TBM pločice od volfram karbida: odabir, izvedba i vodič za dobavljače

Na projektu tunela od tvrdog kamena, TBM glava je jedini kontakt između stroja i tla. Stotine pločica od volfram karbida voze se na toj glavi rezača u svakom trenutku. Svaki je odgovoran za lomljenje stijena, nošenje tereta i preživljavanje u okruženju koje uključuje prašinu, vodu, vibracije i tvrde mineralne zrnca. Ako se umetak rano pokvari, rezna glava se zaustavlja, tunel gubi sate, a tim se penje u skučeni prostor da ga zamijeni. Posljedica nije samo cijena umetka; to je cijena nepokretanja stroja. Zato je odabir TBM pločice od volfram karbida odluka o projektu, a ne narudžba rezervnih dijelova.

Zašto je volfram karbid standard za TBM umetke

Osnovni razlog je materijalni. Volframov karbid, ili cementirani karbid, kompozit je napravljen od čestica volframovog karbida povezanih metalnom matricom kobalta. Čestice karbida daju materijalu izuzetnu tvrdoću. Kobaltno vezivo daje mu čvrstinu da preživi udarce. TBM umetci rade protiv stijena koje mogu sadržavati kvarc, koji je tvrđi od gotovo svih građevinskih materijala. U normalnom radu, uložak doživljava velika tlačna opterećenja i iznenadna točkasta opterećenja od nepravilnih stijena. Materijal koji je pretvrd će se odlomiti. Materijal koji je previše mekan brzo će se istrošiti. Volfram karbid pruža ravnotežu koju nijedan drugi praktični materijal ne može postići.

Materijal se može prilagoditi unutar granica. Sadržaj kobalta obično se kreće od oko 6 posto do 13 posto, a veličina zrna volfram karbida može biti fina, srednja ili gruba. Finije zrno obično daje veću tvrdoću i bolje zadržavanje rubova. Grublje zrno daje bolju žilavost i otpornost na toplinski udar. Za TBM pločice radni uvjeti su obično abrazivni i udarno opterećeni, tako da je tipičniji uravnoteženiji stupanj. Vrijednosti tvrdoće za ove stupnjeve obično spadaju u raspon HRA 86 do 92. Određeni stupanj treba odabrati tek nakon što su poznati uvjeti stijene.

U praksi to znači da isti umetak koji glatko radi u tunelu od meke gline i pijeska može imati vrlo kratak vijek trajanja u tunelu od tvrdog granita. Vrsta koja je dobra za granit može biti previše krta za vrlo ispucalo tlo. Ulazni podaci koji su bitni su vrsta stijene, jednoosna tlačna čvrstoća i sadržaj kvarca. Ukratko: kvaliteta materijala je početna točka za odabir umetaka i mora odgovarati tlu, a ne stroju.

Umetnite geometriju: Više od oštrog ruba

TBM umeci se često zamišljaju kao oštri zubi, ali zapravo više djeluju poput strugala i drobilica. Geometrija umetka određuje kako se opterećenje prenosi na stijenu, kako se umetak troši i kolika je sila potrebna za probijanje.

Glavne geometrijske značajke su oblik nosa, kut nosa, konus tijela i dio za montažu. Konusni vrh je uobičajen i učinkovit je za probijanje stijena. Sferični ili tupi nos širi područje kontakta, smanjuje rizik od krhotina i ponekad se preferira za vrlo tvrde ili masivne stijene. Vrh u obliku dlijeta može se koristiti u nekim dizajnima za stvaranje linearnog prijeloma. Ne postoji samo jedna najbolja geometrija. Izbor ovisi o očekivanoj stijeni i dizajnu glave rezača.

Osim oblika vrha, umetak se mora čvrsto držati u držaču. Labavi umetak vibrira, stvara utor u držaču i prerano se troši. Tijelo umetka često je malo većeg promjera od rupe ili utora tako da se može pritisnuti ili lemiti na svoje mjesto. Ovo pristajanje jedan je od razloga zašto su dopuštena odstupanja strojne obrade bitna. Čak ni točna ocjena ne može nadoknaditi loše pristajanje.

Dobro razumijevanje geometrije umetaka također pomaže timu koji radi na tunelu da prepozna zašto se neki umeci troše u konusnom obliku i zašto se kod drugih razvija ravnina. Uzorak trošenja često daje informacije o kontaktnom kutu. Ovo znanje je korisno za podešavanje parametara glave rezača ili promjenu vrste pločice.

Za pregled kako dizajn TBM umetka utječe na performanse, možete pogledati ovaj članak umeci od volfram karbida za strojeve za bušenje tunela .

Čimbenici odabira za TBM umetke

Odabir pravog TBM umetak nije jednokratna odluka. To je iterativni proces koji počinje s geološkim podacima za tunel i nastavlja se testovima na reznoj glavi. Sljedeća tablica navodi najvažnije čimbenike odabira.

Ovo je mjesto gdje dobavljač može dodati vrijednost. Profesionalni proizvođač neće jednostavno označiti umetak kao "tvrd" ili "za rock". Tražit će geološko izvješće, specifikaciju glave rezača i potrebnu veličinu umetka. Oni mogu usporediti odabrani stupanj i geometriju s tipičnim podacima o izvedbi. Ovaj dijalog je posebno važan kada tunel prolazi kroz nekoliko geoloških zona. Umetak od tvrde stijene može funkcionirati za većinu rute, ali mekši dio ili rasjedna zona mogu izazvati brze promjene.

