm'dir ve matkap ucu yerleştirme derinliği 24 mm'den azdır. Konik delik sığdır. Yüksek frekanslı ve yüksek darbeli yükün etkisi altında, pantolon duvarının birim alan başına pozitif basınç, matkap kafası çelik gövdesinin nihai mukavemetini kolayca aşacak ve pantolonun genişlemesine veya pantolonun çatlamasına neden olacaktır. İlk olarak, pantolon açıklığının iç duvarından başlayarak, teğetsel çekme artık deformasyonu üretilir, bu da pantolon duvarının genişlemesine, trompet şekli oluşturmasına, gevşek bağlantıya ve pantolonun düşmesine neden olur. Pantolon gövdesi çeliğinin sertliği pantolonun çatlamasına neden olmayacak kadar yüksek olduğunda, toz boşaltma sistemi zayıftır ve tekrarlanan ezilme meydana gelir, bu da matkap kafasının aşınmasını artırır.

Bilyalı dişli matkap başlığındaki hasarın ana biçimleri kenar diş düşmesi, kırık diş düşmesi, pantolon çatlaması, başlığın çıkması ve bel kırılmasıdır. Çin Jeoloji Bilimleri Üniversitesi'nde COP1038HD hidrolik kaya matkaplarıyla delinen İsveç ∅48mm bilyalı dişli matkap uçlarının arıza istatistiklerine göre, dişlerin %37'si kaybolmuş, dişlerin %28,3'ü kırılmış ve dişlerin %13,2'si kırılmıştır. 7655 pnömatik kaya matkaplarıyla sert granitte delik açılırken dişlerin %22,7'si kaybolmuş, dişlerin %35,4'ü kırılmış ve dişlerin %26,4'ü kırılmıştır. Saha testleri dişlerin kaybolduğunu ve kırıldığını göstermektedir. Bunun nedeni, dişlerin son derece eşit olmayan bir şekilde dağılmış olan eksantrik strese maruz kalması ve dişlerin farklı radyal çevresel basınçlara maruz kalması, dişlerin stres taşımasına ve dişlerin farklı radyal çevresel basınçlara maruz kalması, dişlerin stres taşımasını zorlaştırarak dişlerin kırılmasına neden olmasıdır. Matkap ucu tabanının yüksek sertliği nedeniyle, dişler ve delikler arasındaki sıkı uyum değişmeden kalır. Sabitleme sırasında, diş deliğinin yüksek sertliği nedeniyle elastik-plastik deformasyon zayıftır. Dişler basınç altında sabitlendiğinde, mikro çatlaklar kolayca oluşur. Kaya daha hızlı bir hızda delindikçe, farklı yönlerde genişler ve alaşımlı dişlerin düzensiz şekilde ezilmesine neden olur. Kolon dişli matkap ucuna gelen darbe sayısı arttıkça, diş deliği duvarının plastik deformasyonu artmaya devam ederek, diş deliği ağzında bir çan ağzının görünmesine neden olur, bu da dişleri sabitleme kuvvetinin azalmasına ve diş sıyrılmasının kolaylaşmasına neden olur. Ayrıca, diş delikleri arasındaki küçük müdahale nedeniyle, matkap ucu gövdesinin düşük sertliği de diş sıyrılmasını daha da kötüleştirir. Semente karbür kırılgan bir malzeme olduğundan, içindeki kaçınılmaz gözenekler, kapanımlar ve diğer mikro çatlak kaynakları, kaya delinirken milyonlarca darbe sürecinde genişlemeye ve kırılmaya devam edecektir. Yüksek sertlikteki matkap ucu gövdesinin, semente karbür dişleri üzerindeki etkisi, orta ve düşük sertlikteki matkap ucu gövdelerinden çok daha büyüktür. Matkap ucu gövdesinin sertliği ne kadar düşükse, basınç kuvvetinin semente karbürün performansı üzerindeki etkisi o kadar küçük olur. Ancak, matkap ucu gövdesinin sertliğini azaltmak, dişleri sabitlemek için yetersiz kuvvete ve diş sıyrılmasına yol açacaktır. Ayrıca, malzeme, akı performansı, kaynak işlemi ve kullanım yöntemi gibi faktörlerle de ilgilidir.

