История создания алмазного инструмента для сверления отверстий

2 октябрь | 17 : 00

Как создавался алмазный инструмент для сверления или бурения отверстий? История началась в далеком 1863 году. Строили первый железнодорожный тоннель в Швейцарских Альпах. Часовых дел мастер Лоше, будучи весьма разносторонним специалистом в технике того времени, заведовал бурением шпуров для закладки взрывчатки. В его распоряжении была самая передовая техника - паровая бурильная машина и отлично закаленные стальные буры. Однако просверлить Альпы эти буры не могли. За час работы они полностью затуплялись, в штольне их лежали целые кучи, а работа почти не двигалась. Лоше был в отчаянии: за полгода в горе пробит лишь маленький проход. Каменная альпийская громада, увенчанная снеговой шапкой, словно посмеивалась над ним, пигмеем, дерзнувшим замахнуться на нее.

Стоя у окна домика для строителей, Лоше мрачно смотрел на гору. В досаде он перечеркнул оконное стекло костяшкой безымянного пальца. На стекле появились две крестообразные линии, оставленные бриллиантовым перстнем. И вдруг Лоше осенило: алмаз! Вот что поможет пробиться сквозь гору! Мысль была дерзновенна, невероятна. С огромным трудом Лоше уговорил совет директоров компании по прорытию тоннеля истратить деньги на покупку 100 карат алмазов.

Первый буровой алмазный станок, который Лоше сделал вместе с механиком Пиге, представлял собой трубу, на торце которой были закреплены алмазы. Труба соединялась с пустотелой штангой, вращаемой паровой машиной через систему передач. Очистка забоя от разрушаемой породы осуществлялась струей воды, подаваемой в скважину насосом сквозь полую штангу. В этом станке были заложены все технические идеи и принципы современных буровых установок.

Самым трудным делом было надежно закрепить алмазы. Для каждого кристаллика в торце трубы высверливалось отдельное гнездо. Заложенные в гнезда алмазы запаивались специальным металлическим припоем. Лоше и Пиге удалось изготовить десять буров. Обошлись не виданные до тех пор инструменты очень дорого, но работали они по тем временам превосходно. Алмазные коронки выдерживали более двух суток непрерывной работы, тогда как стальные буры выходили из строя в течение часа. Проходка шпуров ускорилась в 30 раз. Работы по прорытию тоннеля продвинулись резко вперед. Не все шло гладко. Случалось, алмазы выкрашивались или выпадали из своих гнезд. И тем не менее все признали, что алмазная коронка Лоше работает отлично.

Так начиналась эра алмазного бурения. И первым видом бура была алмазная коронка. Именно так называется сейчас буровой инструмент, в котором алмазы размещены в торце режущей трубы.

Первая половина XX века
Однако в первой половине XX века человечество, как мы уже говорили, знало только природные алмазы. Стоили они очень дорого, да и добывали их не так уж много, чтобы сотнями укреплять на каждом буре. Наиболее распространенным буровым инструментом в 20-50-е годы нашего столетия было шарошечное долото с твердосплавными зубками. За один год в мире выпускалось порой до миллиона шарошечных твердосплавных долот. Бурить шарошечным долотом было нелегко. Твердосплавные зубки, вмонтированные в шарошки, быстро затуплялись, особенно при бурении твердых пород. Приходилось очень часто поднимать из скважины бурильные трубы, чтобы заменять пришедшие в негодность шарошки. И чем глубже в недра земли уходили шарошки, тем чаще надо было останавливать работу и поднимать бурильные трубы на поверхность.

Аламазный инструмент в наши дни
Как выглядят современные буровые алмазные инструменты - коронка и долото? Коронка представляет собой стальной корпус цилиндрической формы с резьбой для навинчивания на бурильную трубу. На корпусе закреплена матрица - носитель алмазов. Не сразу был найден способ закрепления алмазов в матрице, гарантирующий надежное соединение кристаллов с телом матрицы. На первых порах крепление алмазов производилось в припаянной к стальному корпусу толстой медной прокладке с прорезанными гнездами. Каждый кристалл вставлялся в гнездо вручную пинцетом, после чего края прорези сжимались (зачеканивались). Такая операция была очень трудоемкой и кропотливой. Но главным ее недостатком было то, что она не обеспечивала надежности крепления алмазов. Большие ударные нагрузки, характерные для бурения, быстро расшатывали чеканку, и алмазы, порой даже не успев поработать, вываливались из своих гнезд и пропадали в забое. В 1936 году был изобретен станок для механической зачеканки алмазов, но и это не решило проблемы сохранения алмазов.
В настоящее время алмазы в коронке крепятся иначе. Современные алмазные коронки делаются однослойными и многослойными. Это означает, что кристаллы алмаза могут располагаться в матрице либо в один ряд, либо слоями - на всю высоту матрицы. Те алмазы, которые выступают из коронки по бокам, называются подрезными - они калибруют (выглаживают) стенки скважины. Непосредственным же разрушением горных пород занимаются так называемые объемные алмазы, закрепленные в торце буровой коронки. Именно на них приходится осевая нагрузка, прилагаемая вертикально к буровой трубе.
Естественно, что и те и другие алмазы надо очень надежно закрепить в матрице, а матрицу намертво соединить с корпусом коронки. Для этого используют два способа - пропитку и горячее прессование. Вот как закрепляют алмазы способом пропитки. На дне специальной пресс-формы пинцетом в определенном порядке раскладывают подрезные и объемные алмазы нужной величины. На них осторожно насыпают слой шихты - порошок твердого сплава. Если коронка однослойная, то этим операция укладки алмазов и завершается. Если же коронка многослойная, то попеременно укладывают новые слои алмазов и порошка твердого сплава (иногда укладывают до трех слоев). После этого с помощью корпуса алмазы и шихту прессуют.
Затем металлическую пресс-форму, сделанную из двух половинок, разнимают, а ее содержимое помещают в графитовую форму, кладут внутрь корпуса кусок листовой меди и все помещают в электропечь. Разогрев формы производится в водородной среде. Медь плавится, пропитывает шихту. При остывании медь скрепляет весь блок, образуя алмазоносную матрицу, и припаивает ее к корпусу. Готовую матрицу с корпусом извлекают из формы и прорезают в ней алмазным кругом канавки для прохода промывающей жидкости.