Wassara的高壓水射流驅動的潛孔 (DTH) 錘

采礦業(yè)需要新的鉆探解決方案犀概，以應對日益增長的成本與效益壓力综看。與當前鉆探方案相比，新方案不僅要更為環(huán)保馒索，而且要更具經濟優(yōu)勢莹妒。

許多現(xiàn)有的地下礦井已接近極限開采深度，因此目前的鉆探方法很難再保證各項成本的可控性绰上。新的礦床埋藏更深追祈，產量也較低返乏。種種因素疊加在一起，要求采礦企業(yè)必須實現(xiàn)礦產資源的合理規(guī)劃和規(guī)模開采谐创，因此采用更加高效、精準的鉆探方法成為了必然的選擇拦吓。

背景

Wassara是來自瑞典的一家礦業(yè)設備公司寸芦，擁有許多創(chuàng)新產品，這些產品能夠在開采礦石的同時最大限度地減少對環(huán)境的負面影響子敷。Wassara的核心技術是使用高壓水射流驅動的潛孔 (DTH) 錘婆仪。Wassara的液動潛孔錘是目前最環(huán)保的沖擊鉆探方法。潛孔錘由高壓水射流驅動任团，不使用油脂進行潤滑筑落，因此不會污染空氣或地下水，此外穷抹，高壓水還可有效抑制粉塵摸悲。水的不可壓縮性是Wassara潛孔錘高效工作的關鍵因素。與相對傳統(tǒng)的氣動潛孔錘技術相比获印，Wassara的技術可節(jié)省大量的能源成本述雾，因為驅動液動潛孔錘所需的能量更少。

由于高壓水能夠驅動沖錘產生高頻兼丰、高能量沖擊運動玻孟，因此被Wassara選作傳動媒介。此外鳍征，當水流離開錘體時黍翎，其速度足以將鉆探出的巖心和碎屑帶回地面，并清潔鉆孔艳丛。此項技術具有許多絕佳優(yōu)點匣掸，例如鉆進效率高、鉆孔質量佳氮双，并且對鉆探巖層的護壁能力強旺聚。液驅潛孔錘技術的加入，使得礦山企業(yè)在選擇最適合礦體特性的開采方式時有了更多選擇眶蕉，它被視為是向科學開采邁進的一大步砰粹。

潛孔 (DTH) 錘技術示意圖

挑戰(zhàn)

每部潛孔錘都由眾多復雜的部件組成。潛孔錘的核心部件是為活塞組件提供雙向高壓水導流的滑動外殼造挽，該外殼內部要求具有多條高壓水流動孔道敢俭；由于設計的復雜性，必須將多個加工好的零件接合在一起憨净，才可制作出完整的外殼纽宇。復雜的設計也使得該部件的造價較為昂貴菲组。此外，接合工藝過程中頻繁產生的不合格產品魁嚼，以及使用階段由于部件磨損或斑蝕而導致的設備故障（這將增加維修成本）庭匆，這些都使得潛孔錘的整體擁有成本進一步上升。

潛孔錘閥門技術圖示 

解決方案

為了降低成本并提高滑動外殼部件的可靠性舌肝，Wassara找到了雷尼紹渗骆，希望了解增材制造 (AM) 技術是否能夠成為一種合適的替代制造方案。金屬增材制造的顯著優(yōu)點之一页更，便是能夠將原本分散的零件組合成一個復雜的3D幾何結構硝逐，而且還可簡化加工步驟，例如锹嫌，在加工一端需要盲塞或焊接的跨孔時足蹋，增材制造便可發(fā)揮優(yōu)勢。當增材方式制造的部件與傳統(tǒng)方式制造的部件在設計上沒有過大差異時惯悠，便可在相同的應用環(huán)境中對二者進行測試邻邮，其結果可作為驗證金屬增材組件可用性的理想依據(jù)。在標準測試條件下對兩類部件的性能進行詳細對比克婶，如果結果中出現(xiàn)任何顯著差異饶囚，即可直接歸因于制造技術的變化。Wassara滑動外殼的幾何結構經過了重新設計鸠补，集成了增材制造在設計自由度方面的優(yōu)勢萝风。

