肯纳新型KSEM PLUS™钻头助力风电制造业

　　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局面。追求更低的碳排放，是人类社会共同的责任。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。

　　笔者最近看到的一个案例，可以说明刀具企业应当成为、也可以成为中国风电行业发展的助推器中的一员。在决定风电设备制造效率、制造成本及制造质量等各方面的因素中，刀具绝对是其中个头不大、但极其重要的一环。

　　国内有一个为风机加工回转支承的知名企业，需要在为风机提供的回转支承中，一种用于连接风叶和机头的桨叶支承和风机上的另外一些支承，都需要上钻许多个孔，以便再安装时让螺栓能够顺利通过。这家企业以前使用德国一家以孔加工刀具而著称的企业的一种钻头。这种钻头的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。

图1 风电设备桨叶支承示意

　　这的确是个不错的加工方案：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比可转位钻头大有提高，而外围的两个交错齿的刀片又使加工的经济性得到改善--如果采用整体硬质合金钻头，价格一定相当惊人--毕竟其直径已经达到了33mm。

　　但是，回转支承的制造企业发现，该钻头的定心钻在钻入表面时还是显得不那么好，而且有时会发生折断现象，这对于他们生产的稳定性是一个威胁：他们需要始终有人留意着这个钻头，一旦发现折断就立刻采取措施--停机更换定心钻。一旦延迟，会祸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尽满意。虽说这只是一个螺栓通过用的孔，但表面质量一旦差了，他们的用户验收时手指一摸，觉得毛毛躁躁的，颇有微词。他们也希望为他们自己的客户创造更好的客户感受。

　　有没有更好的解决方案呢？

　　2009年的春节过后，他们遇到了肯纳金属的一位工程师。肯纳的工程师根据他所了解的，向这家回转支承生产上推荐了肯纳金属最新的产品KSEM PLUS™模块化钻头。据他介绍，KSEM PLUS™模块化钻头, 结合了肯纳原有的KSEM模块化钻头高进给、大长径比的切削能力, 和众所周知肯纳SE钻尖优越的钻入能力，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，有些案例的加工效率的提升超过了原有效率的100%。

　　肯纳金属的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。

　　据笔者分析，与用户原来已经使用的钻头相比，KESM 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钻头被发明以来，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SE钻尖，对于提高原有KSEM模块式钻头的切削性能的确会非常有效。其次，KSEM PLUS™所用的SE钻尖的直径相对于其它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，二是使可转位刀片可以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它许多产品增加了一倍。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2 KSEM PLUS™钻头

图3 SE钻尖前角分布示意

    这个回转支承的制造商决定提供一个机会，看肯纳金属的KSEM PLUS™钻头能否像他们介绍的那样神奇，因为KSEM PLUS™的钻刀体要比他们原先用的德国产品高约30%，而中心切削用的16mm的SE钻尖竟然比原来5mm的定心钻价格高出10倍多！

　　肯纳金属的那位工程师根据KSEM PLUS™的产品以及用户机床、工件的特点对切削参数作了一些调整，切削速度比原来还略有下降(从原来的146m/min调整至136m/min)，但进给量的增加很大(由原来的0.086mm/r增加到了0.2mm/r)，最终加工时的进给速度增加的量超过的一倍(由原来的120mm/min增加到了260mm/min)，由此机床的加工费用下降了54%，年收益可达到约8.8万元人民币。

　　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。刀具的寿命大约增加了4倍(由原来的81孔增加到现在的324孔，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)，因此虽然KSEM PLUS™刀具本身价格较高，依然可为用户创造出4.8万元人民币的收益。加上由于更换刀片次数减少带来的时间成本、提高效率带来的劳动力成本的降低等，KSEM PLUS™钻头能为这个年产3600件回转支承的企业带来将近14万元人民币的收益。

　　另外，据肯纳金属的那位工程师向笔者介绍，这个客户现在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至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一半，也就是整整提高了一个等级，客户的满意度也提高了。据笔者了解，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。也许这0.1mm显得是那么地微不足道，但这种实体材料的增加，对于提高整个零件的强度有那么一点点好处的。我们在管理上常说细节决定成败，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会起到好的作用。

　　从上面的故事我们可以看到，对于风力发电设备的制造，一种好的刀具有可能既提高的加工效率，又降低加工的成本，还改善加工的质量和加工质量的稳定性。这样的刀具肯定不止KSEM PULS™一种，但这样的刀具无疑是有助于风电行业更快、更好的发展的。

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