Matkap ucu çelik gövdesindeki kırıkların %80'inden fazlası matkap ucunun uç yüzü ile matkap pantolonunun altı arasındaki sınırda meydana gelir ve kolon dişli matkap ucunun kırığı diş deliğinin alt arayüzü boyunca meydana gelir. Gerilim dalgalarının iletim yasasından, matkap ucunun uç yüzü ile matkap pantolonunun altı arasındaki alanın dalga direncinin aniden değiştiği alan olduğu görülebilir. Gerilim dalgası yansıması ve kesit mutasyonunun neden olduğu yorulma kırığı genellikle uygunsuz çelik seçimi, mantıksız geometrik yapı parametre tasarımı, uygunsuz üretim süreci seçimi ve uygunsuz kullanım yöntemleri gibi faktörler tarafından daha da kötüleştirilir.

2. Matkap çubuğu

Matkap çubukları, çalışma sırasında esas olarak darbe gerilimi, eğilme gerilimi ve korozyon geriliminden oluşan kapsamlı alternatif gerilimlere maruz kalır. Bu nedenle, matkap çubuğunun yüksek yorulma mukavemetine, darbe direncine, korozyon direncine ve düşük çentik hassasiyetine ve çatlak büyüme hızına sahip olması gerekir. Matkap çubuklarının hasar biçimleri arasında, küçük matkap çubuğunun sap ucunun yetersiz sertliği nedeniyle üstte yığılma; aşırı sertlik nedeniyle üstte patlama; bağlantı çubuğunun diş aşınması; ve yorulma kırığı ve gevrek kırılma bulunur.

Matkap çubuğu kırığı ana arıza biçimidir. Yorulma kırığı, tekrarlanan gerilim altında hasar birikiminin neden olduğu çatlaklardır. Genellikle malzemenin zayıf kısımlarından kaynaklanır, örneğin metalik olmayan kapanımlar, kabarcıklar, beyaz noktalar, izler, dekarbürizasyon, malzemenin içindeki korozyon çatlakları; kötü malzeme ve ısıl işlem, örneğin karbürlenmiş matkap çubuğu çekirdeği çok serttir, kötü söndürme kuyruk sapı ucunda çatlaklar ve çatlaklar üretir; uygunsuz matkap çubuğu diş şekli, manşon ve dişin kötü oturması, koni ve kuyruk sapının kötü oturması, çatlaklar ve kırılma gibi tasarım nedenlerinden kaynaklanır; çekiç izleri, eklemlerin yetersiz yağlanması ve matkap çeliğinin korozyonu vb. gibi uygunsuz kullanım çatlaklara ve kırılmaya neden olur. Bu çatlakların genişlemesinin yanı sıra, matkap çubuğunun yorulma kırığı uzun bir geliştirme sürecinden sonra meydana gelir. Matkap çubuğunun yorulma kırığının tedavisi üç aşamaya ayrılabilir: döngüsel stresin etkisi altında, matkap çubuğunun bazı kısımları kayma şeklinde plastik deformasyon üretir ve mikro çatlaklar ortaya çıkar ve bunlar döngüsel stresin tekrarlanan etkisi altında kademeli olarak makro çatlaklara dönüşür; ikinci aşamada, matkap çubuğunun etkili alanı makro çatlakların gelişmesiyle azalır; üçüncü aşamada, matkap çubuğunun kesiti çekme dayanımına eşdeğer bir strese düşürüldüğünde kırılır. Bağlantı çubuğu matkap çubuğunun yorulma kırığı çoğunlukla dişin kökünde meydana gelir ve çatlak dış yüzeyden içeriye doğru gelişir; küçük matkap çubuğunun yorulma kırığı, iç yorulma çatlağı matkap çubuğu su deliğinin yüzeyinde oluşur ve kademeli olarak dışa doğru gelişir ve dış yorulma çatlağı matkap çubuğunun yüzeyinde oluşur ve kademeli olarak içe doğru gelişir. Küçük iğne çubuğunun yorulma kırığı çoğunlukla yakadan önce 300~400 mm içinde meydana gelir.

Madenlerde kaya delme işlemi sırasında, az sayıda kırık matkap çubuğunun kırık yüzeyinde yorulma izi yoktur, genellikle parlak bir kristal yüzey durumu gösterir, buna sıklıkla gevrek kırılma denir. Bunun başlıca nedeni, matkap çubuğundaki kapanımlar, girintiler, çekiç izleri veya enine kesitte aşırı değişiklikler gibi kusurlar ve dövme sırasında oluşan çan ağzı, uygunsuz ısıl işlem ve diğer faktörlerdir, bunun sonucunda matkap çubuğunun düşük mukavemeti, zayıf plastisite veya büyük gerilim konsantrasyonu oluşur, bu da çatlağın son derece hızlı ve kolay bir şekilde gelişmesine ve matkap çubuğunun erken gevrek kırılmasına neden olur.

