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肯纳金属公司新产品的研究与发展动向
陈满元
(株洲硬质合金集团有限公司，湖南株洲412000) 摘 要：介绍了美国肯纳金属公司硬质合金新产品的研究与发展动向，并通过肯纳金属公司最近推出的几种新产品阐述了当前刀具技术的发展趋势。 关键词：肯纳金属公司；硬质合金；新产品；研究与发展 中图分类号:TF 12513 文献标识码:A 文章编号:1004-0536(2004)02-0057-04 Trend of Research and Development of K ennametal ’s New Products
CHE N Man -yuan
(Zhuzhou Cemented Carbide G roup.Ltd ,Zhuzhou 412000,China )
Abstract :The trend of research and development of K ennametal ’s new cemented carbide products is described ,and s ome of K ennametal ’s latest products are presented.
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K eyw ord :K ennametal Inc ;research and development ;trend ;new products ;cemented carbide
1 肯纳金属公司简介
肯纳金属公司(K ennametal Inc.英文缩写为
K MT ，以下简称“肯纳”
电厂巡检机器人)由冶金学家Philip M Mckenna 于1938年创建于美国宾西法尼亚州Latrobe 镇(匹茨堡附近)，是从矿石冶炼直到刀具配套加工出厂的大型硬质合金工具厂。肯纳在北美洲金属切削刀具市场占有龙头地位，在欧洲和世界范围排名第二，在矿山工具和公路建筑工具市场亦处于前列。 肯纳由4个全球商业部门组成：金属加工方案和服务集团，先进材料方案集团,J &L 工业供应集团和全方位服务集团。肯纳公司向用户提供各种先进技术的切削工具、切削工具系统和工程技术服务。其产品利用了碳化钨粉末、高速钢、陶瓷、工业用金刚石和其他耐高温、耐磨、抗压和抗磨损材料中非常复杂的冶金和材料科学。 折流板除雾器肯纳拥有广阔的最终市场，在全球拥有员工14500人,2001年度销售额大约为18亿美元，产品销往60多个国家。其欧洲总部设在德国的F ürth ,
亚洲太平洋地区的总部设在新加坡。
2 科研开发与新产品
肯纳在开发硬质合金新牌号方面，一直在不断作出努力，以求保存其竞争优势。他们注重先进的硬质合金涂层系统，研究开发涂层用硬质合金、陶瓷和金属陶瓷新基体技术，创新几何形状和研究高速加工方法。
dingx肯纳有两个研究所，一个是硬质合金研究所，另一个是金属切削加工研究所。硬质合金研究所拥有先进的科研设备。金属切削加工研究所有一批专门从事刀具设计的工程人员，该所为研究断屑槽型的问题，集中了50名工程师进行了近20年的工作，订出了50种标准断屑槽型，且每种刀具配有6种槽型可供选择。另外，该所还研究出K V 快速装刀系统、HY PERS ON SY STE M 加工系统，这些技术用于柔性系统(FMS )效果十分显著。
金属加工新产品包括商标为K ennaperfect T M 的加工高性能特殊轧件材料用的车削刀片，和一些加工
收稿日期:2003-09-25
作者简介：陈满元(1967-)，男，翻译，主要从事情报分析与翻译工作。
第32卷第2期2004年6月 稀有金属与硬质合金Rare Metals and Cemented Carbides
V ol.32 №.2
Jun. 2004
