Verschleiß der Wolframkarbid-Wasserstrahldüse

Das Bohren von hartem Gestein mit Wasserstrahlschneiden gilt als effiziente Möglichkeit, die Lebensdauer der Hartmetallklingen zu verbessern. In diesem Artikel wird kurz über das Experiment zum Verschleiß der YG6-Wolframcarbid-Wasserstrahldüse gesprochen, wenn sie beim Kalksteinbohren verwendet wird. Das Versuchsergebnis wird zeigen, dass der Wasserstrahldruck und der Düsendurchmesser einen wichtigen Einfluss auf den Verschleiß der Wolframcarbid-Wasserstrahlschneiddüse haben.

1. Einführung des Wasserstrahls

Ein Wasserstrahl ist ein Flüssigkeitsstrahl mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck und wird zum Schneiden, Formen oder Höhlenformen verwendet. Da das Wasserstrahlsystem einfach ist und die Kosten nicht sehr hoch sind, wird es häufig für die Metallbearbeitung und medizinische Operationen verwendet. Hartmetall ist aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus Härte, Zähigkeit und günstigem Preis das dominierende Material in Bearbeitungs- und Bergbauwerkzeugen. Das Hartmetallwerkzeug wurde jedoch beim Hartgesteinsbohren ernsthaft beschädigt. Wenn ein Wasserstrahl verwendet wird, um den Bohrmeißel zu unterstützen, könnte er auf das Gestein einwirken, um die Klingenkraft zu verringern und die Wärme auszutauschen, um die Klingentemperatur zu kühlen. Daher wäre dies ein effektiver Weg, um die Lebensdauer der Hartmetallklinge zu verlängern Wasserstrahl wird beim Schaukelbohren verwendet.

2. Materialien und experimentelle Verfahren

2.1 Materialien

Die in diesem Experiment verwendeten Materialien sind die YG6-Hartmetall-Wasserstrahldüse und das harte Material Kalkstein.

2.2 Experimentelle Verfahren

Dieses Experiment wurde bei Raumtemperatur durchgeführt und die Bohrgeschwindigkeit bei 120 mm/min und die Walzgeschwindigkeit bei 70 Umdrehungen/min für 30 min in den Experimenten gehalten, um den Einfluss verschiedener Wasserstrahlparameter zu untersuchen, einschließlich Strahldruck, Düsendurchmesser, auf die Verschleißeigenschaften des Hartmetall-Wasserstrahlschneidrohrs.

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1. Einfluss des Wasserstrahldrucks auf die Verschleißraten der Hartmetallklingen

Es zeigt sich, dass die Verschleißrate ohne die Hilfe des Wasserstrahls ziemlich hoch ist, aber die Verschleißraten stark abnehmen, wenn der Wasserstrahl hinzukommt. Die Verschleißraten nehmen ab, wenn der Strahldruck zunimmt. Dennoch nimmt die Verschleißrate langsam ab, wenn der Strahldruck über 10 MPa liegt.

Die Verschleißraten werden durch die mechanische Beanspruchung und Temperatur der Schaufeln beeinflusst, und der Wasserstrahl ist hilfreich, um die mechanische Beanspruchung und Temperatur zu reduzieren.

Ein höherer Strahldruck könnte auch die Wärmeaustauscheffizienz erhöhen, um die Arbeitstemperatur zu senken. Die Wärmeübertragung erfolgt, wenn der Wasserstrahl durch die Oberfläche der Schaufel strömt, mit kühlender Wirkung. Dieser Abkühlungsprozess kann näherungsweise als Prozess der konvektiven Wärmeübertragung außerhalb einer ebenen Platte betrachtet werden.

3.2. Einfluss des Düsendurchmessers auf die Verschleißraten der Hartmetallschaufeln

Ein größerer Düsendurchmesser bedeutet eine größere Aufprallfläche und mehr Aufprallkraft auf den Kalkstein, was dazu beiträgt, die mechanische Kraft auf die Klinge zu reduzieren und deren Verschleiß zu verringern. Es zeigt sich, dass die Verschleißraten mit zunehmendem Düsendurchmesser des Bohrers abnehmen.

