A trikónus fúrófejek az abrazív kopás, az ütőterhelés, a súrlódás, a nagy érintkezési feszültség és a fúrófolyadék-erózió súlyos kombinációinak vannak kitéve . A kúp, a csapágy és a szomszédos funkcionális területek körüli kritikus felületek ezért gyorsan kophatnak a nagy igénybevételt jelentő fúrási műveletek során.

A lézeres plattírozás egy szabályozott módszert kínál a kopásálló fémes anyag kifejezetten ezekre a nagy terhelésű területekre történő felvitelére.

A teljes fúrófej módosítása helyett a lokalizált lézeres plattírozás megerősíti a kiválasztott felületeket, miközben minimalizálja a felesleges hőbevitelt és anyagfogyasztást , így alkalmassá teszi mind az új alkatrészek felületének javítására, mind a kiválasztott felújítási alkalmazásokra.

Miért igényelnek a Tricone fúrófejek lokalizált felületvédelmet?

Fúrás közben a kúpok folyamatosan forognak a formációval szemben, miközben a fúró jelentős axiális terhelésnek, rezgésnek és ütésnek van kitéve.

A kialakítástól és az üzemi körülményektől függően az alkatrészek felületein a következők fordulhatnak elő:

• Csiszoló kopás
• Fém-fém súrlódás
• Ragasztási kopás és korrózió
• Ütéskárosodás
• Fúrófolyadék-erózió
• Lokalizált felületi anyagveszteség
• Kombinált kopás és korrózió

Ezen mechanizmusok súlyossága nem egységes a teljes komponensben.

Bizonyos funkcionális felületek lényegesen nagyobb érintkezési és kopási terhelésnek vannak kitéve, mint a környező területek. Ez különösen értékessé teszi a célzott felülettervezést.

Kritikus kopási területek lézeres bevonása

Lézeres plattírozás során a fémötvözet port egy precízen szabályozott, lézerrel előállított olvadékmedencébe juttatják.

Az alapanyag egy vékony rétege és a befecskendezett por összeolvad, sűrű, lerakódott réteget képezve, amely metallurgiai kötéssel rendelkezik az alapanyaggal.

Tricone bit alkalmazásokhoz a lézerpálya kifejezetten a kiválasztott kopási területek köré programozható.

A cél a következők megszerzése:

Erős kohászati ​​kötés + szabályozott hígítás + magas kopásállóság + korlátozott hőbevitel + pontos lokalizált lerakódás.

Ez különbözik attól, hogy egyszerűen egy vastag bevonatot vigyünk fel az egész alkatrészre. A folyamatot a kritikus terület tényleges kopási mechanizmusa és geometriája köré tervezik.

Tipikus burkolati területek

A fúrófej kialakításától és a meghibásodási mechanizmustól függően a lézeres plattírozás bizonyos területeken mérlegelhető, például:

• Kúphoz kapcsolódó kopófelületek
• Csapágyakkal szomszédos felületek
• Napló- és támogatási régiók
• Nagy súrlódású érintkezési területek
• Lokalizált eróziós zónák
• Egyéb felületek, amelyek további kopásvédelmet igényelnek

A burkolat pontos pozícióját az alkatrész rajza, az üzemi körülmények és a tényleges kopási minta alapján kell meghatározni.

Komplex fúróalkatrészek esetében kerülni kell a felesleges lerakódást. Az anyagot ott kell koncentrálni, ahol a további felületi teljesítmény mérhető értéket biztosít.

Kopásálló burkolóanyagok

A kobaltalapú ötvözetek, mint például a Stellite 6, bizonyos fúrószerszám-alkalmazásokban használhatók, ahol kopásállóság, berágódásos korrózióállóság és magas hőmérsékleti degradációállóság szükséges.

A Stellite 6 a keménységet viszonylag jó szívóssággal ötvözi, és általában olyan alkatrészekhez használják, amelyek csúszó kopásnak és nehéz érintkezési körülményeknek vannak kitéve.