钢材、不锈钢、球墨铸铁、高温合金、有金属和硬质材料用的新牌号刀具。加工铸铁用的并具有高生产率的Fix-perfect T M铣刀，和一些能够在非常高的速度下用于航空航天合金铣削的切削刀具，以及肯纳制造的K SE M T M标准钻削系列都得到了用户的好评。其中的K SE M T M模块钻削系统与普通钻削方法相比，前者提供了高速下延长其使用寿命的方法。在采矿业方面，肯纳有一种新的可快速变换的模块系统，能减少连续运转和表面开采机械的停机时间；在用于公路建筑的刀具中，新的RP、RS和R L道路修整系列刀具具有较好的韧性、耐磨性。在新设计的产品中，微型电路板用钻头的尺寸小到了0.152mm，可允许高速旋转，这样在电子工业中提高了生产率。肯纳的工业产品部生产了一些新的高性能的高速钢钻头、丝锥和立铣刀，这些刀具能提高金属切削率，减少停机时间和降低加工成本。
肯纳新产品的性能已在用户工厂里得到了证实。KES M钻头与同类产品相比，其运转速度要0%，进刀速率也是其他产品的两倍以上，而且使用寿命也较长。在新开发的螺旋立铣刀中，有一种铣刀在钢上加工一条狭槽一次走刀就可以完成，而同类产品在较慢速度下需要两次走刀，相比之下，前者要快12倍。
2.1 微型切削工具
随着现代机械加工业的发展，微型化、精密化是硬质合金工具的发展趋势。肯纳前不久发行了一本新的长达300页的微切削加工样本，样本提供了整套刀具加工方案。此样本详细描述了适合瑞士式车床和小型车削中心的微切削加工方案。旋转的K M Micro快速换刀工具是新的微切削刀具加工样本的特，它使换刀片的时间从5min减少到仅30s。样本还包括微型镗刀杆，镗孔可小至1.575mm；车螺纹刀，每25.4mm能加工多达48个螺纹；微型切槽刀杆，可使用标准的0.381mm宽的刀片。高速整体硬质合金Dynapoint TF钻用来加工灰口铸铁、铝及其他有金属材料和钛浅孔加工。在浅孔加工应用方面，介绍了Dynapoint SE钻。直径范围为0.397～9.525mm的高性能整体硬质合金立铣刀全系列，以及高性能的丝锥和夹具也包括在样本内。
肯纳微型工具系统包括一个被固定在形同普通瑞士式刀杆的组合板上的夹紧机构。夹紧机构使切削装置固定，切削装置具有一个能够保证三面接触的重合锥形结构。操作人员在机床开动时，能在一个备用的K M Micro切削装置上换刀。然后，当机床上的刀片需要换刀时，操作员只是换出一个已装好新切削刃的切削装置，这一过程大约只需要30s。使用瑞士机床的公司每年平均能够多生产258h，大大降低了每个零件的成本。
样本2090包括KE NNA PERFECT工具选择系统，它将快速引导读者到特殊微切削加工用的最佳牌号和形状。易于理解的图表简化了选用微切削加工应用的最佳刀片几何参数、牌号和切削速度的过程。新样本还包括了三种新的修光刃刀片几何条件，即RW(粗加工修光刃)、MW(半精加工修光刃)和F
W(精加工修光刃)。这些新的几何条件使用了一个已修正的刀尖半径设计，此设计依据加工条件，可以使加工件表面光洁度极好，或者使生产速率更高。
新样本提供了尺寸适合微切削加工用的三大整体硬质合金钻系列的全部资料。Dynapoint SE钻独特之处是从主切削刃到钻尖的转变和从中心到外径的距离都很平稳。SE钻能加工出非常一致的同心孔。钻槽设计能使切屑紧紧卷曲和向上移动脱离钻孔，因此减小了切削力。Dynapoint TF钻有三个大的螺纹槽，这样能够快速排屑和散热以便提高金属切削速率。肯纳还提供各种用途的通用整体硬质合金钻头。
2.2 最近推出的新产品
当前刀具技术的发展主要有:(1)进一步开发高性能的刀具材料，如立方氮化硼、聚晶金刚石、陶瓷、金属陶瓷、涂层硬质合金、粉末冶金高速钢等。(2)开发结构先进的刀具，重点是开发各种硬质合金可转位刀具，如多功能车削工具系统、高效铣削刀具，包括多种面铣刀、模具加工铣刀、组合铣刀、组合孔加工刀具、内冷却刀具及高效切齿刀具等。(3)开发新型的涂层刀具，如金刚石涂层刀具和T iN、T iAlN、T iC N涂层刀具。(4)开发各种整体硬质合金刀具。
