Φθορά κοπτικών ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΠΜΣ «Σχεδιασμός και κατασκευή υπογείων έργων» Μηχανική Όρυξη Σηράγγων ΘΝ Μιχαλακόπουλος Φθορά κοπτικών version 2014

Μηχανισμοί φθοράς (wear) κοπτικών Κοπτικά και παρατηρήσεις πεδίου Στοιχεία τριβολογίας Εργαστηριακή εκτίμηση αποξεστικότητας (abrasivity) πετρωμάτων Δείκτης Schimazek F Δείκτης CAI (CERCHAR abrasivity index) Νορβηγικές δοκιμές AV/AVS/SAT Δοκιμή LCPC Abroy Εκτίμηση χρόνου ζωής κοπτικών

Οι οικονομικές επιπτώσεις της φθοράς Το κόστος των κοπτικών Ο σωρευτικά απαιτούμενος χρόνος για την αντικατάστασή τους (μη παραγωγικός) Οι ενεργειακές απώλειες

Φθορά ακτινικών κοπτικών (1) Rock

Φθορά ακτινικών κοπτικών (2)

Φθορά κοπτικών σημειακής προσβολής (1) «Αυτοτροχιζόμενα» λόγω περιστροφής

Φθορά κοπτικών σημειακής προσβολής (2) Απώλεια περιστροφής λόγω ενσφήνωσης. Θραύση λόγω διαμήκων μετακινήσεων.

Φθορά κοπτικών σημειακής προσβολής (3) Συμμετρική φθορά (φυσιολογική) Ασύμμετρη φθορά (απώλεια περιστροφής) Αστοχία κοπτικού άκρου Αστοχία στελέχους

Αστοχία κοπτικών σημειακής προσβολής

Φθορά κοπτικών δίσκου (1) Φυσιολογική φθορά Φθορά επιφανειακής κόπωσης Αστοχία τριβέα Αστοχία δίσκου

Φθορά κοπτικών δίσκου (2) Διείσδυση: Μικρή Μέτρια Μεγάλη Πολύ μεγάλη Αποξεστικότητα: Υψηλή Υψηλή Χαμηλή Χαμηλή Διάρκεια ζωής: Μικρή Μεγάλη Α: Δημιουργία σχετικά μικρής ποσότητας λεπτομερούς πετρώματος. Β: Ο δίσκος διεισδύει στο πέτρωμα και μέρος του λεπτομερούς «ρέει» προς τις πλευρές του. C: Σημαντική διείσδυση του δίσκου με ροή λεπτομερούς και θραυσμάτων προς τις πλευρές. D: Self-sharpening. Σημαντική ροή λεπτομερούς και θραυσμάτων. Η μεγάλη διείσδυση αυξάνει τη θερμοκρασία του κοπτικού και ενισχύει το φαινόμενο.

Φθορά κοπτικών δίσκου (3)

Η φθορά ως συνάρτηση του μήκους κοπής

Κοπτικά συρόμενου τύπου Υλικό κοπτικών Κοπτικά συρόμενου τύπου Κοπτικά δίσκου Καρβίδιο του βολφραμίου (tungsten carbide – WC) Υψηλής σκληρότητας Κονιομεταλλουργία (powder metallurgy) Πυροσυσσωμάτωση (sintering) στους 1435°C κόκκων WC και κοβαλτίου υπό υψηλή πίεση και εφαρμογή κενού Σημαντικά χαρακτηριστικά: Μέγεθος κόκκων Περιεκτικότητα Co Περιεκτικότητα C Πορώδες High-speed steel (HSS ή HS) Hot-work tool steel Ανοξείδωτοι χάλυβες υψηλής σκληρότητας και αντοχής για χρήση σε υψηλές θερμοκρασίες. Fe-C-X όπου Χ: Cr, W, Mo, V, Co.

Καρβίδιο του βολφραμίου Περιεκτικότητα Co  Σκληρότητα vs. Δυσθραυστότητα Είναι αντιστρόφως ανάλογα !

Ο ρόλος της σκληρότητας

Σκληρότητα ορυκτών και κοπτικών Σκληρότητα vs. Δυσθραυστότητα Είναι αντιστρόφως ανάλογα !

Hot hardness

Σχετική κίνηση σωμάτων και μηχανισμοί φθοράς Φθορά λείανσης (απόξεση) Φθορά πρόσφυσης (θερμοκρασία/πίεση) Μηχανική/χημική διάβρωση Φθορά επιφανειακής κόπωσης

Συστήματα απόξεσης

Τύποι φθοράς κοπτικών

Τρόποι φθοράς κατά την κοπή (1) Τραχύτητα

Τρόποι φθοράς κατά την κοπή (2)

Η επίδραση του σχήματος των θραυσμάτων

Η επίδραση της σκληρότητας του κοπτικού

Τριβολογικό σύστημα Ο τρόπος κοπής Οι παράμετροι κοπής Το πέτρωμα Το κοπτικό

Δείκτης Schimazek F Ανάλυση λεπτών τομών στο μικροσκόπιο 𝐹=𝑄∙𝑑∙ 𝜎 𝑡 όπου Q: η ισοδύναμη κ.ο. εκατοστιαία περιεκτικότητα χαλαζία d: το μέσο μέγεθος των κόκκων χαλαζία (cm) σt: η εφελκυστική αντοχή (kgf/cm2) Ισοδύναμη περιεκτικότητα χαλαζία 1 Χαλαζίας 0.35 Άστριοι 0.04 Αργιλικά ορυκτά 0.03 Ασβεστίτης Κρίσιμη ταχύτητα κοπτικού: 𝑉 𝑐𝑟𝑖𝑡 = 𝑘 𝑒 𝐹 όπου Vcrit σε m/s και k σταθερά εξαρτώμενη από το κοπτικό (γεωμετρία και κρίσιμη θερμοκρασία) με τυπική τιμή 8.4

Δείκτης CAI (CERCHAR abrasivity index)

Τυπικές τιμές CAI

CAI και εκτίμηση φθοράς δίσκων

CAI και εκτίμηση φθοράς κοπτικών σημειακής προσβολής

CAI και επίδραση της εντατικής κατάστασης

Οι Νορβηγικές δοκιμές AV/AVS/SAT (1)

Οι Νορβηγικές δοκιμές AV/AVS/SAT (2)

Δοκιμή LCPC Abroy