Matkap takımının ömrünü uzatmanın yolları

1. Tasarım kalitesini iyileştirin

Makul yapısal parametreleri belirlemek ve sürekli olarak yeni çeşitler geliştirmek, matkap takımının ömrünü uzatmanın ön koşullarıdır. Uzun yıllardır eski tip düz matkap ucu kullanılmıştır. Kısa ömrünün temel nedeni, küçük göreceli kanat kalınlığı, sığ koni deliği, zayıf toz boşaltma etkisi, dengesiz geometrik şekil, erken silindirik deformasyon üretmenin kolay olması ve sert metal sacın mantıksız geometrik parametrelerinde kendini gösteren mantıksız ürün tasarımıdır. Bu nedenle, orijinal tasarıma dayanarak iyileştirme yapmak zordur ve eski tip düz matkap ucu mümkün olan en kısa sürede ortadan kaldırılmalıdır.

Bıçaklı matkap uçları yaygın olarak radyal olarak düzenlenmiş, bütün parçalı, düz, üç bıçaklı, çapraz şekilli ve x şekilli matkap uçları kullanır. Matkap ucunun bıçak sayısı ne kadar fazlaysa, aşınma direnci o kadar yüksek olur. Çapraz şekilli matkap ucu, düz şekilli matkap ucuna göre %30~50 daha yüksek bir taşlama mesafesine sahiptir, ancak üretim ve taşlama işlemleri karmaşık ve maliyetlidir. Bağıl kanat kalınlığı tercihen 1,6~2,2'dir ve toz drenaj oluğunun kesiti ve su deliği kesitinin toplam alanı, matkap çubuğu merkez deliğinin kesitine eşit veya daha büyük olmalıdır. Genellikle 3 delikli bir düzenleme kullanılır ve merkez deliğin çapı biraz daha büyüktür. Makul gövde yapısı, başta 2°~3° boşluk açısına ve uzatılmış pantolon gövdesinin konik yüzeyi ile kuyruk silindirik yüzeyi arasında R=30~80mm eğrilik yarıçapına sahip dairesel bir yay veya koni geçişine sahip olmaktır. Çapı 45 mm'den küçük olan küçük matkap ucu, konik bağlantı ile matkap çubuğuna bağlanır ve çapı 45 mm'den büyük olan matkap ucu, oluklu veya kompozit trapez diş ile bağlanır. Kaya delme hızı, matkap ucu çapının karesiyle ters orantılıdır. Ancak, teknolojiyi makul bir şekilde kullanmak ve matkap ucunun kalitesini ve ömrünü artırmak için matkap ucu taşlama sıklığı 15 kata kadar artırılabilir. Matkap ucunun radyal aşınmasını azaltmak için, matkap ucu bıçağı ile delik duvarı arasındaki temas alanı artırılarak toz deşarjı pürüzsüz hale getirilebilir, alaşımlı sacın boşluk açısı makul bir şekilde belirlenebilir ve alaşımlı sacın kalınlığı uygun şekilde artırılabilir.

Sütun dişli matkap ucunun sütun dişinin taç şekli çoğunlukla yarım küre şeklindedir. Kaya delme hızı yüksektir. Kayaya bastırıldığında, diş yüzeyi basınç stresi altında nispeten güçlü ve dayanıklıdır. Diş çapının büyüklüğü yeterli çekme stresini, sabit dişlerin sıkılığını ve diş dizilimi olasılığını dikkate almalıdır. Diş sayısı etkili kaya kırma, diş dizilimi olasılığını, yeterli mukavemeti ve rahat yeniden taşlamayı dikkate almalıdır. Arıza analizinden, yan dişlerin stres durumunun zayıf olduğu ve yan dişlerin kırılıp kırıldığı bilinmektedir. Yan dişlerin hasarını azaltmak ve sütun dişli matkap ucunun hizmet ömrünü uzatmak için aşağıdaki önlemler alınabilir.

(1) Yan dişleri güçlendirin ve diş şeklini, diş çapını ve diş yüksekliğini doğru şekilde seçin. Orta dişlerin ve yan dişlerin çapı şu anda 9,65 ~ 9,95 mm'dir. Yan diş çapı, darbe dayanıklılığını ve aşınma direncini artırmak için 10,65 ~ 10,95 mm'ye çıkarılabilir ve orta diş çapı, yan dişlerin düzenlenmesini kolaylaştırmak ve maliyetleri düşürmek için 8,65 ~ 8,95 mm'ye düşürülebilir.

