जब कठोर चट्टान आपके कार्बाइड को पहले तोड़ दे: छोटे ड्रिल बिट डिज़ाइन पर पुनर्विचार
बेहद कठोर और मजबूत चट्टान में, ड्रिल बिट तब भी खराब हो सकती है जब टीम अभी तक चट्टान पर ठीक से काम करना शुरू भी नहीं कर पाई हो।
शुरुआती कुछ झटके लगते हैं। एक कार्बाइड इंसर्ट पर तीव्र दबाव पड़ता है। एक छोटी सी दरार पड़ जाती है। फिर एक कोना टूट जाता है, या इंसर्ट में दरार आ जाती है, या सामान्य घिसावट से बहुत पहले ही बिट की धार खराब हो जाती है।
यह हमेशा सामग्री की गुणवत्ता से संबंधित समस्या नहीं होती है।
यह ज्यामिति से संबंधित समस्या हो सकती है।
अत्यंत कठोर और घर्षणशील चट्टानों में काम करने वाले छोटे और मध्यम आकार के रॉक ड्रिल बिट्स के लिए, आमतौर पर बटनों की संख्या बढ़ाने या प्रत्येक बटन द्वारा सहन किए जाने वाले प्रभाव को कम करने की प्रवृत्ति होती है। कुछ परिस्थितियों में यह कारगर हो सकता है। लेकिन बेहद कठोर चट्टान में, एक छोटा कार्बाइड इंसर्ट बार-बार होने वाले तीव्र प्रभावों को सहन करने के लिए आवश्यक अनुप्रस्थ काट और आयतन में अपर्याप्त हो सकता है।
ऐसे मामलों में, सवाल यह नहीं होता कि "हम भार को अधिक इंसर्ट पर कैसे वितरित कर सकते हैं?" बल्कि यह हो सकता है कि "प्रत्येक इंसर्ट बिना टूटे अधिक भार कैसे वहन कर सकता है?"
सिंगल-इंसर्ट लोड क्षमता के पीछे यही विचार है।
अत्यधिक कठोर चट्टानें समय से पहले क्यों टूट जाती हैं?
कठोर चट्टान और मजबूत चट्टान हमेशा एक जैसी नहीं होती हैं।
अत्यधिक घर्षणशील परत कार्बाइड को जल्दी घिस देती है। वहीं, कठोर परत टूटने से बचाती है और उच्च प्रभाव के तनाव को बिट में वापस स्थानांतरित कर सकती है। जब ये दोनों स्थितियाँ एक साथ मौजूद होती हैं, तो ड्रिल बिट के सामने एक कठिन चुनौती खड़ी हो जाती है: कार्बाइड को प्रभाव के कारण टूटने से बचाना होता है, साथ ही कठोरता और घिसाव प्रतिरोध को भी बनाए रखना होता है।
प्रत्येक प्रहार की शुरुआत में, बिट छेद के तल से पूरी तरह समान रूप से संपर्क नहीं करता है। पहला संपर्क काटने वाली सतह के केवल एक भाग पर हो सकता है। फिर तनाव तरंग उपकरण से होकर गुजरती है, जिससे इंसर्ट या किनारे के नीचे की चट्टान टूट जाती है। बहुत कठोर चट्टान में, भार के समान रूप से वितरित होने से पहले संपर्क तनाव तेजी से बढ़ सकता है।
इसीलिए अनुपयुक्त बिट डिज़ाइनों में इंसर्ट का जल्दी टूटना आम बात है। चट्टान इतनी आसानी से नहीं झुकती कि संपर्क में आने वाले पहले इंसर्ट पर पड़ने वाले अधिकतम तनाव को कम कर सके।
ड्रिल रिग, वायु दाब और संचालन प्रक्रिया के अन्यथा उचित होने पर भी, थोड़ी दूरी तय करने के बाद ही बिट में कार्बाइड के टुकड़े दिखाई दे सकते हैं।
एकल-सम्मिलन भार सिद्धांत
कार्बाइड कठोर और घिसाव प्रतिरोधी होता है, लेकिन फिर भी यह एक भंगुर पदार्थ है। इसकी प्रभाव से होने वाली विफलता का प्रतिरोध आंशिक रूप से इसके भौतिक गुणों पर और आंशिक रूप से प्रत्येक इंसर्ट की ज्यामिति पर निर्भर करता है।
आमतौर पर, बड़े कार्बाइड इंसर्ट का भार वहन करने वाला अनुप्रस्थ काट बड़ा होता है और स्थानीय प्रभाव को सहन करने के लिए इसका आयतन भी अधिक होता है। सरल शब्दों में कहें तो, मोटा या बड़ा इंसर्ट टूटने से पहले अधिक प्रभाव भार सहन कर सकता है।
इसका मतलब यह नहीं है कि "बड़ा हमेशा बेहतर होता है।" एक अत्यधिक बड़ा इंसर्ट अन्य डिज़ाइन संबंधी कमियों को जन्म दे सकता है। लेकिन जब शुरुआती टूट-फूट विफलता का प्रमुख कारण हो, तो प्रत्येक भार वहन करने वाले कार्बाइड तत्व के प्रभावी आकार को बढ़ाना, केवल छोटे तत्वों की संख्या बढ़ाने की तुलना में अधिक उपयोगी हो सकता है।
