La fabricación y aplicación de cortadores de PDC (Compuesto de Diamante Policristalino) para la ingeniería minera es un proyecto de ingeniería sistemático que consta de una serie de procesos tecnológicos estrechamente relacionados. El proceso no solo abarca la fabricación de precisión del cuerpo del cortador, sino que también incluye el proceso de combinación para el ensamblaje con la broca y los pasos de preparación para el uso en el sitio-. El control de calidad en cada etapa afecta directamente el rendimiento de rotura de rocas y la vida útil de la cortadora.
El proceso comienza con la síntesis de la capa de diamante policristalino. El micro-polvo de diamante sintético de alta-pureza se selecciona cuidadosamente y se mezcla uniformemente con un catalizador metálico (como cobalto, níquel o sus aleaciones) de acuerdo con una distribución de tamaño de partícula específica. Esta mezcla se coloca en un medio transmisor de presión-como pirofilita y se sinteriza durante varios minutos a decenas de minutos a una temperatura alta de aproximadamente 1400 a 1600 grados y una presión alta de 5,5 a 8 GPa en una prensa de seis-caras o un dispositivo de prensa de dos-caras. Este proceso de sinterización permite que las partículas de diamante se interconecten bajo la acción del catalizador, formando una estructura de red tridimensional-continua y creando una capa de diamante policristalino de alta-dureza y alta-resistencia al desgaste. Este proceso requiere un control estricto de la uniformidad de los campos de temperatura y presión para evitar un crecimiento anormal del grano o defectos de porosidad.
La siguiente etapa consiste en unir la lámina compuesta al sustrato de carburo cementado. Se selecciona como sustrato una pieza en bruto de carburo cementado de tungsteno-cobalto, mecanizada con precisión-para lograr la forma y el tamaño requeridos. Se aplica un tratamiento de activación superficial o pre-a la superficie de unión para mejorar la unión metalúrgica con la capa de diamante. Luego, la capa de diamante policristalino en bruto y el sustrato se sinterizan nuevamente a alta temperatura y presión para formar una unión metalúrgica fuerte en la interfaz, lo que garantiza una transferencia de carga efectiva entre capas sin delaminación. La temperatura, la presión y la duración de este paso deben establecerse con precisión en función de la composición del sustrato y el espesor de la capa de diamante, equilibrando la fuerza de unión y el control de la tensión interna.
Luego viene el mecanizado y la conformación geométrica. La lámina compuesta se corta, se muele y se pule para obtener una forma geométrica precisa (comúnmente circular, pero también se puede hacer cónica, en forma de hacha-u otras formas irregulares según sea necesario), una superficie de unión plana y una altura de borde de corte establecida. Durante el mecanizado, se utilizan herramientas superduras, como ruedas de diamante, para evitar daños secundarios a la superficie y garantizar que las tolerancias dimensionales y la rugosidad de la superficie cumplan con los requisitos de diseño.
Finalmente, comienza la inspección de calidad y la clasificación. La estructura del grano de la capa de diamante y la unión de la interfaz se observaron utilizando microscopios ópticos y electrónicos de barrido. Las propiedades de la superficie se evaluaron utilizando un probador de dureza y una máquina de prueba de abrasión. Se tomaron medidas precisas de las dimensiones geométricas, la altura del filo y las tolerancias de forma y posición. Se descartaron los productos terminados con grietas, bordes desconchados o mala unión para garantizar la confiabilidad de la máquina instalada.
Luego vino el montaje y colocación de la broca. Con base en las condiciones de trabajo específicas del proyecto minero (dureza del mineral, diámetro del pozo, profundidad del pozo, método de perforación), se seleccionaron las especificaciones y cantidades apropiadas de cortadores de PDC y se dispusieron en una disposición radial o en espiral en la corona de la broca. El espaciado y la consistencia del filo se controlaron para garantizar una cobertura uniforme de la trayectoria de corte y el equilibrio de carga. Durante el montaje, era esencial asegurar una unión firme entre el cortador y el cuerpo de la broca para evitar desplazamientos o desprendimientos durante la rotación a alta-velocidad.
Finalmente, se realizaron depuraciones y registros antes de la aplicación en campo. Después de la instalación, se deben realizar pruebas sin-carga y perforación de prueba a baja-velocidad para confirmar que las condiciones de corte y el nivel de vibración son normales. Se deben mantener registros de parámetros como el lote de cortadores, el modelo de broca, el tipo de roca aplicable y la presión de perforación y velocidad de rotación recomendadas para-referencia de los operadores en el sitio. El rendimiento de corte y el desgaste deben controlarse periódicamente durante la construcción para optimizar la selección y el mantenimiento posteriores.
El proceso de fabricación de cortadores de PDC para ingeniería minera es una cadena tecnológica completa desde la síntesis de materiales superduros hasta la producción de herramientas utilizables en-sitio. El control preciso y la garantía de calidad en cada etapa son requisitos previos para su papel crucial en la rotura de rocas eficiente y estable en las minas.
