Una punta de mecanizado de precisión y un cortador cilíndrico montado en una hoja de broca pueden usar ambos diamante policristalino, pero sus filos de corte, estructuras de soporte y cargas difieren. Entender las aplicaciones del diamante policristalino PCD comienza con la distinción entre un material y un elemento de corte: el PCD consiste en muchos granos de diamante unidos, mientras que un PDC normalmente combina una capa de trabajo de PCD con un sustrato de carburo cementado. El mismo nombre de material no significa el mismo diseño de herramienta.

El corte de precisión depende de cómo funciona el filo

Las herramientas de mecanizado de PCD se usan comúnmente para metales no ferrosos y materiales no metálicos, incluidos ciertos compuestos abrasivos. Cuando una pieza de trabajo desgasta continuamente el filo de corte, el diamante policristalino puede ayudar a mantener ese filo. El PCD de grano fino suele ser adecuado para filos de corte finos y una mejor calidad de superficie, aunque la resistencia al desgaste y la resistencia al astillado deben equilibrarse.

El diamante monocristalino también tiene cabida en el mecanizado de ultraprecisión que requiere un filo de corte continuo sin límites de grano. El enfoque aquí está en el filo y la superficie que produce. Un cortador PDC cilíndrico de perforación tiene funciones adicionales de soporte y corte de roca. Las plaquitas de mecanizado y los cortadores de perforación difieren en geometría, diseño de la capa de trabajo, sustrato y condiciones de carga.

La pieza de trabajo impone otro límite. El diamante es susceptible al desgaste químico durante el corte continuo a alta temperatura de hierro, acero y ciertos materiales que contienen hierro, níquel o cobalto. Esta limitación de mecanizado no debe trasladarse directamente como una regla que excluya formaciones rocosas concretas.

La perforación depende de la capa de trabajo y del sustrato en conjunto

En herramientas rotatorias para pozos de petróleo y gas, pozos de agua, pozos geotérmicos y exploración geológica, el PCD corta comúnmente roca como capa de trabajo de un cortador PDC. A medida que la broca gira, el cortador elimina roca por raspado y cizallamiento. El sustrato de carburo cementado soporta la capa de trabajo y proporciona una interfaz para la fijación al cuerpo de la herramienta. La unión entre ambos transfiere cargas, pero también puede verse afectada por tensión térmica y delaminación.

El cuarzo y otros minerales duros pueden aumentar el desgaste abrasivo, mientras que las intercalaciones y las fracturas pueden aumentar la carga de impacto. Las condiciones muy abrasivas con impacto controlado tienen más probabilidades de beneficiarse de la capacidad de retención del filo del PCD. Cuando predomina el impacto, una mayor dureza o una capa de trabajo más gruesa no extiende necesariamente la vida útil; la forma del cortador y el soporte también afectan la idoneidad.

Los cortadores para pozos de agua y geotérmicos ilustran esta distinción. En los diseños de producto pertinentes, los cortadores de cara plana son adecuados para roca blanda y formaciones generales, mientras que los cortadores de microarco destinados a granito duro y cuarcita ofrecen una resistencia al astillado correspondiente. Esta relación es específica del producto y de las condiciones de operación, más que una clasificación universal de todos los cortadores de microarco y de cara plana.

La perforación geotérmica puede combinar temperaturas elevadas con roca dura abrasiva. La lixiviación del cobalto de la región de trabajo puede mejorar la estabilidad térmica, pero la resistencia al impacto y el soporte aún deben considerarse. El enfriamiento y la limpieza eliminan el calor y los recortes. Cuando son inadecuados, el recorte y la acumulación de calor afectan el rendimiento. Los materiales térmicamente estables y el enfriamiento eficaz abordan diferentes partes del problema.

El corte de piedra hace que el montaje sea parte de la selección

Los elementos de corte PDC cuadrados o escalonados pueden usarse para granito y mármol. Los elementos cuadrados pueden usarse en sierras de brazo de cadena, mientras que los escalonados se adaptan a equipos de corte de piedra con fijación por pernos, lo que facilita el reemplazo después del desgaste. Los elementos PDC también pueden usarse en mantenimiento de carreteras y fresado de pavimentos.

El diamante policristalino sigue proporcionando corte y resistencia al desgaste en estas aplicaciones, pero la forma del elemento, la fijación y las cargas pueden diferir de las de los cortadores de perforación. Las especificaciones para equipos de corte de piedra o de carreteras no deben usarse directamente en lugar de las especificaciones de PDC para perforación.

Para herramientas de perforación, un cortador candidato también debe corresponder a su posición de corte principal, de respaldo o de calibre. Un cambio de posición requiere una nueva evaluación del ángulo de montaje, la exposición y las cargas. La validación debe acercar la pieza de trabajo o formación, la velocidad, la carga, el enfriamiento y el montaje lo más posible a las condiciones objetivo para determinar si el diseño completo del elemento de corte es adecuado.