采用金屬增材制造方案需要克服的下一個難題是針對特定應用采用合適的金屬合金。在本案例中紫岩，該部件原來使用的是標準合金鋼527M20规惰，這是一種合金結構鋼，由于碳含量中等泉蝌，通常不會用于金屬增材制造歇万。更適合增材制造的合金鋼為316L不銹鋼，然而勋陪，雖然這種合金鋼的耐腐蝕性能較好贪磺，但預計在使用期間仍無法保證足夠的耐磨蝕和耐侵蝕性能。

雷尼紹提出的另一種備選方案是使用馬氏體時效合金鋼生產測試部件嘶逝。馬氏體時效鋼是一種時效硬化工具鋼易颊，用途極為廣泛；可對其進行熱處理拄抄，通過調節(jié)工藝溫度可獲得適合特定應用要求的材料特性除搞。

依照增材制造特點重新設計的滑動外殼部件

這是該類型鋼在礦山開采領域的第一次測試和應用，因此在滑動外殼加工完成后對其進行了熱處理，以確保達到最大硬度治东。

結果

為了測試增材滑動外殼的性能准击，Wassara將其組裝到完整的潛孔錘上，在標準采掘條件下測試使用缔禾，即在選定巖面上鉆鑿典型的長通道孔胸立。隨后對潛孔錘進行常規(guī)目視檢查和維護，與傳統(tǒng)外殼相比像样，增材制造的滑動外殼并未出現(xiàn)任何斑蝕跡象绷觉，并且磨損程度很小。接著又重新組裝潛孔錘掸绞，并繼續(xù)進行更多的鉆鑿作業(yè)泵三。

完成上述作業(yè)后耕捞，Wassara對增材制造的滑動外殼進行了第二次檢查衔掸，發(fā)現(xiàn)確實出現(xiàn)了一些磨損跡象，但除此之外俺抽，部件表面并沒有出現(xiàn)斑蝕（這是導致設備故障的第二大常見原因）敞映。隨后Wassara又進行了第三次鉆鑿測試，這次的持續(xù)時間遠遠超出正常的潛孔錘工作周期磷斧，以期盡可能確定是否會出現(xiàn)斑蝕跡象振愿，但實際上仍未出現(xiàn)任何斑蝕情況。由此得出的初步結論是弛饭，與采用標準合金鋼制造的傳統(tǒng)滑動外殼相比冕末，采用馬氏體時效鋼制造的增材部件具有卓越的潛在耐斑蝕性能。

測試之后的滑動外殼

利用增材制造技術制造的馬氏體時效鋼滑動外殼部件

詳情請訪問(暫不可見)/additive

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關于雷尼紹

雷尼紹是世界領先的工程科技公司之一侣颂，在精密測量和醫(yī)療保健領域擁有專業(yè)技術档桃。公司向眾多行業(yè)和領域提供產品和服務 — 從飛機引擎、風力渦輪發(fā)電機制造憔晒，到口腔和腦外科醫(yī)療設備等藻肄。此外，它還在全球增材制造（也稱3D打痈呓怠）領域居領導地位朝棉，是英國唯一一家設計和制造工業(yè)用增材制造設備（通過金屬粉末“打印”零件）的公司。

雷尼紹集團目前在35個國家/地區(qū)設有70多個分支機構殷淮，員工逾4,000人沧牧，其中2,700余名員工在英國本土工作。公司的大部分研發(fā)和制造均在英國本土進行两靖，在截至2017年6月的2017財年莲轮，雷尼紹實現(xiàn)了5.368億英鎊的銷售額，其中95%來自出口業(yè)務。公司最大的市場為中國既帜、美國浦匾、德國和日本。

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（雷尼紹）

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