Пластины из карбида вольфрама TBM: руководство по выбору, характеристикам и поставщикам

При строительстве тоннелей в твердых породах режущая головка TBM является единственным контактом между машиной и землей. В любой момент на этой режущей головке вращаются сотни твердосплавных пластин. Каждый из них отвечает за разрушение камня, переноску груза и выживание в окружающей среде, содержащей пыль, воду, вибрацию и твердые минеральные зерна. Если вставка выходит из строя раньше времени, режущая головка останавливается, туннель теряет часы, и бригада забирается в замкнутое пространство, чтобы заменить ее. Следствием этого является не только стоимость вставки; это цена того, что машина не движется. Именно поэтому выбор твердосплавной вставки TBM является проектным решением, а не заказом запасной части.

Почему карбид вольфрама является стандартом для пластин TBM

Основная причина – материальная. Карбид вольфрама, или цементированный карбид, представляет собой композит, состоящий из частиц карбида вольфрама, связанных между собой матрицей из металлического кобальта. Частицы карбида придают материалу исключительную твердость. Кобальтовое связующее придает ему устойчивость к ударам. Вставки TBM работают с камнями, которые могут содержать кварц, который тверже почти любого конструкционного материала. При нормальной эксплуатации вставка испытывает высокие сжимающие нагрузки и внезапные точечные нагрузки от неровных поверхностей породы. Слишком твердый материал расколется. Слишком мягкий материал быстро изнашивается. Карбид вольфрама обеспечивает баланс, которого нет ни у одного другого практичного материала.

Материал можно настраивать в определенных пределах. Содержание кобальта обычно колеблется от 6 до 13 процентов, а размер зерен карбида вольфрама может быть мелким, средним или крупным. Более мелкое зерно обычно обеспечивает более высокую твердость и лучшее удержание кромки. Более крупное зерно обеспечивает лучшую прочность и устойчивость к тепловым ударам. Для пластин TBM условия эксплуатации обычно абразивные и ударные, поэтому типичен более сбалансированный сплав. Значения твердости для этих марок обычно находятся в диапазоне от HRA от 86 до 92. Конкретную марку следует выбирать только после того, как известны условия породы.

На практике это означает, что одна и та же вставка, которая безотказно работает в туннеле из мягкой глины и песка, может иметь очень короткий срок службы в туннеле из твердого гранита. Марка, подходящая для гранита, может оказаться слишком хрупкой для очень трещиноватого грунта. Важными входными данными являются тип породы, прочность на одноосное сжатие и содержание кварца. Подводя итог: марка материала является отправной точкой при выборе пластины, и она должна соответствовать шлифованной поверхности, а не станку.

Вставьте геометрию: больше, чем острый край

Вставки TBM часто изображаются как острые зубья, но на самом деле они больше похожи на скребки и дробилки. Геометрия вставки определяет, как нагрузка передается на породу, как вставка изнашивается и какое усилие необходимо для проникновения.

Основными геометрическими особенностями являются форма носа, угол носа, конусность корпуса и монтажная секция. Конический наконечник является обычным явлением и эффективен для проникновения в породу. Сферическая или более тупая головка расширяет зону контакта, снижает риск сколов и иногда предпочтительна для очень твердых или массивных пород. В некоторых конструкциях можно использовать наконечник в форме долота для создания линейного разрыва. Не существует единственной лучшей геометрии. Выбор зависит от ожидаемой породы и конструкции фрезерной головки.

Помимо формы наконечника, вставка должна прочно удерживаться в держателе. Незакрепленная вставка вибрирует, образует щель в держателе и преждевременно изнашивается. Корпус вставки часто изготавливается немного большего диаметра, чем отверстие или прорезь, чтобы его можно было запрессовать или припаять на место. Эта посадка является одной из причин, по которой допуски механической обработки имеют значение. Даже правильная оценка не может компенсировать плохую посадку.

Хорошее понимание геометрии пластин также помогает бригаде туннелистов понять, почему некоторые пластины изнашиваются конусообразным образом, а другие — сплющиваются. Рисунок износа часто дает информацию об угле контакта. Эти знания пригодятся для настройки параметров фрезерной головки или изменения типа пластины.

Для получения обзора того, как конструкция вставки TBM влияет на производительность, вы можете обратиться к этой статье на вставки из карбида вольфрама для туннелепроходческих машин .

Факторы выбора вставок TBM

Выбор правильного Вставка ТБМ это не единовременное решение. Это итерационный процесс, который начинается с геологических данных туннеля и продолжается испытаниями режущей головки. В следующей таблице перечислены наиболее важные факторы выбора.