(2) Yan diş eğim açısını uygun şekilde azaltmak, stres durumunu iyileştirmeye ve yan dişlerin darbe direncini artırmaya yardımcı olur. Yabancı ülkeler genellikle 30°~35° eğim açıları kullanır, bu açılar 20°~25°'ye düşürülebilir, yan dişlerin dış yüzeyi ile kaya arasındaki temas alanını artırır ve ayrıca yan dişlerin kendi kendini keskinleştirmesine ve matkap ucunun radyal aşınma direncini artırmaya yardımcı olur. Orta dişler, merkezlemeyi kolaylaştırmak ve yan dişler için yanal serbest yüzeyler açmak ve kaya kırma verimliliğini artırmak için yan dişlerden biraz daha yüksektir. Düşük radyal aşındırıcılığa sahip yumuşak kayalar için eğim açısı küçük olmalıdır.

(3) Kolon dişlerinin sabitleme kuvvetini artırmak için kaynak boşluğunu ve sabit dişlerin müdahalesini doğru şekilde seçin. Müdahale küçük olduğunda, sıkma kuvveti azalır. Müdahale biraz daha büyük olduğunda, diş deliğinde çizikler belirir. Diş daha fazla büyütülürse, içeri bastırılmaz. Çok büyük olduğunda, dişin kırılması kolaydır ve bazen matkap gövdesi şişip kırılır. Diş deliğinin yüzey pürüzlülüğü artırılırsa, sürtünme katsayısı, uygulanabilir bir önlem olan sıkma kuvvetini artırmak için artırılır. Aracı olarak plastik bir yuvalama (genellikle H62Y bakır malzemesi kullanılır) kullanılarak, yuvalama ve delik geçişli olarak eşleştirilir ve dişler müdahaleyle eşleştirilir. Dişler soğuk preslendiğinde, yuvalama diş sabitleme kuvvetinin etkisi altında birbirine sıkıştırılır ve yuvalama plastik deformasyona uğrar ve delik dişlerinin pürüzlü yüzeyi birbirine kamalanır, böylece delik dişleri arasındaki bağlanma kuvveti (statik sürtünme) artırılır ve sağlam bir sabit diş elde edilir.

(4) Yan dişler yüksek tokluklu sementit karbürden seçilir ve dişlerin kırılmasını etkili bir şekilde önlemek için sıcak izostatik işleme tabi tutulur. Matkap ucu çelik gövdesinin güçlendirilmesi, çelik gövdenin aşınma direncini artırır.

(5) Makul diş düzenlemesi, yan dişlerin sayısını mümkün olduğunca artırın, toz boşaltma sistemini iyileştirin, ön su deliğini ve büyük boşluklu üç oluklu iki delikli toz boşaltma sistemini koruyun, yüksek toz boşaltma verimliliği, kaya tozunun tekrar tekrar ezilmesini azaltın, enerji tüketimini azaltın ve matkap ucunun hizmet ömrünü uzatın.

Sığ delikli kaya delme çubukları, içi boş çelik kullanımının yaklaşık %80~85'ini oluşturan B19, B22, B25 altıgen içi boş çelik kullanır; derin delikli kaya delme çubukları, %15~20'sini oluşturan D32, D38, B25, B32, yuvarlak veya altıgen içi boş çelik kullanır. Altıgen delme çubukları iyi bir sertliğe, büyük toz boşaltma boşluğuna sahiptir ve yuvarlanmaları kolaydır.

ABD'deki Ingersoll Rand Şirketi tarafından önerilen, haddeleme şekillendirme yöntemi, yüzey sertleştirme işlemi ile işlenen, tokluğu ve aşınma direncini artıran, büyük helezon açısı, iyi kendi kendini kilitleme ve kolay sökme ve takma gibi tam dişli matkap çubuğu gibi matkap çubuğunun yapısını iyileştirin. Bağlantı ucu aşındığında kesilebilir, pah kırılabilir ve yeniden kullanılabilir, bu da hizmet ömrünü 3~4 kat artırır. İsveç'teki Samdvik Şirketi'nin SPEEDROD matkap çubuğu dişli bir bağlantı çubuğu benimser, bağlantı çubuğu kovanını iptal eder, bağlantı yüzeyinin boşluğunu ortadan kaldırır, bağlantı hizalamasını ve sertliğini büyük ölçüde iyileştirir, delme deliğinin doğrusallığını korur ve enerji tasarrufu sağlar.

Matkap takımının görünüm kalitesini ve paketleme kalitesini iyileştirmek, görünüm şeklini ve paketleme yapısını iyi tasarlamak, matkap takımını etkili bir şekilde koruyabilir, matkap takımını güzelleştirebilir ve matkap takımının hizmet ömrünü uzatabilir.

