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伊斯卡為油（yóu）氣工業提供前沿解決方案（àn）

2014-1-16 來源：數控機床市（shì）場網作者：

現代化的曆史進程促使全球對能源的需求急劇增長；今（jīn）天的能源消耗大約是（shì）200年（nián）前的25倍。據最新的人口研究預計，到2050年，全球人口將達90億，這意味著人口將比當前（qián）人口多出大約25%。國際能源署（IEA）預計到2035年，為滿（mǎn）足全球對能源的需求，平均每（měi）年1.6萬億美（měi）元的前所未有的（de）投資是非常必要的。在研發及製造技術方麵（miàn）進行大規模投資對保持長期（qī）的競爭優勢是至關重要（yào）的（de）。

勘探（tàn）與生產公司，以下稱之為（wéi）E&P公司，以各國（guó）政府持續需求為驅動力，專注於深水和超深水油氣儲量（liàng）的勘探及開采。這些深（shēn）水及超深水項目持續推動著技術（shù）走向更前沿。潛在的投資者和跨國能源公司預見其上遊（yóu）產業將迎來長期投資。對當今勘探與生（shēng）產而言，最重要（yào）也最具挑（tiāo）戰（zhàn）性的尖端技術應用於深（shēn）水（shuǐ）領域，一旦成功就為大幅（fú）增加世（shì）界上已探明的石油儲量帶（dài）來絕（jué）佳（jiā）的契機。隨著（zhe）勘探拓展（zhǎn）到更深的水域，麵對環境，本具的尖端性（xìng），本地基礎設施支（zhī）持最小化（huà）等方麵的挑戰，凸顯出了更高的技術及經濟性的要（yào）求。

海洋勘（kān）探越來越深（shēn）意味著前（qián）所未有的技術挑（tiāo）戰。應用於（yú）如此惡（è）劣環境下的設備，必須采用前（qián）沿技（jì）術及先進的工程技術進行精心設計。對伊斯卡的刀具工程師而言，麵對著因諸如不鏽鋼，雙相不鏽鋼，超級合金，Inconel鉻鎳鐵（tiě）合金及鈦合金等難加工材料加工需求的（de）快速增長（zhǎng）所帶來的挑（tiāo）戰。源（yuán）於在許多酸堿溶液及含氯溶液環境中的（de）機械性能及耐（nài）腐蝕（shí）性能，這些昂貴的難加工材料被廣泛應用於離岸工程項目（mù）。

不過，切削刀具（jù）的（de）供應商（shāng）通常將這些非標準材料歸類（lèi）為耐高溫（wēn）合金。一般而言，相對於耐（nài）熱合金，中碳鋼更（gèng）易於切削；所以他（tā）們將刀具（jù）的重點研究方向（xiàng）定（dìng）位於耐熱合金的切削技術及切削參數上。要達到優化切削參數及選（xuǎn）刀（dāo）方案的目的，充分考慮被加工材料的性能乃至（zhì）性能對加工的影（yǐng）響是非常重（chóng）要的。一（yī）般而言，為選擇合適的切削參數及刀具，需評估以（yǐ）下4種（zhǒng）主要物理性能：抗拉強度，硬度，延展性及導熱性。

為配合深海工程（chéng）對安全密封及環境法規的要求，E & P公司（sī）將選擇足以勝任的（de）設備以耐受腐蝕環境，經受高壓及（jí）高溫。例如，Inconel 718就因其適合的出色的耐腐蝕特（tè）性而被上遊勘探公司所廣泛采用。鎳基超級合金因（yīn）奧氏體金（jīn）相組織而具有高的抗拉強度及屈服強度，滿足（zú）了極限環境下的高安全可靠需求。

此外，加工Inconel 718的主要問（wèn）題是處理刀片切削（xuē）刃處的非常高的切削溫度，這源於被加工材料（liào）中的磨粒（鎳含量高達50-55%，鉻含（hán）量達17-21%）所導致的高磨損率，崩刃，溝（gōu）槽磨損，刀片破損。Inconel 718 對殘留應力具有冶金（jīn）敏感性（xìng），且切削加工過程會產（chǎn）生（shēng）加工（gōng）硬化，這使得即便在低的切削速度下，刀片切削刃都可能產生高的塑性變形進而大幅降低刀具的預期壽命。