(5)开发高精度、高刚性的工具系统，开发刀具识别、信息储存、刀具破损监控及刀具管理系统。
2.211 金刚石切削刀具
肯纳的新牌号K D1405，作为第一种具有各种机械加工所需韧性的纯金刚石切削刀具材料，能够大大提高其耐磨性。与普通的聚晶金刚石(PC D)刀具相比，新材料在连续到轻微断续车削、精铣和半精铣
85稀 有 金 属 与 硬 质 合 金 第32卷
加工中可使刀具寿命提高100%～200%。K D1405可用来切削诸如具有中高硅含量的铝合金、金属基复合材料、碳复合材料、增强塑料和黄铜青铜等高度磨损的有金属材料以及别的有金属材料。
普通PC D刀具加工使用一种能提高强度并且容易发生化学反应的钴催化剂，化学反应是此类材料最常见的断裂机理。K D1405归功于金刚石加工技术的突破：在没有粘结剂的情况下有可能获得更高的强度和韧性，从而使耐磨性得到极大的提高。新材料是用等离子体火焰化学气相沉积方法(C VD)生产的，这样保证有一个纯金刚石显微结构，此显微结构的韧性高，足以经得起铣削加工。新切削材料使刀刃更加锋利，寿命比PC D刀具要长，这有助于提高表面光洁度和保持严格的尺寸公差。用一特定方法将刀尖真空焊接到硬质合金刀片上，可保证刀尖的粘附性能比PC D的要好。采用独特的刀刃制备方法可保证低工具压力和薄壁零件具有很好的结合，同时还可形成一种高韧性的切削刃，此切削刃非常锋利，加工性能良好。
公司对普通PC D工具加工所进行的对比测试表明,K D1405的使用寿命至少提高了75%，普遍情况为提高2～3倍。K D1405使以下用户受益:(1)加工零部件的汽车制造商和供应商;(2)跟航空航天有关的制
造机翼和机壳的公司;(3)生产自行车车架和部件以及其他娱乐设备的精密特殊制品工厂;(4)加工诸如碳纤维和石墨等特殊复合材料的防卫设备公司;(5)制造铝基溅射靶材的半导体公司和生产泵壳、压缩机和外装/内装再造发动机的公司。K D1405将是肯纳现有K D100PC D牌号的补充，而K D100PC D牌号仍将在诸如粗铣削和重力断续车削加工等需要更高韧性的领域中发挥作用。
2.212 VariMill铣刀
中小规格的立铣刀、丝锥和钻头属于量大面广的通用刀具。近年来，由于刀具材料尤其是超细颗粒硬质合金材料性能的提高和应用的普及、涂层技术和刀具数控磨削技术的不断进步，使通用刀具发生了更新换代的变化。首先是性能成倍提高，切削速度由原来最高20～30m/min提高到60m/min以上，有的甚至超过100m/min，具备了高性能刀具的水平。其次是整体硬质合金刀具的品种增加，涵盖了立铣刀、麻花钻、丝锥等众多的品种，应用领域进一步扩大。第三是刀具的结构创新，把通用的“标准刀具”做“活”了，其切削部分的几何形状、参数和刀具的结构突破了传统标准刀具千篇一律的旧格局，实现了多样化的、充分体现切削过程内在规律的创新设计，使通用刀具的潜力得到充分的挖掘。通用刀具的这种重大进展，对切削加工全面进入高速切削、硬切削、干切削阶段起着十分重大的作用。
肯纳Hanita开发的新Varimill立铣刀是一种具有各种用途的刀具，在铣削不锈钢时提高了切削速率，并最大限度地提高了生产效率。一种Varimill铣刀能替代用于粗加工和精加工的两种刀具，获得最大的切
削速率和极好的表面光洁度，而且具有很长的刀具寿命。它综合了抛物面槽形、不等分刀齿、带有可控后角(已有专利)设计的几个特点，避免了由于高速加工震颤导致的共振。新立铣刀具有4个凹槽,38°的螺旋角和专有的抛物形芯直径使生产效率提高40%以上。
2.213 涂层硬质合金