Az ötvözet kiválasztásának azonban mindig a tényleges alkalmazástól kell függenie.

Más kobalt-, nikkel- vagy vasalapú rendszerek megfelelőbbek lehetnek a következőktől függően:

• Alapanyag
• Kopási mechanizmus
• Ütésterhelés
• Üzemi hőmérséklet
• Korrozív környezet
• Szükséges keménység
• Megmunkálási követelmények

Súlyos abrazív körülmények között keményfázisú erősítésű anyagrendszereket is lehet vizsgálni.

Az optimális anyag tehát nem feltétlenül a legnagyobb keménységű ötvözet, hanem az, amelyik a kopásállóság, a szívósság, a repedésállóság és a metallurgiai kompatibilitás megfelelő egyensúlyát biztosítja.

Előmelegítés és repedésvezérlés

A fúróalkatrészeket gyakran nagy szilárdságú ötvözött acélokból gyártják. Amikor ezeket az alapanyagokat viszonylag kemény burkolóanyagokkal kombinálják, a hőfeszültséget és a repedéseket gondosan ellenőrizni kell.

Az előmelegítés ezért fontos részét képezheti a lézeres plattírozási folyamatnak.

Egy reprezentatív trikonfúró alkalmazásnál az alkatrészt körülbelül 300 °C-ra előmelegítették, mielőtt Stellite 6-tal lerakták volna.

Ezt az értéket inkább projektspecifikus folyamatfeltételként, mint univerzális paraméterként kell kezelni.

A megfelelő előmelegítési hőmérséklet a következőktől függ:

hordozó összetétele + alkatrész geometriája + burkolatötvözet + lerakódott vastagság + hőbevitel + hűtési feltételek.

A rétegek közötti hőmérséklet és a burkolás utáni hűtési stratégia szabályozását is megkövetelheti az igényes anyagkombinációk esetén.

A komplex geometria szabályozott mozgást igényel

A trikón fúrófej-alkatrészek ívelt, ferde és megszakított felületeket tartalmaznak, amelyeket nem mindig lehet hatékonyan megmunkálni egyszerű lineáris mozgással.

A burkolófejnek megfelelő kapcsolatot kell fenntartania a célfelülettel a lerakódás során.

Az alkatrész geometriájától függően a feldolgozó rendszer összehangolt munkát igényelhet:

• Forgó mozgás
• Lineáris pozicionálás
• Többtengelyes interpoláció
• Lézerfej orientációja
• Munkadarab pozicionálása

Dedikált szerelvények is tervezhetők úgy, hogy a komponenst megfelelő szögben tartsák, és hozzáférést biztosítsanak a nehezen hozzáférhető burkolati területekhez.

Az ilyen típusú alkalmazásoknál a rögzítőelemek tervezése és a mozgásvezérlés a lézeres plattírozási folyamat szerves részét képezi.

A folyamatparamétereket a komponens köré kell fejleszteni

A sikeres lézeres plattírozáshoz több változó összehangolása szükséges, ahelyett, hogy csak a lézerteljesítményre hagyatkoznánk.

Fontos paraméterek a következők:

• Lézer teljesítmény
• Sugárméret
• Utazási sebesség
• Por adagolási sebesség
• Pályaátfedés
• Lerakódott vastagság
• Védőgáz
• Előmelegítési hőmérséklet
• Átmeneti hőmérséklet
• Lézer beesési szöge

Ezek a paraméterek befolyásolják a hígítást, a bevonat geometriáját, a metallurgiai kötést, a keménységet, a repedéshajlamot és a hőbevitelt.

Fúrószerszámok esetében ezért a folyamatfejlesztést a tényleges hordozóanyaggal, a burkolatanyaggal és az alkatrész geometriájával kell kezdeni.