伊斯卡作為全球最先進的（de）金屬切削刀具公司之一，已（yǐ）成功研製出合（hé）金牌號（hào）IC806，旨在提升超級合金的加工效（xiào）率。采用結合（hé）了超細（xì）晶粒硬質基體及薄的PVD塗層以（yǐ）及塗層後處理技術的新塗層（céng）牌號，能收獲大幅提高的刀具壽命及更高的加工可靠性。

加工高溫合（hé）金不僅僅意味著挑選合（hé）適的基（jī）體及塗層，還（hái）意味著選擇正確的切（qiē）削（xuē）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（yǐ）完成的油氣井上用的組件。必（bì）須（xū）采用硬質合（hé）金刀具加工井架內壁相對薄的鎳基層（céng）。加工過程通（tōng）常被稱之為粗鏜（táng），除了苛刻的安裝夾持外，刀具大懸伸，加工餘量不均勻，斷續切削（xuē）等（děng）也（yě）為加工增加了（le）困難。以上不（bú）利因素常常引起振動，導致刀具壽命（mìng）因此而（ér）縮短。因而，鎳基（jī）合金油井管加工過程成為了製造過程的瓶頸，最終導致加工費用高居不下。 (圖 1)

對於伊斯卡的應用工程師而言解決方案是明晰的，對於這一應用，他們（men）推（tuī）薦采用專為加工高溫合金而研（yán）製的ISO係列SNMG 432-EM-R硬質合金刀片。采用此刀片加工的一大重（chóng）要特征是非刀尖圓角加工，而是以（yǐ）45°主偏角（jiǎo）加工。這有效減少了溝槽磨損，一並提高了切削速度及進給量，且同時收獲了高的刀具（jù）壽命。(圖 2)

通過對刀片鋒（fēng）利切（qiē）削刃（rèn）進（jìn）行細微（wēi）的刃口處理使之得到強（qiáng）固，加以13°前角設計，使得刀片在加工諸如鎳基合金這類難加工材料時可實現6mm的大切削深度。

然（rán）而，不管是刀片塗層還是斷屑槽都無法確保（bǎo）加工（gōng）高溫合金時的高效率，因為好的切屑控製是難以企（qǐ）及的。

正如前麵所提及的，加工高溫合金的過程會產生大量（liàng）切削熱。通（tōng）過冷卻液可有效減少切削熱，降低了切屑的延展性使之易於折斷。事（shì）實上，在高溫合金的加工中基（jī）本摒棄了外冷（lěng）卻方式，而是采用了貫（guàn）穿主軸與刀具的內冷卻方式。

當今（jīn）的CNC數控機床一般都標配了（le）常規的冷卻係統（tǒng），可以提供（gòng）低壓冷卻。然（rán）而，在加工高溫合金時，產生的切削溫度遠遠高於冷卻液（yè）的沸點，這使（shǐ）得冷卻（què）液在抵達切削區域前就蒸發為蒸汽，使得切削（xuē）刃受到熱（rè）衝擊，進而對刀片壽命造（zào）成負麵影響。

高壓冷卻係統能（néng）對冷卻（què）液進（jìn）行加壓，通過小的（de）冷卻噴口為切削區（qū）域帶來足夠的冷卻液流量，克服了切削區域切削（xuē）溫度太高的障礙。在高壓的作用下，通過冷卻噴嘴的冷卻（què）液具有非常高的（de）速度。隨之而來的效果是顯而易見的，作用於（yú）切屑的衝擊力非常大，切削溫度明顯降低，保護切削刃免於受到熱（rè）衝擊，確保了硬質（zhì）合金刀片壽命的（de）提高，工件表麵質量高。伊斯卡的JHP係統正是（shì）應用於車削中心，立式車床及（jí）多任務機床的（de）高壓（yā）冷卻係統的一個（gè）實例。

伊（yī）斯卡，作（zuò）為金屬切削的領（lǐng）袖企業，正是最早應市場需求而設計並提供高壓及超高（gāo）壓冷卻刀具係統的供應商之一。(圖 3)

