TBM 텅스텐 카바이드 인서트: 선택, 성능 및 공급업체 가이드

암반 터널 프로젝트에서 TBM 커터헤드는 장비와 지면 사이의 유일한 접촉점입니다. 언제든지 수백 개의 텅스텐 카바이드 인서트가 커터헤드에 장착됩니다. 각자는 바위를 부수고, 짐을 운반하고, 먼지, 물, 진동, 단단한 광물 입자가 포함된 환경에서 살아남는 일을 담당합니다. 인서트가 일찍 실패하면 커터헤드가 멈추고 터널의 작동 시간이 줄어들며 팀은 이를 교체하기 위해 제한된 공간으로 올라갑니다. 결과는 인서트 비용뿐만이 아닙니다. 기계가 움직이지 않는 데 드는 비용입니다. 이것이 바로 TBM 텅스텐 카바이드 인서트 선택이 예비 부품 주문이 아닌 프로젝트 결정인 이유입니다.

텅스텐 카바이드가 TBM 인서트의 표준인 이유

근본적인 이유는 물질적이다. 텅스텐 카바이드 또는 초경합금은 코발트 금속 매트릭스에 의해 서로 결합된 텅스텐 카바이드 입자로 만들어진 복합재입니다. 탄화물 입자는 재료에 탁월한 경도를 부여합니다. 코발트 바인더는 충격에 견딜 수 있는 견고성을 제공합니다. TBM 인서트는 거의 모든 엔지니어링 재료보다 단단한 석영을 포함할 수 있는 암석에 대해 작동합니다. 정상 작동 시 인서트는 불규칙한 암석면에서 높은 압축 하중과 갑작스러운 점 하중을 경험합니다. 너무 단단한 재료는 부서질 것입니다. 너무 부드러운 소재는 빨리 마모됩니다. 텅스텐 카바이드는 다른 실제 재료와 비교할 수 없는 균형을 제공합니다.

재료는 한계 내에서 조정될 수 있습니다. 코발트 함량은 일반적으로 약 6~13% 범위이며 텅스텐 카바이드 입자 크기는 미세하거나 중간이거나 거칠 수 있습니다. 입자가 미세할수록 일반적으로 경도가 높아지고 가장자리 유지력이 향상됩니다. 입자가 거칠수록 인성과 열충격 저항성이 향상됩니다. TBM 인서트의 경우 일반적으로 작동 조건이 마모되고 충격이 가해지기 때문에 보다 균형 잡힌 재종이 일반적입니다. 이러한 등급의 경도 값은 일반적으로 HRA 86~92 범위에 속합니다. 특정 등급은 암석 상태를 알고 난 후에만 선택해야 합니다.

실제로 이는 부드러운 점토와 모래 터널에서 원활하게 작동하는 동일한 인서트가 단단한 화강암 터널에서는 수명이 매우 짧을 수 있음을 의미합니다. 화강암에 적합한 등급은 균열이 심한 지반에 비해 너무 부서지기 쉽습니다. 중요한 입력 데이터는 암석 유형, 단축 압축 강도 및 석영 함량입니다. 요약하자면, 소재 등급은 인서트 선택의 출발점이며 기계가 아닌 지면과 일치해야 합니다.

형상 삽입: 날카로운 모서리 그 이상

TBM 인서트는 날카로운 이빨로 묘사되는 경우가 많지만 실제로는 스크레이퍼 및 파쇄기에 더 가깝습니다. 인서트의 형상에 따라 하중이 암석에 전달되는 방식, 인서트가 마모되는 방식, 관통하는 데 필요한 힘이 결정됩니다.

주요 형상 특징은 노즈 모양, 노즈 각도, 바디 테이퍼 및 장착 섹션입니다. 원추형 팁이 일반적이며 암석 관통에 효과적입니다. 구형 또는 뭉툭한 노즈는 접촉 영역을 넓히고 부서짐 위험을 줄이며 때로는 매우 단단하거나 거대한 암석에 선호됩니다. 일부 디자인에서는 끌 모양의 팁을 사용하여 선형 브레이크를 만들 수 있습니다. 최고의 기하학은 하나도 없습니다. 선택은 예상되는 암석과 커터헤드의 디자인에 따라 달라집니다.