2. Yüksek kaliteli malzemeler seçin

Matkap takımı malzemelerinin seçimi tokluk ve aşınma direnci, iyi sertlik ve aşınma direnci, yeterince yüksek yorulma dayanımı, düşük yorulma çentiği hassasiyeti, alaşımlı sacları sıkıştırma yeteneği ve belirli korozyon direncini dikkate almalıdır. İyi işlem performansı, kolay kesme, iyi sertleştirilebilirlik ve sertleştirilebilirlik, iyi kaynaklanabilirlik. Ulusal koşullara uygundur, düşük fiyatlıdır ve daha az Ni ve Cr kullanmaya çalışır. Bulanık matematiğe dayalı matkap takımı çeliği seçim yönteminin sonuçları aşağıdaki gibi önerilmektedir:

(1) 24SiMnNi²CrMo çeliği, İsveç FF710 çeliğini taklit eden ve en iyi geleneksel mekanik özelliklere, kırılma özelliklerine ve kapsamlı değerlendirmeye sahip yeni bir çelik türüdür. Yol Projesi'nde yerli olarak üretilen ∅50 dokuz dişli kolon matkabının ortalama ömrü 715,2 m/parçadır ve maksimum ömür 901,4 m/parçadır; bu, projedeki İsveç ∅48 kolon matkabının 760 m/parça olan hizmet ömrüne yakındır. Aynı zamanda iyi bir matkap çubuğu malzemesidir. Iron Mine'daki Mercury 300 hidrolik kaya matkabının hidrolik arabasının ortalama hizmet ömrü 152,4 m/parçadır ve matkap kuyruğunun hizmet ömrü 609 m/parçadır; bu, 345 m/parça olan Fransız 23CrNi³Mo matkap kuyruğu ömründen %76 daha yüksektir;

(2) 40SiMnMoV çelikten imal edilen sondaj çubuğunun ortalama kümülatif metrajı 1225,4 m olup, yabancı seviyeye yakındır;

(3) 55SiMnMo'dan yapılmış küçük matkap çubuğunun hizmet ömrü, İsveç 95CrMo küçük matkap çubuğunun 250 m seviyesine yakındır;

(4) 35SiMnMoV'dan yapılan matkap çubuğunun ortalama hizmet ömrü 300 m/parçaya ulaşabilir. Yukarıdaki çelik, yüksek yorulma dayanımı ve tokluğa sahip bainitik çelik oluşturmak için söndürme, temperleme, tavlama, normalleştirme vb. ile ısıl işleme tabi tutulur.

Sabit parçaların ve sabit dişlerin küçük ve orta boy matkap uçlarının indüksiyon lehimlemesi için, matkap ucu gövde malzemesi olarak 40MnMoV kullanılır. Üretilen ∅50 çapraz ve sütun dişli oluklu dişli matkap uçlarının kullanım ömrü, İsveç matkap uçlarına yakındır. Sıcak gömülü dişlere sahip sütun dişli matkap uçları için 45NiCrMoV çeliği tercih edilir.

Çimentolu karbür malzemelerin seçimi kayanın mekanik özelliklerine ve kaya matkabının tipine göre uyarlanmalıdır. Genellikle, YJo ve YG13C gibi yüksek kobalt içeriğine sahip çimentolu karbürler son derece sert kayalar ve büyük darbe gücüne sahip kaya matkapları için kullanılır; YJ¹, YK25 ve YG11C çoğunlukla sert kayalar için kullanılır; YG8C ve YJ² orta sert cevher kayaları için kullanılır; YJ³ ve YG6 ise yumuşak kayalar için kullanılır. Çimentolu karbürdeki kobalt fazının doğrusal genleşme katsayısı, tungsten karbürün yaklaşık 3 katıdır. Hızlı ısıtma ve soğutma sırasında oluşan iç gerilim aynı arayüzün çatlamasına neden olur. Bu nedenle, imalat, kaynak ve taşlama işlemlerinde çimentolu karbürün ani ısıtılması ve soğutulmasından kaçınılmalıdır.

Gümüş bazlı lehim, matkap uçlarının yabancı lehimlenmesinde yaygın olarak kullanılır. Düşük erime noktasına, çelik gövde ve semente karbürün performansı üzerinde çok az etkiye, yüksek kaynak mukavemetine ve düşük kaynak stresine sahiptir. Ülkem, dış ticaret pazarlarını açmanın ihtiyaçlarını karşılamak için araştırma ve geliştirme yapmalıdır. Şu anda, 105, 801 ve SB-1 gibi bakır bazlı lehimler çoğunlukla kaya delme verimliliği ve hizmet ömrüne dayanarak kullanılmaktadır.