Inserții din carbură de tungsten TBM: Ghid de selecție, performanță și furnizor

Într-un proiect de tunel cu rocă dură, capul de tăiat TBM este singurul contact dintre mașină și sol. Sute de inserții din carbură de tungsten călătoresc pe acel cap de tăiere în orice moment. Fiecare este responsabil pentru spargerea pietrei, transportarea sarcinii și supraviețuirea unui mediu care include praf, apă, vibrații și cereale minerale dure. Dacă o inserție eșuează devreme, capul de tăiere se oprește, tunelul pierde ore și o echipă se urcă într-un spațiu restrâns pentru a-l înlocui. Consecința nu este doar costul insertului; este costul mașinii care nu se mișcă. De aceea, alegerea unei inserții din carbură de tungsten TBM este o decizie de proiect, nu o comandă de piese de schimb.

De ce carbura de tungsten este standardul pentru inserțiile TBM

Motivul de bază este material. Carbura de tungsten, sau carbura cimentată, este un compozit format din particule de carbură de tungsten legate între ele printr-o matrice de metal de cobalt. Particulele de carbură conferă materialului o duritate extraordinară. Liantul de cobalt îi conferă rezistența pentru a supraviețui șocurilor. Inserțiile TBM funcționează împotriva rocii care pot conține cuarț, care este mai dur decât aproape orice material de inginerie. În condiții de funcționare normală, inserția suferă sarcini de compresiune mari și sarcini punctuale bruște de la suprafețele de rocă neregulate. Un material prea dur se va ciobi. Un material prea moale se va uza rapid. Carbura de tungsten oferă un echilibru pe care niciun alt material practic nu se potrivește.

Materialul poate fi reglat în limite. Conținutul de cobalt variază de obicei de la aproximativ 6 procente până la 13 procente, iar dimensiunea granulelor de carbură de tungsten poate fi fină, medie sau grosieră. O bob mai fină oferă de obicei o duritate mai mare și o reținere mai bună a marginilor. O bob mai grosieră oferă o duritate mai bună și o rezistență la șocuri termice. Pentru inserțiile TBM, starea de funcționare este în mod normal abrazivă și solicitată de șoc, deci o calitate mai echilibrată este tipică. Valorile durității pentru aceste grade se încadrează de obicei în intervalul HRA 86 până la 92. Un anumit grad ar trebui selectat numai după ce condițiile de rocă sunt cunoscute.

În practică, aceasta înseamnă că aceeași inserție care funcționează fără probleme într-un tunel moale de lut și nisip poate avea o viață foarte scurtă într-un tunel de granit dur. Un grad care este bun pentru granit poate fi prea fragil pentru un teren foarte fracturat. Datele de intrare care contează sunt tipul de rocă, rezistența la compresiune uniaxială și conținutul de cuarț. În rezumat: calitatea materialului este punctul de plecare pentru selecția inserției și trebuie să se potrivească cu solul, nu cu mașina.

Inserați geometrie: mai mult decât o muchie ascuțită

Inserțiile TBM sunt adesea descrise ca dinți ascuțiți, dar de fapt funcționează mai mult ca răzuitoare și concasoare. Geometria inserției determină modul în care sarcina este transferată pe rocă, cum se uzează inserția și câtă forță este necesară pentru a pătrunde.

Principalele caracteristici ale geometriei sunt forma nasului, unghiul nasului, conicitatea corpului și secțiunea de montare. Un vârf conic este obișnuit și este eficient pentru a pătrunde în rocă. Un nas sferic sau mai tocit extinde zona de contact, reduce riscul de ciobire și este uneori preferat pentru roci foarte dure sau masive. Un vârf în formă de daltă poate fi folosit în unele modele pentru a crea o rupere liniară. Nu există o singură geometrie cea mai bună. Alegerea depinde de roca așteptată și de designul capului de tăiere.

Pe lângă forma vârfului, inserția trebuie ținută ferm în suport. O inserție liberă vibrează, creează o fantă în suport și se uzează prematur. Corpul insertului este adesea realizat cu un diametru puțin mai mare decât orificiul sau fanta, astfel încât să poată fi presat sau lipit în poziție. Această potrivire este unul dintre motivele pentru care toleranțele lucrărilor de prelucrare sunt importante. Chiar și nota corectă nu poate compensa o potrivire proastă.

O bună înțelegere a geometriei inserției ajută, de asemenea, o echipă de tunel să recunoască de ce unele inserții se uzează într-un model în formă de con și de ce altele dezvoltă un plat. Modelul de uzură oferă adesea informații despre unghiul de contact. Aceste cunoștințe sunt utile pentru ajustarea parametrilor capului de tăiere sau schimbarea tipului de inserție.

Pentru o privire de ansamblu asupra modului în care designul inserției TBM afectează performanța, puteți consulta acest articol despre inserții din carbură de tungsten pentru mașini de forat tuneluri .

Factoruli de selecție pentru inserții TBM

Selectând dreapta insert TBM nu este o decizie unică. Este un proces iterativ care începe cu datele geologice pentru tunel și continuă prin teste pe capul de tăiere. Următorul tabel listează cei mai importanți factori de selecție.

