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可获得更大收益的模块化钻头 |
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作者：肯纳飞硕金属（上海）有限公司 |
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追求更低的碳排放，是人类社会共同的责任。尤其是在金融危机背景下，以风电、太阳能、核能为主的新能源领域更是呈现空前火爆的局面。在可再生能源开发中，风力发电是除水能外，技术最为成熟、最具大规模开发和商业开发条件的发电方式，因此，大规模发展风电是中国可再生能源利用的主要方式之一。从技术成熟度与运营实际效果来看，风电无疑成为暂时的领跑者。
然而，有分析人士指出，由于风电投资快速增加，致使世界风机供不应求，进而使国内外风机价格不断上涨，加大了风电投资成本，影响了投资收益。这种现象需要中国企业更快地制造出符合需要的、价格更合理的风机。这就需要中国风电设备制造企业及相关装备供应商的共同努力。
图1 风电设备桨叶支承示意图
在决定风电设备制造效率、制造成本及制造质量等方面的因素中，刀具是其中极其重要的一环。作为全球领先的刀具制造商，肯纳金属已经用实力证明了，自己已经成为了中国风电行业发展助推器中的一员。前不久，肯纳金属为一家加工回转支承的企业提供了高质量的解决方案，为该企业提高效率、降低成本做出了卓越贡献。
这家国内企业专门为风机设备加工回转支承，有一笔订单需要其提供一种用于连接风叶和机头的桨叶支承，对该支承的特殊要求是，要在上面钻许多孔，以便在安装时让螺栓能够顺利通过。起初，该企业与德国一家以孔加工刀具而著称的企业合作，选用的钻头中间是一个标准的定心钻，外围由一个内刀片和一个外刀片搭接成完整的切削刃，从而形成从中心到外圆的完整的切削功能。并且，这种钻头的头部还有两个支撑块，可以改善钻削时的定心能力和稳定性。
该加工方案的好处是，中间的定心钻在相当程度上解决了可转位钻头中心刃切削条件恶劣的问题，使孔钻入时的稳定性与可转位钻头相比有很大提高，而外围的两个交错齿的刀片又使加工的经济性得到改善。但是，企业同时也发现，该钻头的定心钻在钻入表面时还会发生一些状况，有时甚至会发生折断现象，这对于生产稳定性来说是一个威胁：一旦刀具发生折断又没有及时被发现，会殃及那两个可转位刀片甚至是刀体。另外，他们对孔的表面质量也不是非常满意。虽说这只是一个螺栓孔，但表面质量也会影响其整体信誉度。
图2 KSEM PLUS钻头
在得知此情况后，肯纳金属的工作人员向该厂商推荐了肯纳金属最新的产品——KSEM PLUS模块化钻头。该钻头结合了肯纳金属原有的KSEM模块化钻头的高进给、大长径比的切削能力, 以及为人们熟知的肯纳SE钻尖优越的钻入能力。KSEM PLUS模块化钻头在国外能源行业的试验应用中已经体现出了其卓越的能力，有些案例证明加工效率的提升甚至超过了原有效率的100％。
肯纳金属中国销售部门的技术经理介绍说，KSEM PLUS由钢制钻体和高强度的整体硬质合金SE钻尖组成。它的钻体带中心内冷孔，在允许最大流量冷却液通过刀具的同时保持刚性。SE钻尖和刀片的螺旋槽略微分开，从而使得排屑更顺畅并保持刚性。它的刃带和后角消除了钻体和孔壁之间的切屑摩擦,增加了钻体的寿命并提高了孔的表面质量。一支KSEM PLUS钻体能够覆盖一系列直径范围的钻头尺寸, 该款刀具适用于钢、不锈钢、铸铁和非铁合金工件的孔加工。
与该企业之前使用的钻头相比，KSEM PLUS的优势正是在于其中心的SE整体硬质合金钻尖。SE钻尖非常特别，它一改大部分钻头切削前角随切削刃所在位置变化很大的缺陷，在整个切削刃上都有适合该处位置切削需要的切削前角。因此，自SE钻头面世以来，一直是整体硬质合金钻头中的佼佼者。肯纳金属这次在设计KSEM PLUS钻头的过程中，将中间的钻头由原来普通的麻花钻或者中心钻、定心钻更换成了SE钻尖，对于提高原有KSEM模块式钻头的切削性能的确非常有效。其次，KSEM PLUS所用的SE钻尖的直径相对于其他的模块式钻头中间的钻削单元直径更大，这样一是提高了中心钻削单元的强度，二是使可转位刀片避免用搭接的方式构成一个切削刃，而用两个完全对称的刀片构成两个切削刃，从而使切削刃的数量比其他产品增加了一倍。这样，不管是在钻头中心还是在钻头外圆，KSEM PLUS的切削能力都得到了很大的提升，加工效率能提高一倍也就不足为奇了。
图3 SE钻尖前角分布示意图
（主切削刃中间部分、主切削刃与横刃交界处、横刃中间部分、钻心）
但问题是，KSEM PLUS的钻刀体要比他们原先使用的产品高约30%，而中心切削用的16mm的SE钻尖竟然比原来5mm的定心钻价格高。针对这一情况，肯纳金属的工程师根据KSEM PLUS的产品以及用户机床和加工工件的特点对切削参数做了一些调整，由此机床的加工费用下降了50%以上。令人惊喜的是，在切削效率提高一倍多的情况下，刀具的消耗并没有增加，刀具寿命反而增加了大约4 倍。这是由整体硬质合金钻尖和硬质合金刀片的寿命用加权换算的结果。虽然KSEM PLUS刀具本身价格较高，但却可以为用户创造出更大的收益。
现在，该企业的钻孔加工过程比以前更为稳定了，原来时有发生的中心钻头折断的现象消失了；切屑的状态也比以前更为理想了，原来的切屑是螺旋缠结状的，常常会缠绕在钻头上，使操作者不得不停下来清理切屑，影响加工效率，而现在是1~2 圈的短螺旋屑，非常容易清理；钻孔的表面质量提高了：粗糙度的数值比原来降低了50%，也就是质量提高了一个等级，客户的满意度也提高了。
因为钻孔质量的提高，用KSEM PLUS钻头钻孔能比原来的直径小0.1mm，尽管两者都在允许范围之内，但这一个个微小的变化对于长期在比较恶劣环境下运行的风电设备的重要性不言而喻。(end)
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(10/11/2009) |
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