팁 모양 외에도 인서트가 홀더에 단단히 고정되어야 합니다. 헐거운 인서트가 진동하고 홀더에 슬롯이 생기며 조기에 마모됩니다. 인서트의 몸체는 구멍이나 슬롯보다 약간 더 큰 직경으로 만들어져서 제자리에 압착되거나 납땜될 수 있습니다. 이러한 맞춤은 가공 작업의 공차가 중요한 이유 중 하나입니다. 올바른 등급이라도 적합하지 않은 부분을 보완할 수는 없습니다.

인서트 형상을 잘 이해하면 터널 팀이 일부 인서트가 원뿔 모양 패턴으로 마모되는 이유와 다른 인서트가 편평해지는 이유를 인식하는 데에도 도움이 됩니다. 마모 패턴은 종종 접촉각에 대한 정보를 제공합니다. 이 지식은 커터헤드 매개변수를 조정하거나 인서트 유형을 변경하는 데 유용합니다.

TBM 인서트 디자인이 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 개요는 다음 기사를 참조하십시오. 터널 보링 머신용 텅스텐 카바이드 인서트 .

TBM 인서트 선택 요소

오른쪽 선택 TBM 인서트 일회성 결정이 아닙니다. 이는 터널에 대한 지질학적 데이터로 시작하여 커터헤드에 대한 테스트를 통해 계속되는 반복적인 프로세스입니다. 다음 표에는 가장 중요한 선택 요소가 나열되어 있습니다.

이곳은 공급업체가 가치를 더할 수 있는 곳입니다. 전문 제조업체는 인서트에 단순히 "단단함" 또는 "암석용"이라는 라벨을 붙이지 않습니다. 그들은 지질학 보고서, 커터헤드 사양 및 필요한 인서트 크기를 요청할 것입니다. 선택한 등급과 형상을 일반적인 성능 데이터와 비교할 수 있습니다. 이 대화는 터널이 여러 지질 지대를 통과할 때 특히 중요합니다. 단단한 암석을 삽입하면 대부분의 경로에 적합할 수 있지만, 부드러운 구간이나 단층 구역에서는 급격한 변화가 발생할 수 있습니다.

일반적인 관행은 프로젝트 초기에 하나 또는 두 개의 인서트 디자인을 테스트하는 것입니다. 관찰기간은 길지 않아도 됩니다. 인서트에 치핑이 심한 경우 재종이 너무 단단하거나 형상이 너무 뾰족한 것입니다. 인서트가 빨리 마모되지만 암석이 특별히 마모성이 없는 경우 재종이 너무 부드럽거나 커터헤드 매개변수가 잘못된 것입니다. 이러한 테스트를 통해 실제 암석이 기계 아래에서 어떻게 움직이는지 알 수 있으며, 이는 실험실에서만 추측하는 것보다 항상 더 좋습니다.

제조 품질과 일관성 문제

재종과 형상은 인서트 선택 시 눈에 보이는 부분입니다. 보이지 않는 부분은 제조 일관성입니다. 텅스텐 카바이드는 분말로 생산됩니다. 분말이 제대로 혼합되지 않거나, 입자 크기 분포가 흔들리거나, 소결 공정이 제어되지 않으면 한 배치의 인서트가 다른 배치와 다르게 작동할 수 있습니다. 터널에서는 커터헤드가 한 번에 많은 인서트를 운반하기 때문에 이러한 불일치를 받아들이기가 매우 어렵습니다. 인서트 100개 중 1개가 빠르게 마모되면 터널 표면에 완전히 절삭되지 않은 국소 영역이 생겨서 인접한 커터에 의해 파손되어야 하는 큰 암석 조각이 남을 수 있습니다.

