Tipi di punte per trapano da roccia: utensili integrali, smontabili e di prolunga
Le prestazioni di una perforatrice per roccia dipendono da molti fattori, non solo dalla perforatrice stessa. L'acciaio di perforazione, la punta, il sistema di collegamento e accoppiamento del gambo determinano l'efficienza con cui l'energia d'impatto e la coppia rotazionale raggiungono la roccia. La scelta dell'utensile di perforazione più adatto influisce sulla velocità di perforazione, sulla rettilineità del foro, sul carico di lavoro di manutenzione, sul consumo degli utensili e sui costi operativi.
Gli utensili per la perforazione della roccia utilizzati con le perforatrici a percussione convenzionali si dividono generalmente in tre gruppi: utensili con punta integrata, utensili con punta smontabile e utensili con prolunga. Ogni tipologia presenta una struttura, un campo di applicazione e un vantaggio economico differenti. Comprendere queste differenze aiuta le imprese di perforazione, le miniere e le cave a scegliere il sistema di utensili più adatto alle condizioni della roccia e alla profondità di perforazione.
Come l'acciaio per perforazione trasferisce l'energia
Una perforatrice a percussione convenzionale trasmette sia l'energia d'impatto che la rotazione attraverso l'asta di perforazione. Il pistone colpisce l'estremità del gambo, creando un'onda di stress che si propaga lungo l'acciaio fino alla punta. Allo stesso tempo, la macchina applica una forza di rotazione e di avanzamento in modo che la punta colpisca ripetutamente nuove aree di roccia.
Questo sistema si differenzia dalla perforazione a fondo foro (DTH). In un sistema DTH, il martello lavora vicino al fondo del foro, immediatamente dietro la punta DTH. La colonna di perforazione trasferisce principalmente la rotazione, la forza di avanzamento e l'aria di lavaggio; non trasmette la stessa energia d'impatto ripetuta di un martello in testa. Per questo motivo, gli utensili utilizzati nella perforazione a martello in testa sono generalmente chiamati aste di perforazione, mentre gli utensili DTH sono normalmente chiamati colonne di perforazione, martelli e punte.
Nelle applicazioni con martello a testa piatta, lo scopo principale dell'acciaio di perforazione è quello di trasmettere l'energia d'impatto e la coppia con perdite minime, mantenendo al contempo sufficiente resistenza, resistenza alla fatica e resistenza all'usura.
Puntale integrale in acciaio per perforazione di fori poco profondi
Le punte da trapano integrali sono realizzate in un unico pezzo. Un'estremità è forgiata a formare un gambo che si adatta alla punta da trapano, mentre l'estremità opposta è forgiata a formare una sezione di punta dotata di inserti o inserti in metallo duro. I materiali più comuni includono punte da trapano esagonali cave, spesso con dimensioni trasversali come 19 mm, 22 mm e 25 mm.
Poiché la punta e l'asta sono collegate in modo permanente, l'asta di perforazione integrale non presenta connessioni separate tra asta e punta. Questo offre diversi vantaggi:
Nessun rischio di perdere una punta staccabile nel foro.
Ottimo trasferimento dell'energia d'impatto grazie all'assenza di giunzione tra punta e asta.
Elevata resistenza agli urti e alla torsione in rapporto alle sue dimensioni.
Facile estrazione dai fori di brillamento poco profondi.
Funzionamento semplice per la foratura di fori di piccolo diametro e di dimensioni ridotte.
Le punte da trapano integrali sono ampiamente utilizzate in rocce tenere e di media durezza, per fori di piccolo diametro, in cave, nell'edilizia e nell'industria mineraria leggera. Sono particolarmente pratiche dove le profondità di perforazione sono limitate e la rapidità di cambio utensile è più importante della massima riutilizzabilità.
La forma della punta deve essere scelta in base al tipo di roccia. Le punte integrali a scalpello sono facili da riaffilare e, in condizioni adatte, possono offrire una buona economicità. Le punte a croce o a più taglienti possono migliorare la stabilità in rocce tenere, fratturate o fortemente fessurate, poiché riducono il rischio di inceppamento della punta nel foro. Le punte a tre taglienti possono inoltre fornire ampie scanalature di lavaggio, contribuendo a rimuovere i detriti e a ridurre l'usura del carburo.
Le punte a bottone in acciaio integrale sono generalmente più adatte a rocce facilmente penetrabili e a bassa abrasività. Il loro vantaggio deriva dalla ridotta necessità di riaffilatura, ma il corpo in carburo e acciaio dovrebbe raggiungere una durata di servizio ragionevolmente equilibrata affinché l'utensile rimanga economicamente vantaggioso.
Il principale limite delle punte da trapano integrali è che, una volta che la punta è seriamente danneggiata, l'intero utensile potrebbe dover essere dismesso. Gli operatori devono inoltre mantenere un inventario di punte da trapano di diverse lunghezze, il che può aumentare le esigenze di trasporto, stoccaggio e affilatura.