यही सिद्धांत छेनी और क्रॉस-स्टाइल बिट्स पर भी लागू होता है। अत्यंत कठोर चट्टान में, मोटे कार्बाइड ब्लेड या मजबूत धार वाला ब्लेड, आसान चट्टानों के लिए डिज़ाइन किए गए पतले ब्लेड की तुलना में बेहतर प्रदर्शन कर सकता है।
डिजाइन का लक्ष्य प्रत्येक महत्वपूर्ण घटक को उस भार के लिए पर्याप्त संरचनात्मक क्षमता प्रदान करना है जो वास्तव में उसे प्राप्त होगा।
अधिक बटन कभी-कभी स्थिति को और खराब क्यों कर सकते हैं
आधुनिक बटन बिट्स में अक्सर लोड को समान रूप से वितरित करने और कटिंग क्रिया को बेहतर बनाने के लिए कई कार्बाइड बटन का उपयोग किया जाता है। कई ड्रिलिंग स्थितियों में, यह बेहद कारगर साबित होता है।
लेकिन हर हिस्से का सतह क्षेत्र सीमित होता है।
यदि समग्र डिज़ाइन में परिवर्तन किए बिना अतिरिक्त बटन जोड़े जाते हैं, तो उपलब्ध प्रभाव ऊर्जा अधिक संपर्क बिंदुओं में विभाजित हो जाती है। अलग-अलग बटन छोटे या अधिक निकट स्थित हो सकते हैं। फ्लशिंग स्पेस कम हो सकता है। चट्टान तोड़ने का पैटर्न बदल सकता है।
बेहद कठोर और सख्त ज़मीन पर, एक छोटा बटन शुरुआती संपर्क के दौरान गंभीर स्थानीय भार झेल सकता है। यदि उसका अनुप्रस्थ काट बहुत छोटा है, तो भार के सतह पर फैलने से पहले ही वह टूट सकता है।
इसीलिए किसी एक प्रकार की चट्टान शैली हर प्रकार की चट्टान के लिए सर्वोत्तम नहीं होती।
एक प्रकार का बटन बिट जिसमें कई इंसर्ट लगे हों, एक विशेष कार्य के लिए उपयुक्त हो सकता है। वहीं, एक छेनी, क्रॉस, तीन पंखों वाला या भारी-भरकम मिश्रित डिज़ाइन वाला बिट दूसरे कार्य के लिए अधिक टिकाऊ हो सकता है। सही निर्णय चट्टान की मजबूती, कठोरता, घर्षण क्षमता, ड्रिलिंग ऊर्जा, छेद का व्यास, फ्लशिंग की स्थिति और क्षेत्र में देखे गए विफलता पैटर्न पर निर्भर करता है।
शरीर के साथ-साथ कार्बाइड को भी मजबूत करें
कार्बाइड इंसर्ट अकेले काम नहीं करते। स्टील बॉडी को उन्हें सहारा देना आवश्यक है।
कठोर चट्टानों की ड्रिलिंग में, इंसर्ट के चारों ओर स्टील के पंखों या बॉडी सेक्शन को कार्बाइड को मजबूती से पकड़ने के लिए पर्याप्त मोटाई और मजबूती की आवश्यकता होती है। यदि बॉडी अत्यधिक लचीली हो जाती है, इंसर्ट सीट के पास दरारें पड़ जाती हैं, या घिसाव के कारण सहारा खो देती है, तो उच्च गुणवत्ता वाला कार्बाइड भी समय से पहले खराब हो सकता है।
इसलिए, एक हेवी-ड्यूटी बिट डिज़ाइन में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:
बड़े या मोटे कार्बाइड इंसर्ट
कटिंग एज के चारों ओर मजबूत स्टील के पंख
अधिक मजबूत इंसर्ट-सीट ज्यामिति
किनारों के टूटने को कम करने के लिए नियंत्रित किनारों की तिरछी रेखाएं
चेहरे की ऐसी आकृति जो विलक्षण प्रभाव को कम करती है
आवश्यक मजबूती और कठोरता के संतुलन के अनुरूप ऊष्मा उपचार किया जाता है।
स्टील का ढांचा इतना मजबूत होना चाहिए कि वह इंसर्ट का भार सहन कर सके, लेकिन इतना भंगुर भी नहीं होना चाहिए कि बार-बार प्रभाव पड़ने पर उसमें दरार आ जाए। यह संतुलन बिट निर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
फ्लश करना अभी भी महत्वपूर्ण है, लेकिन प्राथमिकताएं बदल सकती हैं।
उत्पादक ड्रिलिंग के लिए अपशिष्ट पदार्थों का कुशल निष्कासन सामान्यतः आवश्यक है। खराब फ्लशिंग से पुनः कुचलना, गर्मी उत्पन्न होना और अनावश्यक घिसावट होती है।
हालांकि, अत्यंत कठोर संरचनाएं डिजाइन की प्राथमिकता को बदल सकती हैं।
