La forma de la cara de la broca determina la forma del orificio: una guía para el diseño de la cara de las brocas DTH.
Puedes especificar el diámetro, la rosca y el grado de inserto adecuados, y aun así obtener malos resultados si la geometría de la broca no es la correcta. La forma del frente de una broca DTH determina tres cosas simultáneamente: la velocidad de perforación, la rectitud del orificio y la durabilidad del cuerpo de la broca. Y no puedes optimizar las tres a la vez. Tienes que elegir.
Aquí están los cuatro diseños de caras que verá en los bits DTH de alta presión, las ventajas de cada uno y sus limitaciones.
La cara convexa: rápida, pero errante
La cara convexa de una broca se abomba hacia afuera; el centro está más alto que la fila de calibre. Imagínelo como una cúpula.
Esa forma de cúpula cumple una función excepcionalmente bien: coloca primero los insertos centrales en la roca. En formaciones abrasivas de dureza media a alta, estos insertos centrales fracturan previamente el núcleo de roca antes de que la hilera de calibres ensanche el orificio a su diámetro completo. El resultado son altas tasas de penetración: la broca siempre corta roca que ya está fracturada.
La desventaja: la rectitud del orificio. Una cúpula no tiene mecanismo de centrado. La broca se apoya en el punto de contacto más alto, y en roca irregular o fracturada, ese punto se desplaza. El orificio se desvía. Si se perforan barrenos para voladuras donde las tolerancias de desviación son menos estrictas —por ejemplo, en trabajos de cantera—, esta es una compensación aceptable. Si se necesitan orificios rectos para líneas de precorte o patrones muy juntos, una cara convexa no es la herramienta adecuada.
El rostro plano: El superviviente
Una broca de cara plana es exactamente lo que su nombre indica: la cara es un plano, o casi. Sin cúpula, sin hendidura, simplemente se inserta en una superficie plana.
Este es el diseño estructuralmente más robusto. No presenta ninguna sección delgada en el centro que pueda agrietarse ante un impacto fuerte. Los insertos están bien sujetos por el acero del cuerpo de la broca. Las brocas de cara plana soportan las mayores energías de impacto y las rocas más duras y abrasivas (granito, cuarcita, basalto denso) sin los problemas de fatiga del cuerpo que afectan a los diseños más esculpidos.
Desventajas: las caras planas no se centran bien, por lo que la rectitud del orificio es, en el mejor de los casos, mediocre. Las tasas de penetración son moderadas: no hay efecto de prefracturación, por lo que cada inserto rompe roca virgen con cada golpe. Además, la evacuación de las virutas puede ser lenta debido a la falta de una geometría de embudo natural que guíe los recortes hacia los canales de lavado.
Las brocas de cara plana son la opción ideal cuando la dureza de la roca es el factor determinante y la rectitud del orificio es una preocupación secundaria. Son herramientas robustas que rara vez fallan catastróficamente, pero que rara vez destacan por su velocidad.
Cara Cóncava: El Todoterreno
La cara cóncava tiene una depresión cónica poco profunda en el centro. La fila exterior del calibre sobresale ligeramente de los insertos centrales.
Esa depresión crea un ligero efecto de perforación. A medida que la broca perfora, se forma un pequeño pilar de roca en el centro de la depresión. Este pilar actúa como guía, manteniendo la broca centrada en el orificio. El resultado es una rectitud del orificio notablemente mejor que la que se obtiene con diseños convexos o planos.
La forma cóncava también canaliza los recortes hacia los conductos de lavado centrales, mejorando la evacuación de las virutas. Una mejor evacuación implica menos virutas rozando la cara de la broca entre golpes, lo que se traduce en una penetración más rápida y un menor desgaste del inserto.
Este es el diseño de broca DTH de alta presión más común en el mercado, y con razón. Equilibra la tasa de penetración, la rectitud del orificio y la durabilidad en una amplia gama de tipos de roca. Si no está seguro de qué diseño de broca usar, comience con la cóncava y ajuste según sea necesario.
El centro cóncavo profundo: agujeros más rectos, roca más blanda.
Una broca de centro cóncavo profundo lleva el concepto de perforación de núcleos a un nivel superior. La depresión central es pronunciada: un hueco profundo que forma un pilar de roca sustancial durante la perforación. El efecto de centrado es fuerte. Los agujeros profundos perforados con este diseño se mantienen notablemente rectos, incluso en condiciones donde otros diseños de frente de perforación se desviarían.
El costo: debilidad estructural. El profundo hueco central elimina acero de la zona de mayor tensión de la cara de la broca. Bajo fuertes cargas de impacto, especialmente en roca dura, la sección central puede fatigarse y agrietarse. Las brocas cóncavas profundas se utilizan exclusivamente en formaciones blandas a semiduras, donde las cargas de impacto son menores y el riesgo de agrietamiento de la cara es mínimo.
Utilice un centro cóncavo profundo cuando la rectitud del orificio sea el requisito principal y la roca no comprometa el diseño. La perforación de pozos de agua, los pozos de exploración profundos y los pozos de anclaje, donde las tolerancias de desviación son estrictas, son aplicaciones naturales.
Cómo elegir
El árbol de decisiones es sencillo una vez que se conocen las ventajas y desventajas:
Roca dura y abrasiva + la velocidad importa + la rectitud no:cara convexa.
Roca dura y abrasiva + la durabilidad importa + la rectitud no:cara plana.
Se requieren condiciones mixtas y un rendimiento equilibrado:Cara cóncava. Esto cubre la mayoría de las aplicaciones.
Roca blanda a mediana + la rectitud es fundamental:centro cóncavo profundo.
El diseño de la cara está impreso en cada broca que sale del orificio. Observa el patrón de desgaste. Una broca convexa con un desgaste uniforme en toda la superficie se ajustaba bien a la roca. Una broca cóncava profunda con el centro agrietado se desvió de su diseño. La broca te indica si elegiste correctamente. Analízala y ajusta el siguiente pedido.