A fúróalkatrészek legfontosabb előnyei

Megfelelő tervezés esetén a lézeres plattírozás számos előnnyel járhat a tricone bitek és hasonló fúróalkatrészek esetében.

Lokalizált kopásvédelem: Az anyag kifejezetten a kritikus felületekre rakódik le, ahelyett, hogy a teljes alkatrészt befedné.

Metallurgiai kötés: A lerakódott réteg metallurgiai határfelületet képez az aljzattal.

Szabályozott hőbevitel: A lokalizált lézerenergia csökkenti a környező területekre gyakorolt ​​szükségtelen hőhatást.

Anyaghatékonyság: A nagy teljesítményű ötvözetpor ott koncentrálódik, ahol funkcionálisan szükséges.

Felületi teljesítmény javítása: A megfelelő ötvözetek javíthatják az abrazív kopással, a berágással, az erózióval és más súlyos felületi degradációs mechanizmusokkal szembeni ellenállást.

Geometriai rugalmasság: A CNC és a többtengelyes mozgás lehetővé teszi az összetett kopási területek megmunkálását szabályozott lerakódási utakkal.

Új alkatrészek megerősítése és felújítása

A lézeres plattírozás a fúróalkatrészek életciklusának különböző szakaszaiban jöhet szóba.

Új alkatrészek esetében a kiválasztott, nagy kopásnak kitett felületek szervizelés előtt megerősíthetők, hogy javítsák ellenállóképességüket a nehéz üzemi körülményekkel szemben.

Üzem közben sérült alkatrészek esetén lézeres plattírozás alkalmazható a kiválasztott kopott felületek helyreállítására, amennyiben az alatta lévő alkatrész továbbra is alkalmas a felújításra.

Azt, hogy egy használt fúróalkatrész alkalmas-e javításra, a feldolgozás előtt ellenőrizni kell. A szerkezeti repedésekkel, súlyos deformációval vagy elfogadhatatlan aljzatkárosodással rendelkező alkatrészeket nem szabad automatikusan javíthatónak tekinteni pusztán azért, mert anyag rakódhat a felületre.

Alkalmazások a Tricone Bits-en túl

Ugyanez a lokalizált felszíni mérnöki elv kiterjeszthető más, súlyos kopásnak kitett fúrási és olajmező-alkatrészekre is, beleértve:

• Görgős kúpos fúróalkatrészek
• Stabilizátorok
• Viseljen ujjakat
• Fúrólyuk szerszámfelületei
• Fúrószál kopóalkatrészei
• Egyéb nagy terhelésű olajmező-alkatrészek

Minden alkalmazás egyedileg értékeli a kopási mechanizmust, az alapanyagot, a geometriát és az üzemi környezetet.

GREENSTONE lézeres burkolómegoldások fúrószerszámokhoz

A GREENSTONE lézeres platformozási eljárásokat és berendezéseket kínál fúrószerszámokhoz és egyéb ipari alkatrészekhez, amelyek lokális kopásálló felületjavítást igényelnek.

Komplex fúróalkatrészek esetében a megoldások kombinálhatják a precíziós por adagolását, a CNC vagy többtengelyes mozgást, a forgó pozicionálást és az egyedi befogókat a tényleges munkadarab geometriájának megfelelően.

A folyamatfejlesztés magában foglalhatja a burkolatanyag kiválasztását, az előmelegítési stratégiát, a paraméterek optimalizálását és a minták tesztelését a végső berendezés konfigurációja előtt.

Fúrószerszám lézeres plattírozási projekthez meg kell adni az alkatrész rajzát vagy fényképeit, az alapanyagot, a szükséges plattírozási pozíciót, a kopási mechanizmust, a kívánt bevonatvastagságot, az előnyben részesített ötvözetet (ha meg van adva) és az üzemi körülményeket . Ezeket a paramétereket ezután fel lehet használni a megfelelő plattírozóanyag, a feldolgozási stratégia és a berendezés konfigurációjának értékeléséhez.