Usura dell'ugello a getto d'acqua in carburo di tungsteno

La perforazione della roccia dura con il taglio a getto d'acqua è considerata un modo efficace per migliorare la durata delle lame in carburo cementato. Questo articolo parlerà brevemente dell'esperimento sull'usura dell'ugello a getto d'acqua in carburo di tungsteno YG6 quando viene utilizzato nella perforazione del calcare. Il risultato dell'esperimento mostrerà che la pressione del getto d'acqua e il diametro dell'ugello giocano un'importante influenza sull'usura dell'ugello di taglio a getto d'acqua in carburo di tungsteno.

1. Introduzione del getto d'acqua

Un getto d'acqua è un raggio liquido ad alta velocità e pressione e viene utilizzato per il taglio, la sagomatura o la speleologia. Poiché il sistema a getto d'acqua è semplice e il costo non è molto elevato, è ampiamente utilizzato per la lavorazione dei metalli e le operazioni mediche. Il carburo cementato è il materiale dominante negli utensili per la lavorazione e l'estrazione mineraria per la sua combinazione unica di durezza, tenacità e prezzo economico. Tuttavia, l'utensile in carburo cementato è stato gravemente danneggiato durante la perforazione di roccia dura. Se si utilizza un getto d'acqua per assistere la punta del trapano, potrebbe colpire la roccia per ridurre la forza della lama e scambiare il calore per raffreddare la temperatura della lama, quindi sarebbe un modo efficace per migliorare la durata della lama in carburo cementato quando il getto d'acqua viene utilizzato nella perforazione a dondolo.

2. Materiali e procedure sperimentali

2.1 Materiali

I materiali utilizzati in questo esperimento sono l'ugello a getto d'acqua in carburo cementato YG6 e il materiale duro calcare.

2.2 Procedure sperimentali

Questo esperimento è stato eseguito a temperatura ambiente e ha mantenuto la velocità di perforazione a 120 mm/min e la velocità di laminazione a 70 giri/min per 30 min negli esperimenti, volti a studiare l'influenza di diversi parametri del getto d'acqua tra cui pressione del getto, diametro dell'ugello, sulle caratteristiche di usura del tubo di taglio a getto d'acqua in carburo cementato.

3. Risultati e discussioni

3.1. Effetto della pressione del getto d'acqua sui tassi di usura delle lame in carburo cementato

È dimostrato che il tasso di usura è piuttosto elevato senza l'ausilio del getto d'acqua, ma i tassi di usura diminuiscono bruscamente quando il getto d'acqua si unisce. I tassi di usura diminuiscono quando la pressione del getto aumenta. Tuttavia, il tasso di usura diminuisce lentamente quando la pressione del getto è superiore a 10 MPa.

I tassi di usura sono influenzati dallo stress meccanico e dalla temperatura delle lame e il getto d'acqua è utile per ridurre lo stress meccanico e la temperatura.

Una maggiore pressione del getto potrebbe anche aumentare l'efficienza di scambio termico per ridurre la temperatura di lavoro. Il trasferimento di calore avviene quando il getto d'acqua attraversa la superficie della lama, con un effetto di raffreddamento. Questo processo di raffreddamento può essere approssimativamente considerato come il processo di trasferimento di calore convettivo all'esterno di una piastra piana.

3.2. Effetto del diametro dell'ugello sui tassi di usura delle lame in carburo cementato

Un diametro dell'ugello maggiore significa un'area di impatto più ampia e una maggiore forza di impatto sul calcare, il che aiuta a ridurre la forza meccanica sulla lama e a ridurne l'usura. È dimostrato che i tassi di usura diminuiscono con l'aumentare del diametro dell'ugello della punta del trapano.

3.3. Meccanismo di usura della roccia perforata con lama in carburo cementato con un getto d'acqua

Il tipo di rottura delle lame in carburo cementato nella perforazione a getto d'acqua non è la stessa di quella nella perforazione a secco. Non sono state rilevate fratture gravi negli esperimenti di perforazione con il getto d'acqua sotto lo stesso zoom e le superfici mostrano principalmente una morfologia di usura.

Ci sono principalmente tre ragioni per spiegare i diversi risultati. In primo luogo, un getto d'acqua può ridurre efficacemente la temperatura superficiale e lo stress termico. In secondo luogo, il getto d'acqua fornisce una forza d'urto per rompere il calcare e aiuta a diminuire la forza meccanica sulla lama. Pertanto, la somma delle sollecitazioni termiche e delle sollecitazioni meccaniche che possono indurre gravi fratture fragili potrebbe essere inferiore alla resistenza del materialela lama nella perforazione con acqua. In terzo luogo, il getto d'acqua con una pressione maggiore potrebbe formare uno strato d'acqua relativamente più freddo per lubrificare la lama e potrebbe far precipitare via le particelle abrasive dure nella roccia come una lucidatrice. Pertanto, la superficie della lama nella perforazione a getto d'acqua è molto più liscia di quella nella perforazione a secco e il tasso di usura diminuirà mentre la pressione del getto d'acqua aumenta.

Sebbene venga evitata un'ampia gamma di fratture fragili, ci saranno comunque danni superficiali sulle lame nella perforazione della roccia con un getto d'acqua.

Il processo di usura delle lame in carburo cementato nella perforazione del calcare con un getto d'acqua potrebbe essere suddiviso in due fasi. Inizialmente, in condizioni subacquee assistite da getto, compaiono microcricche sul bordo della pala, probabilmente causate da abrasione meccanica locale e stress termico indotto dalla temperatura di flash. La fase Co è molto più morbida della fase WC ed è facile da indossare. Quindi, quando la lama macina la roccia, la fase Co si consuma per prima e, con le particelle lavate via dal getto d'acqua, la porosità tra i grani è maggiore e la superficie della lama diventa più irregolare.

Quindi, questo tipo di micro-danno superficiale si espande dal bordo al centro della superficie della lama. E questo processo di lucidatura continua dal bordo al centro della superficie della lama. Quando la punta del trapano perfora continuamente la roccia, la superficie levigata sui bordi formerà nuove microfessure che poi si estenderanno al centro della superficie della lama a causa dell'abrasione meccanica e dello stress termico causato dalla temperatura di flash.

Pertanto, questo processo di sgrossatura e lucidatura viene ripetuto costantemente dal bordo al centro della superficie della lama e la lama diventerà sempre più sottile fino a non poter funzionare.

4. Conclusione

4.1 La pressione del getto d'acqua gioca un ruolo importante nei tassi di usura delle punte in metallo duro nella perforazione della roccia con il getto d'acqua. I tassi di usura diminuiscono con l'aumento della pressione del getto. Ma la velocità di declino dei tassi di usura non è uniforme. Declina sempre più lentamente quando la pressione del getto supera i 10 MPa.

4.2 Una ragionevole struttura dell'ugello può migliorare la resistenza all'usura delle lame in carburo cementato. Inoltre, l'aumento del diametro dell'ugello del getto potrebbe diminuire i tassi di usura delle lame.

4.3 L'analisi della superficie ha dimostrato che le lame in carburo cementato nella perforazione del calcare con un getto d'acqua mostrano un'azione circolare di frattura fragile, estrazione del grano e lucidatura, che induce il processo di rimozione del materiale.

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