Знаете ли вы, почему резцы одного и того же типа могут работать полмесяца, а другие уже через несколько дней получают сколы и ломаются?
Большинство сразу предполагает, что причина в плохом материале. На самом деле ключевой момент – необходимо контролировать предел усталости твердого сплава. Головка резца подвергается высокочастотным ударам, высоким температурам и эрозионному воздействию. Многократные переменные напряжения приводят к накоплению микротрещин, в итоге происходит откол лезвия – это усталостный отказ, похожий на растяжение мышц у человека при длительной тяжелой физической нагрузке.
Далее мы разберем практические приемы по четырем направлениям: «выбор материала, обработка, эксплуатация, техническое обслуживание». Это позволит повысить предел усталости и максимально реализовать экономическую эффективность каждого резца.
- Выбор исходного сырья
Ключевое свойство твердого сплава резца – баланс «твердость + вязкость». Правильный выбор материала уже обеспечивает половину успеха.
Предпочтение отдавать мелкозернистым и ультрамелкозернистым материалам: чем меньше и однороднее зерна, тем плотнее структура и выше сопротивление усталости. Для условий роторного бурения, твердых пород и полуугольно‑породных пластов применяется ультрамелкозернистый твердый сплав (размер зерен WC < 0,5 мкм). По сравнению с обычным крупнозернистым сплавом ресурс по усталости выше более чем на 30 %. При этом чрезмерное измельчение зерен не всегда полезно, оно может спровоцировать появление трещин, поэтому требуется точный подбор под конкретные условия работ.
Точный подбор содержания кобальта: кобальт выступает связующей фазой, влияет на вязкость и твердость. Для режимов с высокочастотными ударами (роторное бурение твердых грунтов и горных пород в шахтах) рекомендуются материалы со средне‑высоким содержанием кобальта 6‑12 % для повышения вязкости. Для условий с низкими ударными нагрузками (добыча мягкого угля) допускаются низкокобальтовые составы для баланса твердости и сопротивления усталости.
Категорически исключать дефекты материала: поры, графитовые включения и микротрещины ускоряют усталостный отказ. Благодаря строгому неразрушающему контролю отбирается твердый сплав с плотной структурой и низкой пористостью, дефекты устраняются уже на этапе исходного сырья.
- Строгий контроль технологических деталей
Даже при правильно выбранном материале ресурс по усталости значительно снижается при некачественной обработке.
Оптимизация шлифовки для предотвращения повреждений поверхности: применяется шлифовка на низких оборотах с малой подачей, увеличивается полировка для снижения шероховатости и удаления остаточных растягивающих напряжений. По сравнению с необработанной шероховатой поверхностью ресурс по усталости повышается примерно на 20 %.
Использование специального покрытия для усиления защиты: покрытие препятствует высокотемпературной эрозии, замедляет тепловые удары и химическую коррозию. Покрытие с выдержкой температурного режима подходит для высокотемпературных условий при разработке твердых пород. Для влажных и обводненных условий применяется антикоррозионное покрытие, защищающее кобальтовую связующую фазу. Покрытие должно быть равномерным, без дефектов.
Стандартизация вакуумной пайки для предотвращения отслоения твердого сплава: при обычной пайке из‑за завышенной температуры или недостаточной выдержки легко образуются микротрещины и поры в шве. При вакуумной пайке реализуется точный температурный контроль, применяются специальные паяльные материалы. Это обеспечивает плотную структуру сварного шва, соответствие сдвиговой прочности нормативам и сдерживает развитие усталостных трещин на начальном этапе.
- Грамотная эксплуатация со стороны строительной организации
Преждевременный выход из строя многих резцов не связан с низким качеством изделия, а вызван быстрым накоплением усталости из‑за неверного подбора под условия эксплуатации. Два практических совета:
Строгий контроль нагрузки, предотвращение перегрузок: чем выше нагрузка, тем меньше ресурс по усталости. При разработке твердых пород, твердых грунтов и полуугольно‑породных пластов чрезмерная частота вращения и скорость подачи провоцируют высокочастотные удары и возникновение усталостных трещин. Рабочие параметры необходимо подбирать под материал резца, при сложных условиях рекомендуется поэтапное ведение работ.
Стабилизация условий эксплуатации и качественная защита охлаждением: при резке твердых материалов мгновенная температура на головке резца достигает 600‑800 °C, твердость сплава снижается почти наполовину, а тепловые напряжения ускоряют износ. Эрозия породной пылью и влажная среда также повреждают головку резца. Необходимо обеспечивать беспрепятственную работу форсунок водяного охлаждения, проводить работы с постоянным водяным орошением и усилить защиту от высокой запыленности и коррозии.
Исключение ударов посторонними предметами для предотвращения скрытых повреждений: головка из твердого сплава обладает высокой хрупкостью, при ударах металлическими осколками, твердыми породными прослойками на ней образуются микротрещины, которые быстро разрастаются под действием последующих нагрузок. Перед началом работ очищать зону от посторонних предметов, регулярно осматривать державку резца. Износ или деформация внутреннего отверстия вызывают перераспределение напряжений, в таких случаях требуется своевременная замена детали.
- Ежедневный контроль и техническое обслуживание
Усталостное повреждение развивается постепенно. Рекомендуется своевременно выявлять скрытые дефекты для продления срока службы резцов.
Регулярный осмотр: контролировать наличие трещин, повреждений покрытия и аномального износа. При роторном бурении осмотр производить через каждые 5 метров проходки, при проходке горных выработок – через каждый метр, при добыче угля – через каждые 10 метров. Полный комплексный осмотр выполнять через каждые 50 метров (или 50 скважин). При износе головки резца более чем на 50 % или при появлении трещин требуется немедленная замена.
Нормативные условия хранения: неправильное хранение приводит к скрытым повреждениям. Хранить в сухом проветриваемом помещении без коррозионной среды, предотвращать попадание влаги для сохранения стабильных рабочих характеристик.
Вывод: повышение предела усталости – это снижение затрат и рост эффективности.
Как производитель резцов, мы убеждены, что качественный резец должен обладать не только отличными материалами и высоким качеством изготовления, но и позволять заказчику эксплуатировать его максимально долго.
Если при выполнении строительных работ вы сталкиваетесь с частыми сколами и изломами резцов, либо вам требуется изготовление резцов с повышенной устойчивостью к усталости – оставляйте комментарии. Компания Melinmat поможет добиться снижения издержек и повышения эффективности при любых видах строительных работ!