伊斯卡刀具國際貿(mào)易 (上海)有限公司供稿

目前，勘探與生產(chǎn)公司越來越專注于深水和超深水油氣儲量的勘探及開采。為配合深海工程對安全密封及環(huán)境法規(guī)的要求，公司將選擇可耐受腐蝕環(huán)境、經(jīng)受高壓及高溫的設(shè)備。例如，Inconel 718就因其出色的耐腐蝕特性而被上游勘探公司所廣泛采用。鎳基超級合金因奧氏體金相組織而具有高的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度，滿足了極限環(huán)境下的高安全可靠性需求。

加工Inconel 718的主要問題是處理刀片切削刃處的非常高的切削溫度，以及源于被加工材料中的磨粒 (鎳含量高達(dá)50% ～55%，鉻含量達(dá)17% ～21%)所導(dǎo)致的高磨損率、崩刃、溝槽磨損及刀片破損。Inconel 718對殘留應(yīng)力具有冶金敏感性，且切削加工過程會產(chǎn)生加工硬化，這使得即便在低的切削速度下，刀片切削刃都可能產(chǎn)生高的塑性變形，進(jìn)而大幅降低刀具的預(yù)期壽命。

伊斯卡作為全球最先進(jìn)的金屬切削刀具公司之一，已成功研制出合金牌號IC806，旨在提升超級合金的加工效率。采用結(jié)合了超細(xì)晶粒硬質(zhì)基體和薄的PVD涂層以及涂層后處理技術(shù)的新涂層牌號，能大幅提高刀具壽命及加工可靠性。

1.典型的鏜削加工

加工高溫合金不僅僅意味著挑選合適的基體及涂層，還意味著選擇正確的切削刀具及幾何形狀。例如，通常在井架上完成鎳基合金油井管的加工，井架是已完成的油氣井上用的組件。必須采用硬質(zhì)合金刀具加工井架內(nèi)壁相對薄的鎳基層。加工過程通常被稱之為粗鏜，除了苛刻的安裝夾持外，刀具大懸伸、加工余量不均勻及斷續(xù)切削等也為加工增加了困難。以上不利因素常常引起振動，導(dǎo)致刀具壽命因此而縮短。因而，鎳基合金油井管 (見圖1)加工過程成為制造過程的瓶頸，最終導(dǎo)致加工費(fèi)用居高不下。

圖1

對于伊斯卡的應(yīng)用工程師而言，解決方案是明晰的。對于這一應(yīng)用，他們推薦采用專為加工高溫合金而研制的ISO系列SNMG 432－EM－R硬質(zhì)合金刀片。采用此刀片加工的一大重要特征是非刀尖圓角加工，而是以45°主偏角加工 (見圖2)。這有效減少了溝槽磨損，一并提高了切削速度及進(jìn)給量，且同時(shí)收獲了高的刀具壽命。

通過對刀片鋒利切削刃進(jìn)行細(xì)微的刃口處理使之得到強(qiáng)固，加以13°前角設(shè)計(jì)，使得刀片在加工諸如鎳基合金這類難加工材料時(shí)可實(shí)現(xiàn)6 mm的大切削深度。

圖2

2.高壓冷卻加工的應(yīng)用

不管是刀片涂層還是斷屑槽都無法確保加工高溫合金時(shí)的高效率，因?yàn)楹玫那行伎刂剖请y以企及的。加工高溫合金的過程會產(chǎn)生大量切削熱，通過冷卻液可有效減少切削熱，降低切屑的延展性使之易于折斷。事實(shí)上，在高溫合金的加工中基本摒棄了外冷卻方式，而是采用貫穿主軸與刀具的內(nèi)冷卻方式。

當(dāng)今的CNC數(shù)控機(jī)床一般都標(biāo)配了常規(guī)的冷卻系統(tǒng)，可以提供低壓冷卻。然而，在加工高溫合金時(shí)，產(chǎn)生的切削溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于冷卻液的沸點(diǎn)，這使得冷卻液在抵達(dá)切削區(qū)域前就蒸發(fā)為蒸氣，使得切削刃受到熱沖擊，進(jìn)而對刀片壽命造成負(fù)面影響。