肯纳已推出两种新的涂层硬质合金牌号，这两种牌号在车削灰口铸铁和球墨铸铁时切削速度得到了极大提高而工具寿命并没有降低。K C9325牌号甚至在重力断续切削条件下加工灰口铸铁和球墨铸铁时也能保证有非同一般的性能。K C9315牌号涂覆了一层抗后刀面磨损的特殊涂层，因而在加工球墨铸铁时能提供良好的高速切削性能。两种新牌号体现了肯纳涂层技术的最新进展，即开发了肯纳的钢车削类最佳新牌号K C9110和K C9125。在日常普通的应用中，平常需花4min的一个零件现只需215 min就可生产出来，而刀具寿命未受任何影响，故使单价大大降低而产量却大大提高。
新牌号工艺取得进展的关键之一，是能提高涂层间粘结强度的界面层。各层的界面表面面积通过用化学气相沉积(C VD)工艺改变先驱物的成分而得到增大，从而使表面的粗糙度增大。新牌号中使用中温C VD(MTC VD)工艺涂覆的T iC N涂层还具有一个明显的优势，即消除了在高温C VD涂覆的T iC N 涂层中往往产生使刀片抗弯强度降低的η相存在的现象。除此之外，对切削刃进行显微精加工可降低表面的粗糙度，从而尽可能地减小形成刀瘤的可能性。K C9325牌号从里到外分别涂覆了MTC VD工艺
涂覆的T iC N涂层和细晶氧化铝涂层，总厚度为16μm。K C9315牌号除了前面两层外，外面还涂覆了一层抗后刀面磨损的T iN/T iC N涂层，三层总厚度
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第2期 陈满元：肯纳金属公司新产品的研究与发展动向
为18μm。
作为通过新牌号来改进工件性能的事例,Den2 ton提到了一种65-45-12球墨铸铁传输部件。生产该部件的圆周速度为315.5m/min，进给速率为0.406mm/r，切深为1.270mm。K C9315新牌号的刀具寿命为每片刀片加工468个工件，而原先的牌号为每片刀片加工225个工件，不相上下的最佳牌号测试为每片刀片加工400个工件。在另一次加工球墨铸铁轮毂的应用中，原涂层硬质合金牌号的工具寿命为每片刀片加工35个工件，其中圆周速度为243.8m/min；进给速率为0.203mm/r；切深为11524 mm。肯纳K C9315新牌号的使用寿命提高了71%，即每片刀片加工工件的数量提高到60个。在最后加工铸铁轮毂的应用中，其中圆周速度为242.3m/ min；进给速率为0.330mm/r；切深为2.540mm。肯纳K C9315新牌号的工具寿命为每片刀片加工190个工件，与以前的类似涂层牌号相比提高了52%。
2.214 整体硬质合金立铣刀新牌号
肯纳因相继推出K C633M、K C625M、K C635M、K P525M和KH110M五种新牌号而扩大了其整体硬质合金立铣刀系列。K C633M是一种在较高速度下粗削钢铁材料和高温材料的硬质合金牌号。K C625M用来切削有金属材料并具有产生较好切屑流的低摩擦系数。K C635M具有适合加工高温合金的高硬度。K P525M是一种粉末冶金牌号，据报道，它与传统高速钢比起来，切屑载荷提高20%～60%。KH110M是一种含有8%的钴且经特殊热处理的高速钢牌号，用来切削金属钛。
2.215 T OO L BOSS刀具柜
切削加工的配套技术是现代切削技术不可缺少的组成部分，对切削技术的进步起着重要的作用，其中个别技术如HSK机床-刀具接口甚至对整个制造技术都产生了重大影响，因此已成为现代工具产品的一部分，并与切削技术和刀具保持着同步快速发展。现阶段的切削配套技术主要包括工具系统的刀柄，刀具的装夹与动平衡，刀具的使用、监控和管理技术等。
有分析表明，科学的刀具管理能为用户节省可观的刀具费用，因此开发刀具管理技术和相关的软件、硬件已成为刀具制造商的业务范围，并由此将有关刀具正确使用的知识、数据和信息传递给用户。肯纳在第八届中国国际机床展览会(CI MT2003)上展出了供用户存放和管理刀具的T OO L BOSS刀具柜，用起来像一个自动售货柜。此系统还包括一个刀具柜自动管理软件，机床操作者凭个人使用的密码通过屏幕引导可打开相应的抽屉，领取一定数量的刀片或者刀具，刀具管理人员可根据加工的需要