采用JHP高（gāo）壓冷（lěng）卻係統易（yì）於獲得小切屑，不再（zài）因切屑纏繞於工（gōng）件或（huò）夾具而頻繁停機。額外的特點或者說是優點提升了生產率，削減了昂貴的加工成本。現已證實，在加工不鏽（xiù）鋼及高溫合金時通過采用高壓冷卻，能實現刀具（jù）壽命及切屑控製的大幅提升。對當今油氣（qì）工業而言，伊（yī）斯卡新一代高壓冷卻刀具在提升生產率方麵是不可（kě）或缺（quē）的。

當油氣工業用戶對生產效率（lǜ）進行（háng）評估（gū）時，伊斯卡孔（kǒng）加工係列因涵蓋孔徑及孔深（shēn）範圍寬，效率高，被證實為最值得（dé）推薦的解決方案之一。

舉例說明（míng），束魔變色龍槍鑽（SUMOGUN）是當前市場上僅有的一（yī）款帶兩個（gè）有效切（qiē）削刃的夾持（chí）可（kě）換刀頭的槍鑽。相比於傳統的焊接式槍鑽，采用束魔變色龍槍鑽使得生產率明顯（xiǎn）提升。每個束魔（mó）變色龍槍鑽鑽杆可夾持一定直徑（jìng）範圍內的標準束魔變色龍鑽（SUMOCHAM）刀頭。根據加工的ISO材料的不（bú）同，可選（xuǎn）擇不同幾何形體（tǐ）的刀頭。束魔變色龍槍（qiāng）鑽的刀頭（tóu）可實現在機更換，這意（yì）味著不必因更換刀頭從機（jī）床上取下槍鑽（zuàn）。與市場上的大多數傳（chuán）統槍鑽相比，束魔（mó）變色（sè）龍槍鑽帶兩個直（zhí）排屑槽，夾持標準束魔變色龍鑽刀頭，能以高得多的進給率鑽（zuàn）削深孔。(圖 4)

新型束魔（mó）變色龍槍鑽可夾持不同（tóng）刀頭，能根據（jù）被（bèi）加工材料及應用的不同而靈活應用。通過采用聚酰胺塑料扳手可輕鬆實現刀頭的裝卸。(圖 5)

標準（zhǔn）模（mó）塊式束魔變色龍槍鑽的驅動杆也是模塊式的，這是其另一特（tè）點。這款革新（xīn）的槍鑽尾端為螺紋連接式，可連接於不同類型及規格的標準驅動杆。

新型標準束魔變色龍槍鑽直徑範圍為14-25mm，夾持標（biāo）準束（shù）魔變色（sè）龍鑽刀（dāo）頭。每種直徑的槍鑽均提供兩款（kuǎn）排屑槽長度，分別為400mm及800mm，可應用於標準臥式銑（xǐ）削（xuē）中心，臥式車床，多任（rèn）務機床及專機。所有鑽（zuàn）杆均經鍍鎳處理，使（shǐ）得排屑更容易且更流暢。

對於油氣工（gōng）業的大直徑鑽削（xuē）應用，采用伊斯（sī）卡的複（fù）合變色龍鑽（zuàn）（COMBICHAM）係列是大幅提（tí）升生產能（néng）力及（jí）效率的最佳方案之一（yī）。(圖 6)

這種新型模塊式鑽削係列直徑範（fàn）圍為26-50mm，鑽深可達5xD。複合變（biàn）色龍鑽（COMBICHAM）夾持一個束魔（mó）變色龍鑽（zuàn）（SUMOCHAM）刀頭，2片標（biāo）準（zhǔn）的（de）帶修光刃的精密磨製方刀片SOGX/SOGT，刀片規（guī）格因鑽徑大小而不（bú）同，采用了領（lǐng）先科技的束魔合金（jīn）牌號IC808（PVD塗層）。源於全（quán）效率設（shè）計，鑽頭可實現高速進給鑽削（xuē），能獲得高的（de）鑽（zuàn）削效率，高（gāo）精度及高的被加工表（biǎo）麵質量。

建議（yì）在油氣工業深孔鑽削零部件的深腔加（jiā）工中，堅（jiān）持選（xuǎn）用可靠的刀具以確保剛性，刀具壽命，重（chóng）複定位精度，高精度並優化（huà）刀具壽命。