3.3. Verschleißmechanismus von Hartmetall-Bohrgestein mit einem Wasserstrahl

Die Versagensart der Hartmetallklingen beim Wasserstrahlbohren ist nicht die gleiche wie beim Trockenbohren. Bei den Bohrversuchen mit dem Wasserstrahl unter dem gleichen Zoom-Scope werden keine schwerwiegenden Brüche festgestellt und die Oberflächen zeigen hauptsächlich Verschleißmorphologie.

Es gibt hauptsächlich drei Gründe, die die unterschiedlichen Ergebnisse erklären. Erstens kann ein Wasserstrahl die Oberflächentemperatur und die thermische Belastung effektiv verringern. Zweitens liefert der Wasserstrahl eine Aufprallkraft, um den Kalkstein aufzubrechen, und hilft, die mechanische Kraft auf die Klinge zu verringern. So könnte die Summe aus thermischer Spannung und mechanischer Spannung, die schwere Sprödbrüche hervorrufen kann, geringer sein als die Materialfestigkeit vondie Klinge beim Bohren mit Wasser. Drittens könnte der Wasserstrahl mit höherem Druck eine vergleichsweise kühlere Wasserschicht zur Schmierung der Klinge bilden und wie ein Polierer die harten Schleifpartikel im Gestein wegfegen. Daher ist die Oberfläche der Klinge beim Wasserstrahlbohren viel glatter als beim Trockenbohren, und die Verschleißrate nimmt ab, wenn der Wasserstrahldruck zunimmt.

Obwohl eine Vielzahl von Sprödbrüchen vermieden werden, kommt es beim Gesteinsbohren mit einem Wasserstrahl immer noch zu Oberflächenschäden an den Schaufeln.

Der Verschleißprozess von Hartmetallklingen beim Kalksteinbohren mit einem Wasserstrahl könnte in zwei Phasen unterteilt werden. Unter strahlunterstützten Bedingungen unter Wasser treten zunächst Mikrorisse an der Blattkante auf, die wahrscheinlich durch lokalen mechanischen Abrieb und thermische Belastung verursacht werden, die durch die Blitztemperatur induziert wird. Die Co-Phase ist viel weicher als die WC-Phase und lässt sich leicht tragen. Wenn also die Klinge das Gestein fräst, wird die Co-Phase zuerst abgenutzt, und da die Partikel vom Wasserstrahl weggespült werden, ist die Porosität zwischen den Körnern größer und die Oberfläche der Klinge wird ungleichmäßiger.

Dann dehnt sich diese Art von Mikrooberflächenschaden von der Kante zur Mitte der Klingenoberfläche aus. Und dieser Polierprozess setzt sich von der Kante bis zur Mitte der Klingenoberfläche fort. Wenn der Bohrmeißel kontinuierlich in das Gestein bohrt, bildet die polierte Oberfläche an den Kanten neue Mikrorisse, die sich dann aufgrund von mechanischem Abrieb und thermischer Belastung durch Blitztemperatur bis zur Mitte der Blattoberfläche erstrecken.

Daher wird dieser Schrupp-Polierprozess ständig von der Kante bis zur Mitte der Klingenoberfläche wiederholt, und die Klinge wird dünner und dünner, bis sie nicht mehr funktioniert.

4. Fazit

4.1 Der Druck des Wasserstrahls spielt eine wichtige Rolle bei den Verschleißraten von Hartmetallbohrkronen beim Gesteinsbohren mit dem Wasserstrahl. Die Verschleißraten nehmen mit steigendem Strahldruck ab. Aber die Abnahmegeschwindigkeit der Verschleißraten ist nicht gleichmäßig. Ab einem Strahldruck von über 10 MPa nimmt er immer langsamer ab.

4.2 Angemessene Düsenstruktur kann die Verschleißfestigkeit der Hartmetallblätter verbessern. Darüber hinaus könnte eine Vergrößerung des Durchmessers der Strahldüse die Verschleißraten der Schaufeln verringern.

4.3 Die Oberflächenanalyse zeigte, dass Hartmetallklingen beim Kalksteinbohren mit einem Wasserstrahl eine kreisförmige Wirkung von Sprödbruch, Kornauszug und Polieren zeigen, was den Materialabtragsprozess induziert.

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