Punta da trapano staccabile per una sostituzione flessibile degli utensili
Le aste di perforazione smontabili utilizzano una punta rimovibile collegata a un'asta di perforazione separata. Il collegamento può essere conico o filettato, a seconda del design dell'utensile e dell'applicazione. Rimuovendo la punta, rimane l'asta di perforazione, spesso chiamata semplicemente asta di perforazione o asta di perforazione.
Il principale vantaggio di un sistema smontabile è la flessibilità di manutenzione. Quando la punta si usura, può essere sostituita senza dover buttare via l'asta. Se l'asta si rompe in prossimità di un raccordo, a volte è possibile ripararla rielaborando la conicità o la filettatura anziché sostituire l'intero gruppo.
Un sistema smontabile può anche supportare forature più profonde. Una singola punta può forare un foro profondo mentre le aste di diverse lunghezze vengono sostituite man mano che il foro avanza. Ciò consente di mantenere la qualità del foro limitando al contempo il numero di utensili completi che devono essere trasportati sul fronte di lavoro.
Altri vantaggi includono:
Volume di trasporto ridotto per l'affilatura e la manutenzione delle punte.
Selezione separata del materiale dell'asta e del materiale della punta.
Potenziale maggiore durata utile per il corpo della canna da pesca.
Sistema semplificato di stoccaggio di punte e aste.
Riduzione degli sprechi quando si guasta solo la punta.
Tuttavia, ogni connessione introduce una possibile perdita di energia d'impatto e un ulteriore punto debole. Le connessioni coniche, le connessioni filettate a diametro uguale e le connessioni filettate a rilievo possono presentare caratteristiche di perdita di energia differenti. Usura, scarsa qualità di fabbricazione, serraggio inadeguato o filettature danneggiate possono causare l'allentamento della punta. Una connessione allentata della punta può accelerare l'usura, danneggiare la punta e ridurre l'efficienza di perforazione.
Per questo motivo, le punte di perforazione smontabili sono più efficaci quando la manutenzione dei collegamenti viene considerata un'attività operativa di routine. Gli operatori devono ispezionare filettature o conicità, mantenere puliti i collegamenti, utilizzare un lubrificante adeguato ove necessario e sostituire le parti usurate prima che causino danni secondari.
Aste di prolunga per fori più profondi
Gli utensili di foratura con prolunga sono progettati per fori più lunghi. Sono costituiti da un adattatore o una sezione di gambo, una o più aste di prolunga, giunti e una punta da trapano. Questa configurazione è comunemente utilizzata per la foratura da banco, la perforazione a sbalzo e altre applicazioni con fori più profondi, dove un'asta in acciaio monoblocco risulterebbe impraticabile.
Le moderne aste di prolunga utilizzano spesso connessioni filettate. I profili di filettatura più comuni includono quelli ondulati e a contrafforte inverso, progettati per sopportare carichi d'urto, rotazione e forza di avanzamento. Le aste di prolunga sono disponibili in diverse dimensioni esagonali e rotonde, e la dimensione corretta viene determinata dal tipo di perforatrice, dal diametro del foro richiesto, dalla profondità di perforazione e dalle condizioni operative previste.
Una zona soggetta a usura significativa è la filettatura. In condizioni di perforazione ottimali, la durata utile di un'asta di prolunga può essere determinata in gran parte dall'usura della filettatura piuttosto che da un cedimento del corpo dell'asta. Un modo per migliorare la durata economica è quello di utilizzare una sezione filettata più lunga. Quando la prima sezione filettata si usura, può essere rimossa e sostituita con la seconda.
Questo approccio può essere particolarmente utile per aste di perforazione cementate di grandi dimensioni. Evita la difficoltà di dover rielaborare una filettatura usurata dopo la rimozione dello strato superficiale indurito originale. I giunti utilizzati con sezioni di filettatura più lunghe devono includere un opportuno fermo interno per posizionare correttamente le aste.
Scelta del sistema di utensili di foratura corretto
Il miglior strumento per la perforazione della roccia non è semplicemente il componente più robusto o meno costoso. È il sistema che meglio si adatta alla profondità di perforazione, alla durezza della roccia, all'abrasività, alla tipologia di giunzione, al diametro del foro, al modello di trapano e alla facilità di manutenzione.
Le aste di perforazione integrali rappresentano solitamente la scelta più pratica per fori poco profondi, di piccolo diametro e in condizioni di perforazione semplici. Le aste di perforazione smontabili offrono una sostituzione delle punte più economica e una maggiore flessibilità in caso di variazioni delle condizioni di perforazione. I sistemi di perforazione con estensione sono la soluzione preferita per fori più profondi che richiedono aste multiple e connessioni controllate.
Gli operatori dovrebbero inoltre utilizzare una gamma pianificata di lunghezze di aste di perforazione e diametri di punta. In un set di aste di perforazione, ogni utensile successivo può differire per lunghezza e diametro della punta. La differenza di lunghezza appropriata dipende dalla durezza della roccia e dalla lunghezza di avanzamento, mentre il diametro della punta viene generalmente ridotto man mano che il foro si approfondisce. Ciò contribuisce a mantenere l'efficienza di perforazione e consente che la dimensione finale del foro rimanga compatibile con la carica esplosiva prevista o con altri requisiti di utilizzo del foro.