Acesta este un loc în care un furnizor poate adăuga valoare. Un producător profesionist nu va eticheta pur și simplu o inserție drept „hard” sau „pentru rock”. Ei vor cere raportul geologic, specificația capului de tăiere și dimensiunea necesară a inserției. Aceștia pot compara gradul și geometria selectate cu datele de performanță tipice. Acest dialog este deosebit de important atunci când tunelul trece prin mai multe zone geologice. O inserție hard-rock poate funcționa pe cea mai mare parte a traseului, dar o secțiune mai moale sau o zonă de defect pot crea schimbări rapide.

O practică obișnuită este de a testa unul sau două modele de insert la începutul unui proiect. Perioada de observație nu trebuie să fie lungă. Dacă inserțiile prezintă cioburi puternice, gradul este prea dur sau geometria prea ascuțită. Dacă inserțiile se uzează rapid, dar roca nu este deosebit de abrazivă, gradul este prea moale sau parametrii capului de tăiere sunt greșiți. Aceste teste dezvăluie cum se comportă piatra reală sub mașină, ceea ce este întotdeauna mai bun decât o presupunere doar de laborator.

Calitatea producției și problema consistenței

Gradul și geometria sunt partea vizibilă a selecției insertului. Partea invizibilă este consistența în fabricație. Carbura de tungsten este produsă din pulbere. Dacă pulberea este amestecată prost, dacă distribuția granulometrică este în deplasare sau dacă procesul de sinterizare nu este controlat, inserțiile dintr-un lot se pot comporta diferit față de alta. Într-un tunel, această inconsecvență este foarte greu de acceptat, deoarece capul de tăiere poartă multe inserții simultan. Dacă una din o sută de inserții se uzează rapid, se poate crea o zonă locală pe fața tunelului care nu este complet tăiată, lăsând o bucată mare de rocă care trebuie spartă de tăietorul vecin.

Producerea unei inserții TBM fiabile necesită o linie de producție integrată. În instalația noastră din Changzhou, China, începem cu presarea pulberii de carbură de tungsten folosind prese TPA. Această metodă folosește un profil de presiune controlat pentru a crea un corp verde cu o formă și densitate consistente. Corpul verde este apoi sinterizat în cuptoare de sinterizare de joasă presiune. Sinterizarea la presiune joasă reduce porozitatea reziduală finală și produce o structură mai fină și mai densă. O structură densă cu puțini pori este direct conectată la o rezistență mai bună la uzură și la un risc mai mic de fractură.

După sinterizare, inserțiile sunt măcinate până la dimensiunile finale și finisarea suprafeței. Slefuirea de precizie se face pe polizoare de scule CNC cu cinci axe, iar geometria sculei este verificata cu echipamente digitale de setare a sculei. Pentru scule rotunde și alte componente de precizie, producția noastră urmează un standard de producție german recunoscut. Acest sistem ne oferă un punct de referință pentru toleranțe și durata de viață a sculei. Instrumentele de inspecție fac parte din proces; nu sunt scoase din mediul de productie si folosite doar pentru verificarile finale. Ele sunt folosite și pentru a controla operația de șlefuire a mașinii.

Compania este certificată ISO9001 și ISO14001. Aceste certificări indică faptul că sistemul de producție este auditat și că sunt implementate procese de management de mediu și calitate. Pentru un proiect de tunel, acest nivel de control susține un obiectiv simplu, dar important: inserțiile care ajung la fața locului ar trebui să se comporte în mod consecvent cu inserțiile care au fost testate.

Viața și costul insertului în lumea reală

Costul unei inserții TBM este mic în comparație cu costul timpului de oprire a tunelului. Acesta este motivul pentru care selecția insertului trebuie văzută ca un factor de productivitate, nu doar ca un articol rând de achiziție.

O inserție prost potrivită poate crea și probleme de geometrie. Dacă o inserție se uzează neuniform, discul de tăiere se poate opri din rotire și poate tăia o margine plată în rocă. Aceasta crește rezistența la tăiere pentru întregul cap de tăiere. Antreprenorii de tuneluri știu că costul unei opriri neașteptate a capului de tăiere nu este doar forța de muncă sau piesele noi; este și producția pierdută și riscul pentru program.

O practică eficientă este urmărirea duratei de viață a inserției pe zonă a tunelului, în metri înainte. Acest lucru creează o curbă simplă de performanță care poate fi comparată cu tipul de rocă. Când insertul ajunge la sfârșitul duratei sale de viață, o înlocuire planificată poate fi făcută într-un loc sigur. Materialul folosit în insert, geometria și calitatea de fabricație contribuie la acest plan.

Relația dintre alegerea plăcuței, condițiile de rocă și performanța capului de tăiere este tratată mai detaliat în articolul nostru despre de ce inserțiile din carbură de tungsten TBM sunt cruciale pentru construcțiile subterane .

Inserția din carbură de tungsten TBM este o componentă mică cu o influență imensă asupra progresului tunelului. Materialul trebuie să fie dur împotriva abraziunii. Geometria trebuie să se potrivească cu roca. Gradul trebuie să se potrivească cu capul de tăiere real. Și producția trebuie să producă piese consistente. Când acești factori se instalează, insertul funcționează așa cum este proiectat pentru o distanță previzibilă. Când un factor este greșit, mașina este cea care suferă. Cumpărătorii și inginerii de tunel ar trebui să trateze selecția inserției ca pe o negociere tehnică: adună datele geologice, discută despre designul capului de tăiere și solicită un furnizor care poate controla întregul proces de producție. Zilele în care capul de tăiere rămâne în jos sunt mai scumpe decât insertul în sine.