高壓冷卻系統(tǒng)能對冷卻液進(jìn)行加壓，通過小的冷卻噴口為切削區(qū)域帶來足夠的冷卻液流量，克服了切削區(qū)域切削溫度太高的障礙。在高壓的作用下，通過冷卻噴嘴的冷卻液具有非常高的速度，隨之而來的效果是顯而易見的，作用于切屑的沖擊力非常大，切削溫度明顯降低，保護(hù)切削刃免于受到熱沖擊，確保了硬質(zhì)合金刀片壽命的提高，工件表面質(zhì)量高。伊斯卡的JHP系統(tǒng)正是應(yīng)用于車削中心、立式車床及多任務(wù)機(jī)床的高壓冷卻系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例(見圖3)。伊斯卡是最早應(yīng)市場需求而設(shè)計(jì)并提供高壓及超高壓冷卻刀具系統(tǒng)的供應(yīng)商之一。

圖3

采用JHP高壓冷卻系統(tǒng)易于獲得小切屑，不再因切屑纏繞于工件或夾具而頻繁停機(jī)，提升了生產(chǎn)率，削減了昂貴的加工成本。現(xiàn)已證實(shí)，在加工不銹鋼及高溫合金時(shí)采用高壓冷卻，能實(shí)現(xiàn)刀具壽命及切屑控制的大幅提升。對當(dāng)今油氣工業(yè)而言，伊斯卡新一代高壓冷卻刀具在提升生產(chǎn)率方面是不可或缺的。

3.典型的孔加工應(yīng)用

當(dāng)油氣工業(yè)用戶對生產(chǎn)效率進(jìn)行評估時(shí)，伊斯卡孔加工系列因涵蓋孔徑及孔深范圍寬、效率高，被證實(shí)為最值得推薦的解決方案之一。

束魔變色龍槍鉆 (SUMOGUN)是當(dāng)前市場上僅有的一款帶兩個(gè)有效切削刃的夾持可換刀頭的槍鉆。相比于傳統(tǒng)的焊接式槍鉆，采用束魔變色龍槍鉆使得生產(chǎn)率明顯提升。每個(gè)束魔變色龍槍鉆鉆桿可夾持一定直徑范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)束魔變色龍鉆 (SUMOCHAM)刀頭。根據(jù)加工的ISO材料的不同，可選擇不同幾何形體的刀頭。束魔變色龍槍鉆的刀頭可實(shí)現(xiàn)在機(jī)更換，這意味著不必因更換刀頭從機(jī)床上取下槍鉆。與市場上的大多數(shù)傳統(tǒng)槍鉆相比，束魔變色龍槍鉆帶兩個(gè)直排屑槽，夾持標(biāo)準(zhǔn)束魔變色龍鉆刀頭，能以高得多的進(jìn)給率鉆削深孔 (見圖4)。

圖4

新型束魔變色龍槍鉆可夾持不同刀頭，能根據(jù)被加工材料及應(yīng)用的不同而靈活應(yīng)用。通過采用聚酰胺塑料扳手可輕松實(shí)現(xiàn)刀頭的裝卸 (見圖5)。

圖5

標(biāo)準(zhǔn)模塊式束魔變色龍槍鉆的驅(qū)動桿也是模塊式的，這是其另一特點(diǎn)。這款革新的槍鉆尾端為螺紋連接式，可連接于不同類型及規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動桿。

新型標(biāo)準(zhǔn)束魔變色龍槍鉆直徑范圍為14～25 mm，夾持標(biāo)準(zhǔn)束魔變色龍鉆刀頭。每種直徑的槍鉆均提供兩款排屑槽長度，分別為400 mm及800 mm，可應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)臥式銑削中心、臥式車床、多任務(wù)機(jī)床及專機(jī)。所有鉆桿均經(jīng)鍍鎳處理，使得排屑更容易且更流暢。

對于油氣工業(yè)的大直徑鉆削應(yīng)用，采用伊斯卡的復(fù)合變色龍鉆 (COMBICHAM)系列 (見圖6)是大幅提升生產(chǎn)能力及效率的最佳方案之一。