Это место, где поставщик может повысить свою ценность. Профессиональный производитель не будет просто маркировать вставку как «твердую» или «для рока». Они попросят отчет по геологии, характеристики режущей головки и требуемый размер пластины. Они могут сравнить выбранную марку и геометрию с типичными эксплуатационными данными. Этот диалог особенно важен, когда тоннель проходит через несколько геологических зон. Вставка из твердых пород может подойти для большей части маршрута, но более мягкий участок или зона разлома могут привести к быстрым изменениям.

Обычной практикой является тестирование одной или двух пластин в начале проекта. Период наблюдения не должен быть длительным. Если на пластинах имеются сильные сколы, сплав слишком твердый или геометрия слишком заостренная. Если вставки быстро изнашиваются, но порода не отличается особой абразивностью, значит, сплав слишком мягкий или параметры фрезерной головки неправильные. Эти тесты показывают, как настоящий камень ведет себя под машиной, что всегда лучше, чем только лабораторные предположения.

Качество производства и проблема согласованности

Сплав и геометрия являются видимой частью выбора пластины. Невидимая часть — это последовательность производства. Карбид вольфрама производят из порошка. Если порошок плохо перемешан, гранулометрический состав смещается или процесс спекания не контролируется, вставки из одной партии могут вести себя иначе, чем из другой. В туннелях с этим несоответствием очень трудно согласиться, поскольку режущая головка оснащена множеством пластин одновременно. Если одна из ста вставок изнашивается быстро, это может привести к образованию локального участка на забое туннеля, который не будет полностью разрезан, в результате чего останется большой кусок породы, который придется разбить соседним резцом.

Для производства надежной вставки TBM требуется интегрированная производственная линия. На нашем предприятии в Чанчжоу, Китай, мы начинаем с прессования порошка карбида вольфрама с использованием прессов TPA. В этом методе используется контролируемый профиль давления для создания сырого тела постоянной формы и плотности. Затем сырое изделие спекают в печах для спекания низкого давления. Спекание под низким давлением уменьшает конечную остаточную пористость и создает более тонкую и плотную структуру. Плотная структура с небольшим количеством пор напрямую связана с лучшей износостойкостью и меньшим риском разрушения.

После спекания вставки шлифуются до окончательных размеров и чистоты поверхности. Прецизионное шлифование производится на пятикоординатных заточных станках с ЧПУ, а геометрия инструмента проверяется с помощью цифрового наладочного оборудования. Наше производство круглых инструментов и других прецизионных компонентов соответствует признанным немецким производственным стандартам. Эта система дает нам ориентир для допусков и стойкости инструмента. Инструменты проверки являются частью процесса; они не удаляются из производственной среды и используются только для финальных проверок. Они также используются для управления процессом шлифования станка.

Компания сертифицирована по стандартам ISO9001 и ISO14001. Эти сертификаты указывают на то, что производственная система проверена и что существуют процессы управления окружающей средой и качеством. Для проекта туннеля этот уровень контроля обеспечивает простую, но важную цель: вставки, поступающие на объект, должны вести себя согласованно с протестированными вставками.

Реальный срок службы и стоимость вкладыша

Стоимость вставки TBM невелика по сравнению со стоимостью простоя туннеля. По этой причине выбор вкладыша следует рассматривать как фактор производительности, а не только как позицию закупок.

Плохо подобранная пластина также может создать проблемы с геометрией. Если вставка изнашивается неравномерно, режущий диск может перестать вращаться и врезаться в породу плоской кромкой. Это увеличивает сопротивление резанию всей режущей головки. Подрядчики по строительству туннелей знают, что стоимость неожиданной остановки фрезерной головки — это не только трудозатраты или новые детали; это также потери производства и риск для графика.

Эффективной практикой является отслеживание срока службы вставки для каждой зоны туннеля в метрах продвижения. Это создает простую кривую производительности, которую можно сравнить с типом камня. Когда срок службы вставки подходит к концу, плановую замену можно произвести в безопасном месте. Материал, используемый во вставке, ее геометрия и качество изготовления – все это способствует этому плану.

Взаимосвязь между выбором пластины, состоянием породы и производительностью фрезерной головки более подробно рассматривается в нашей статье почему вставки из карбида вольфрама TBM имеют решающее значение для подземного строительства .

Вставка из карбида вольфрама TBM представляет собой небольшой компонент, оказывающий огромное влияние на ход туннеля. Материал должен быть устойчивым к истиранию. Геометрия должна соответствовать камню. Сплав должен соответствовать фактической режущей головке. И производство должно производить одинаковые детали. Когда эти факторы совпадают, вставка работает так, как задумано, на предсказуемом расстоянии. Когда один фактор неправильный, страдает машина. Покупатели и инженеры по прокладке туннелей должны относиться к выбору пластины как к техническим переговорам: собрать геологические данные, обсудить конструкцию режущей головки и найти поставщика, который сможет контролировать весь производственный процесс. Дни, в течение которых режущая головка остается в рабочем положении, обходятся дороже, чем сама пластина.