신뢰할 수 있는 TBM 인서트를 생산하려면 통합 생산 라인이 필요합니다. 중국 창저우에 있는 당사 시설에서는 TPA 프레스를 사용하여 텅스텐 카바이드 분말 프레스를 시작합니다. 이 방법은 제어된 압력 프로파일을 사용하여 일관된 모양과 밀도를 가진 그린 바디를 생성합니다. 그런 다음 성형체는 저압 소결로에서 소결됩니다. 저압 소결은 최종 잔여 기공률을 줄이고 더 미세하고 조밀한 구조를 생성합니다. 기공이 적은 치밀한 구조는 내마모성 향상 및 파손 위험 감소와 직결됩니다.

소결 후 인서트는 최종 치수와 표면 마감을 위해 연마됩니다. 정밀 연삭은 5축 CNC 공구 연삭기로 이루어지며, 공구 형상은 디지털 공구 세팅 장비로 검증됩니다. 원형 공구 및 기타 정밀 부품의 경우 당사의 생산은 인정받는 독일 생산 표준을 따릅니다. 이 시스템은 공차와 공구 수명에 대한 벤치마크를 제공합니다. 검사 장비는 프로세스의 일부입니다. 프로덕션 환경에서 제거되지 않으며 최종 확인에만 사용됩니다. 이는 기계 연삭 작업을 제어하는 ​​데에도 사용됩니다.

회사는 ISO9001 및 ISO14001 인증을 받았습니다. 이러한 인증은 생산 시스템이 감사를 받고 환경 및 품질 관리 프로세스가 확립되어 있음을 나타냅니다. 터널 프로젝트의 경우 이러한 수준의 제어는 간단하지만 중요한 목표를 지원합니다. 즉, 현장에 도착하는 삽입물은 테스트된 삽입물과 일관되게 작동해야 합니다.

실제 삽입 수명과 비용

TBM 인서트 비용은 터널 가동 중단 시간 비용에 비해 적습니다. 이것이 바로 인서트 선택을 구매 항목뿐만 아니라 생산성 요소로 보아야 하는 이유입니다.

잘못 일치하는 인서트는 형상 문제를 일으킬 수도 있습니다. 인서트가 고르지 않게 마모되면 커터 디스크가 회전을 멈추고 암석에 평평한 가장자리가 절단될 수 있습니다. 이는 전체 커터헤드의 절단 저항을 증가시킵니다. 터널 공사업체는 예상치 못한 커터헤드 정지로 인한 비용이 인건비나 새 부품에만 국한되는 것이 아니라는 사실을 알고 있습니다. 이는 생산 손실과 일정에 대한 위험이기도 합니다.

효과적인 방법은 터널 구역당 인서트 수명을 미터 단위로 미리 추적하는 것입니다. 이는 암석 유형과 비교할 수 있는 간단한 성능 곡선을 생성합니다. 인서트의 수명이 다하면 안전한 위치에서 계획된 교체를 수행할 수 있습니다. 인서트에 사용된 재료, 형상, 제조 품질 모두가 해당 계획에 기여합니다.

인서트 선택, 암석 상태, 커터헤드 성능 사이의 관계는 다음 기사에서 더 자세히 다루고 있습니다. TBM 텅스텐 카바이드 인서트가 지하 건설에 중요한 이유 .

TBM 텅스텐 카바이드 인서트는 터널 진행에 큰 영향을 미치는 작은 부품입니다. 재료는 마모에 강해야 합니다. 기하학은 암석과 일치해야 합니다. 등급은 실제 커터헤드와 일치해야 합니다. 그리고 제조 과정에서는 일관된 부품을 생산해야 합니다. 이러한 요소가 적용되면 인서트는 예측 가능한 거리에 맞게 설계된 대로 작동합니다. 한 가지 요소가 잘못되면 기계가 피해를 입습니다. 구매자와 터널링 엔지니어는 인서트 선택을 기술 협상으로 간주해야 합니다. 즉, 지질학적 데이터를 수집하고, 커터헤드 설계에 대해 논의하고, 전체 생산 공정을 제어할 수 있는 공급업체를 요구해야 합니다. 커터헤드가 내려가 있는 날은 인서트 자체보다 비용이 더 많이 듭니다.