यदि चट्टान अपेक्षाकृत महीन कणों से बनी हो और ड्रिलिंग की गति स्वाभाविक रूप से कम हो, तो फ्लशिंग बिट की मजबूती की तुलना में कम बाधक हो सकती है। ऐसी स्थिति में, फ्लशिंग के हर संभव मार्ग को अधिकतम करने के बजाय, इंसर्ट सपोर्ट के लिए अधिक सतह क्षेत्र और बॉडी की मोटाई समर्पित करना अधिक उपयुक्त हो सकता है।
यह एक समझौता है, कोई सार्वभौमिक नियम नहीं।
बिट को अभी भी पर्याप्त फ्लशिंग की आवश्यकता है। लेकिन जब घिसावट मुख्य कारक बनने से पहले ही इंसर्ट चिपिंग बिट्स को नष्ट कर रही हो, तो मजबूत ज्यामिति, मुख्य रूप से अधिकतम चिप प्रवाह के लिए डिज़ाइन किए गए फेस की तुलना में बेहतर परिणाम दे सकती है।
सही डिजाइन मौजूदा बिट के विफल होने के वास्तविक कारण की पहचान करने से ही प्राप्त होता है।
सामग्री का चयन करते समय संतुलन आवश्यक है, अतिवाद नहीं।
कठोर अपघर्षक चट्टान में कार्बाइड इंसर्ट के लिए, वांछित गुण आपस में प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं।
उच्च मजबूती से टूटने और छिलने से बचाव होता है। उच्च कठोरता से घिसाव प्रतिरोध में सुधार होता है। कार्बाइड ग्रेड में बाइंडर की मात्रा बढ़ाने से मजबूती तो बढ़ सकती है, लेकिन कठोरता कम हो सकती है और अत्यधिक घर्षण वाली सतहों पर इंसर्ट जल्दी घिस सकता है।
इसीलिए कार्बाइड का चयन केवल एक संख्या के आधार पर नहीं किया जाना चाहिए।
अत्यंत कठोर चट्टान के लिए उपयुक्त ग्रेड में कठोरता, अनुप्रस्थ विखंडन शक्ति, मजबूती, घनत्व और सूक्ष्म संरचना का उचित संतुलन होना आवश्यक है। इंसर्ट की ज्यामिति, बटन-रिटेंशन विधि और संचालन पैरामीटर भी परिणाम को प्रभावित करते हैं।
उन्नत विनिर्माण प्रक्रियाएं स्थिरता को और बेहतर बना सकती हैं, लेकिन क्षेत्र में प्रदर्शन अभी भी संपूर्ण बिट डिजाइन को संरचना के अनुरूप बनाने पर निर्भर करता है।
मीटरिंग के साथ-साथ विफलता के तरीके पर भी ध्यान दें।
किसी रॉक ड्रिल बिट का मूल्यांकन करते समय, केवल ड्रिल की गई कुल मीटर दूरी को ही रिकॉर्ड न करें।
जांच करें कि बिट खराब क्यों हो गया।
क्या गेज का व्यास सामान्य रूप से घिस जाने के कारण इसे सेवा से हटा दिया गया था? क्या कार्बाइड बटन टूट गए थे? क्या काटने का किनारा टूट गया था? क्या स्टील बॉडी में दरार आ गई थी? क्या धागे खराब हो गए थे? क्या कतरनें साफ न होने के कारण बिट गर्म हो गया था?
उन विवरणों से आपको पता चलेगा कि आगे क्या बदलाव करने हैं।
यदि सामान्य टूट-फूट समस्या है, तो अधिक कठोर या घर्षण-प्रतिरोधी डिज़ाइन मददगार हो सकता है। यदि कार्बाइड का जल्दी टूटना समस्या है, तो इसका समाधान अधिक मजबूत इंसर्ट, बेहतर सपोर्ट ज्योमेट्री, बेहतर अलाइनमेंट या अलग फेस स्टाइल हो सकता है।
सामान्य घिसाव सीमा तक पहुँचने वाला बिट आमतौर पर अपना काम ठीक से कर रहा होता है। लेकिन अगर बिट में जल्दी दरार आ जाए या वह टूट जाए, तो इसका मतलब है कि लोड पाथ पर ध्यान देने की ज़रूरत है।
दायाँ हिस्सा वह है जो सामान्यतः खराब होता है।
बेहद कठोर चट्टान में, शायद ही कोई परफेक्ट ड्रिल बिट हो। हर डिज़ाइन में प्रवेश दर, गेज की टिकाऊपन, फ्लशिंग, इंसर्ट की मजबूती और लागत के बीच एक समझौता करना पड़ता है।
लेकिन लक्ष्य स्पष्ट है: बिट अचानक विफल नहीं होना चाहिए क्योंकि इसके कार्बाइड इंसर्ट भार को सहन नहीं कर सकते।
एक अच्छा हार्ड-रॉक बिट वह होता है जो अनुमानित रूप से घिसता है, एक स्थिर छेद बनाए रखता है, और समय से पहले खराब हुए बिना अपने निर्धारित सेवा अंतराल तक पहुंचता है। असली मूल्य यहीं निहित है।
