Produkcja i zastosowanie frezów PDC (Polycrystalline Diamond Composite) w inżynierii górniczej to systematyczny projekt inżynierski składający się z szeregu ściśle powiązanych procesów technologicznych. Proces ten obejmuje nie tylko precyzyjne wykonanie korpusu frezu, ale także proces dopasowania do montażu z wiertłem i etapy przygotowania do użycia-na miejscu. Kontrola jakości na każdym etapie ma bezpośredni wpływ na-skuteczność kruszenia skał i żywotność frezu.
Proces rozpoczyna się od syntezy warstwy polikrystalicznego diamentu. Syntetyczny mikro-proszek diamentowy o wysokiej czystości jest starannie dobierany i równomiernie mieszany z katalizatorem metalowym (takim jak kobalt, nikiel lub ich stopy) zgodnie z określonym rozkładem wielkości cząstek. Tę mieszaninę umieszcza się w ośrodku-przenoszącym ciśnienie, takim jak pirofilit, i spieka przez kilka minut do kilkudziesięciu minut w wysokiej temperaturze około 1400–1600 stopni i pod wysokim ciśnieniem 5,5–8 GPa w-prasie sześciostronnej lub-dwustronnej prasie. Ten proces spiekania umożliwia cząsteczkom diamentu łączenie się pod działaniem katalizatora, tworząc ciągłą-wymiarową strukturę sieciową i tworząc-twardą i bardzo odporną na zużycie-warstwę polikrystalicznego diamentu. Proces ten wymaga ścisłej kontroli równomierności pól temperatury i ciśnienia, aby uniknąć nieprawidłowego wzrostu ziaren lub defektów porowatości.
Kolejnym etapem jest związanie arkusza kompozytowego z podłożem z węglika spiekanego. Jako podłoże wybiera się półfabrykat z węglika spiekanego-kobaltu i wolframu, który jest-poddawany precyzyjnej obróbce w celu uzyskania wymaganego kształtu i rozmiaru. Na powierzchnię spajającą stosuje się aktywację powierzchni lub-powlekanie wstępne, aby wzmocnić wiązanie metalurgiczne z warstwą diamentu. Półprodukt z warstwy polikrystalicznego diamentu i podłoże są następnie ponownie spiekane w wysokiej temperaturze i ciśnieniu, aby utworzyć mocne wiązanie metalurgiczne na styku, zapewniające efektywne przenoszenie obciążenia pomiędzy warstwami bez rozwarstwiania. Temperaturę, ciśnienie i czas trwania tego etapu należy dokładnie ustawić w oparciu o skład podłoża i grubość warstwy diamentu, równoważąc siłę wiązania i kontrolę naprężeń wewnętrznych.
Następnie następuje obróbka skrawaniem i kształtowanie geometryczne. Arkusz kompozytowy jest cięty, szlifowany i polerowany w celu uzyskania precyzyjnego kształtu geometrycznego (zwykle okrągłego, ale w razie potrzeby można go również nadać w kształcie stożka,-lub innego nieregularnego kształtu), płaskiej powierzchni spajania i ustalonej wysokości krawędzi tnącej. Podczas obróbki stosuje się supertwarde narzędzia, takie jak tarcze diamentowe, aby uniknąć wtórnego uszkodzenia powierzchni i zapewnić, że tolerancje wymiarowe i chropowatość powierzchni spełniają wymagania projektowe.
Na koniec rozpoczyna się kontrola jakości i sortowanie. Strukturę ziaren warstwy diamentu oraz wiązanie międzyfazowe obserwowano za pomocą mikroskopu optycznego i skaningowego. Do oceny właściwości powierzchni wykorzystano twardościomierz i maszynę do badania ścieralności. Dokonano dokładnych pomiarów wymiarów geometrycznych, wysokości krawędzi skrawającej oraz tolerancji kształtu i położenia. Gotowe produkty z pęknięciami, odpryskami na krawędziach lub słabym wiązaniem zostały odrzucone, aby zapewnić niezawodność zainstalowanej maszyny.
Następnie przyszedł czas na montaż i umieszczenie wiertła. W oparciu o specyficzne warunki pracy projektu wydobywczego (twardość rudy, średnica otworu, głębokość otworu, metoda wiercenia) dobierano odpowiednie specyfikacje i ilości frezów PDC, które układano promieniowo lub spiralnie na koronie wiertła. Kontrolowano odstępy i spójność krawędzi skrawającej, aby zapewnić równomierne pokrycie trajektorii cięcia i równoważenie obciążenia. Podczas montażu istotne było zapewnienie dobrego połączenia pomiędzy frezem a korpusem wiertła, aby zapobiec przesunięciu lub odłączeniu podczas-obracania się z dużą prędkością.
Na koniec przeprowadzono debugowanie i rejestrację przed zastosowaniem w terenie. Po instalacji należy przeprowadzić-testy bez obciążenia i wiercenie próbne przy-prędkości, aby potwierdzić, że warunki skrawania i poziom wibracji są normalne. Należy prowadzić rejestry dotyczące takich parametrów, jak partia urabiacza, model wiertła, rodzaj skały oraz zalecane ciśnienie wiercenia i prędkość obrotowa, do wykorzystania-dla operatorów na miejscu. Wydajność cięcia i zużycie należy regularnie monitorować podczas budowy, aby zoptymalizować późniejszy dobór i konserwację.
Proces produkcji frezów PDC dla inżynierii górniczej to kompletny łańcuch technologiczny, począwszy od syntezy materiałów supertwardych po produkcję użytecznych narzędzi na miejscu-. Precyzyjna kontrola i zapewnienie jakości na każdym etapie stanowią przesłanki jego kluczowej roli w wydajnym i stabilnym kruszeniu skał w kopalniach.