圖6

這種新型模塊式鉆削系列直徑范圍為26～50 mm，鉆深可達(dá)5D。復(fù)合變色龍鉆(COMBICHAM)夾持一個(gè)束魔變色龍鉆 (SUMOCHAM)刀頭，2片標(biāo)準(zhǔn)的帶修光刃的精密磨制方刀片SOGX/SOGT，刀片規(guī)格因鉆徑大小而不同，采用了領(lǐng)先科技的束魔合金牌號IC808(PVD涂層)。源于全效率設(shè)計(jì)，鉆頭可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給鉆削，能獲得高的鉆削效率、高精度及高的被加工表面質(zhì)量。

4.典型的深腔銑削

建議在油氣工業(yè)深孔鉆削零部件的深腔加工中，堅(jiān)持選用可靠的刀具以確保剛性、刀具壽命、重復(fù)定位精度、高精度并優(yōu)化刀具壽命。

比如將伊斯卡最先進(jìn)的加工技術(shù)整合于一體的“多合一”整體硬質(zhì)合金立銑刀EFP(見圖7)。該銑刀集伊斯卡飛碟銑刀 (FEEDMILL)、分屑槽銑刀(CHIP SPLITTER)及防振降噪銑刀 (CHATTERFREE)這3種革新的立銑刀的優(yōu)點(diǎn)于一身，攜最前沿設(shè)計(jì)為一體，用于型腔銑時(shí)具有出色的優(yōu)勢。EFP整體硬質(zhì)合金飛碟銑刀憑借其大圓弧切削刃的結(jié)構(gòu)，在0.3～1.0 mm的切削深度下能實(shí)現(xiàn)高達(dá)0.5 mm/z的進(jìn)給。隨之而來的是采用此刀具能顯著縮短加工周期，由此為工廠帶來生產(chǎn)率的提升。

獨(dú)特的切削刃結(jié)構(gòu)使得切削載荷軸向指向機(jī)床主軸，這使得即便在大懸伸加工中，也具有高的加工穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高的進(jìn)給率。此獨(dú)特的特點(diǎn)使得其在高溫合金的型腔及凹腔加工中具有高的金屬去除率。在型腔加工中，相比于其余粗加工立銑刀，這款帶分屑槽切削刃的立銑刀加工的側(cè)壁更平整，被加工表面粗糙度質(zhì)量更高。分屑槽銑刀的排屑槽還結(jié)合了防振降噪 (CHATTERFREE)不等齒距設(shè)計(jì)，使得切削力分布更佳，是成功地快速去除大余量解決方案。

圖7

此獨(dú)特的整體硬質(zhì)合金立銑刀直徑范圍為6～20 mm，具有4個(gè)或5個(gè)切削刃。合金牌號為IC903，該牌號為在超細(xì)晶粒基體上進(jìn)行前沿的AL－TEC涂層，兼具出色的耐磨性及韌性。

當(dāng)油氣工業(yè)的零部件夾持于帶ISO40/CAT40/BT40柄部接口的低功率機(jī)床時(shí)，采用EFP整體硬質(zhì)合金立銑刀也可實(shí)現(xiàn)高效加工。

5.結(jié)語

為滿足全球范圍內(nèi)對能源需求的快速增長，政府部門頒發(fā)了越來越多的深水鉆探許可證。源于對深水油氣的勘探及抽取有空前增長的預(yù)期，勘探和開發(fā)公司預(yù)見離岸工程將迎來強(qiáng)勁的增長。

目前，盡管典型的深水工程水深范圍為1500～2000 m，但水深達(dá)7000 m的超深水工程數(shù)量在持續(xù)增加。在深水環(huán)境下，為遵循苛刻條件下的安全法則，需要巨大的投入來獲得特制的設(shè)備及特殊材料。

為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，保持生產(chǎn)加工的經(jīng)濟(jì)性，伊斯卡研制了革新而前沿的刀具，用于加工能勝任深水不利環(huán)境的特殊材料。越來越多的差異化需求，驅(qū)動伊斯卡走上了一條革新之路，研制新產(chǎn)品，提供前沿的刀具解決方案，并已印制出完整的解決方案單行本;同時(shí)通過強(qiáng)大的全球營銷網(wǎng)絡(luò)保障每一位客戶得到技術(shù)支持及后勤服務(wù)。