Прецизионная режущая вставка и цилиндрический резец, установленный на лопасти бурового долота, могут оба использовать поликристаллический алмаз, однако их режущие кромки, опорные конструкции и нагрузки различаются. Понимание применения поликристаллического алмаза PCD начинается с разграничения материала и режущего элемента: PCD состоит из множества связанных алмазных зёрен, тогда как PDC обычно сочетает рабочий слой из PCD с подложкой из твердого сплава. Одно и то же название материала не означает одинаковую конструкцию инструмента.

Прецизионное резание зависит от того, как работает кромка

Инструменты из PCD для механической обработки обычно применяются для цветных металлов и неметаллических материалов, включая некоторые абразивные композиты. Когда заготовка непрерывно изнашивает режущую кромку, поликристаллический алмаз может помочь сохранить эту кромку. Мелкозернистый PCD часто подходит для тонких режущих кромок и улучшенного качества поверхности, хотя износостойкость и стойкость к выкрашиванию всё же необходимо сбалансировать.

Монокристаллический алмаз также находит применение в сверхточной обработке, требующей непрерывной режущей кромки без границ зёрен. Здесь основное внимание уделяется кромке и поверхности, которую она создаёт. Цилиндрический буровой резец PDC выполняет дополнительные функции опоры и резания горной породы. Режущие вставки для механической обработки и буровые резцы различаются по геометрии, конструкции рабочего слоя, подложке и условиям нагружения.

Заготовка задаёт ещё одно ограничение. Алмаз подвержен химическому износу при высокотемпературном непрерывном резании железа, стали и некоторых материалов, содержащих железо, никель или кобальт. Это ограничение механической обработки не следует напрямую переносить как правило, исключающее те или иные горные породы.

Бурение зависит от совместной работы рабочего слоя и подложки

Во вращающихся инструментах для нефтяных и газовых скважин, водяных скважин, геотермальных скважин и геологической разведки PCD обычно режет горную породу в качестве рабочего слоя резца PDC. При вращении долота резец удаляет породу скоблением и сдвигом. Подложка из твердого сплава поддерживает рабочий слой и обеспечивает поверхность для крепления к корпусу инструмента. Связь между ними передаёт нагрузки, но на неё также могут влиять термические напряжения и расслоение.

Кварц и другие твёрдые минералы могут усиливать абразивный износ, тогда как прослои и трещины могут увеличивать ударные нагрузки. Сильно абразивные условия с контролируемыми ударными воздействиями с большей вероятностью выигрывают от способности PCD сохранять режущую кромку. Когда преобладают ударные нагрузки, большая твёрдость или более толстый рабочий слой не обязательно продлевают срок службы; форма резца и опора также влияют на пригодность.

Резцы для водяных скважин и геотермальных скважин иллюстрируют это различие. В соответствующих конструкциях изделий резцы с плоской гранью подходят для мягких пород и обычных формаций, тогда как микродуговые резцы, предназначенные для твёрдого гранита и кварцита, обеспечивают соответствующую стойкость к выкрашиванию. Эта взаимосвязь специфична для конкретного изделия и условий эксплуатации, а не является универсальной иерархией всех микродуговых и плосколицых резцов.

Геотермальное бурение может сочетать повышенные температуры с абразивной твёрдой породой. Выщелачивание кобальта из рабочей зоны может улучшить термическую стабильность, но ударную стойкость и опору всё равно необходимо учитывать. Охлаждение и очистка удаляют тепло и шлам. При их недостаточности повторное резание и накопление тепла влияют на производительность. Термически стабильные материалы и эффективное охлаждение решают разные части проблемы.

Резка камня делает крепление частью выбора

Квадратные или ступенчатые режущие элементы PDC могут использоваться для гранита и мрамора. Квадратные элементы могут применяться в цепных пилах, тогда как ступенчатые элементы подходят для камнерезного оборудования с болтовым креплением, что упрощает замену после износа. Элементы PDC также могут использоваться при дорожном обслуживании и фрезеровании дорожного покрытия.

Поликристаллический алмаз по-прежнему обеспечивает режущую способность и износостойкость в этих применениях, но форма элемента, крепление и нагрузки могут отличаться от буровых резцов. Технические характеристики для камнерезного или дорожного оборудования не следует напрямую использовать вместо характеристик буровых PDC.

Для буровых инструментов рассматриваемый резец также должен соответствовать своему положению основного резания, вспомогательному или калибрующему положению. Изменение положения требует новой оценки угла установки, выступа и нагрузок. При проверке следует максимально приблизить заготовку или породу, скорость, нагружение, охлаждение и крепление к целевым условиям, чтобы установить, подходит ли конструкция режущего элемента в целом.