比如將伊斯卡最先進的加工技術（shù）整合（hé）於一體的“多合（hé）一”整體硬（yìng）質合金立銑刀EFP。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）這三（sān）種革新的立銑刀的優點於一身，攜最前沿設計為一體，用於型腔銑時具有出色的優勢。EFP整體硬質合金飛碟銑刀憑借（jiè）其大（dà）圓弧切削刃的結構，在0.3-1.0mm的切削深（shēn）度下能實現（xiàn）高達0.5mm/齒的每齒進給。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率的提升。(圖 7)

獨特（tè）的切削刃結構使得切（qiē）削載荷軸向指向機床主（zhǔ）軸，這（zhè）使得（dé）即便在大懸伸加工（gōng）中（zhōng），也（yě）具有高的加工穩定性，實現高的進給率。此獨特的特點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（gōng）中（zhōng），相比於其餘粗加工立（lì）銑刀，這款帶分屑槽切削刃的立銑（xǐ）刀加工（gōng）的（de）側壁更平整，被（bèi）加工表麵光潔度更高。分屑（xiè）槽銑刀（dāo）的排屑槽還結合了防振降噪（CHATTERFREE）不等（děng）齒距（jù）設計使得（dé）切削力分布更佳，是成功的快速去除大餘量解決方案。

此獨特的整體硬質合金（jīn）立銑刀直徑（jìng）範圍為6-20mm，具有4個或5個切削刃（rèn）。合金牌號為IC903，該牌號為在超細晶粒基體（tǐ）上進行前沿的AL-TEC塗層，兼具出色（sè）的耐磨性及韌性（xìng）。

當油氣工業的（de）零部件夾持（chí）於帶ISO40 / CAT40 / BT40柄部接口的低功率機床時，采用（yòng）EFP整體硬質合金立（lì）銑刀也可實現高效加（jiā）工。

毫無疑問，石油、天然氣工業（yè）通過（guò）各種途徑關聯著我們生命中的每一天：為我（wǒ）們的汽車（chē）加油；為我們的家庭供（gòng）暖；為我們的食材烹（pēng）煮。油氣工業（yè）為全球69億人口帶來他們日常所需能源的60%。另外40%的能源（yuán）來自於煤、核電、水力發電（diàn），以及諸如風電、潮汐能發電乃至類（lèi）似於柴火這樣的生（shēng）物質能這類“可再生能源”。全球對能源的需求仍在持續增長，尤其是像中國、印度這樣的發展中國家；與（yǔ）此同時（shí），油氣工業仍在繼續探（tàn）尋新能源。一些位於具有挑戰性區域的油氣逐漸被發現，例如深水，北極以及一些有政治紛爭的地區。

為滿（mǎn）足全球範圍內對能源需求的快速（sù）增長，政（zhèng）府（fǔ）部門頒發了越（yuè）來越多（duō）的深水鑽探許可證。源於（yú）對深水油氣的勘探及（jí）抽取有空前增長（zhǎng）的預期，E&P公司預見離岸工程將迎來強勁（jìn）的增長。

今天，盡管典型（xíng）的深水（shuǐ）工程水深範圍為1500-2000米，但水深達7000米（mǐ）的超深水（shuǐ）工程數量在持續增加。在深水的不（bú）利環境下，為遵循苛刻條（tiáo）件（jiàn）下（xià）的安全（quán）法（fǎ）則，需要巨大的投入來獲得特製的設備及特殊材料。

為應對（duì）上述挑戰，保持生產加（jiā）工的經（jīng）濟性，伊斯卡研（yán）製了革新（xīn）而前沿的刀具，用於加工能勝任深水不利（lì）環境（jìng）的特殊材料。越來越多的差異化需求，驅動伊斯卡走上了一條（tiáo）革新之（zhī）路，研製新產品，提供前沿（yán）的（de）刀具解決方（fāng）案，並已印製（zhì）出完整的解決方案單行本（圖8）；同時通過強大的（de）全球營銷網絡保障每一位客戶得到技術支持及後勤、物流支持。伊斯（sī）卡，致力於為綠色環保的環境（jìng）創建（jiàn）解決方案。

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