Uobičajena praksa je testiranje jednog ili dva dizajna umetaka na početku projekta. Razdoblje promatranja ne mora biti dugo. Ako se na pločicama vidi jako krhotina, stupanj je pretvrd ili je geometrija previše zašiljena. Ako se ulošci brzo troše, ali stijena nije posebno abrazivna, stupanj je premekan ili su parametri glave rezača pogrešni. Ovi testovi otkrivaju kako se stvarni kamen ponaša pod strojem, što je uvijek bolje od nagađanja iz laboratorija.

Kvaliteta proizvodnje i problem konzistencije

Nagib i geometrija su vidljivi dio odabira pločice. Nevidljivi dio je dosljednost proizvodnje. Volframov karbid se proizvodi od praha. Ako je prah loše izmiješan, ako raspodjela veličine zrna varira ili ako proces sinteriranja nije kontroliran, umetci iz jedne šarže mogu se ponašati drugačije od drugih. U tunelu je ovu nedosljednost vrlo teško prihvatiti jer glava rezača nosi mnogo umetaka odjednom. Ako se jedan od stotinu umetaka brzo istroši, može stvoriti lokalno područje na strani tunela koje nije u potpunosti izrezano, ostavljajući veliki komad stijene koji mora razbiti susjedni rezač.

Proizvodnja pouzdanog TBM umetka zahtijeva integriranu proizvodnu liniju. U našem pogonu u Changzhou, Kina, počinjemo s prešanjem praha volfram karbida pomoću TPA preša. Ova metoda koristi profil kontroliranog pritiska za stvaranje zelenog tijela dosljednog oblika i gustoće. Zeleno tijelo se zatim sinterira u niskotlačnim pećima za sinteriranje. Sinteriranje pod niskim pritiskom smanjuje konačnu zaostalu poroznost i proizvodi finiju i gušću strukturu. Gusta struktura s malo pora izravno je povezana s boljom otpornošću na trošenje i manjim rizikom od loma.

Nakon sinteriranja umeci se bruse na konačne dimenzije i završnu obradu. Precizno brušenje vrši se na petoosnim CNC alatnim brusilicama, a geometrija alata provjerava se digitalnom opremom za podešavanje alata. Za okrugle alate i druge precizne komponente, naša proizvodnja slijedi priznati njemački proizvodni standard. Ovaj sustav daje nam mjerilo za tolerancije i vijek trajanja alata. Inspekcijski instrumenti dio su procesa; ne uklanjaju se iz proizvodnog okruženja i koriste samo za završne provjere. Koriste se i za upravljanje operacijom strojnog brušenja.

Tvrtka je certificirana prema ISO9001 i ISO14001. Ovi certifikati pokazuju da je proizvodni sustav revidiran i da su uspostavljeni procesi upravljanja okolišem i kvalitetom. Za projekt tunela, ova razina kontrole podržava jednostavan, ali važan cilj: umetci koji stignu na gradilište trebaju se ponašati dosljedno umetcima koji su testirani.

Život i cijena umetka u stvarnom svijetu

Cijena TBM umetka je mala u usporedbi s cijenom zastoja u tunelu. To je razlog zašto se odabir umetaka mora promatrati kao faktor produktivnosti, a ne samo kao stavka kupnje.

Loše usklađeni umetak također može stvoriti probleme s geometrijom. Ako se umetak neravnomjerno troši, disk za rezanje se može prestati okretati i zarezati ravni rub u stijenu. To povećava otpor rezanja za cijelu glavu rezača. Izvođači tunelskih radova znaju da cijena neočekivanog zaustavljanja glave rezača nije samo radna snaga ili novi dijelovi; to je također gubitak proizvodnje i rizik za raspored.

Učinkovita praksa je pratiti životni vijek umetka po zoni tunela, u metrima unaprijed. Ovo stvara jednostavnu krivulju performansi koja se može usporediti s vrstom stijene. Kada umetak dođe do kraja svog vijeka trajanja, planirana zamjena se može izvršiti na sigurnom mjestu. Materijal korišten u umetku, njegova geometrija i kvaliteta izrade doprinose tom planu.

Odnos između izbora umetka, uvjeta stijene i performansi glave rezača detaljnije je pokriven u našem članku o zašto su TBM umetci od volfram karbida ključni za podzemnu gradnju .

TBM umetak od volfram karbida mala je komponenta s velikim utjecajem na napredak tunela. Materijal mora biti otporan na abraziju. Geometrija mora odgovarati stijeni. Kvaliteta mora odgovarati stvarnoj glavi rezača. A proizvodnja mora proizvoditi konzistentne dijelove. Kada ovi čimbenici dođu na svoje mjesto, umetak radi kako je dizajniran za predvidljivu udaljenost. Kada je jedan faktor pogrešan, stroj je taj koji pati. Kupci i inženjeri za tuneliranje trebali bi tretirati odabir umetaka kao tehnički pregovor: prikupiti geološke podatke, razgovarati o dizajnu glave za rezanje i zahtijevati dobavljača koji može kontrolirati cijeli proizvodni proces. Dani u kojima glava rezača stoji spuštena skuplji su od samog umetka.