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国际金属加工网 2018年07月26日

挺进更深地层

许多现有的地下矿井已接近极限开采深度,目前的钻探方法很难再保证各项成本的可控性。而新的矿床埋藏更深,产量也较低。

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图片来源于网络

背景01

Wassara是来自瑞典的一家矿业设备公司,拥有许多创新产品,能在开采矿石的同时最大限度地减少对环境的负面影响。其核心技术是使用高压水射流驱动的潜孔(DTH) 锤。Wassara的液动潜孔锤是目前最环保的冲击钻探方法。

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潜孔 (DTH) 锤技术示意图

潜孔锤由高压水射流驱动,不使用油脂进行润滑,不会污染空气或地下水,高压水还可有效抑制粉尘。与相对传统的气动潜孔锤技术相比,Wassara的技术可节省大量的能源成本,驱动液动潜孔锤所需的能量更少。

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挑战02

潜孔锤由众多复杂的部件组成。其核心部件是为活塞组件提供双向高压水导流的滑动外壳,该外壳内部要求具有多条高压水流动孔道;由于设计的复杂性,必须将多个加工好的零件接合在一起,才可制作出完整外壳,使得造价较为昂贵。接合工艺过程中频繁产生的不合格产品,以及使用阶段由于部件磨损或斑蚀而导致的设备故障,让潜孔锤的整体成本进一步上升。

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解决方案03

为降低成本并提高滑动外壳部件的可靠性,Wassara找到雷尼绍,希望了解增材制造 (AM) 技术是否能成为一种合适的替代制造方案。金属增材制造的显著优点之一,便是能够将原本分散的零件组合成一个复杂的3D几何结构且还可简化加工步骤。

当增材方式制造的部件与传统方式制造的部件在设计上没有过大差异时,可在相同的应用环境中对二者进行测试,结果可作为验证金属增材组件可用性的理想依据。在标准测试条件下对两类部件的性能进行详细对比,如果结果中出现任何显著差异,即可直接归因于制造技术的变化。Wassara滑动外壳的几何结构经过重新设计,集成了增材制造在设计自由度方面的优势。

采用金属增材制造方案需克服的下一个难题是针对特定应用采用合适的金属合金。在本案中,该部件原来使用的是标准合金钢527M20,由于碳含量中等,通常不会用于金属增材制造。更适合增材制造的合金钢为316L不锈钢,这种合金钢的耐腐蚀性能较好,但预计在使用期间仍无法保证足够的耐磨蚀和耐侵蚀性能。

雷尼绍提出使用马氏体时效合金钢生产测试部件。马氏体时效钢是一种时效硬化工具钢,用途极为广泛;可对其进行热处理,通过调节工艺温度可获得适合特定应用要求的材料特性。

这是该类型钢在矿山开采领域的第一次测试和应用,因此在滑动外壳加工完成后对其进行了热处理,以确保达到最大硬度。

结果04

Wassara将其组装到完整的潜孔锤上,在标准采掘条件下测试使用,在选定岩面上钻凿典型的长通道孔。随后对潜孔锤进行常规目视检查和维护。与传统外壳相比,增材制造的滑动外壳并未出现任何斑蚀迹象,且磨损程度很小。接着又重新组装潜孔锤,继续进行更多的钻凿作业。

完成上述后,Wassara对增材制造的滑动外壳进行第二次检查,发现确实出现了一些磨损迹象,但除此外,部件表面并没有出现斑蚀(导致设备故障的第二大常见原因)。随后又进行第三次钻凿测试,持续时间远远超出正常的潜孔锤工作周期,以期尽可能确定是否会出现斑蚀迹象,但实际上仍未出现任何斑蚀情况。与采用标准合金钢制造的传统滑动外壳相比,采用马氏体时效钢制造的增材部件具有卓越的潜在耐斑蚀性能。

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利用增材制造技术制造的马氏体时效钢滑动外壳部件

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测试之后的滑动外壳

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(Marketing)

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