事先设置各机床操作者能领取的刀具(片)品种、规格、数量及其最低的库存量，相关的各级管理人员凭设置的权限和密码可进入该系统的不同层次，了解有关的数据。系统还可连接到公司的局域网实现数据共享，并可与供应商联网，及时补充消耗的刀具。该公司称T OO L BOSS系统可显著减少刀具的资金占用(最多可达90%)，可减少刀具仓储成本的50%以及内部刀具管理费用的接近90%。
3 结 语
国际硬质合金行业中的山特维克、肯纳、伊斯卡等大公司均不断地向市场推出更新换代的产品，或是给自己的产品注入更高的科技含量，使其在激烈的市场竞争中保持旺盛的生命力。这些企业非常重视新产品、新技术的研究与开发工作，因此一般都拥有自己的核心技术。他们普遍认为，没有研究和开发就不可能有创新。2002年肯纳的业绩与接连不断推出的新产品是分不开的。2003年，尽管市场形势严峻，肯纳仍旧着重以开发新产品、对现有市场进一步渗透、打入周边市场和拓展地域范围等方式来赢得市场份额。
国内硬质合金企业现已充分认识到，只有在加大改制改革力度的同时提高产品的科技含量，不断创新，才能使企业在激烈的市场竞争中站稳脚跟。我国硬质合金行业“龙头老大”株洲硬质合金集团有限公司，在短短的两三年内，通过一系列的改制改革工作，优化了公司的组织结构和产品结构，提高了公司的装备水平和工艺技术，从而逐步缩小了与国外一流企业之间的差距。在深入改制改革的同时，公司在研究开发上面也下了大力气。
如果不强调新产品的研究与开发，就不可能有技术创新；没有技术创新，企业就根本无法生存，更不可能成为世界一流的企业。企业在新的发展机遇面前，要及时把握市场的脉搏，对当前硬质合金的进展要了如指掌，从而不断研究开发出新产品和新技术。
(下转第56页)
4.2.2 富银区
不同的AgMeO，其富银区的产生机理不尽相同。AgSnO2材料表面富银区的形成，主要是因Ag和SnO2之间的润湿性极差所致。
4.2.3 SnO2聚集区
同样，由于SnO2与Ag之间固有的低润湿性，导致SnO2聚集区形成。
4.2.4 网络区
如果材料中加入有利的添加剂，则无Ag与SnO2的富集，而是在触头材料受热相变过程中产生SnO2与Ag均匀分布的网络区，其中SnO2起类似“骨架”的作用，而Ag均匀“渗透”于骨架间。
4.2.5 裂 纹
由于温度梯度及各组分热膨胀系数不同，导致触头微裂纹的发生与扩展。
触头材料受到非重复的电弧热力作用，表面层组织特性将发生重大改变，体现在其表面形貌与初始表面状态间有着极大的不同。因而，触头的各种电接触性能在运行过程中也处于不断的变化之中。因熔焊点的熔焊强度下降，多孔疏松的表面层及存在SnO2聚集的表面层具有很好的抗熔焊特性；而另一方面，抗电弧喷溅能力却降低，接触电阻升高。富银区的出现虽可降低接触电阻和温升，但却引起分散体系中粘性的降低。
与上述情况不同，表面形貌中网络区的出现，能全面改善触头材料的电接触性能，不仅抑制了触头材料温升，也使得SnO2能均匀悬浮于液态银中，保证分散体系的粘性和抗电弧喷溅的能力。这种侵蚀形貌特征正是在AgSnO2材料中加入合适添加剂后所期望的。
触头裂纹的形成机理已有文献探讨[3,6,7]，需强调的是在AgSnO2中加入合适的添加剂，可抑制触头裂纹的扩展，其机理仍在于增加了电弧作用期间液态银对触头表面的润湿。
5 结 语
近年来，对AgSnO2触头材料的大量研究和初步推广应用表明，这种无毒材料可完全取代AgCdO有毒材料，并形成产业化。当前研究的重点是，采用不同的添加物和不同的工艺措施，以获得能满足各应用领域不同要求的性能优良的AgS O2材料。
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(上接第60页)
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